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。普通黄铜的抗蚀性较好，与紫铜差不多。对大气、海水、以及氨以外的碱性溶液的耐蚀性很高，但在氨、氨盐和酸类介质中的耐蚀性较差，特别是对硫酸、盐酸的抗蚀很差“应力腐蚀破裂”或“季裂”：含锌大于7%(尤其是含锌量大于20%)的黄铜经冷加工后，在潮湿的大气及海水中，特别是在有氨的环境中，容易产生腐蚀致使黄铜破裂的现象。产生原因：主要是有残余应力存在，有腐蚀性介质含锌量较高消除办法：可进行低温退火，退火温度一般为260~300℃，时间一般1~3h。为了改善和提高普通黄铜的某些性能，如机械性能、抗蚀性及工艺性，在普通黄铜中加入Mn、Sn、Si、Pb、Al、Fe等元素而形成的黄铜，称为特殊黄铜。特殊黄铜的编号方法是:"H"+主加元素符号+铜含量+主加元素含量。例如HSn70-1，表示主加元素为Sn，含量为1%、含铜70%，余为锌的锡黄铜，如是铸造的，则在编号前加"Z"。几种常见特殊黄铜的成分和机械性能如表9-9所示。锡元素：在海洋大气、海水中的抗蚀性大大地提高，同时强度也得以提高，HSn70-1常用于制造冷却器及冷凝器的管子。锰元素：强度有较大的提高，同时还提高其在海水、氯化物及热蒸气中的耐蚀性。HMn58-2，用于制造螺旋桨轴的轴套ZHMn55-3-1，为铸造锰黄铜中加入1%的Fe，提高机械性能，用于制造螺旋桨和蒸气泵活塞等。铝元素：强度和硬度提高，改善黄铜的耐蚀性用于制造船舶上冷凝器管子等耐蚀零件如在铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁可获得高强高、高耐蚀性的铝锰铁黄铜，可用于制造军舰的螺旋桨等。3、青铜铜合金中除黄铜(Cu-Zn)和白铜(Cu-Ni)以外的合金均称作青铜(1)

锡青铜：锡青铜的成分和性能无锡青铜：①铝青铜

②铅青铜③硅青铜④铍青铜

青铜又分为锡青铜和无锡青铜。青铜的编号方法是:“Q”+主加元素符号+主加元素含量。例如QPb30表示含铅30%、含铜70%的铅青铜。以锡为主要或基本元素的铜合金称为锡青铜。(1)

以Pb、Al、Mn、Si、Be为主要元素的铜合金称为无锡青铜以铝为主要合金元素的铜合金称为铝青铜。铝青铜的机械性能如图9-9所示机械性能----高于锡青铜和黄铜，耐蚀性----在大气、海水及有机酸中比锡青铜、黄铜高，耐磨性----优于锡青铜和黄铜以铅为主诉要元素的四铜合金称糕~为铅青繁铜铅青铜芒主要用刘作耐磨茄材料，妈QPb续30为病含铅3漆0%的时铅青铜丝式，用于都制做大碑功率高候速柴油需机轴承仇。以硅为主停要元素的逝铜合金称狱为硅青铜QSi3称-1为含赏硅3%、挤含锰1%堵的铜硅合修金，常用温于制造船制舶辅机零庙件及排水县系统管件梅。以铍为主侵要元素的父铜合金称队为铍青铜QBe2三常用于制毅做重要弹篇簧、高速艺止回阀等营。4、白铜以镍元血素为主夏要合金哲元素的局铜合金膨称为白危铜白铜的蓄代号为阴:“B挥”+平改均含镍询量。B恭l9：惕含镍量煎19%拐，其余股为铜的爹白铜。白铜的代研号、成分岸和机械性孔能：见表抓9-11方所示。二、铝及沈铝合金除纯铝笔外，铝忘合金主手要包括非形变铝床合金和流铸造铝罗合金两轨大类1.工业纯铝(1)工业纯铝讲的性能及针用途工业纯胸铝的代狠号和牌狡号2.铝合金铝合金的畅分类和代依号铸造铝遣合金的侨用途性能答工业纯铝检的比重为策2.7，刑熔点为6欲60.4桨℃;有良拜好的导电研性和导热鞭性，导电里性仅次于箱银、铜、卸金，居第绿四位;塑性好晴;通过施冷、热故加工可末制成各亏种型材哄;抗大气邪腐蚀性能能好强度很低同，冷变形苗加工硬化局后强度可擦达150土~25O晃MN/m2，塑性场降到5抬0~6康0%用途：它额主要用于诞制作电缆成、电线，扣以及具有型导热和耐辅大气腐蚀蹄而对强度背要求不很答高的用品染。代号：爸是以所科含杂质昌(主要窜是铁和岔硅)元控素的量诊编制的邪，数字柳越大，滴纯度则柏越低。祥工业纯家铝分为轧冶炼产许品和加己工产品笋两类。冶炼产贞品代号历：Al页-0O丈、Al富-O、表Al-权l、A子l-2直、Al奶-3对应的病牌号称俭为特一钻号铝、瓜特二号谅铝、一嚷号铝、野二号铝划、三号予铝。加工产凡品代号圾:Ll错、L2镇、L3国、L4援、1，里5、L仗6、L元7，对欢应的牌显号称为李一号工姻业纯铝义、…七号工业溪纯铝。铝中加入洋适量的C说u、Mg报、Si、钩Mn等合浆金元素，采可获得较翁高的强度复，能用于朋制造承受捆载荷的机棒械零件。在船上效应用较芦广泛的计铸造铝灵合金主强要为铝笑硅系列尸铸造铝扎合金。如ZL深102，界称为普通及硅铝明。息具有优良蛋的铸造性雾、焊接性徐、相当好骑的抗蚀性鹅、耐热性薪。但缺点习是铸件致求密度较小蚊，强度不桃高。主要组用于制造太承受低载梁荷和形状巨复杂但强约度不高的焦铸件，如痰手柄、罩轰壳、手轮末等ZL1衬08，以2L1横10称屑为特殊叨硅铝明椅，主要割用于制弊造船用傻中高速由柴油机端、汽车君和拖拉阻机或汽辛油机的岁活塞，跪或工作督温度在延250从C以下搁的零件扣。铝合金的冬分类、代合号及性能张特点见表尤9-12胁所示。三、轴承驻合金轴承：鄙滚动轴趋承、滑动轴承轴瓦的币结构及对轴承材扮料的要求巴氏合金：⑴锡基巴干氏合金⑵铅基巴圈氏合金铜基轴摧承合金：⑴铅青铜(2)锡青铜铝基轴承眨合金：(1策)低锡铝合铁金(2)铝锌镁渣合金(3)高锡铝合辫金在滑动轴肥承中，制锅造轴瓦及丈内衬的合输金称为轴湖承合金轴瓦是果由瓦壳钉和瓦衬时---斑-耐磨吗合金组懒成。图误9-1滑1轴瓦的结耐构，共有文三种形式果：(1)两半式锦厚壁轴区瓦杰图9-财12(凡1)。轴瓦的厚将度：>0嫂.064屠D(D为炕轴径)，队耐磨合金币层厚度：蹄≈0.7搅5~2m虚m。用：荒中、低速贪柴油机的此主轴承、抱曲柄销轴脱承及十字般头轴承等神。瓦壳材慈料：低湾碳钢；排耐磨合仁金：巴土氏合金汇。(2)两半式薄逐壁轴瓦悔图9-鼓12(b掏)轴瓦的协厚度≈昼0.0继2~0嘴.06闸5D(耕D为轴悉径)；爆耐磨合溜金层厚膏度≈0情.2~宋0.7崇mm；狗用：中爸、高速饼柴油机窑的轴承侮上瓦壳材料腿：低碳钢舱；耐磨合悟金：巴氏互合金、铜罗基轴承合凯金或铝基雄轴承合金拢等。(3)整体式轴趣瓦图映9-12乎(c)铜基轴承稳合金轴瓦响，由钢壳晴与铅青铜萌耐磨合金余构成；用：筒倦状活塞旬式柴油株机连杆或小端轴崭瓦及摇座臂轴瓦挨。轴瓦材料躁应满足下野列要求(旱在磨损不杨可避免的蓝情况下应活从轴瓦材胆料上确保输轴的磨损产最小):①在工作温欧度下具有牢足够的强汽度和硬度益以及疲劳慎强度，足稿够的塑性基和韧性;②具有低的醒摩擦系数即，较高的执耐磨性，默良好的抗摄咬合性、遗磨合性和雨亲油性;③具有良好斯的耐蚀性汤、导热性竭和较小的悉膨胀系数铲;④良好的冻工艺性打，易于劣铸造和垂切削加无工。较理想仁的结构它一般为府：在软口基体上孩分布着恭硬质点并(约占准13~划30%仓)或在硬羽基体上播分布着盟软质点晃(图9从-13判)。巴氏合金彻(又称绿白合金或彼乌金)展：分为锡参基巴氏合造合和铅基复巴氏合金滔两种(1)Sn(为出主)+S游b、Cu毛(少量)牌号：洁“ZCh敬”+基本烛元素和主阀元素的符广号+主加香元素和辅煮加元素的鞭百分含量股。如：Z灶ChSn吓Sbl1殃-6：历l1%S睡b(主加杏元素)，走6%C歌u(辅加有元素)。组织结构缝：软基体剃上分布着功硬质点。如图所示。特点：①摩擦拥系数小镜，耐磨愚性好，壶基体有纯很好的谅塑性和抓韧性;②具有良兆好的导热导性、抗蚀扫性和工艺亚性。③如疲耳劳强度宜随着温胜度升高致而下降旬，最高宏工作温树度小于跃110私℃。用：船用晨中低速柴育油机主轴呀承、曲柄茧销轴承和射十字头轴委承，船舶钻中间轴承上等。相软基抬体--含--锑慎溶于锡胀的晶格硬质点-迎---S意nSb为搂基的固溶再体基本成分台：Pb+微Sb，同爸时还含有邀Sn+C骆u代号、成画分和性能员如离表9-1致3所示。组织结构捞：在软基些体上分布患着硬质点托，如图所示特点：①较好的将抗压强申度、耐盾磨性、呈嵌藏性间，②韧性和覆疲劳强墓度较低蹲，导热廉性、耐令蚀性较泡差，工级作温度右一般不切超过1愉20℃登。总的说闻来，铅逝基巴氏茅合金的腊性能不样如锡基为巴氏合楼金、可承作为锡笼基巴氏简合金的飞代用材羞料。用：中速喘、中等负乏荷且冲击品作用不大台的机器轴壳承，如船卫舶辅机的嫌压缩机、克起货机、漆锚机等的趣轴承上。(+)共晶软基体+SnSb硬质点Cu+P思b(为主励)常用的护轴承耐钻磨材料仅：铅青干铜、锡趟青铜和僻铝青铜刑。ZQP趁b30岭组织：祸Pb(陕颗粒)丢十Cu衔(基体甘)，形桌成了软量颗粒+焰硬基体刃，如图微9-1船6。特点：①保持住此润滑油挣膜和降拘低摩擦什系数的移作用，唱优良的拾耐磨性②较高的躬疲劳强博度和较巴大的承偷载能力客，优良访的导热也性、能盗在较高颂温度(盛300绑~32偶0℃)宣下工作③耐蚀性、幕磨合性、听嵌藏性及著抗咬合性菜比巴氏合锡金低。用：制造弦高速高压亩下工作的冶轴承，如封高速大功半率柴油机孩的主轴承衣、连杆轴蜡承以及航僵空发动机税的轴承等远。☆为了感改善铅肾青铜的港表面性球能，通樱常在表嫌面上镀枣覆一层软0.0奔2~0恢.03答mm的三锡、铅狱、铟等款，使其苦成为三梳层结构源的轴瓦删。包括：磷锡青铜显：ZQS混n10真-1锌铅锡秀青铜：ZQS帖n6-幕6-3为磷锡青脱铜，即成帖分中含1咏0%S耳n、l%托P、89岗%Cu，婶显微组织尺是++Cu3P，固溶体为挑软基体+相和C热u3P为硬释质点。特点：①较高的哗强度、视疲劳强僚度②优良的洁耐磨性③良好热先稳定性淘。工作毙温度可穷超过2轻80℃④大气、淡练水中有很水好的耐蚀尊性。ZQSn朴l0-1文常用作高训速、高载堂荷柴油机装轴承，并穗常制成整搁体衬套式踏轴承。为锌铅龙锡青铜施、成分揭为6%检Sn、煎6%Z盛n、3干%Pb续及85泉%Cu苏。特点：①良好的轮耐磨性②良好的盼铸造性风，切削偷加工性③有较高铺的强度推和疲劳皇强度④在空气拴、淡水付中有良哭好的耐喜蚀性，堂工作温抄度达2核80℃驶。锌铅锡青吊铜常用于饲制造中高栽载荷、中聋速柴油机歇的轴承及辟减速器、衫起重机和幸机床的轴鸟承基本元素桂为铝，主畅加元素有文锑和锡两吃类。特点：①具有比铅重小、希导热性离好、疲散劳强度垦高和耐昼蚀性好聚的优点②缺点是膨第胀系数较林大，运转肺时易与轴紧咬合，尤狼其是起动盘时危险性肾更大。铝基轴承瓦合金主要求有：低锡沾铝合金、佳高锡铝合亦金、铝锑版镁合金。含Sn塘小于1况0%，廊并含有捐Cu、厦Mg、葱Ni及浆大量A来l的轴僵承合金着。特点：承饿载能力强抽、疲劳强部度高和减龄磨