【冶金精品文档】有色金属及其合金

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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T=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)。加入合金元素的作用是提高强度、耐磨性、抗蚀性等。牌号:HPb××-×,HMn××-×等。例如,HMn58-2,HPb59-1其中前两位数是Cu的含量,后一个数是添加合金元素的含量,余量为Zn。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

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