機(jī)械制造基礎(chǔ)- 課件 張兆隆 第6、7章 鑄鐵、非鐵金屬材料

鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金。鑄鐵具有許多優(yōu)良的性能及生產(chǎn)簡便、成本低廉等優(yōu)點，因而是應(yīng)用最廣泛的材料之一。

例如，機(jī)床床身、內(nèi)燃機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)及軸瓦、曲軸等都可用鑄鐵制造.鑄鐵曲軸內(nèi)燃機(jī)汽缸鑄鐵與鋼的主要區(qū)別：（1）碳含量及硅含量高，并且碳多以石墨形式存在；（2）硫、磷雜質(zhì)多。在鐵碳合金中，碳可能以三種形式出現(xiàn)：（1）固溶態(tài)，如鐵素體中的碳；（2）化合態(tài)，如滲碳體（Fe3C）；（3）游離態(tài)，石墨（以G表示）?；嬷械脑娱g距為0.142nm，結(jié)合力較強，兩基面間的面間距為0.340nm，結(jié)合力弱，故石墨的基面很容易滑動，其強度、硬度、塑性和韌性極低。石墨G（簡單六方晶格）鑄鐵中石墨的不同形態(tài)：a）片狀b）蠕蟲狀c）團(tuán)絮狀d）球狀鑄鐵的分類：1、按碳存在的形式分類（1）白口鑄鐵：碳全部或大部分以滲碳體形式存在，斷裂時斷口呈銀白色，稱為白口鑄鐵。（2）灰鑄鐵：碳大部分或全部以游離的石墨形式存在，斷裂時斷口呈灰暗色。（3）麻口鑄鐵：碳既以滲碳體形式存在，又以游離形式存在。斷口上黑白相間構(gòu)成麻點。鑄鐵的分類：2、按石墨的形式分類（1）普通灰鑄鐵：石墨呈片狀（2）可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀（3）球墨鑄鐵：石墨呈球狀（4）蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲狀3、按化學(xué)成分分類（1）普通鑄鐵：常規(guī)元素鑄鐵（2）合金鑄鐵：特殊性能鑄鐵，向普通鑄鐵中加入一定量合金元素。工業(yè)上使用的鑄鐵主要是灰口鑄鐵。1、鑄鐵的組織特點鋼的基體+G（石墨）基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。F+GF+P+GP+G鑄鐵的特點：⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動能量。⑷鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使車屑容易脆斷，不粘刀。2、鑄鐵的性能特點⑴力學(xué)性能低。石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，易導(dǎo)致應(yīng)力集中。鑄鐵與鑄鋼的強度比較鑄鐵的石墨化一、鐵碳雙重相圖石墨化過程：鑄鐵中石墨的結(jié)晶過程。成分相同的鐵液在冷卻時：冷卻速度越緩慢，析出石墨的可能性越大，冷卻速度越快，析出滲碳體的可能性越大。Fe-Fe3C相圖和Fe-C（G）相圖合畫在一起，稱為鐵-碳雙重碳圖。存在兩個鐵碳相圖：Fe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3C二、石墨化過程1、石墨使穩(wěn)定相，而Fe3C是亞穩(wěn)相，在一定條件下將發(fā)生分解：

Fe3C→3Fe+C（石墨）2、鑄鐵的石墨化過程鑄鐵中的石墨可以在結(jié)晶過程中直接析出,也可以由滲碳體加熱時分解得到。2、鑄鐵的石墨化過程過共晶成分L→L+GI共晶轉(zhuǎn)變L4.26→A2.08+G共晶

(1154℃)一次或共晶滲碳體在高溫分解形成第一階段：中間階段：A→A+GII(1154～738℃)或者二次滲碳體分解析出石墨第二階段：共析轉(zhuǎn)變A0.68→F+G共析(738℃)或者共析滲碳體分解形成石墨石墨化進(jìn)行程度鑄鐵的顯微組織鑄鐵類型第一階段中間階段第二階段完全進(jìn)行完全進(jìn)行完全進(jìn)行F+G灰口鑄鐵完全進(jìn)行完全進(jìn)行部分進(jìn)行F+P+G完全進(jìn)行完全進(jìn)行未進(jìn)行P+G部分進(jìn)行部分進(jìn)行未進(jìn)行Ld’+P+G麻口鑄鐵未進(jìn)行未進(jìn)行未進(jìn)行Ld’白口鑄鐵鑄鐵的石墨化程度與其組織之間的關(guān)系3、影響石墨化的因素⑴化學(xué)成分的影響

碳和硅是強烈促進(jìn)石墨化的元素。碳、硅含量過低，易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造性能變差。碳、硅含量過高,會使石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量增多，降低鑄件的性能.碳、硅量控制范圍：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。Al、Cu、Ni、Co等元素對石墨化有促進(jìn)作用。S、Mn、Cr、W、Mo、V等元素阻礙石墨化。磷雖然可促進(jìn)石墨化,但其含量高時易在晶界上形成硬而脆的磷共晶，降低鑄鐵的強度，只有耐磨鑄鐵中磷含量偏高(達(dá)0.3%以上)。⑵冷卻速度的影響鑄件冷卻緩慢，有利于碳原子的充分?jǐn)U散，結(jié)晶將按Fe-G相圖進(jìn)行，因而促進(jìn)石墨化。WC+Wsi(%)鑄件壁厚和碳硅含量對鑄鐵組織的影響

快冷時由于過冷度大，結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行,不利于石墨化.工業(yè)鑄鐵的成分范圍與組織工業(yè)鑄鐵的成分范圍溫度快冷中速冷卻中速冷卻緩冷緩冷緩冷快冷白口鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵珠光體可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵石墨化退火中速冷卻緩冷珠光體蠕墨鑄鐵鐵素體蠕墨鑄鐵Si/Mg/Ce一、灰鑄鐵灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。其產(chǎn)量約占鑄鐵總產(chǎn)量的80%以上。1、組織灰鑄鐵的組織是由液態(tài)鐵水緩慢冷卻時通過石墨化過程形成的，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種?；诣T鐵齒輪箱灰鑄鐵的顯微組織

鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌常對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理，以細(xì)化片狀石墨。常用的孕育劑有硅鐵和硅鈣合金。

經(jīng)孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。

孕育處理前孕育處理后硅鐵硅鈣2、熱處理熱處理只改變基體組織，不改變石墨形態(tài)?；诣T鐵強度只有碳鋼的30~50%，熱處理強化效果不大?；诣T鐵常用的熱處理有：①消除內(nèi)應(yīng)力退火(又稱人工時效)②消除白口組織退火③表面淬火灰鑄鐵件汽缸套活塞環(huán)去應(yīng)力退火—500-550℃，防止機(jī)加工或使用時變形、開裂。高溫退火——850-900℃,表面、薄壁等處白口

Fe3C→G,硬度↓,切削加工性↑表面淬火——

提高導(dǎo)軌表面、汽缸體內(nèi)壁等的耐磨性。3、牌號鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例

灰鑄鐵片狀FHT+一組數(shù)字?jǐn)?shù)字表示最低抗拉強度值，單位MPa?！癏T”表示灰鑄鐵代號。

HT100F+PHT150PHT2004、用途制造承受壓力和震動的零件,如機(jī)床床身、各種箱體、殼體、泵體、缸體。大型船用柴油機(jī)汽缸體(HT-300)重型機(jī)床床身(HT-250)變速箱體二、球墨鑄鐵石墨呈球形的灰口鑄鐵。由液態(tài)鐵水經(jīng)石墨化得到.1、組織：基體（F、F+P、P）+球狀G球狀石墨是液態(tài)鐵水經(jīng)球化處理得到的。球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。硅鐵硅鈣稀土鎂為避免白口，并使石墨細(xì)小均勻，在球化處理同時還進(jìn)行孕育處理。常用孕育劑為硅鐵和硅鈣合金。鐵素體加珠光體球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球2、性能與熱處理強度是碳鋼的70~90%。球墨鑄鐵的突出特點是屈強比(

0.2/

b)高,約為0.7~0.8,而鋼一般只有0.3~0.5。球墨鑄鐵可進(jìn)行各種熱處理,如退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。球墨鑄鐵的熱處理特點是：①奧氏體化溫度比碳鋼高，由于硅含量高；②淬透性比碳鋼高；③奧氏體中碳含量可控。制品(軋輥與輥環(huán))組織貝氏體基球墨鑄鐵3、牌號鑄鐵名稱石墨形態(tài)基體組織編號方法牌號實例球墨鑄鐵

球狀FQT+兩組數(shù)字第一組數(shù)字表示最低抗拉強度值，MPa；第二組數(shù)字表示最低伸長率值，%。

“QT”表示球墨鑄鐵代號QT400-15F+PQT600-3PQT700-24、用途承受震動、載荷大的零件，如曲軸、連桿傳動齒輪等。鑄鐵曲軸連桿可鍛鑄鐵石墨化退火工藝曲線

三、可鍛鑄鐵石墨呈團(tuán)絮狀的灰口鑄鐵，是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火獲得的。1、組織：基體(F、P)＋團(tuán)絮狀G鐵素體基體可鍛鑄鐵又稱黑心可鍛鑄鐵。2、性能：強度為碳鋼的４0~７0%，接近于鑄鋼。名為可鍛，實不可鍛

可鍛鑄鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的石墨化退火3、牌號KTH+數(shù)字—數(shù)字黑心可鍛鑄鐵KTZ+數(shù)字—數(shù)字珠光體可鍛鑄鐵前一組數(shù)表示最低抗拉強度后一組數(shù)表示最低斷后伸長率4、用途用于制造形狀復(fù)雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機(jī)的前后輪殼、管接頭、低壓閥門等?？慑戣T鐵管件四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵.蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的.蠕化劑為稀土硅鐵鎂合金、

稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金等。蠕墨鑄鐵的組織：

基體（F、F+P、P）+蠕蟲狀G

蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體蠕墨鑄鐵的強度、塑性和抗疲勞性能優(yōu)于灰鑄鐵，其力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。灰鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵灰鑄鐵蠕墨鑄鐵球墨鑄鐵牌號——

如RuT420

，表示

b≥420。蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵常用于制造承受熱循環(huán)載荷的零件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強度要求高的鑄件。如鋼錠模、玻璃模具、柴油機(jī)汽缸、汽缸蓋、排氣閥、液壓閥的閥體、耐壓泵的泵體等。玻璃模具制動鼓合金鑄鐵耐磨鑄鐵減摩鑄鐵——P灰鑄鐵（F為軟基體，Cm為硬質(zhì)點，G潤滑、儲油）抗磨鑄鐵——

白口鑄鐵表層＋灰口鑄鐵心部（強度好）加入合金元素，以提高強度、韌性、耐磨性。耐熱鑄鐵和耐蝕鑄鐵謝謝！第七章非鐵金屬材料教學(xué)要求主要內(nèi)容本章重點本章小結(jié)

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章教學(xué)要求

通過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解鋁合金時效強化原理和滑動軸承合金的組織特性；

熟悉常用鋁合金、銅合金、滑動軸承合金的牌號、性能、強化方法及用途；

了解粉末冶金方法及硬質(zhì)合金的類型、牌號及應(yīng)用。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章主要內(nèi)容

第一節(jié)鋁及鋁合金

第二節(jié)銅及銅合金

第三節(jié)滑動軸承合金與硬質(zhì)合金

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章本章重點

常用鋁合金、銅合金、滑動軸承合金的牌號、性能、強化方法及用途。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章第七章

有色金屬及其合金

工業(yè)上常用的金屬材料中，通常稱鐵及其合金(鋼鐵)為黑色金屬，其它的非鐵金屬及其合金則稱為有色金屬。有色金屬由于它們具有許多良好的特殊性能，成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料。第一節(jié)鋁及鋁合金

一、工業(yè)純鋁

純鋁是銀白色的輕金屬，它密度小，熔點低(660℃)，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性(僅次于銀、銅)。鋁在空氣中極易氧化，生成一層致密的三氧化二鋁薄膜，它能阻止鋁進(jìn)一步氧化，從而使鋁在空氣中具有良好的抗蝕能力。

鋁的塑性高，強度、硬度低，可以進(jìn)行冷、熱壓力加工。通過加工硬化，可使其強度提高到σb=150～250MPa，但塑性降低。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章

工業(yè)純鋁中ωA1

=99.7％～99.8％，雜質(zhì)主要是鐵和硅。

工業(yè)純鋁的牌號是按其雜質(zhì)含量來編制的。牌號有1070、1370、1050、1035、1200等，編號越大，雜質(zhì)含量越高，純度越低。

工業(yè)純鋁的主要用途是制作電線、電纜及強度要求不高的器皿。

二、常用鋁合金

1．鋁合金的分類及熱處理

(1)鋁合金的分類

根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點，鋁合金分為：

變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。

鋁合金相圖的一般類型如圖所示。

成分位于D點左邊的合金，當(dāng)加熱到固溶線以上時，可獲得均勻單相的固溶體，其塑性好，易進(jìn)行鍛壓，稱為變形鋁合金。

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成分在D點右邊的合金，由于共晶組織的存在，只適于鑄造，稱為鑄造鋁合金。

變形鋁合金又分為兩類。

成分在F點左邊的合金，其固溶體的溶解度不隨溫度而變化，故不能用熱處理方法強化，稱為不能用熱處理強化合金。

成分在F點右邊的合金，其固溶體的溶解度隨溫度而變化，可用熱處理方法強化，稱為能用熱處理強化合金。

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(2)鋁合金的熱處理

將能熱處理強化的變形鋁合金加熱到某一溫度，保溫獲得均勻一致的固溶體后，在水中急冷下來，使α固溶體來不及發(fā)生脫溶反應(yīng)。這樣的熱處理工藝稱為鋁合金的固溶處理。

經(jīng)過固溶處理的鋁合金，在常溫下其固溶體處于不穩(wěn)定的過飽和狀態(tài)，具有析出第二相，過渡到穩(wěn)定的非過飽和狀態(tài)的趨向。由于不穩(wěn)定固溶體在析出第二相過程中會導(dǎo)致晶格畸變，從而使合金的強度和硬度得到顯著提高，而塑性則明顯下降。

這種力學(xué)性能在固溶處理后隨時間而發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象稱為“時效強化”或“時效”。在室溫下進(jìn)行的時效稱“自然時效”，在加熱條件下(100～200℃)進(jìn)行的時效稱“人工時效”。

時效溫度越高，則時效的過程越快，但強化的效果越差。

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2．變形鋁合金

(1)防銹鋁合金。屬于熱處理不能強化的鋁合金。主要有鋁一錳系和鋁一鎂系合金。具有適中的強度、良好的塑性和抗蝕性，故稱為防銹鋁合金。主要用途是制造油罐、各種容器、防銹蒙皮等。

(2)硬鋁合金。屬于鋁一銅一鎂系和鋁一銅一錳系。這類鋁合金經(jīng)淬火和時效處理后可獲得相當(dāng)高的強度，故稱為硬鋁。由于其耐蝕性差，有些硬鋁板材在表面包一層純鋁后使用。硬鋁可軋成板材、管材和型材，以制造較高負(fù)荷下的鉚接與焊接零件。

(3)超硬鋁合金。屬于鋁一銅一鎂一鋅系，是在硬鋁的基礎(chǔ)上再加鋅而成，強度高于硬鋁，故稱為超硬鋁合金。主要用于制造要求重量輕、受力較大的結(jié)構(gòu)零件。

硬鋁淬火后多用自然時效；超硬鋁淬火后多用人工時效。

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(4)鍛造鋁合金。大多屬于鋁一銅一鎂一硅系。這類合金由于具有優(yōu)良的鍛造工藝性能，故稱為鍛造鋁合金。主要用來制造各種鍛件和模鍛件。各類變形鋁合金的性能、特點見教材中表8-1。

3．鑄造鋁合金

(1)常用鑄造鋁合金

鑄造鋁合金可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系等四類。

鑄造鋁合金的代號用“ZL＋三位數(shù)字”表示，其中“ZL”表示“鑄鋁”；第一位數(shù)字表示合金類別：1為鋁硅系，2為鋁銅系，3為鋁鎂系，4為鋁鋅系；第二三位數(shù)字表示合金的順序號。

鑄造鋁合金的牌號用“Z＋Al＋主要合金元素化學(xué)符號及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)”表示，如ZAlSi12，表示ωSi=12％的鑄造鋁合金。

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1)鋁硅系合金(又稱硅鋁明)。是鑄造鋁合金中牌號最多、應(yīng)用最廣泛的一類。它具有良好的鑄造性，可加入銅、鎂、錳等元素使合金強化，并通過熱處理進(jìn)一步提高力學(xué)性能。這類合金可用作內(nèi)燃機(jī)活塞、汽缸體、水冷的汽缸頭、汽缸套、扇風(fēng)機(jī)葉片、形狀復(fù)雜的薄壁零件及電動機(jī)、儀表的外殼等。

2)鋁銅系。鋁銅合金強度較高，加入鎳、錳更可提高耐熱性，用于高強度或高溫條件下工作的零件。

3)鋁鎂系。鋁鎂合金有良好的耐蝕性，可作腐蝕條件下工作的鑄件，如氨用泵體、泵蓋及海輪配件等。

4)鋁鋅系。鋁鋅合金有較高的強度，價格便宜，用于制造醫(yī)療器械零件、儀表零件和日用品等。部分鑄造鋁合金的牌號、力學(xué)性能、特點見教材中表8-2。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章

(2)鋁合金的變質(zhì)處理

鑄造鋁合金中一般有較多的共晶組織，這種組織粗大，導(dǎo)致鑄件的性能降低。為了提高鑄件的性能，往往需要對其進(jìn)行變質(zhì)處理。

變質(zhì)處理：

在合金澆注前，向液態(tài)合金中加入占合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％～3％的變質(zhì)劑(2／3的氟化鈉和1／3的氯化鈉的混和物)

以細(xì)化共晶組織，從而顯著提高合金的強度和塑性(強度提高30％～4％，伸長率提高1％～2％)。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章第二節(jié)銅及銅合金

一、工業(yè)純銅

純銅因其外觀呈紫紅色曾稱為紫銅，密度為8.93×103kg／m3，熔點為1083℃，具有良好的塑性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，但強度較低(σb=200～250MPa)，不宜制作結(jié)構(gòu)零件，而廣泛用于制造電線、電纜、銅管以及配制銅合金。我國工業(yè)純銅的代號有T1、T2、T3三種。順序號越大，純度越低。T1、T2主要用來制造導(dǎo)電器材，或配制高級銅合金。T3主要用來配制普通銅合金，

二、常用銅合金

黃銅：是指以銅和鋅為主的合金。普通黃銅是銅鋅二元合金；在銅鋅合金中加入硅、錫、鋁、鉛、錳等元素時稱為特殊黃銅。青銅指除黃銅和白銅以外的銅合金。白銅是指銅和鎳為主的合金。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章

1．黃銅

(1)普通黃銅。普通黃銅的牌號用“H”加數(shù)字表示，數(shù)字表示銅含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。常用的牌號有：

1)H80。色澤美觀，可以用來作裝飾品，有金色黃銅之稱。有較好的力學(xué)性能和冷、熱加工性能，耐蝕性好。

2)H70。強度高，塑性好。冷成形性能好，可用深沖壓的方法制作彈殼、散熱器、墊片等零件，故有彈殼黃銅之稱。因其銅與鋅之比為7：3，亦稱為7-3黃銅。

3)H62。有較高的強度，熱狀態(tài)下塑性良好，切削性能好，易焊接，耐腐蝕，價格較便宜，工業(yè)卜應(yīng)用較多，如用作散熱器、油管、墊片、螺釘?shù)取?/p>

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(2)特殊黃銅。這是在銅鋅合金中加入硅、錫、鋁、鉛、錳等元素制成，依加入合金元素的名稱分別稱為硅黃銅、錫黃銅、鉛黃銅等。特殊黃銅可分為壓力加工與鑄造用兩種。

1)壓力加工黃銅加入的合金元素較少，塑性較高，具有較高的變形能力。

編號方法是：

H+主添加元素符號十銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主添加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

常用的有鉛黃銅HPb59—1，鋁黃銅HA159—3—2等。

HPb59—1

為含ωcu=59％，ωpb=1％，其余為鋅的黃銅，它有良好的切削加工性，常用來制作各種結(jié)構(gòu)零件，如銷子、螺釘、螺母、襯套、墊圈等。

HA159—3—2為含ωcu=59％，ωA1=3％，ωNi=2％，其余為鋅的黃銅。其耐蝕性較好，用于制作耐腐蝕零竹。

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2)鑄造用黃銅不要求很高的塑性，為提高強度度和鑄造性能，可加入較多的合金元素；鑄造黃銅的牌號的表示方法為：

Z（表示“鑄”)+Cu+Zn及其含量+其它元素符號及其含量。

例如ZCuZn16Si4，表示鑄造磚黃銅，ωZn=16%，ωSi=4％，余量為銅。

常用的特殊黃銅的牌號、成分，力學(xué)性能和用途列于教材中表8-3。

2．青銅

錫銅合金是人類歷史上應(yīng)用最早的合金，因其呈青黑色而稱為青銅。

工業(yè)上應(yīng)用了大量的不含錫而是含鋁、硅、鉛、鈹，錳的銅基合金，稱無錫青銅，它們與錫青銅統(tǒng)稱青銅。

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青銅又分為壓力加工青銅和鑄造青銅。壓力加工青銅的牌號以“Q”表示，后跟元素符號，表明為何種青銅，再跟數(shù)字依次表示所添加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

鑄造青銅的牌號的表示方法為：Z(表示“鑄”)+Cu+主加元素符號及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其它元素符號及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

常用青銅的成分、力學(xué)性能及用途見教材中表8-4。

(1)錫青銅。它具有良好的強度、硬度、耐磨性、耐蝕性和鑄造性。當(dāng)ωSn<5％～6％時塑性良好；超過5％～6％時，強度增加而塑性急劇下降；當(dāng)ωSn>20％時，強度也急劇下降。

工業(yè)用錫青銅的ωSn均在3％～14％之間。ωSn<8％的錫青銅為壓力加工錫青銅。它具有較好的塑性和適宜的強度，適用于壓力加工，可加工成板材、帶材等半成品。ωSn<10％的錫青銅塑性差，只適用于鑄造。

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錫青銅的抗腐蝕性比純銅和黃銅都高，抗磨性能也很好，多用來制造耐磨零件(如軸瓦、軸套、蝸輪)和與酸、堿蒸氣等接觸的零件。

(2)鋁青銅。實用的鋁青銅ωA1一般在5％～11％之間。ωA1為5％～7％時塑性最高，ωA1為10％時強度最高。

鋁青銅不但價格低廉、性能優(yōu)良，其強度、硬度比黃銅和錫青銅都高，而且耐蝕性、耐磨性也高。鋁青銅作為價格昂貴的錫青銅的代用品，常用來鑄造承受重載的耐磨、耐蝕零件。

(3)鈹青銅和鈦青銅。以鈹為主添加元素的銅合金稱為鈹青銅。它的ωBe=1.7％～2.5％之間。鈹青銅有許多優(yōu)良的性能：

1)經(jīng)淬火時效強化后強度可達(dá)σb=1200～1500MPa，硬度為330～400HBW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它合金；

2)其彈性極限、疲勞強度、耐磨性、耐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性都很好；

3)具有耐寒、無磁性及沖擊不產(chǎn)生火花等特性。

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鈹青銅主要用來制造各種精密儀器或儀表中的貴重彈簧及彈性元件和耐磨件等。

注意：鈹青銅價格昂貴，工藝復(fù)雜，而且有毒，因而限制了它在工業(yè)上的應(yīng)用。在鈹青銅中加入鈦元素，可減少鈹?shù)暮?，降低成本，改善工藝。鈦青銅的物理化學(xué)性能和力學(xué)性能都與鈹青銅相似，但它生產(chǎn)工藝簡單，無毒，價格便宜，是一種很有前途的新型高強度合金。

3．白銅

以鎳為主要添加元素的銅合金稱為白銅。

僅有銅、鎳組成的二元合金稱為普通白銅，含錳的銅鎳合金稱為錳白銅。

錳銅、康銅、考銅就是具有不同含錳量的錳白銅。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章

錳銅的牌號是BMn3—12；

康銅的牌號是BMn40—1.5；

考銅的牌號是BMn43—0.5。

“BMn”

表示錳白銅，后面的數(shù)字分別表示：鎳+鈷的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)和錳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

錳白銅具有極高的電阻率，非常小的電阻溫度系數(shù)，是制造電工測量儀器、變阻器、熱電偶及電熱器主要的材料。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章第三節(jié)滑動軸承合金

軸承是用來支撐軸進(jìn)行工作的機(jī)械零件。

目前機(jī)器中所用的軸承主要有滾動軸承和滑動軸承兩大類，雖然滾動軸承應(yīng)用廣泛，但滑動軸承具有承壓面大、工作平穩(wěn)、無噪聲等優(yōu)點，故常用于重載、高速的場合，如磨床主軸軸承、連桿軸承，發(fā)動機(jī)軸承等。

在滑動軸承中，制造軸瓦和軸瓦內(nèi)襯的合金稱為軸承合金。

一、軸承合金的組織特征

1．對軸承合金的性能要求

滑動軸承由軸承體和軸瓦組成，軸是機(jī)器上最重要的零件，價格昂貴，更換困難，所以應(yīng)盡量使磨損發(fā)生在軸瓦上，故軸承合金應(yīng)具有以下性能：

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(1)足夠的強度和塑性、韌性，以抵抗沖擊和振動；

(2)適當(dāng)?shù)挠捕?，既能承受載荷又能減少軸的磨損；

(3)良好的能減磨性(摩擦系數(shù)小，并能保存潤滑油)和磨合性；

(4)良好的導(dǎo)熱性與耐蝕性；

(5)成本低廉，易于制造。

2、軸承合金的組織特征

理想的組織是軟基體上分布有均勻的硬質(zhì)點，或硬基體上分布有軟質(zhì)點的結(jié)構(gòu)，如圖所示。

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當(dāng)軸與軸瓦經(jīng)磨合后，軟基體（或軟質(zhì)點）因磨損而下凹，凹坑可儲油；而硬質(zhì)點（或硬基體）則凸起來承受軸的壓力。同時軟基體（或軟質(zhì)點）還能承受沖擊和振動，并起嵌藏外來硬質(zhì)點的作用，以保證軸不被擦傷。

以錫或鉛為基體的軸承合金(也稱巴氏合金），是滿足上述性能及組織要求的最理想的材料。另外，還有銅基、鋁基軸承合金等。

二、常用的軸承臺金

l．錫基軸承合金具有適當(dāng)?shù)挠捕群洼^低的摩擦系數(shù)(0.005)，軟基體具有較好的塑性和韌性，還具有良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性。幾乎能滿足軸承材料的所有要求，可用作承受大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速機(jī)器設(shè)備的軸承，如用于汽輪機(jī)、電動機(jī)、汽車發(fā)動機(jī)等。

由于錫是稀缺礎(chǔ)昂貴的金屬，使其應(yīng)用范圍受到限制，而大多代以鉛基軸承合金。

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2．鉛基軸承合金硬度與錫基合金差不多，但強度、韌性較低，耐蝕性也較差。由于價格較低，常用于制造中等載荷的軸承，如汽車、拖拉機(jī)的曲軸軸承，電動機(jī)、空壓機(jī)、減速器的軸承等。錫基和鉛基軸承合金的強度都較低，不能承受大的壓力，生產(chǎn)中常用離心澆注法將其鑲鑄在低碳鋼的軸瓦上，形成薄(<0.1mm)而均勻的一層內(nèi)襯，既可提高軸承的承載能力，又可節(jié)約軸承合金材料。這種軸承稱為雙金屬軸承。

錫基、鉛基軸承合金牌號表示方法為：

Z+基本元素符號+主加元素符號與元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，“Z”為“鑄”的漢語拼音首字母。如ZSnSb11Cu6，表示基本元素為Sn即錫基合金，主加元素ωSb=11％，輔加元素ωCu=6％，余量為Sn。

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3．銅基軸承合金主要是鉛青銅和錫青銅，其代號或牌號表示法參見鑄造青銅。常用的鉛青銅牌號如ZCuPb30，表示ωPb=30％，余量為銅，顯微組織為在銅的硬基體上分布著軟的鉛顆粒。

鉛青銅與巴氏合金相比具有較高的疲勞強度和承載能力，及較高的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)，廣泛用于高速、高負(fù)荷下工作的軸承。如航空發(fā)動機(jī)和高速柴油機(jī)軸承。由于強度低，也是作為雙金屬軸承用作軸襯。

錫青銅用來制造中速、重負(fù)荷下工作的軸承。錫青銅可直接制成軸瓦。

4．鋁基軸承合金

基本元素是鋁，主添加元素有銻和錫。

常用的有鋁銻鎂軸承合金和高錫鋁基軸承合金兩大類。

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鋁銻鎂軸承合金的顯微組織為在鋁的軟基體上分布著硬的質(zhì)點A1Sb，該合金也是澆注在鋼背上做成雙金屬軸承使用。

高錫鋁基軸承合金的顯微組織為在硬的鋁基體上分布著軟的球狀錫質(zhì)點，成品一般為鋼一鋁一高錫鋁三層材料軋制而成。其承載能力達(dá)3200MPa，滑動線速度高，且其工藝簡單、壽命長，可代替巴氏合金、銅基軸承合金和鋁銻鎂軸承合金。

鋁基軸承合金資源豐富，價格低廉，疲勞強度和導(dǎo)熱性好，現(xiàn)已廣泛用于高速重載荷下工作的軸承。

鋁基軸承合金的主要缺點是線膨脹系數(shù)大，運轉(zhuǎn)時易與軸咬合。又因其本身強度高，使軸易磨損，故需相應(yīng)提高軸的硬度。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第七章第四節(jié)粉末冶金與硬質(zhì)合金

粉末冶金材料與硬質(zhì)合金材料都是采用粉末冶金的方法制成的。

一、粉末冶金

工藝方法：將金屬粉末(或摻人部分非金屬粉末)放在模具內(nèi)加壓成形，然后燒結(jié)而成為金屬零件或金屬材料的生產(chǎn)方法，稱為粉末冶金。

1．粉末冶金的生產(chǎn)過程

(1)粉末的制取根據(jù)金屬的性質(zhì)不同，可采用不同的方法制取粉末，有機(jī)械粉碎法、還原法、電解法、噴射法等，或幾種方法混合使用。

(2)粉末混料將金屬粉末和各種輔助材料按一定的比例配好后，經(jīng)混料器混合，使各種成分均勻分布。

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(3)粉末壓制將混合料裝入壓模中，在壓力機(jī)上加壓成形。這時體積縮小，由于原子吸引力和機(jī)械咬合，使制件具有一定的強度。

(4)燒結(jié)

壓制成形后的強度不夠，還必須進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)時由于原子間的擴(kuò)散，使粉末顆粒間的結(jié)合力增強，強度也顯著提高。

有時將加壓成形和燒結(jié)兩道工序合在一起進(jìn)行，稱為熱壓法。

2．粉末冶金軸承材料采用粉末冶金工藝可制作多種減磨材料，用于制作滑動軸承。

(1)含油軸承材料

利用材料的多孔性浸滲潤滑油的減磨材料，由于孔隙中含有大量潤滑油(體積分?jǐn)?shù)為10％～30％)，故稱含油軸承材料，用于制作軸承、襯套等。

常用的有鐵基和青銅基兩種，通常添加的固體潤滑劑是石墨。

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含油軸承工作原理：

軸承工作時，由于摩擦發(fā)熱，使軸承膨脹將潤滑油從孔隙中壓到工作表面，起到潤滑作用。停止工作后軸承冷卻，由于毛細(xì)作用，大部分潤滑油又被吸回孔隙，少部分留在表面，使再次運轉(zhuǎn)時避免發(fā)生干摩擦，起到自動潤滑的作用。

含油軸承材料的孔隙度在18％～25％?？紫抖雀邉t含油多，潤滑性能好，但強度低，適宜在低負(fù)荷、中速條件下工作；孔隙度低則含油少，強度較高，適宜在中、高負(fù)荷條件下工作，若在低速條件下工作，還需補充潤滑油才能使用。

(2)金屬塑料減磨材料