第7章-有色金属及合金

1、有色金属及合金,数码,书名：机械工程材料与热处理（第2版） 主编：张文灼 赵宇辉 ISBN：978-7-111-51930-0 出版社：机械工业出版社,铜及铜合金,纯铜 性质：呈紫红色，又称紫铜，熔点为1083，密度8.9g/cm3 面心立方晶格结构 性能特点： （1）良好的导电、导热性，仅次于银居第二位； （2）塑性好，铸造性能好，可冷热压力加工； （3）较高的抗蚀性，如大气、水中不受腐蚀； （4）具有抗磁性； （5）减摩性耐磨性好； （6）色泽美观。 工业纯铜分类： 代号T1、T2、T3、T4，数字越大、杂质含量越高、纯度越低,氧含量小于等于0.003%,无氧铜（TU1,TU2),铜线抗氢

2、）,应用 纯铜不宜制造受力构件，主要用于制造电线、电缆、电子元件 、散热器和配制合金。纯铜和铜合金的低温力学性能很好， 是制造冷冻设备的主要材料,杂质元素,铋或铅：容易与铜形成低熔点共晶，造成铜的热脆； 铋或锑等：与铜的原子尺寸相差大，容易引起铋或锑在铜 晶界处偏聚，产生强烈的晶界脆化倾向。 氧元素：含氧铜在氢气还原时，易裂纹。,铜合金（加入合金元素）,合金元素的溶解度 当合金元素与铜原子尺寸差别很大时，溶解度一般较小,合金元素的固溶强化效果 （见右图）,溶质元素对铜基固溶体在室温临界分切应力的影响,锑,锡,金,锌,铟,溶质元素对铜导电性的影响,溶质元素对铜导热性的影响,铜合金,铜合金分类：

3、黄铜（铜锌合金）：普通黄铜 、特殊黄铜 、铸造黄铜 青铜（铜锡合金）：锡青铜 、无锡青铜 白铜（铜镍合金）：结构白铜、电工白铜,黄铜,黄铜,含锌量与铜的性能关系,黄铜,：Zn在Cu中的置换固溶体，具有很大的溶解度，FCC，塑性好。,：以电子化合物CuZn为基的固溶体，BCC，塑性好。当温度低于456468以下时，转变为有序固溶体，硬而脆。,：以电子化合物Cu5Zn8为基的固溶体，复杂立方（黄铜结构），塑性较差。当温度低于270以下时，转变为有序固溶体，硬而脆。,黄铜的腐蚀与预防,黄铜的腐蚀分为电化学腐蚀（脱锌）和应力腐蚀。 脱锌：是指锌在中性盐溶液中发生选择性水解。可加入微量的砷 （0.020

4、.06）加以防止。,应力腐蚀： 冷变形后的黄铜在张应力、腐蚀介质NH3、SO2和湿空气的联合作用，发生腐蚀。 应力腐蚀的防止：1）去应力退火；2）表面镀锌或镉； 3）在黄铜中加入少量的Si和微量的砷可减小自裂倾向。,锡青铜,Q主加元素符号主加元素含量（其他元素含量）,除了以锌或镍为主加元素的铜合金外，其余铜合金外观多为棕绿色，通称为青铜,锡青铜,：Sn在铜中的置换固溶体，有较大溶解度，FCC，塑性好。,：以电子化合物Cu5Sn为基的固溶体，在586发生共析转变（+），BCC，塑性好。,：以电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体，在526发生共析转变（+），复杂立方（黄铜结构），硬而脆。,：在35

5、0发生共析转变（+），其他同上,：以电子化合物Cu3Sn为基的固溶体，HCP，极硬而脆。,锡青铜,当Sn56%时，固溶体，强度和塑性较高；当Sn56%时，出现相，使塑性降低；当Sn20%时，过多，强度和塑性急剧降低。因此，一般加入314%Sn，其中，压力加工锡青铜57%Sn，铸造锡青铜1014%Sn,位于栾川县老君山老子文化苑，用360吨锡青铜铸造，像高38米，通高59米，是我国目前最大的老子铜像,无锡青铜,（铝青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜 ）,应用：制造齿轮、轴套、蜗轮等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件以及弹簧和其他高耐蚀性的弹性零件,铝青铜,铝青铜,：Al在铜中的置换固溶体，溶解度较大，F

6、CC，强度和塑性较高。,：以电子化合物Cu3Al为基的固溶体，在565发生共析转变（+2），BCC,2：以电子化合物Cu32Al19为基的固溶体，硬而脆。,当Al57%时，固溶体，强度、塑性较好；当Al7%时，塑性急剧降低；当Al10%时，出现脆性2，强度和塑性都显著降低。,铍青铜,铜合金性能最好的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能； 常用代号：QBe2、QBe1.9等； 用途：用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具

7、等。,白铜,B30表示含30%Ni的简单白铜，是常用的镍币材料；BMn40-1.5表示含40%Ni和1.5%Mn的复杂白铜，又可称为锰白铜，俗称“康铜”,以镍为主要合金元素的铜合金，外观为白色,镍与铜可无限互溶，即形成无限固溶体，随着溶质原子的增加，合金的硬度、强度、电导率上升，而塑性、电阻温度系数下降,铝及铝合金,纯铝 性质： 银白色，熔点:660，面心立方晶格; 工业上使用的纯度为99%99. 99% 性能特点： 密度小，为 2.7g/cm3 ，仅为铁的1/3；导电、导热性较高，居第四位； 抗大气腐蚀性好，生成Al3O2，与大气隔绝，但不耐酸、碱和盐。 塑性好，可压力加工成各种型材 无铁磁

8、性，即磁化率极低。 主要用途：替代贵金属制电线，配制各铝合金及制要求质轻、导热或耐大气腐蚀但抗拉强度要求不变的器具。,高纯铝：1A99、1A97、1A93、1A90、1A85 纯铝：分为非压力加工产品（铸造纯铝）和压力加工产品（变形纯铝）铸造纯铝牌号 变形纯铝牌号:,工业纯铝分类：高纯铝和纯铝,铝合金的分类,铝合金的分类,常用铝合金及应用,变形铝合金 牌号：四位字符（2 A 2 0） 第一位为数字，表示铝合金组别；第二位：A/(0)原始合金； 第三、四位：区分同一组的不同合金。 分类： 防锈铝（铝锰合金） 硬铝（铝铜合金） 超硬铝合金（铝锌合金） 锻铝合金（铝镁合金）,铸造铝合金,铸造铝合金代

9、号：用“ZL3位数字”表示：第一位数字表示合金类别（1铝硅系、2铝铜系、3铝镁系、4铅锌系），后两位为顺序号。顺序号不同，成分不同，如“ZL102”表示2号铸造铝硅合金。,ZALSi12(牌号）,铝合金的强化,变形强化（加工硬化）： 对不能热处理强化的防锈铝合金施以冷压力加工，产生加工硬化而强化 变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金 固溶强化： 铝合金都有，如加入Cu、Mg、Zn、Si、Mn等可形成有限固溶体。 时效强化： 可热处理强化铝合金 铝合金淬火后在室温或者较低温度下加热保温一段时间，随时间延长其强度硬度显著增加的现象，称为时效强化。,钛及钛合金,工业纯钛 银白色，密度小，熔点高（17

10、25），导热性差 塑性好，强度低，易加工成形 耐腐蚀性好 882.5熔点为体心立方晶格（-Ti ）； 882.5 以下为密排六方晶格（-Ti ） 牌号：TA0、TA1、TA2和、TA3 应用：航空、航天、船舶,钛及钛合金,钛合金 分类：合金（TA)、合金(TB)、+合金 (TC) 合金,相固溶体组成的单相合金 ；耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强 ；典型牌号是TA7，成分为Ti-5Al-2.5Sn。其使用温度不超过500 ，主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。,钛及钛合金,钛合金 合金 +合金,相固溶体组成的单相合金 ：高强度，热稳定性差；钛合金的典型牌号是TB1，成分为Ti-3Al-

11、13V-11Cr，一般在350 以下使用，适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。,双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工 ；典型牌号是TC4，成分为Ti-6Al-4V，适于制造在400以下长期工作的零件，或要求一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。,滑动轴承合金（用于制造轴瓦及内衬的合金）,轴承合金性能的要求 适当的硬度 足够的塑性、韧性，高的抗拉强度和疲劳强度 低的摩擦系数、良好的减摩性，耐磨性好 良好的导热性、较小的膨胀系数，防止咬合 良好的耐蚀性 轴承合金的组织 在软的

12、基体上，弧立地分布着硬质点（占 1530% ） 属于此组织的有锡基和铅基轴承合金 在较硬的基体（其硬度低于轴颈的硬度）分布着软的质点 属此有铜基及铝基轴承合金,铅基轴承合金（铅基巴氏合金）,铅锑+锡、铜,成本低、高温强度好、亲油性好、有自润滑性，适用于润滑较差的场合。 但耐蚀性和导热性不如锡基轴承合金，对钢背的附着力也较差,以锡为主，并加入少量锑和铜 摩擦系数小，对轴颈的磨损少，硬度低、顺应性和嵌镶性好，抗腐蚀性高，对钢背的粘着性好。 抗疲劳强度较差，且随着温度升高机械强度急剧下降，最高运转温度一般应小于110,锡基轴承合金,铝基轴承合金,密度小、导热性好、抗疲劳强度高、价格低廉，用于高速、高负荷下工作的轴承 Al-20Sn-1Cu 疲劳强度高，耐热性、耐磨性和耐蚀性均良好 wSb4%，wMg0.3%0.7