第七章有色金属及硬质合金

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。
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。
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％。
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
1．根据金属光泽来区分常用有色金属及硬质合金。 2．将试样分别夹在台虎钳上，用锉刀、錾子切削
试样，通过切削时的用力、切削纹的深浅、切 屑的粗细来比较它们的硬度。 3．用洛氏硬度计测各试样的硬度。 4．用手锤将试样在台钳上弯折、延展，比较它们 的强度、韧性和延展性。
四、注意事项
1．用锉刀锉削试样时，应将锉刀放平稳，用力要 均衡，在每个试样上所加的压力要基本相同。
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）
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。
2．试样不得有油污，否则锉刀会打滑，影响体验 结果。
3．用洛氏硬度计测试样的硬度，要根据试样的材 料合理的选择洛氏硬度计标尺（铜合金、铝合 金选择B标尺，钛合金、硬质合金选择A标尺）
4．用手锤在台钳上弯折、延展试样要注意夹紧， 防止滑脱。
5．实验要在教师的指导下进行。
§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。
（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。
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。
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：
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、实验步骤 四、注意事项
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。
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。
一、硬质合金的性能特点
二、常用的硬质合金
பைடு நூலகம்、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%。
（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。
（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
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。
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。
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。