实验五有色金属

实验五有色金属典型组织观察与分析一、实验目的1、掌握常用铝合金、铜合金和轴承合金的显微组织特征。2、掌握有色金属合金的强化特点，分析金属材料显微组织与性能之间的关系。二、实验原理

有色金属是除钢、铁以外的所有其它金属，它与钢铁材料相比，具有许多特性。机械制造业中最常用的有色金属有铝合金、铜合金、轴承合金等。材料占汽车净重比AlFe塑料其它橡胶磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比二、实验原理1、铝合金铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr

等辅加元素。

铝合金型材铝铸件（1）分类和强化分类——形变铝合金、铸造铝合金强化方法：形变强化固溶—时效强化变质处理-CuAl2

时效强化:

淬火后合金强度硬度随时间延长而显著升高.时效工艺：固溶处理（水冷淬火）→过饱和α固溶体

时效过程——过饱和固溶体分解，析出强化相。θ(CuAl2)S(CuMgAl2)(FeMnSi)Al6T

(CuMg4Al6)时效效果：时效温度越高，则速度越快，但

强化效果小。自然时效——在室温经过数天时间停留完成时效。人工时效——加热至100～200℃，保温一定时间。AL-Cu合金自然时效曲线Al-Cu合金的人工时效曲线

（2）变形铝合金硬铝属于Al–Cu–Mg系合金，通过时效强化提高铝合金强度、硬度，但耐蚀性不高。典型牌号：2A01

(LY1)、2A11

(LY11)

、2A12(LY12)

。时效后的组织：α固溶体+θ(CuAl2)+S(CuMgAl2)图1混合酸水溶液浸蚀200X图2混合酸水溶液浸蚀200X2A12500℃保温40分，淬火，水冷Φ40mm棒材图1、图2分别为棒料边缘及中心部位组织，粗晶区晶粒特别粗大，其它区域晶粒细小

2A12压挤棒材淬火过烧组织515℃保温1h淬火，混合酸水溶液浸蚀200X（3）铸造铝合金

在铸造铝合金中应用最广泛的是铝硅系合金（WSi=10%~13%）（又称硅铝明）。其中典型牌号：ZL102(ZAlSi12)。ZL102未变质处理Si块+（α+Si针）共晶铝硅合金变质处理变质剂：2/3NaF+1/3NaCl组织变化：细化硅晶体性能变化：强度提高、塑性改善

ZL102变质未变质处理

经变质处理

ZL102的铸态组织ZL102变质处理α枝晶+（α+Si）共晶2.铜合金

（1）铜及铜合金性能特点纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。

热轧铜合金纯铜形变退火退火孪晶铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜与黄铜带(2)铜合金(黄铜、青铜、白铜)黄铜——Cu-Zn系合金普通黄铜——Cu-Zn合金单相黄铜——如H80，含80%Cu，单相α，塑性好，可冷成型。双相黄铜——如H62，α+β，可热变形。

普通黄铜的组织和性能

黄铜的力学性能与含锌量的关系

当Wzn＜39％时，形成单相α固溶体，随锌含量增加，其强度增加塑性改善，适于冷变形加工；当Wzn＞39％时，组织中出现硬而脆的β′相，使强度升高而塑性急剧下降；当Wzn＞45％时，全部为β′相组织，强度急剧下降，合金已无使用价值。还具有较好的耐蚀性和较好的铸造性能。单相黄铜H68双相黄铜H59从铜锌合金相图可以看出黄铜有

和+′两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。普通黄铜的组织特征图H62双相黄铜退火α白+β'黑高氯化铁水溶液200Xα+β'相3.轴承合金

制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。由轴承体和轴瓦两部分组成。与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。一、组织性能要求当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。对轴承合金的性能要求：⑴足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷。⑵较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合。⑶较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软基体+硬质点或硬基体+软质点.轴瓦1、锡基轴承合金

是以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低。α软基体+硬质点（白方块是β-SnSb

＋白针状Cu6Sn5）二、常用轴承合金工业上常用的是锡基、铅基轴承合金,又称巴氏合金。典型牌号为ZSnSb11Cu6（ZChSnSb11-6）。(其组织为基体+白亮块状SnSb+星状Cu3Sn)ZSnSb11Cu6合金的显微组织

硝酸酒精溶液浸蚀500ＸZChSnSb11-6铸态α黑软基体+β'白方块+Cu3Sn（枝晶）锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性，摩擦系数和热膨胀系数小，但疲劳强度较低，工作温度不超过150℃，价格高。巴氏合金轴瓦广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦。2、铅基轴承合金是以铅为主加元素，加入少量锑、锡、铜等元素的合金，也是软基体硬质点型轴承合金。(α＋β)共晶软基体+硬质点典型牌号为ZPbSb16Sn16Cu2。（ZChPbSb16-16-2）ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织[(+)共晶基体+方块状SnSb+针状Cu3Sn]

铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。常用于低速、低载条件下工作的设备,如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。内燃机轴瓦

三、实验步骤1、领取已备好的铜，铝，锡基轴承合金的金相试样，仔细观察，分辨其各相组织。2、绘制所观察试样的