第八章有色金属及硬质合金

江苏省技工学校教案首页课题：第八章有色金属及硬质合金教学目的、要求：了解铜铝及其合金的编号、性能及用途。

了解轴承合金的编号、性能及主要用途。

掌握常用硬质合金的编号、性能及主要用途。

教学重点、难点：常用硬质合金的编号、性能及主要用途授课方法：讲授法教学参考及教具（含电教设备）：教参、教具授课执行情况及分析：2课时结合实际生产应用来讲解，效果较好板书设计或授课提纲第八章有色金属及硬质合金§8一l铜及其合金§8—2铝及铝合金§8—3轴承合金§8—4硬质合金【导入】复习1．铸铁的分类。

2．铸铁的石墨化。

【新授】第八章有色金属及硬质合金常用的有色金属有铜及其合金、铝及其合金、钛及其合金和轴承合金等。

§8一l铜及其合金一、铜纯铜呈紫红色，故又称为紫铜。

铜加工产品按化学成分不同可分为纯铜材和无氧铜两类，表9-1为铜加工产品的牌号、化学成分和用途。

二、铜合金工业上广泛采用的是铜合金。

常用的铜合金可分为黄铜、青铜和白铜三类。

1．黄铜黄铜是以锌为主加元素的铜合金。

按照化学成分的不同黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜。

(1)普通黄铜普通黄铜又分为单相黄铜和双相黄铜两类：(2)单相黄铜塑性很好，适于冷、热变形加工。

双相黄铜强度高，热状态下塑性良好，故适于热变形加工。

普通黄铜的牌号用“H”+数字表示。

其中“H”表示普通黄铜的“黄”字汉语拼音字母的字头。

数字表示平均含铜量的百分数。

表9-2给出了常用黄铜的牌号、化学成分、力学性能和用途。

铸造黄铜的代号表示方法由“ZCu+主加元素的元素符号＋主加元素的含量＋其他加人元素的元素符号及含量组成。

例如ZCuZn38，ZCuZn40Mn2等。

(2)特殊黄铜在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金，称为特殊黄铜。

2．青铜除了黄铜和白铜(铜和镍的合金)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。

青铜的代号由“Q”+主加元素的元素符号及含量+其他加入元素的含量组成，其中“Q”表示青铜的“青”字汉语拼音字母的字头。

例如QSn4—3表示含锡4％，含锌3％，其余为铜的锡青铜。

QAl7表示含铝7％，其余为铜的铝青铜。

铸造青铜的牌号表示方法和铸造黄铜的牌号表示方法相同。

(1)锡青铜锡能溶于铜形成口固溶体，但比锌在铜中的溶解度小得多(小于14％)。

由于锡青铜在生产条件下不易得到平衡状态。

(2)铝青铜通常铝青铜的含铝量为5％～12％。

铝青铜比黄铜和锡青铜具有更好的耐蚀性、耐磨性和耐热性，并具有更好的力学性能，还可以进行淬火和回火以进一步强化其性能．常用来铸造承受萤载、耐蚀和耐磨的零件。

(3)镀青铜常用铍青铜的含铍量为1．7％～2．5％。

铍在铜中的溶解度随温度的增加而增加，因此，经淬火后加以人工时效可获得较高的强度、硬度、抗蚀性和抗疲劳性，还具有良好的导电性和导热性，是一种综合性能较好的结构材料，主要用于弹性零件和要耐磨性要求的零件。

(4)硅青铜硅青铜具有很高的力学性能和耐蚀性能，并具有良好的铸造性能和冷、热变形加工性能，常用来制造耐蚀和耐磨零件。

常用青铜的牌号、化学成分、力学性能和用途如表9—4所示。

§8—2铝及铝合金《变形铝及铝合金牌号表示方法》(GB／r16474—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~llgt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。

牌号第一位数字表示铝及铝合金的组别，1×x×，2××，3×××…9×××，分别按顺序代表纯铝(含铝量大于99．00％)，以铜为主要合金元素的铝合金，以锰、硅、镁、镁和硅、锌，以及其他合金元素为主要合金元素的铝合金及备用合金组；牌号第二位数字(国际四位数字体系)或字母(四位数字体系)表示原始纯铝或铝合金的改型情况，数字0或字母A表示原始纯铝和原始合金，如果是1～9或B～Y中的一个，则表示为改型情况；最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，纯铝则表示铝的最低质量分数中小数点后面的两位。

在新旧牌号命名标准的过渡时期，国内原GB3190—82中使用的牌号仍可继续使用。

一、铝纯铝是银白色的金属，是自然界储量最丰富的金属元素。

铝及其合金具有如下优良的性能：(1)密度为2.72g／㎝3，仅为铁的1／3，是一种轻型金属。

(2)导电性好，仅次于铜、银。

(3)具有较好的抗大气腐蚀能力(纯铝表面总形成致密的氧化膜)。

(4)具有较好的加工工艺性能。

它的塑性好，可以冷、热变形加工，还可以通过热处理强化，提高铝的强度。

铝及其合金广涉用干电气、航天和汽车等行业。

铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，铝的导电性、耐蚀性及塑性越低。

工业纯铝按杂质的含量分为一号铝、二号铝……表9—6是工业纯铝的牌号、化学成锌和用途。

二、铝台金纯铝的强度很低(σb=80～100MPa)，但加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素。

形成铝合金，再经过冷变形和热处理后，强度可以明显提高(σb=500～600MPa)。

1．铝合金的分类铝合金按其成分和工艺特点不同可分为：变形铝合金和铸造铝合金。

2．铝合金的热处理由图可知，自然时效在最初一段时间(2 h)内，铝合金的强度变化不大，这段时间称为孕育期。

在这段时间内，合金的塑性较好，可进行冷加工(如铆接、弯形等)，随时间的延长，铝合金才逐渐强化。

3．常用的铝合金(1)变形铝合金GB3190—82将变形铝合金分为防锈铝合金(LF)、硬铝合金(LY)、超硬铝合金(Lc)、锻铝合金(u))四类。

GB／T3190—1996《变形铝及铝合金化学成分》规定了新的牌号．现将新旧铝合会的牌号、力学性能及用途列于表9—7。

(2)铸造铝合金铸造铝合金的种类很多，常用的有铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系合金。

§8—4硬质合金由于切削速度不断提高，不少刀具的刃部工作温度已超过700℃．这时一般高速钢已不硬质合金是将一种或多种难熔金属的碳化物和粘接剂金属，用粉末冶金方法制成的金属材料。

即将难熔的高硬度的WC，TiC，TaC(碳化钽)和钴、镍等金属(粘接剂)粉末经混合、压制成形，再在高温下烧结制成。

一、硬质合金的性能特点1．硬度高、热硬性高、耐磨性好。

硬质合金在室温下的硬度可达86HRA～93HRA，在900～1000℃温度下仍然有较高的硬度，敞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l/3～1/2左右，韧性差(约为淬火钢的30％～50％)。

二、常用的硬质合金按成分与性能特点不同，常用的硬质合金有三类：1．钨钴类硬质合金它的主要成分为碳化钨及钴。

其代号用“硬”“钴”两字的汉语拼音字母字头“YG”加数字表示，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．钨钴钛类硬质合金它的主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。

其代号用“硬”“钛”两字的汉语拼音字母字头“YT”加数字表示，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％。

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。

因此YG类硬质合金刀具适合加工脆性材料(如铸铁)，而YT类硬质合金刀具适合加工塑性材料(如钢等)。

3．通用硬质合金它是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的。

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。

所以也称其为“万能硬质合金”。

万能硬质合金代号用“硬”“万”两字汉语拼音字母字头“YW”加顺序号表示。

如YW1，YW2等。

上述硬质合金，硬度高，脆性大，除磨削外，不能进行切削加工，一般不能制成形状复杂的整体刀具，故一般将硬质合金制成一定规格的刀片，使用前将其紧固(用焊接、粘接或机械紧固)在刀体或模具上。

常用硬质合金的牌号、化学成分和力学性能如表9一14所示。

近年来，又开发了一种钢结硬质合金，它与上述硬质合金的不同点在于其粘接剂为合金粉末(不锈钢或高速钢)，从而使其与钢一样可以进行锻造、切削、热处理及焊接．可以制成各种形状复杂的刀具、模具及耐磨零件等。

例如高速钢结硬质合金可以制成滚刀、圆锯片等刀具。

【课堂练习】解释牌号：YW1 ZL105 L Y12 ZcuZn38【小结】1．铜及其合金的分类和特点2．铝及其合金的分类和特点3．硬质合金的性能特点【作业】练习册。