有色金属及其合金

第十二讲有色金属及其合金主讲：曹光明有色金属及其合金一、Al及Al合金1、工业纯Al2、Al合金的分类、牌号及用途二、Cu及Cu合金1、纯Cu2、Cu合金三、轴承合金1、对轴承合金的性能要求2、轴承合金的组织3、轴承合金的种类四、粉末冶金与硬质合金1、粉末冶金2、硬质合金有色金属及其合金一、Al及Al合金1、工业纯Al（1）物理化学性能质轻、熔点低，无同素异构转变，导电、导热性好，抗大气腐蚀。（2）力学性能强度低；塑性、韧性好。但可冷作硬化。（3）主要用途做导线及各种Al合金轻工产品。（4）牌号L1、L2、L3、……，序号越大，杂质含量越多。LG1、LG2、……，表示＞99.7%的高纯铝。主目录数字越大纯度越高。有色金属及其合金2、Al合金的分类、牌号及用途分为形变Al合金和铸造Al合金两大类。α+βLL+ααDEAlFD′A温度/℃WMe（%）（1）形变Al合金①防锈Al合金（LF）属于Al-Mn、Al-Mg系Al合金。Mn、Mg都具有固溶强化作用，Mn主要提高耐蚀性，Mg主要降低密度ρ，减轻重量。编号：LF××，其中××表示顺序号。性能：耐蚀，塑性、焊接性好，但不宜切削，只能冷变形强化。用途：做一些构件、管道、容器、蒙皮。②硬Al合金（LY）属于Al-Cu-Mg-Mn系Al合金。Cu、Mg主要用来时效产生强化相；Mn主要提高耐蚀性。编号：LY××，其中××表示顺序号。性能：σb、HR较高，抗蚀性差。用途：做飞机构架、螺旋桨、叶片等。有色金属及其合金③超硬Al合金（LC）属于Al-Cu-Mg-Zn系Al合金，时效时产生多种第二相，强化效果明显。编号：LC××，其中××为顺序号。性能：σb、HR高，抗蚀性差。用途：做飞机的主要受力部件，如大梁桁架、加强框、起落架等。④锻铝合金（LD）属于Al-Cu-Mg-Si系、Al-Cu-Mg-Ni-Fe系Al合金。前者为普通锻铝，后者为耐热锻铝。编号：LD××，其中××为顺序号。性能：热塑性好，抗蚀，可锻造，可热处理强化（固溶处理+时效）。用途：主要做外形复杂的锻件及模锻件。（2）铸造铝合金分为四大类：①Al-Si系；②Al-Cu系；③Al-Mg系；④Al-Zn系其中Al-Si系铸铝合金的力学性能、铸造性能较好，应用最广。但往往铸造组织粗大，须通过变质处理予以细化。编号：ZL×××，其中第一个号为系列号，后两个为序号。有色金属及其合金二、Cu及Cu合金1、纯铜（1）物性：ρ=8.9g/cm3，熔点1083℃，无同素异构转变，抗蚀、导电、导热。（2）力性：强度低（σb=200-250Mpa），比Al高。塑性高（δ=35-45%），比Al低。（3）用途：作电线、散热器、电缆、配制Cu合金。（4）牌号：T1、T2、T3、T4，序号越大，纯度越低。2、Cu合金（1）黄铜成分：Cu+Zn（主加元素）。①普通黄铜成分：Cu+Zn。性能：Zn↑、σb、ψ↑，当30-32Zn%时ψ→max，40-42%Zn时，σb→max，当＞45%Zn后无实用价值。牌号：H××，H后的两个数字表示Cu的含量。例如，H62、H68、H70等。有色金属及其合金②特殊黄铜成分：Cu+Zn+（Pb、Al、Mn、Sn、Fe、Ni、Si等）。目的是提高强度、耐磨性、抗蚀性等。牌号：HPb××-×，HMn××-×等。例如，HMn58-2，HPb59-1黄铜按生产方式又分为压力加工黄铜和铸造黄铜。铸造黄铜含铜多合金元素少，其熔点低，铸造性能好，耐磨、抗蚀。（2）青铜①锡青铜成分：Cu+Sn。性能：当＜8%Sn时，塑性好，可锻压；当＞10%Sn时，强度提高，适于铸造，抗蚀、耐磨、导热、热膨胀系数小，各方面性能优越，但强度较低，价贵。牌号：压力加工锡青铜：例如，QSn4-3、QSn6.5-0.4，前一位数是Sn的含量，后一位是其它元素的含量，余量为Cu。有色金属及其合金铸造锡青铜：ZCuSn10Zn2、ZCuSn10Pb1，余量为Cu。②无锡青铜铝青铜：σb↑、αk↑、σ-1↑，耐蚀、耐磨，铸造性能↑，主要做齿轮、摩擦片、蜗轮等。牌号如ZCuAl10Fe3、ZCuAl9Mn2等。铍青铜：1.7-2.5%Be，可淬火时效强化，σb、HR↑，σe↑，σ-1↑，耐磨，耐蚀，但格贵，限制了工业应用。主要用来制作弹性元件，耐磨件及其它重要零件，如高速、高压、高温下工作的轴承、衬套等。牌号如QBe2等。三、滑动轴承合金是指做轴瓦及滑动轴承内衬的合金。1、性能要求（1）一定的σb、HR（承载），αk、ψ（抗冲击、振动），σ-1（抗疲劳）。（2）良好的减摩性，嵌藏性，顺应性——保证良好的磨合性能。（3）良好的耐蚀性，导热性，较小的膨胀系数。（4）易加工，价廉。有色金属及其合金2、组织理想组织：软基体上分布着硬质点：如Sn、Pb基轴承合金。软基体承载能力差，但其它性能优越。另一类：硬基体上分布着软质点：如Cu、Al基轴承合金。承载能力强，但磨合性能差。3、种类（1）Sn基轴承合金成分：以Sn为基+Sb、Cu元素组成。组织：Sb溶于Sn的固溶体基体+Sn与Sb、Sn与Cu的化合物质点。性能：σb、HR、αk、磨合性能好，常用于重要的轴承。牌号：如ZSnSb12Pb10Cu4、ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4等。（GB/T1174-92）（2）Pb基轴承合金成分：以Pb为基+Sb、Sn、Cu元素组织：黑色软基体共晶组织（α+β）+白方块硬质相β+白针状化合物。α相是Sb在Pb中形成的固溶体；β相是Pb在Sb中形成的固溶体。有色金属及其合金（3）Cu基轴承合金包括Pb青铜、Sn青铜等，常用合金牌号为ZCuPb30、ZCuSn10P1等。ZCuPb30：特点是硬基体上分布着软质点，润滑性能好，摩擦系数小，耐磨性好，具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，导热性好，工作温度达250-320℃。用途：高速、高载的滑动轴承，如航空发动机、高速柴油机等。ZCuSn10P1：以α固溶体为软基体+金属化合物β相、Cu3P硬质点，强度高，耐磨性好，也可用于高速柴油机轴承。（4）Al基轴承合金成分：Al基体+Sb、Sn、Cu等特点：承载高，导热性、耐蚀性、疲劳强度高。但磨合能力差，且热膨胀系数高，易于轴径咬合，需加大轴承间隙。用途：高速、高载的汽车、内燃机轴承。有色金属及其合金四、粉末冶金与硬质合金1、什么是粉末冶金？与熔炼、铸造法根本不同。是指将几种金属粉末（或与非金属粉末的混合物）混合均匀，压制成型，并经过烧结而获得材料或零件的加工方法。因其制品少、无切削，成本低，效率高，越来越受到重视。工艺：制粉→混合→成型→烧结→后处理生产材料：难熔金属材料、多组元材料、多孔材料等。2、硬质合金（1）定义：以WC、TiC等粉末+Co粉混合→加压成型→烧结制成的粉末冶金制品。（2）特点：高硬度（约69-81HRC）高红硬性（900-1000℃）——保持60HRC能承受的温度。高耐磨性及抗压强度——其抗压强度可达6000Mpa，高于高速钢，但抗弯强度低，约为高速钢的1/3，弹性模量E值高，约为高速钢的2-3倍。可做刀具（刀片）有色金属及其合金（3）种类①W、Co类：WC+Co，牌号为YG3、YG6、YG8等，数字表示Co含量，做切削脆材的刀具，属于国标K类，短切屑。②W、Co、Ti类：WC+TiC+Co，牌号为YT15、YT5、YT30等，数字表示TiC做切削韧材刀具，属于国标P类，长切屑。的含量，③万能硬质合金：TiC+TaC（NbC）+WC+Co，牌号为YW××，××表示序号，做切削各种材料刀具，尤其是难切削材料，如不锈钢高Mn钢、耐热钢等，属于国标M类。④钢结硬质合金（新型）是以一种或几种碳化物（WC、TiC）为强化相，以合金钢粉末为基体相（粘结剂）制成的粉末冶金材料。特点：①耐热、耐蚀，抗氧化。②淬火、回火后有相当于硬质合金的高硬度、耐磨性。③在特定的工艺规范下，可进行锻、焊、热处理及各种机加工。有色金属及其合金锡基轴承合金的显微组织（×100）铸态，4%的硝酸酒精溶液浸蚀返回有色金属及其合金返回单相黄铜（H90）（×400）热扎处理，3%的FeCl3+10%HCl的水溶液双相黄铜（H62）（×200）退火处理，3%的FeCl3+10%HCl的水溶液