第十二章有色金屬

第十二章有色金屬及其合金[概述][重點(diǎn)掌握][教學(xué)內(nèi)容]概述有色金屬及合金的應(yīng)用：σ.航空及宇航業(yè)（飛機(jī)等）；

σ.表面工程業(yè)（表面鍍Zn等）；σ.電氣工程業(yè)（電纜銅芯等）；

σ.機(jī)械及輕工業(yè)（如機(jī)械加工中線切割Mo絲）；重點(diǎn)掌握§6.1鋁及鋁合金§6.2銅及銅合金§6.3滑動(dòng)軸承合金

§12.1鋁及鋁合金一、鋁及鋁合金的特性：

（2）優(yōu)良的物理、化學(xué)性能；（1）比重小，比強(qiáng)度高（強(qiáng)度與相對(duì)密度之比）；ρ純鋁=2.7g/cm3i導(dǎo)電性好，僅次于Ag,Cu,Au；ii極好的抗大氣腐蝕能力；“鈍化”iii非磁性，即磁化率極低。（3）加工性能良好：塑性好，可冷成形；

切削性能好；超高強(qiáng)度鋁合金成形后熱處理

鑄造鋁合金鑄造性能極好。鋁合金絲二、鋁及其合金的分類與牌號(hào)：

（一）高純鋁（Fcc）L01,L02,L03,L04,由L01~L04，Al的含量由99.93~99.99%.（二）工業(yè)純鋁：L5,L4,L3,L2,L1,由L5~L1，Al的含量由98.8~99.7%.（三）鋁合金分類

——變形鋁合金、鑄造鋁合金1、變形鋁合金合金類別代號(hào)主要化學(xué)成分,%熱處理機(jī)械性能CuMgMn其它σb

MPa

%HB防銹鋁LF54.5~5.50.3~0.6可熱處理退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬鋁LY12.2~3.00.2~0.5不可熱處理固溶處理+自然時(shí)效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬鋁LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0不可熱處理固溶處理+人工時(shí)效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190鍛鋁LD51.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.242013105LD71.9~2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.544013120LD103.9~4.80.4~0..80.4~1.0Si0.5~1.248010135

防銹鋁

——LF，做油箱、油管、鉚釘。

硬鋁

——LY，做螺旋槳葉片、支柱。超硬鋁

——LC，做飛機(jī)大梁、起落架。

鍛鋁

——LD，做鍛件、模鍛件。2、鑄造鋁合金合金代號(hào)主

要

化

學(xué)

成

分,%機(jī)

械

性

能SiCuMg鑄造方法熱處理bMPa%HB鋁硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170－90鋁銅ZL2034.0~5.0JT4210660鋁鎂ZL3019.5~11.5ST4280920鋁鋅ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470鑄造方法：SB——砂型變質(zhì)；J——金屬砂；S——砂型熱處理：T1——不淬火，人工時(shí)效；T2——退火；T4——淬火+自然時(shí)效；T6——淬火+人工時(shí)效鑄造鋁合金的應(yīng)用

三、鋁合金的強(qiáng)化2、時(shí)效強(qiáng)化：經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間室溫停留或加熱至100-200℃一定時(shí)間保溫后，在母相固溶體的一定晶面上出現(xiàn)一個(gè)原子層厚度的銅或其它原子的偏聚區(qū)，偏聚區(qū)邊緣發(fā)生晶格略變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因而合金強(qiáng)度，硬度提高。3、第二相強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化；1、固溶強(qiáng)化:如Cu,Mg,Zn,Si,Mn等加入可形成有限固溶體。4、冷變形強(qiáng)化。四、常用鋁合金選用原則：

（1）考慮其機(jī)械性能特點(diǎn)：σ.比強(qiáng)度高（強(qiáng)度與相對(duì)密度之比）可用于機(jī)構(gòu)件；σ.良好的塑性加工性能可用于擠壓件；σ.小的彈性模量可用于抗震性好的工件；σ.低溫性能好可用于低溫構(gòu)件；等等。（2）考慮其使用性能特點(diǎn)：熔點(diǎn)為660℃，使用溫度不能過(guò)高；良好的耐蝕性，導(dǎo)電導(dǎo)熱性及拋光性能，宜做腐蝕環(huán)境零件及導(dǎo)電及某些電器材料。（3）考慮其工性能特點(diǎn)：熔點(diǎn)低、熔煉和鑄造方便，以及好的加工性能和鑄造性能等。§12.2銅及銅合金一、銅及銅合金的特性：（1）優(yōu)異的物理化學(xué)性能：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好；抗蝕能力高；銅（紫銅）抗磁性；

（2）良好的加工性能：塑性好，鑄造性能好；（3）特殊機(jī)械性能：減摩性耐磨性好，高的彈性極限和疲勞極限；（4）色澤美觀。銅組織二、銅及其合金的分類與牌號(hào)：

(一)紫銅（純銅）：Fcc無(wú)磁性，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，熔點(diǎn)1083℃。密度8.9g/cm3。據(jù)銅中的含氧量可將銅分為三類：a.工業(yè)純銅：O%=0.02-0.10%.牌號(hào)為T1,T2,T3,由1—3，含Cu為99.95---99.70%。b.磷脫氧銅：O%<0.01%.牌號(hào)TP1(99.90%)，TP2(99.85%)c.無(wú)氧銅：O%<0.003%.牌號(hào)為TU1(99.97%)，TU2(99.95%)紫銅絲純銅管(二)黃銅（以Zn為主要合金元素的銅合金）黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。1.普通黃銅

——Cu-Zn系合金單相黃銅

——如H80，含80%Cu，單相α，塑性好，可冷成型。雙相黃銅

——如H62，α+β，可熱變形。鑄造黃銅

——如ZCuZn38，含38%Zn。組織、牌號(hào)、性能

(a)單相黃銅α

Cu-Zn合金的顯微組織(b)雙相黃銅α+β’代號(hào)化學(xué)成分,%機(jī)械性能CuZn加工

狀態(tài)bMPa%HBH9695~97余量退火25035－H8079~81余量退火27050－H6867~70余量退火30040－H5957~60余量退火變形300420255－103H68可用于散熱器外殼和子彈彈殼。2.復(fù)雜黃銅——改善Cu-Zn合金的耐蝕性、機(jī)械性能。在Cu-Zn二元合金基礎(chǔ)上加入其它合金元素形成的。如Pb黃銅，Sn黃銅，Al黃銅，Si黃銅等。組

別代

號(hào)主要化學(xué)成分,%機(jī)械性能(變形)Cu其它bMPa%HBPb黃銅HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054－－Sn黃銅HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148－Al黃銅HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黃銅HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黃銅Fe黃銅HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黃銅HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004－應(yīng)用黃銅制品（三）青銅（含有Sn.Al.Si.Pb.Be,Mn等的銅基合金）包括：錫青銅，鋁青銅，鈹青銅等等。分類：壓力加工青銅（以壓力加工產(chǎn)品的形式供應(yīng)）和鑄造青銅。壓力加工青銅

Sn青銅——如QSn4-3，含4%Sn、3%Zn，其余為Cu。做軸承、彈簧等。Al青銅——如QAl10-3-1.5，做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等。

Be青銅——如QBe2，做彈簧，高速軸承等。鑄造青銅——如Sn青銅，ZCuSn10Zn2。編號(hào)方法：

①Q(mào)+主加元素符號(hào)+主加元素含量+其它元素含量；如：QSn4-3,表示含4%Sn、3%Zn，其余為Cu的錫青銅。

②鑄造青銅在編號(hào)前加“Z”字，如：ZQSn10-5。師趁鬲

西周早期50.8X47厘米（四）白銅（以Ni為主要合金元素的銅合金）編號(hào)方法：

B+鎳的平均含量，“B”意指“白銅”如：B19表示含19%Ni的普通白銅，做船舶儀器零件等。易切削白銅

鋅白銅

三、銅合金選用原則：（1）充分考慮其導(dǎo)電導(dǎo)熱性能特點(diǎn)可制：導(dǎo)體及散熱器片、線材、管材、薄板材、電纜等。（2）考慮其機(jī)械性能及耐磨，耐蝕性能等對(duì)于一些耐蝕件、散熱器件、減摩零件及彈性元件等，可選用銅合金。（3）考慮其工藝性能特點(diǎn)

塑性好：沖壓或鍛軋成型件可選用之；

鑄造性能好：普通鑄件和壓鑄件可用之；

切削加工性好和光潔度高：大量生產(chǎn)的切削成型件可用之；

但是Cu的儲(chǔ)量小，價(jià)格較貴，應(yīng)節(jié)約使用§12.3滑動(dòng)軸承合金滑動(dòng)軸承是汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床及其他機(jī)器中的重要部件，軸承合金是制造滑動(dòng)軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料。一.軸承合金的性能組織要求：A.性能要求：當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦和軸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，并承受軸頸傳給的周期性載荷，故需如下性能：1)足夠的強(qiáng)度和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。2）足夠的塑性和韌性，高的疲勞強(qiáng)度，以承受軸頸的周期性載荷，并抵抗沖擊和振動(dòng)。軸瓦3）良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。4）高的耐磨性，與軸的摩擦因數(shù)小，并能保留潤(rùn)滑油，減輕磨損。5）良好的耐蝕性、導(dǎo)熱性，較小的膨脹系數(shù)，防止因摩擦升溫而發(fā)生咬合。B.組織要求：最好是在軟基體上分布著硬質(zhì)點(diǎn)軸在軸瓦中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí):

軟基體(軟質(zhì)點(diǎn))被磨損而凹陷,保持潤(rùn)滑油。硬質(zhì)點(diǎn)(硬基體)耐磨相對(duì)凸起,支持軸的壓力并使軸與軸瓦接觸面積減小。------使軸與軸瓦接觸面積減小，保證近乎理想的摩擦條件和極低的摩擦因數(shù)。二.軸承合金的劃分及介紹:1)常用的軸承合金劃分:

錫基.鉛基,鋁基,銅基和鐵基軸承合金(其中最常用的為:錫基和鉛基軸承合金,又稱巴氏合金)2)巴氏合金表示方法

Z+基本元素符號(hào)+主加元素含量+輔加元素含量(其中Z是鑄造的意思)如:ZSnSb11Cu6表示:主加元素鉛的成分為 =11%,輔加元素銅的成分為=6%,余量為錫.3)巴氏合金介紹:a.錫基軸承合金——ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）組成:α軟基體+硬質(zhì)點(diǎn)（白方塊是β-SnSb

＋白針狀Cu6Sn5）。軟基體由銻在錫中的α固溶體組成,硬質(zhì)點(diǎn)由以錫,銻化合物SnSb為基的固溶體及錫與銅形成的化物。性能:導(dǎo)熱性,耐腐蝕性,工藝性良好;摩擦因數(shù)與膨脹系數(shù)較小,抗咬合能力強(qiáng)。應(yīng)用:廣泛應(yīng)用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī),氣輪機(jī),內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器中的高速軸承體。ZChSnSb11-6的組織，×100b.鉛基軸承合金——

ZChPbSb16-16-2

組成:

(α＋β)共晶軟基體+硬質(zhì)點(diǎn)。軟基體由(α+β)共晶體組成,α為銻溶于鉛的固溶體,β為鉛溶于銻的固溶體,硬質(zhì)點(diǎn)與錫基合金相同,制造成本低廉