金属材料与热处理 第七章 有色金属及硬质合金

QSn4－3表示含锡量为4％，含锌量为3 %，其余为铜的 锡青铜。
QAl7表示含铝量为7%，其余为铜的铝青铜。
铸造青铜的牌号和铸造黄铜的牌号：ZCu+主加元素符 号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。 例如： ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl9Mn2。
（1）锡青铜
锡青铜是以锡为主要合金 元素的铜合金，是人类历史上 应用最早的金属。
（GB/T16474一1996)规定：
我国变形铝及铝合金采用国际四位数字体系 牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。
按化学成分已在国际牌号注册组织注册命名 的铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号；国 际牌号注册组织未命名的，则按四位字符体系牌 号命名。两种牌号命名方法的区别仅在第二位， 字符体系牌号第二位为英文大写字母。
一、实验目的
1．了解常用有色金属及硬质合金的成分、牌号
和应用。 2．增强学生对常用有色金属及硬质合金的感性
认识。 3．加深学生对常用有色金属及硬质合金的性能
的了解。
二、实验器材
1．洛氏硬度计、台虎钳、砂轮机、锉刀、手锤、 錾子等。
2．铜合金、铝合金、钛合金、硬质合金试样
(也可用旧件代替)。
三、实验步骤
以碳化钽或碳化铌取代YT类硬质合金中的一部分碳 化钛制成。
由于加入碳化钽（碳化铌），显著提高了合金的热硬 性，常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。
牌号用YW＋顺序号表示。如YW1、YW2等。
硬质合金刀片及刀具
§7－5比较常用有色金属及硬质合金的性能
一、实验目的 二、实训器材 三、实验步 四、注意事项在室温下进行的时效称为自然时效。
在加热条件下进行的时效称为人工时效。
含铜4%的铝合金的自然时效曲线
*§7－3 钛及钛合金
一、纯钛（Ti） 二、钛合金
一、纯钛（Ti）
纯钛是一种银白色具有同素异构转变现象的 金属；在882℃以下为密排六方晶格，称为α—钛 （α—Ti），在882℃以上为体心立方晶格，称为 β—钛（β—Ti）。
（1）普通黄铜
普通黄铜是Cu—Zn的二元合金。普通黄铜又分为单 相黄铜和双相黄铜：
单相黄铜——当锌含量小于39％时，锌全部溶于铜中 形成α固溶体。
双相黄铜——当锌含量大于等于39％时，除了有α固 溶体外，组织中还出现了以化合物CuZn为基体的β固溶体。
锌含量对黄铜力学性能的影响
（2）特殊黄铜
在普通黄铜的基础上加入Sn、Si、Mn、Pb、Al等元素， 形成的铜合金。
§7－1 铜及铜合金
铜及铜合金的分类
一、纯铜（Cu） 二、铜合金
一、纯铜（Cu）
呈紫红色，故又称为紫铜 ； 密度：8.96 ×103 kg/m3； 熔点：1083℃； 导电性和导热性仅次于金和 银。
铜丝
按化学成分不同：工业纯铜和无氧铜。 我国工业纯铜有三个牌号： 一号铜（99.95%Cu），代号T1 二号铜（99.90%Cu），代号T2 三号铜（99.70%Cu），代号T3。 无氧铜含氧量极低，不大于0.003%，其代号有 TU1、TU2，“U”是“无”字汉语拼音字首。
二、常用的硬质合金
1．钨钴类硬质合金（K类硬质合金）
主要成分为碳化钨及钴。其牌号用YG＋数字表示， 数字表示含钴量的百分数。例如YG8表示钨钴类硬质合 金，含钴量为8%。
2．钨钴钛类硬质合金（P类硬质合金）
主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。其牌号用YT＋数 字表示，数字表示碳化钛的百分数。例如YT5表示钨钴钛 类硬质合金，含碳化钛5％。
工业高纯铝：99.85%～99.9%，用于作铝合金的原料、 特殊化学器械等，代号L00、L0。
工业纯铝：98.0%～99.0%， 用作管、线、板材和棒材， 代号L1～L6。
高纯铝后的编号数字越大，纯度越高；工业纯铝代号 后的编号数字越大，纯度越低。
2．铝合金
根据成分特点和生产方式不同分：变形铝合金和铸造 铝合金。
一、硬质合金的性能特点
二、常用的硬质合金
一、硬质合金的性能特点
1．硬度高、红硬性高、耐磨性好的硬质合金，在 室温下的硬度可达86~93 HRA，在900~1000℃温度下仍 然有较高的硬度，故硬质合金刀具在使用时，其切削速 度、耐磨性及寿命均比高速钢显著提高。
2．抗压强度比高速钢高，但抗弯强度只有高速钢的 1/3～1/2，韧性差，约为淬火钢的30%~50%。
纯铜的牌号、化学成分和用途
二、铜合金
为了满足制作结构件的要求，工业上广泛采 用在铜中加入合金元素而制成性能得到强化的铜 合金，常用的铜合金可分为：
1．黄铜 2．白铜 3．青铜
1．黄铜
黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，具有良好的机械 性能，易加工成形，对大气、海水有相当好的抗蚀能力。
按所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜； 按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜。
目前，我国的铝合金生产厂家和企业已普遍 采用此标准。
3．铝合金的强化
在铝合金的相图中，将B溶质含量在D～F之间的变形 铝合金加热到α相区，经保温后迅速水冷（这种淬火称固溶 处理），在室温下得到过饱和的α固溶体。这种组织是不稳 定的，在室温下放置或低温加热时，有分解出强化相过渡 到稳定状态的倾向，而使强度和硬度明显提高，这种现象 称为时效。
α+β—钛合金的强度、耐热性和塑性都比较 好，并可以热处理强化，应用范围较广。
§7－4 硬质合金
硬质合金是指将一种或多种难熔金属硬碳化物和黏 结剂金属，通过粉末冶金工艺生产的一类合金材料。即 将高硬度、难熔的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳 化钽（TaC）等和钴（Co）、镍（Ni）等黏结剂金属，经 制粉、配料（按一定比例混合）、压制成形，再通过高 温烧结制成。
B30表示含Ni量为30%的白铜。 BMn3－12表示含Mn为3%，含Ni为12%的锰白铜。
3．青铜
除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为 青铜。按主加元素种类的不同，青铜可分为锡青 铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。按生产方式也 可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。
古 代 青 铜 文 化
压力加工青铜牌号：Q＋主加元素的元素符号及含量＋ 其他加入元素的含量。例如：
硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少，则合金 的硬度、热硬性及耐磨性越高，合金的强度和韧性越低。 含钴量相同时，YT类硬质合金由于碳化钛的加入，合金 具有较高的硬度及耐磨性，同时，合金的表面会形成一层 氧化薄膜，切削不易粘刀，具有较高的热硬性；但其强度 和韧性比YG类硬质合金低。
3．钨钛钽（铌）类硬质合金（M类硬质合金）
2．β－钛合金
β－钛合金中主要加入铜、铬、铝、钒和铁等 促使β相稳定的元素，它们在正火或淬火时容易将 高温β相保留到室温组织，得到较稳定的β相组织。
具有良好的塑性，在540℃以下具有较高的强 度，但其生产工艺复杂，合金密度大，故在生产 中用途不广。
3．α+β—钛合金
除含有铬、钥、钒等β相稳定元素外，还含有 锡、铝等α相稳定元素。在冷却到一定温度时发 生β→α相转变，室温下为α+β两相组织。
铸造黄铜（包括普通黄铜和特殊黄铜）牌号：ZCu+主 加元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含 量组成。例如：ZcuZn38，ZCuZn40Mn2等。
2．白铜
白铜是以镍为主加合金元素的铜合金。具有很好的冷 热加工性能，不能进行热处理强化，只能用固溶强化和加 工硬化来提高强度。
牌号：B＋镍含量。 三元以上的白铜牌号：B＋第二个主添加元素符号及 除基元素铜外的成份数字组表示。例如：
铝及铝合金的应用
一、铝及铝合金的性能特点
1．密度小，熔点低，导电性、导热性好， 磁化率低
2．抗大气腐蚀性能好 3．加工性能好
二、铝及铝合金的分类、代号、牌号和用途
铝及铝合金的分类
1．纯铝（Al）
按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝。
高纯铝：99.93%～99.996%，用于科研， 代号L01～ L04。
密度小（4.58g/cm3） ，熔点高（1677℃）， 热膨胀系数小，塑性好，容易加工成形；在550℃ 以下有很好的耐蚀性，不易氧化，在海水和蒸汽 中的抗蚀能力比铝合金、不锈钢和镍合金好。
二、钛合金（α型、α+β型、β型）
1．α－钛合金
主要合金化元素有Al和Sn。在室温或较高温度 时均为单相α固溶体组织，不能热处理强化。常温 下，它的硬度低于其他钛合金，但高温（500~600 ℃）条件下其强度最高，α－钛合金组织稳定，焊 接性良好。
（2）铝青铜
含铝量为5%~12%。
（3）铍青铜
含铍量为1.7%~2.5%。
（4）硅青铜
铸态锡青铜的力学性 能与含锡量的关系
§7－2 铝及铝合金
铝是一种具有良好的导电传热性及延展性的 轻金属。
铝中加入少量的铜、镁、锰等，形成坚硬的 铝合金。
一、铝及铝合金的性能特点
二、铝及铝合金的分类、代号、牌号和用途
根据加入元素不同，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄 铜、铅黄铜和铝黄铜等。
普通压力加工黄铜牌号：H+ 平均含铜量。例如：H62 表示含铜62%，其余为Zn的普通黄铜。
特殊压力加工黄铜牌号：H + 主加元素符号（除锌外） + 平均含铜量 + 主加元素平均含量。例如：HMn58－2，表 示含铜量为58%、含锰量为2%的特殊黄铜。
变形铝合金根据性能不同分：防锈铝、硬铝、超硬铝 和锻铝。
按国家标准（GB3190－1982）规定：
防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝代号分别用LF、LY、LC、 LD等字母及一组顺序号表示，如LF5、LY1、LC4、LD5。
铸造铝合金按加入的主要合金元素的不同，又分为Al －Si系、Al－Cu系、Al－Mg系和Al－Zn系合金，其代号用 ZL＋3个数字表示，其中第一位数字表示合金的类别（1为 Al－Si系，2为Al－Cu系，3为Al－Mg系，4为Al－Zn系）， 后两位为合金的序号。