工程材料之有色金属及其合金

第二节有色金属及其合金黑色金属-----钢铁材料有色金属-----铝、镁、铜、铅、锌等及其合金一、铜及铜合金纯铜：紫铜铜合金：黄铜、青铜、白铜1、紫铜紫铜的性能紫铜的代号及用途紫铜的热处理紫铜即工业纯铜，因其具有玫瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色而名面心立方晶体结构，无同素异构转变比重8.96，熔点1083℃；优良的导电性和导热性，其导电性位居第二(仅次于银)；逆磁性物质(磁化系数为很小的负数)；很好的耐蚀性极好的塑性，机械性能较低(表9-6)热脆性：含有铅、铋，当进行热加工时(一般为820~860℃)，造成脆性断裂冷脆：含有硫、氧，铜在冷加工时易于产生破裂的现象代号：T1(99.95%Cu)、T2(99.90%Cu)、T3(99.7%Cu)、T4(99.5%Cu)。用途：船上主要用作柴油机的润滑油管、锅炉水管等和密封垫片紫铜在冷变形后通过再结晶退火，即将紫铜加热到600~650℃，然后在水中冷却，一方面去除其表面的灰黑色氧化皮(CuO)，另一方面紫铜得到软化(消除加工硬化现象)在船上采用喷灯加热至发红而后水冷，达到软化的目的。2、黄铜黄铜----铜锌合金，根据化学成分的不同，分为普通黄铜和特殊黄铜。⑴普通黄铜：①成分和组织②

编号和用途、性能②

腐蚀⑵特殊黄铜①

锡黄铜①

锰黄铜①

铝黄铜普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金黄铜含锌量一般不超过47%单相黄铜：锌<39%，形成固溶体(塑性很好，适于冷、热加工)两相黄铜：含锌量在39~45%时，黄铜的组织为+(相是以化合物CuZn为基的固溶体，高温下塑性好，适于热加工，在温度较低时则很脆，不宜冷加工)编号："H"+两位数字(H80，即表示含铜80%的黄铜)，铸造黄铜，再加上"Z"机械性能：与锌的含量有直接关系。如图9-7所示。锌的含量达30%时，黄铜的塑性最大;含锌量达到45%时，黄铜的强度最大铸造性能：优良耐蚀性：在大气、尤其是有机氟化物(氟利昂12-CF2Cl2)中应用：用于制作冷凝管、水泵零件、散热片等，如表9-8所示。普通黄铜的的抗蚀性较较好，与紫紫铜差不多多。对大气气、海水、、以及氨以以外的碱性性溶液的耐耐蚀性很高高，但在氨氨、氨盐和和酸类介质质中的耐蚀蚀性较差，，特别是对对硫酸、盐盐酸的抗蚀蚀很差“应力腐蚀破破裂”或“季裂””：含锌大大于7%(尤其是含含锌量大于于20%)的黄铜经经冷加工后后，在潮湿湿的大气及及海水中，，特别是在在有氨的环环境中，容容易产生腐腐蚀致使黄黄铜破裂的的现象。产生原因：：主要是有有残余应力力存在，有有腐蚀性介介质含锌量量较高消除办法：：可进行低低温退火，，退火温度度一般为260~300℃，，时间一般般1~3h。为了改善和和提高普通通黄铜的某某些性能，，如机械性性能、抗蚀蚀性及工艺艺性，在普普通黄铜中中加入Mn、Sn、、Si、Pb、Al、Fe等等元素而形形成的黄铜铜，称为特特殊黄铜。。特殊黄铜的的编号方法法是:"H"+主加加元素符号号+铜含量量+主加元元素含量。。例如HSn70-1，表示示主加元素素为Sn，，含量为1%、含铜铜70%，，余为锌的的锡黄铜，，如是铸造造的，则在在编号前加加"Z"。。几种常见特特殊黄铜的的成分和机机械性能如如表9-9所示。锡元素：在在海洋大气气、海水中中的抗蚀性性大大地提提高，同时时强度也得得以提高，，HSn70-1常常用于制造造冷却器及及冷凝器的的管子。锰元素：强强度有较大大的提高，，同时还提提高其在海海水、氯化化物及热蒸蒸气中的耐耐蚀性。HMn58-2，用用于制造螺螺旋桨轴的的轴套ZHMn55-3-1，为铸铸造锰黄铜铜中加入1%的Fe，提高机机械性能，，用于制造造螺旋桨和和蒸气泵活活塞等。铝元素：强强度和硬度度提高，改改善黄铜的的耐蚀性用于制造船船舶上冷凝凝器管子等等耐蚀零件件如在铝黄铜铜中加入适适量的镍、、锰、铁可可获得高强强高、高耐耐蚀性的铝铝锰铁黄铜铜，可用于于制造军舰舰的螺旋桨桨等。3、青铜铜合金中除除黄铜(Cu-Zn)和白铜铜(Cu-Ni)以以外的合金金均称作青铜(1)锡青铜：锡青铜的的成分和性性能无锡青铜：①铝青铜②铅青铜③硅青铜④铍青铜青铜又分为为锡青铜和和无锡青铜铜。青铜的编号号方法是:“Q”+主加元素素符号+主主加元素含含量。例如如QPb30表示示含铅30%、含铜铜70%的的铅青铜。。以锡为主要要或基本元元素的铜合合金称为锡锡青铜。(1)以Pb、Al、Mn、Si、、Be为主主要元素的的铜合金称称为无锡青青铜以铝为主要要合金元素素的铜合金金称为铝青青铜。铝青铜的机机械性能如如图图9-9所所示机械性能----高高于锡青铜铜和黄铜，，耐蚀性----在大大气、海水水及有机酸酸中比锡青青铜、黄铜铜高，耐磨性----优于于锡青铜和和黄铜以铅为主要要元素的铜铜合金称~为铅青铜铜铅青铜主要要用作耐磨磨材料，QPb30为含铅30%的铅铅青铜，用用于制做大大功率高速速柴油机轴轴承。以硅为主要要元素的铜铜合金称为为硅青铜QSi3-1为含硅硅3%、含含锰1%的的铜硅合金金，常用于于制造船舶舶辅机零件件及排水系系统管件。。以铍为主要要元素的铜铜合金称为为铍青铜QBe2常常用于制做做重要弹簧簧、高速止止回阀等。。4、白铜以镍元素为为主要合金金元素的铜铜合金称为为白铜白铜的代号号为:“B”+平均均含镍量。。Bl9：：含镍量19%，其其余为铜的的白铜。白铜的代代号、成成分和机机械性能能：见表表9-11所示示。二、铝及及铝合金金除纯铝外外，铝合合金主要要包括形形变铝合合金和铸铸造铝合合金两大大类1.工业纯铝铝(1)工业纯铝铝的性能能及用途途工业纯铝铝的代号号和牌号号2.铝合金铝合金的的分类和和代号铸造铝合合金的用用途性能工工业纯纯铝的比比重为2.7，，熔点为为660.4℃℃;有良良好的导导电性和和导热性性，导电电性仅次次于银、、铜、金金，居第第四位;塑性好;通过冷冷、热加加工可制制成各种种型材;抗大气腐腐蚀性能能好强度很低低，冷变变形加工工硬化后后强度可可达150~25OMN/m2，塑性降降到50~60%用途：它它主要用用于制作作电缆、、电线，，以及具具有导热热和耐大大气腐蚀蚀而对强强度要求求不很高高的用品品。代号：是是以所含含杂质(主要是是铁和硅硅)元素素的量编编制的，，数字越越大，纯纯度则越越低。工工业纯铝铝分为冶冶炼产品品和加工工产品两两类。冶炼产品品代号：：Al-0O、、Al-O、Al-l、Al-2、、Al-3对应的牌牌号称为为特一号号铝、特特二号铝铝、一号号铝、二二号铝、、三号铝铝。加工产品品代号:Ll、、L2、、L3、、L4、、1，5、L6、L7，对应应的牌号号称为一一号工业业纯铝、、…七号工业业纯铝。。铝中加入适适量的Cu、Mg、、Si、Mn等合金金元素，可可获得较高高的强度，，能用于制制造承受载载荷的机械械零件。在船上应用用较广泛的的铸造铝合合金主要为为铝硅系列列铸造铝合合金。如ZL102，称称为普通硅硅铝明。具具有优良的的铸造性、、焊接性、、相当好的的抗蚀性、、耐热性。。但缺点是是铸件致密密度较小，，强度不高高。主要用用于制造承承受低载荷荷和形状复复杂但强度度不高的铸铸件，如手手柄、罩壳壳、手轮等等ZL108，2L110称为为特殊硅铝铝明，主要要用于制造造船用中高高速柴油机机、汽车和和拖拉机或或汽油机的的活塞，或或工作温度度在250C以下的的零件。铝合金的分分类、代号号及性能特特点见表9-12所所示。三、轴承合合金轴承：滚动动轴承、滑动轴承轴瓦的结构构及对轴承材料料的要求巴氏合金：⑴锡基巴氏合合金⑵铅基巴氏合合金铜基轴承合合金：⑴铅青铜(2)锡青铜铝基轴承合合金：(1)低锡铝合金金(2)铝锌镁合金金(3)高锡铝合金金在滑动轴承承中，制造造轴瓦及内内衬的合金金称为轴承承合金轴瓦是由瓦瓦壳和瓦衬衬----耐磨合金金组成。图图9-11轴瓦的结构构，共有三三种形式：：(1)两半式厚壁壁轴瓦图图9-12(1)。轴瓦的厚度度：>0.064D(D为轴轴径)，耐耐磨合金层层厚度：≈≈0.75~2mm。用：中中、低速柴柴油机的主主轴承、曲曲柄销轴承承及十字头头轴承等。。瓦壳材料：：低碳钢；；耐磨合金金：巴氏合合金。(2)两半式薄壁壁轴瓦图图9-12(b)轴瓦的厚度度≈0.02~0.065D(D为轴轴径)；耐耐磨合金层层厚度≈0.2~0.7mm；用：中中、高速柴柴油机的轴轴承上瓦壳材料：：低碳钢；；耐磨合金金：巴氏合合金、铜基基轴承合金金或铝基轴轴承合金等等。(3)整体式轴瓦瓦图9-12(c)铜基轴承合合金轴瓦，，由钢壳与与铅青铜耐耐磨合金构构成；用：筒状活活塞式柴油油机连杆小小端轴瓦及及摇臂轴瓦瓦。轴瓦材料应应满足下列列要求(在在磨损不可可避免的情情况下应从从轴瓦材料料上确保轴轴的磨损最最小):①在工作温度度下具有足足够的强度度和硬度以以及疲劳强强度，足够够的塑性和和韧性;②具有低的摩摩擦系数，，较高的耐耐磨性，良良好的抗咬咬合性、磨磨合性和亲亲油性;③具有良好的的耐蚀性、、导热性和和较小的膨膨胀系数;④良好的工艺艺性，易于于铸造和切切削加工。。较理想的结结构一般为为：在软基基体上分布布着硬质点点(约占13~30%)或在硬硬基体体上分分布着着软质质点(图9-13)。巴氏合合金(又又称白白合金金或乌乌金)：：分为为锡基基巴氏氏合合合和铅铅基巴巴氏合合金两两种(1)Sn(为主主)+Sb、Cu(少量量)牌号：：““ZCh””+基基本元元素和和主元元素的的符号号+主主加元元素和和辅加加元素素的百百分含含量。。如：：ZChSnSbl1-6：：l1%Sb(主主加元元素)，6%Cu(辅辅加元元素)。组织结结构：：软基基体上上分布布着硬硬质点点。如图所所示。特点：：①摩擦擦系数数小，，耐磨磨性好好，基基体有有很好好的塑塑性和和韧性性;②具有有良好好的导导热性性、抗抗蚀性性和工工艺性性。③如疲疲劳强强度随随着温温度升升高而而下降降，最最高工工作温温度小小于110℃。。用：船船用中中低速速柴油油机主主轴承承、曲曲柄销销轴承承和十十字头头轴承承，船船舶中中间轴轴承等等。相软基基体----锑锑溶于于锡的的晶格格硬质点点----SnSb为基基的固固溶体体基本成成分：：Pb+Sb，，同时时还含含有Sn+Cu代号、、成分分和性性能如如表表9-13所示示。组织结结构：：在软软基体体上分分布着着硬质质点，，如图所所示特点：：①较好的的抗压压强度度、耐耐磨性性、嵌嵌藏性性，②韧性和和疲劳劳强度度较低低，导导热性性、耐耐蚀性性较差差，工工作温温度一一般不不超过过120℃℃。总的说说来，，铅基基巴氏氏合金金的性性能不不如锡锡基巴巴氏合合金、、可作作为锡锡基巴巴氏合合金的的代用用材料料。用：中中速、、中等等负荷荷且冲冲击作作用不不大的的机器器轴承承，如如船舶舶辅机机的压压缩机机、起起货机机、锚锚机等等的轴轴承上上。(+)共晶软基体+SnSb硬质点Cu+Pb(为为主)常用的的轴承承耐磨磨材料料：铅铅青铜铜、锡锡青铜铜和铝铝青铜铜。ZQPb30组组织：：Pb(颗颗粒)十Cu(基体体)，，形成成了软软颗粒粒+硬硬基体体，如如图9-16。。特点：：①保持住住润滑滑油膜膜和降降低摩摩擦系系数的的作用用，优优良的的耐磨磨性②较高的的疲劳劳强度度和较较大的的承载载能力力，优优良的的导热热性、、能在在较高高温度度(300~320℃)下工工作③耐蚀性性、磨磨合性性、嵌嵌藏性性及抗抗咬合合性比比巴氏氏合金金低。。用：制制造高高速高高压下下工作作的轴轴承，，如高高速大大功率率柴油油机的的主轴轴承、、连杆杆轴承承以及及航空空发动动机的的轴承承等。。☆为了了改善善铅青青铜的的表面面性能能，通通常在在表面面上镀镀覆一一层0.02~0.03mm的锡锡、铅铅、铟铟等，，使其其成为为三层层结构构的轴轴瓦。。包括：：磷锡青青铜：：ZQSn10-1锌铅锡锡青铜铜：ZQSn6-6-3为磷锡锡青铜铜，即即成分分中含含10%Sn、l%P、89%Cu，显显微组组织是是++Cu3P，固溶体体为软软基体体+相和Cu3P为硬硬质点点。特点：：①较高的的强度度、疲疲劳强强度②优良的耐磨磨性③良好热稳定定性。工作作温度可超超过280℃④大气、淡水水中有很好好的耐蚀性性。ZQSnl0-1常常用作高速速、高载荷荷柴油机轴轴承，并常常制成整体体衬套式轴轴承。为锌铅锡青青铜、成分分为6%Sn、6%Zn、3%Pb及及85%Cu。特点：①良好的耐磨磨性②良好的铸造造性，切削削加工性③有较高的强强度和疲劳劳强度④在空气、淡淡水中有良良好的耐蚀蚀性，工作作温度达280℃。。锌铅锡青铜铜常用于制制造中高载载荷、中速速柴油机的的轴承及减减速器、起起重机和机机床的轴承承基本元素为为铝，主加加元素有锑锑和锡两类类。特点：①具有比重小小、导热性性好、疲劳劳强度高和和耐蚀性好好的优点②缺点是膨胀胀系数较大