有色金屬及粉末冶金材料

1、有色金屬及粉末冶金材料有色金屬是指所有的非鐵金屬及其合金，如鋁及其合金、銅及其合金、滑動(dòng)軸承合金等。與鋼鐵材料相比，有色金屬有其特殊的性能和應(yīng)用場(chǎng)合，是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空、航天、航海、化工、電器等部門(mén)。一、鋁及其合金鋁及其合金是航空工業(yè)中的主要結(jié)構(gòu)材料，是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料。1.工業(yè)純鋁純鋁呈銀白色，是地殼中蘊(yùn)藏量最豐富的元素之一，約占全部金屬元素的1/3。鋁是一種輕金屬，面心立方晶格、無(wú)同素異晶轉(zhuǎn)變，具有許多優(yōu)良的性能：（1）熔點(diǎn)低、密度小。鋁的熔點(diǎn)660，易于鑄造成型。鋁的密度為2.7 g/cm3，約為鐵的1/3，比強(qiáng)度高于鐵。（2）優(yōu)良的加工工

2、藝性能。純鋁的強(qiáng)度、硬度低（b=80100 MPa，20HBS），塑性、韌性很好（=50%、=80%），可以進(jìn)行各種冷、熱加工。純鋁經(jīng)冷變形強(qiáng)化后，強(qiáng)度b=150250 MPa，但塑性下降。（3）良好的電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性。鋁的電導(dǎo)性?xún)H次于金、銀、銅，其電導(dǎo)率是銅的60%。（4）良好的耐大氣腐蝕能力。純鋁和氧的親和力很大，在空氣中會(huì)生成致密的Al2O3薄膜，有效阻止鋁的進(jìn)一步氧化。鋁含量不低于99.00%為純鋁，其牌號(hào)按 GB/T 16474-1996的規(guī)定，用l×××表示。牌號(hào)的最后兩位數(shù)字表示鋁的最低百分含量，第二位字母表示原始純鋁的改型情況，如lA35表示wAl=

3、99.35%的純鋁。工業(yè)純鋁是wAl=99.0099.80%的純鋁，雜質(zhì)元素是鐵、硅等，其含量越多，電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性、耐蝕性和塑性越差。工業(yè)純鋁主要用來(lái)制作電線、電纜、散熱片、配置合金等。2.鋁合金純鋁的強(qiáng)度低，不能用來(lái)制作受力的結(jié)構(gòu)零件。加入硅、銅、鎂、錳等合金元素，可形成具有較高強(qiáng)度的鋁合金。經(jīng)過(guò)冷變形強(qiáng)化和熱處理，還可進(jìn)一步提高強(qiáng)度，滿足使用要求。鋁合金的比強(qiáng)度高、耐蝕性和切削加工性好，廣泛用于航空工業(yè)。圖4-14 二元鋁合金一般相圖（1）鋁合金的分類(lèi)與牌號(hào)1）鋁合金的分類(lèi)鋁合金按其成分和工藝特點(diǎn)，分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類(lèi)，見(jiàn)圖4-14。成分在D點(diǎn)右邊的合金稱(chēng)為鑄造鋁合金，成分在D

4、點(diǎn)左邊的合金稱(chēng)為變形鋁合金。在變形鋁合金中，成分在F點(diǎn)左邊的合金，其固溶體的成分不隨溫度而變化，不能熱處理強(qiáng)化，稱(chēng)為不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金；成分在F點(diǎn)右邊的合金，其固溶體成分隨溫度而變化，能熱處理強(qiáng)化，稱(chēng)為能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。2）鋁合金的牌號(hào)變形鋁合金牌號(hào)按國(guó)標(biāo)GB/T 16474-1996的規(guī)定，采用四位字符牌號(hào)，用“第一位數(shù)字+字母+后兩位數(shù)字”表示。字母表示原始合金的改型情況，A為原始合金、BY為原始合金的改型情況；第一位數(shù)字表示鋁合金的組別，2是以銅為主要合金元素的鋁合金、3是以錳為主要合金元素的鋁合金、5是以鎂為主要合金元素的鋁合金、6是以鎂和硅為主要合金元素，以Mg2Si為強(qiáng)化相

5、的鋁合金、7是以鋅為主要合金元素的鋁合金；后兩位數(shù)字用來(lái)區(qū)分同一組中不同的鋁合金。例如，5A02表示以鎂為主要合金元素、02號(hào)原始鋁合金鑄造鋁合金牌號(hào)用“Z+Al+元素符號(hào)+數(shù)字”表示字母Z是“鑄”字漢語(yǔ)拼音字首，Al后的元素符號(hào)是主加合金元素，數(shù)字是其百分含量。例如，ZAlSi9Mg表示wSi=9%、wMg=1%、余量為鋁的鑄造鋁合金。（2）鋁合金的熱處理鋁合金的熱處理與鋼不同，主要方法是固溶處理和時(shí)效。固溶處理是將能熱處理強(qiáng)化的鋁合金加熱至高溫單相區(qū)，經(jīng)保溫第二相溶解形成單相固溶體后，迅速水冷至室溫，得到過(guò)飽和的固溶體的工藝。時(shí)效是將經(jīng)固溶處理后的鋁合金，在室溫或加熱到一定的溫度，其性能隨

6、時(shí)間發(fā)生變化的現(xiàn)象。鋁合金經(jīng)固溶處理后，得到過(guò)飽和的固溶體，強(qiáng)度和硬度不會(huì)明顯升高，塑性會(huì)顯著提高。但這種組織是不穩(wěn)定的，經(jīng)時(shí)效處理，細(xì)小彌散分布的第二相析出，強(qiáng)度和硬度顯著升高，塑性下降。圖4-15是鋁合金自然時(shí)效曲線。由此可見(jiàn)，自然時(shí)效過(guò)程是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程，在時(shí)效初始階段（孕育期），強(qiáng)度和硬度變化不大，塑性較好，容易進(jìn)行各種冷變形加工。孕育期后，強(qiáng)度、硬度迅速增高 ，隨后又趨于穩(wěn)定。圖4-16是人工時(shí)效溫度對(duì)強(qiáng)度的影響。時(shí)效溫度高，時(shí)效速度快。但時(shí)效溫度過(guò)高，合金會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，稱(chēng)之為過(guò)時(shí)效處理。圖4-15 wCu=4%的鋁合金自然時(shí)效曲線圖4-16 人工時(shí)效溫度對(duì)強(qiáng)度的影響（3）變形

7、鋁合金變形鋁合金主要有防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金四種。防銹鋁合金防銹鋁合金中的主要合金元素是鎂或猛，其作用是提高抗蝕能力、起固溶強(qiáng)化作用，鎂還可降低合金比重。這類(lèi)合金不能熱處理強(qiáng)化，可通過(guò)冷變形強(qiáng)化。典型牌號(hào)有5A05和3A21，主要用于制作焊接容器、鉚釘、導(dǎo)管等。硬鋁合金硬鋁合金中的主要合金元素是銅和鎂，其主要作用是形成強(qiáng)化相，提高熱處理強(qiáng)化效果。這類(lèi)合金能熱處理強(qiáng)化，也能通過(guò)冷變形強(qiáng)化。典型牌號(hào)有2A11和2A12，主要用于制作中、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，如大型鉚釘、螺旋槳葉片、骨架、梁等。硬鋁合金的不足之處是耐蝕性較差、固溶處理的加熱溫度范圍很窄，在使用或加工時(shí)必須予以注意。超硬鋁

8、合金超硬鋁合金的主要合金元素是銅、鎂、鋅，其主要作用是形成多種復(fù)雜的強(qiáng)化相，經(jīng)固溶處理和人工時(shí)效后，可獲得很高的強(qiáng)度和硬度。這類(lèi)合金的典型牌號(hào)有7A04，主要用于制作飛機(jī)的大梁、桁架、起落架等高強(qiáng)度零件。超硬鋁合金的抗蝕性差、高溫下軟化快，使用時(shí)應(yīng)注意。鍛鋁合金鍛鋁合金的主要合金元素是銅、硅、鎂，每種元素用量少。這類(lèi)合金的力學(xué)性能與硬鋁相近，還具有較好的耐蝕性和良好的熱塑性，適于鍛造成形，典型牌號(hào)有2A50和2A70，主要用于制作承受較重載荷的鍛件和模鍛件，如內(nèi)燃機(jī)活塞、風(fēng)扇輪等。鍛鋁合金通常都要進(jìn)行固溶處理和人工時(shí)效。常用變形鋁合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、性能及用途見(jiàn)表4.12。（4）鑄造鋁合金鑄

9、造鋁合金按主加合金元素不同，分為Al-Si系鑄造鋁合金、Al-Cu系鑄造鋁合金、Al-Mg系鑄造鋁合金和Al-Zn系鑄造鋁合金四類(lèi)。1）Al-Si系鑄造鋁合金Al-Si系鑄造鋁合金通常稱(chēng)為硅鋁明，典型牌號(hào)是ZAlSi12(代號(hào)ZL102),具有流動(dòng)性好、收縮小、熔點(diǎn)低、熱裂傾向小、密度小、耐蝕性和耐熱性好，主要用于制作強(qiáng)度要求不高、形狀復(fù)雜的鑄件，如儀表的殼體、氣缸體等一些承受低載荷的零件。ZAlSi12的成分在共晶點(diǎn)附近（wSi=1013%），其鑄造組織是粗大針狀硅晶體和固溶體組成的共晶體（圖4-17）。這種組織鑄造性能良好，但強(qiáng)度、韌性較差。經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理（在澆注前向合金液中加入占合金重量2

10、3%的變質(zhì)劑），細(xì)化組織，得到亞共晶組織：初晶固溶體和細(xì)粒狀共晶組織（圖4-18），力學(xué)性能顯著提高。但ZAlSi12不能熱處理強(qiáng)化，致密性較差。為提高Al-Si系鑄造鋁合金的強(qiáng)度，可加入鎂、銅合金元素，以形成強(qiáng)化相，這樣可通過(guò)淬火時(shí)效來(lái)提高強(qiáng)度。例如ZAlSi7Cu4，抗拉強(qiáng)度b=275 MPa，可用來(lái)制作強(qiáng)度和硬度要求較高的零件。表4-12 常用變形鋁合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、性能及用途（摘自 GB/T 3190-1996和GB/T 16475-1996）類(lèi)別牌號(hào)舊牌號(hào)化學(xué)成分 w/% 材料狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例SiCuMnMgZn其他b/MPa/%HBS不能熱處理強(qiáng)化合金防銹鋁合金5A05LF

11、50.500.100.300.604.85.50.20O2802070 焊接油箱、油管、鉚釘、焊條、中載零件及制品等 3A21LF210.600.201.01.600.050.10Ti0.15O1302020 焊接油箱、油管、焊條、輕載零件及制品等能熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁合金2A11LY110.703.84.80.40.80.40.80.30Ni0.10T10.15T442015100 中等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件，如整流罩、螺旋槳葉片、骨架、局部鐓粗零件、螺栓、鉚釘?shù)?A12LY120.503.84.90.30.91.21.80.30Ni0.10T448011131 高強(qiáng)度構(gòu)件及150以下工作的零件，如骨

12、架、梁、鉚釘?shù)瘸蹭X合金7A04LC40.501.42.00.2 0.60.82.85.07.0Cr0.10.25Ti0.10T660012150 主要受力構(gòu)件，如飛機(jī)大梁、桁架、加強(qiáng)框、起落架、蒙皮接頭、翼肋等鍛鋁合金2A50LD50.71.21.82.60.40.80.40.80.30Ni0.10T10.15T642013105 形狀復(fù)雜、中等強(qiáng)度的鍛件或模鍛件等2A70LD70.351.92.50.201.41.80.30Ni0.91.5Ti0.020.1Fe0.91.5T644012120 內(nèi)燃機(jī)活塞和在高溫下工作的復(fù)雜鍛件、板材、風(fēng)扇輪等注：退火；T4 固溶處理+自然時(shí)效；T6 固溶

13、處理+人工時(shí)效圖4-17 ZAlSi12鑄造組織，變質(zhì)前圖4-18 ZAlSi12鑄造組織，變質(zhì)后2）Al-Cu系鑄造鋁合金ZAlCu5Mn鑄造鋁合金強(qiáng)度較高、塑性較好、耐熱性好，但鑄造性能及耐蝕性較低。可用于制作300以下工作、形狀不復(fù)雜的零件，如內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等。3）Al-Mg系鑄造鋁合金ZAlMg10鑄造鋁合金強(qiáng)度較高、密度小、有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好、耐熱性差。常用于制作受沖擊、在腐蝕介質(zhì)中工作，外形不復(fù)雜的零件，如氨用泵體。4）Al-Zn系鑄造鋁合金ZAlZn11Si7鑄造鋁合金鑄造性能優(yōu)良、價(jià)格低、強(qiáng)度較高，但抗蝕性差，熱裂傾向大。常用于制作結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車(chē)、飛機(jī)、儀器

14、零件，也可制造日用品。各類(lèi)鑄造鋁合金的牌號(hào)、成分、性能及用途見(jiàn)表4-13。表4-13 常用鑄造鋁合金的牌號(hào)、化學(xué)成分、性能及用途（摘自 GB/T 1173-1995）類(lèi)別牌號(hào)代號(hào)化學(xué)成分 w/% 鑄造方法熱處理方法力學(xué)性能用途舉例SiCuMgZnMn其他b/MPa/%HBS鋁硅合金ZAlSi7MgZL1016.57.50.250.45金屬型固溶處理+不完全時(shí)效205260 形狀復(fù)雜的零件，如飛機(jī)儀表零件、抽水機(jī)殼體、柴油機(jī)零件等砂型195260固溶處理+完全時(shí)效砂型變質(zhì)處理225170ZAlSi12ZL10210.013.0金屬型退火145350 形狀復(fù)雜的儀表殼體、水泵殼體、工作溫度在200

15、以下高氣密性、低載零件等砂型變質(zhì)處理135450ZAlSi9MgZL1048.010.50.170.350.20.5金屬型固溶處理+完全時(shí)效235270 在200以下工作的內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等砂型變質(zhì)處理225270鋁銅合金ZAlCu5MnZL2014.55.30.61.0Ti0.150.35砂型固溶處理+自然時(shí)效295870 在300以下工作的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、氣缸體等固溶處理+不完全時(shí)效335490ZAlCu4ZL2034.05.0砂型固溶處理+不完全時(shí)效215370 形狀簡(jiǎn)單的中載零件，如托架、在200以下工作并切削加工性好的零件等。鋁鎂合金ZAlMg10ZL3019.511.0砂型固

16、溶處理+自然時(shí)效2801060 在大氣或海水工作的零件，在150以下工作，承受大振動(dòng)載荷的零件等ZAlMg5SiZL3030.81.34.55.50.10.4砂型145155 腐蝕介質(zhì)中工作的中載零件，嚴(yán)寒大氣及200以下工作的海輪配件等金屬型鋁鋅合金ZAlZn11Si7ZL4016.08.00.10.39.013.0金屬型人工時(shí)效2451.590 在200以下工作，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車(chē)、飛機(jī)、儀表零件等。注：1）不完全時(shí)效指時(shí)效溫度低、或時(shí)間短；完全時(shí)效指時(shí)效溫度約180，時(shí)間長(zhǎng)。 2）ZAlZn11Si7的性能是指經(jīng)過(guò)自然時(shí)效20天或人工時(shí)效后的性能。二、銅及其合金1.工業(yè)純銅銅是人類(lèi)開(kāi)發(fā)利

17、用最早、在地殼中儲(chǔ)量較少的金屬元素。純銅呈紫紅色，面心立方晶格、無(wú)同素異晶轉(zhuǎn)變，具有許多優(yōu)良的性能：（1）銅的熔點(diǎn)1083，密度為8.96 g/cm3，色澤美觀。（2）良好的加工工藝性能純銅的強(qiáng)度、硬度不高（b=200250MPa，40HBS），塑性韌性很好（=4550%），容易冷、熱成形。純銅經(jīng)冷變形強(qiáng)化后，抗拉強(qiáng)度b=400500 MPa，但塑性下降至=5%。（3）極佳的電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性。（4）良好的耐蝕性純銅具有良好的抗大氣和海水腐蝕的能力。（4）具有抗磁性。工業(yè)純銅的純度為99.9099.50%，其代號(hào)用“銅”字的漢語(yǔ)拼音字首“T”加順序號(hào)表示，共有T1、T2、T3、T4四個(gè)牌號(hào)。序號(hào)越

18、大，純度越低。純銅的強(qiáng)度低，不宜制作受力的結(jié)構(gòu)零件，主要用于制作電線、電纜、導(dǎo)熱材料及配置合金。2.銅合金圖4-19 wZn對(duì)普通黃銅組織和力學(xué)性能的影響銅合金分為黃銅、青銅和白銅。白銅是銅鎳合金，主要用來(lái)制作精密機(jī)械和儀表中的耐蝕零件、熱電偶等，由于價(jià)格高，很少用于一般機(jī)械零件。生產(chǎn)中使用較廣的是黃銅和青銅。（1）黃銅黃銅是以鋅為主加元素的銅合金。按化學(xué)成分不同，分為普通黃銅和特殊黃銅。按加工方法不同，分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。1）普通黃銅普通黃銅是銅鋅二元合金。圖4-19是普通黃銅的組織和性能與含鋅量的關(guān)系。由圖可知，當(dāng)wZn32%時(shí)，是鋅溶入銅中形成的單相固溶體，隨鋅含量的增加，強(qiáng)度和

19、塑性都升高，適宜于冷、熱壓力加工；當(dāng)32%wZn45%時(shí)，進(jìn)入雙相區(qū)+，由于相是以電子化合物CuZn為基的固溶體，室溫下硬而脆（但在456以上時(shí)，卻有良好的塑性），所以強(qiáng)度繼續(xù)升高，塑性急劇下降，不能進(jìn)行冷壓力加工，在456以上時(shí)可進(jìn)行熱壓力加工；當(dāng)wZn45%時(shí)，全部為單相，強(qiáng)度和塑性都急劇下降，無(wú)使用價(jià)值。普通黃銅還具有較好的耐蝕性和較好的鑄造性能，但鋅含量超過(guò)7% （特別是20%）的黃銅，經(jīng)冷壓力加工后，由于殘余應(yīng)力的存在，在潮濕的大氣中，特別是含有氨的氣氛中，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，使黃銅開(kāi)裂。所以冷壓力加工后的黃銅，應(yīng)進(jìn)行低溫去應(yīng)力退火。壓力加工黃銅的牌號(hào)用“H+數(shù)字”表示。字母“H”是“黃

20、”字的漢語(yǔ)拼音字首，數(shù)字代表銅的百分含量，如H68表示wCu=68%的壓力加工普通黃銅。鑄造普通黃銅的牌號(hào)表示方法與鑄造鋁合金相同。常用的單相黃銅有H68，具有較高的強(qiáng)度，冷、熱變形能力，較好的耐蝕性，可用于制造形狀復(fù)雜、耐蝕的零件，如彈殼、冷凝器等。H62是常用的雙相黃銅，具有較高的強(qiáng)度，可進(jìn)行熱變形加工，廣泛用于制作熱軋、熱壓零件或由棒材經(jīng)機(jī)加工制造各種零件，如銷(xiāo)釘、螺母等。ZCuZn38是常用的鑄造普通黃銅，具有鑄造性能好，組織致密，主要用于一般的結(jié)構(gòu)件和耐蝕零件，如法蘭、閥座、支架等。2）特殊黃銅指在普通黃銅中加入其他合金元素的黃銅。常加入的合金元素有鉛、錫、鋁、硅、錳、鐵、鎳等，以改

21、善切削加工性、提高耐蝕性、鑄造性能和力學(xué)性能等。特殊黃銅的名稱(chēng)相應(yīng)為鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅等。特殊黃銅按加工方法不同，分為壓力加工和鑄造兩類(lèi)。壓力加工特殊黃銅的牌號(hào)用“H+主加合金元素符號(hào)+銅的百分含量-合金元素的百分含量”表示，例如HPb59-1表示平均wCu=59%、wPb=1%，其余為鋅的鉛黃銅。鑄造特殊黃銅的牌號(hào)表示方法與鑄造鋁合金相同，例如ZCuZn16Si4表示平均wZn=16%、wSi=4%，其余為銅的鑄造硅黃銅。常用黃銅的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途見(jiàn)表4-14。表4-14 常用黃銅的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、性能及用途（摘自 GB 5232-1985和GB 1176-1987

22、）類(lèi)別牌號(hào)化學(xué)成分 w/% 加工狀態(tài)或鑄造方法力學(xué)性能用途舉例Cu其他Znb/MPa/%HBS不小于普通黃銅H6867.070.0余量軟32055 復(fù)雜的冷沖件和深沖件、散熱器外殼、導(dǎo)管及波紋管等硬6603150H6260.563.5余量軟3304956 銷(xiāo)釘、鉚釘、螺母、墊圈、導(dǎo)管、夾線板、環(huán)形件、散熱器等硬6003164特殊黃銅HPb59-15760Pb0.81.9余量硬65016HRB140 銷(xiāo)子、螺釘?shù)葲_壓件或加工件HMn58-15760Mn1.02.0余量硬700010175 船舶零件及軸承等耐磨零件鑄造黃銅ZCuZn16Si47981Si2.54.5余量S3451588.5 接觸海

23、水工作的配件以及水泵、葉輪和在空氣、淡水、油、燃料以及工作壓力在4.5MPa和250以下蒸汽中工作的零件J3902098.0ZCuZn40Pb25863Pb0.52.5Al0.20.8余量S2201578.5 一般用途的耐磨、耐蝕零件，如軸套、齒輪等J2802088.5注：軟600退火；硬變形度50% ；S砂型鑄造；J金屬型鑄造。（2）青銅青銅是除黃銅和白銅以外的其他銅合金。青銅按化學(xué)成分分為錫青銅和無(wú)錫青銅。按加工方法不同，分為壓力加工青銅和鑄造青銅。圖4-20 wSn對(duì)錫青銅組織和力學(xué)性能的影響壓力加工青銅的牌號(hào)用“Q+主加元素符號(hào)及其平均含量的百分?jǐn)?shù)-其他元素平均含量的百分?jǐn)?shù)”表示，字母

24、“Q”是“青”字的漢語(yǔ)拼音字首。例如Q Sn4-3表示wSn=4%、其他元素wZn=3%,余量為銅的錫青銅。鑄造青銅的牌號(hào)表示方法同鑄造鋁合金。1）錫青銅錫青銅是以錫為主要添加元素的銅基合金。圖4.20是含錫量與錫青銅組織和力學(xué)性能的關(guān)系。由圖可知，當(dāng)wSn7%時(shí)，其組織是錫溶于銅中的單相固溶體，隨含錫量的增加，強(qiáng)度和塑性繼續(xù)升高，適宜于冷、熱壓力加工當(dāng)wSn10%時(shí)，組織是+，由于相是以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，硬而脆，所以在開(kāi)始階段強(qiáng)度繼續(xù)升高，而塑性下降，只適宜于鑄造成型；當(dāng)wSn20%時(shí)，大量的相使強(qiáng)度和塑性都顯著下降 ，合金變得很硬、很脆，無(wú)使用價(jià)值。常用的錫青銅一般wS

25、n=314%。錫青銅在大氣、海水、蒸汽中的耐蝕能力比純銅和黃銅好，但在鹽酸、硝酸和氨水中的耐蝕性較差。錫青銅的耐磨性好、無(wú)磁性和冷脆現(xiàn)象，可用于制作軸承、軸套等耐磨零件及彈簧等彈性元件。錫青銅的鑄造收縮率很小，但流動(dòng)性差、易產(chǎn)生偏析、鑄件的致密性低，在高壓下容易漏水，可用于鑄造形狀復(fù)雜、致密性要求不高，耐磨、耐蝕的零件，如泵體、齒輪、軸瓦 蝸輪等。2）無(wú)錫青銅無(wú)錫青銅是含鋁、鈹、硅、鉛、錳等合金元素的銅基合金。鋁青銅以鋁為主要添加元素的銅基合金稱(chēng)為鋁青銅。常用的鋁青銅wAl=511%。鋁青銅在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性?xún)?yōu)于錫青銅和黃銅，還具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和塑性。在鑄造

26、性能方面，流動(dòng)性好、鑄件致密性好，但鑄件的收縮大于錫青銅。鋁青銅常用來(lái)制作在復(fù)雜條件下（較高溫度、海水等 ）工作的高強(qiáng)度抗磨耐蝕的零件，如齒輪、軸套、蝸輪、彈簧等。鈹青銅以鈹為主要添加元素的銅基合金稱(chēng)為鈹青銅。常用的鈹青銅wBe=1.52.5%。鈹青銅經(jīng)熱處理強(qiáng)化后，可獲得很高的強(qiáng)度和硬度，優(yōu)于所有其他銅合金。鈹青銅還具有高的彈性極限、疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐蝕性，良好的電導(dǎo)性和熱導(dǎo)性。鈹青銅是一種綜合性能較好的結(jié)構(gòu)材料，主要用于制作各種精密儀器、儀表的重要彈性零件，鐘表齒輪、高速高壓下工作的軸承及襯套、航海羅盤(pán)等耐磨、耐蝕零件。但鈹青銅價(jià)格高，工藝復(fù)雜，應(yīng)用受到限制。常用青銅的牌號(hào)、主要化學(xué)成分

27、、性能及用途見(jiàn)表4-15。三、軸承合金簡(jiǎn)介軸承合金是指在滑動(dòng)軸承中制造軸瓦或內(nèi)襯的合金?；瑒?dòng)軸承具有承壓面積大，工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。1.軸承合金的性能和組織特點(diǎn)軸承支撐軸工作，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦和軸之間發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，同時(shí)還承受軸頸傳給的交變載荷，并伴有沖擊力。因此軸承合金應(yīng)具有以下性能：（1）較高的抗壓強(qiáng)度、硬度，以承受軸頸傳給的壓力。表4-15 常用青銅的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、性能及用途（摘自 GB 5233-1985、GB 1176-1987、GB 2048-1989、GB 2043-1989）類(lèi)別牌號(hào)化學(xué)成分 w/% 加工狀態(tài)或鑄造方法力學(xué)性能用途舉例SnCu其他b

28、/MPa5/%錫 青 銅壓 力 加 工QSn4-33.54.5余量Zn2.7 3.3板、帶、棒、線35040 彈簧、管配件和化工機(jī)械中的耐磨及抗磁零件QSn6.5-0.46.07.0余量P0.26 0.40板、帶、棒、線7509 耐磨及彈性元件QSn4-4-2.53.05.0余量Zn3.0 5.0Pb1.5 3.5板、帶6503 軸承及軸套的襯墊等鑄 造ZCuSn10Zn29.011.0余量Zn1.0 3.0砂型24012 在中等及較高載荷下工作的重要管配件，閥、泵體、齒輪等金屬型2456ZCuSn10Pb19.011.5余量Pb0.5 1.0砂型2203 重要的軸瓦、齒輪、連桿和軸套等金屬型

29、3102無(wú) 錫 青 銅壓力加工QAl7Al6.08.0余量板、帶、棒、線6375 重要的彈簧和彈性元件QBe2Be1.82.1余量Ni0.2 0.8板、帶、棒、線50030 重要儀表的彈簧、齒輪等鑄 造ZCuPb30Pb27.033.0余量金屬型 高速雙金屬軸瓦、減磨零件等ZCuAl10Fe3Mn2Al9.011.0余量Fe2.0 4.0Mn1.0 2.0砂型49013 重要用途的耐磨、耐蝕的重要鑄件，如軸套、螺母、蝸輪等金屬型54015（2）高的疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性，以承受軸頸傳給的交變載荷，耐沖擊和振動(dòng)。（3）高的耐磨性、良好的磨合能力、較小的摩擦系數(shù)，能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，減小磨損，軸與軸

30、瓦之間能緊密配合。（4）有良好的耐蝕性、熱導(dǎo)性，較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。（5）良好的工藝性，原材料來(lái)源廣泛，容易制造，價(jià)格便宜。圖4-21 軸承合金理想組織示意圖為達(dá)到上述性能，軸承合金的組織應(yīng)是在軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)或硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)的兩相組織（圖4-21）。軸承工作時(shí)，硬組織起支承抗磨作用；軟組織承受振動(dòng)和沖擊，被磨損后形成的凹坑還可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，減小摩擦。2.常用軸承合金簡(jiǎn)介軸承合金的牌號(hào)用“Z+基體金屬元素符號(hào)+主要合金元素符號(hào)+平均含量的百分?jǐn)?shù)”表示，字母“Z”是“鑄”字的漢語(yǔ)拼音字首。例如ZSnSb11Cu6表示wSb=11%、wCu=6%,余量為錫的錫基軸承合金。常

31、用的軸承合金有錫基、鉛基、銅基和鋁基軸承合金等四種。（1）錫基軸承合金（錫基巴氏合金）圖4-22錫基軸承合金的顯微組織錫基軸承合金是以錫為基礎(chǔ)，加入銻、銅等元素組成的合金，其顯微組織見(jiàn)圖4-22所示。圖中軟基體基體（黑色）是銻溶入錫中形成的固溶體；白色方塊（SnSb化合物）和白色針狀或星狀（Cu6Sn5化合物）是硬質(zhì)點(diǎn)。這類(lèi)合金具有較好的塑性和韌性、適中的硬度，膨脹系數(shù)小、優(yōu)良的熱導(dǎo)性和耐蝕性，但疲勞強(qiáng)度低，工作溫度150，主要用于重要的軸承，如汽車(chē)、汽輪機(jī)等機(jī)械的高速軸承。（2）鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）圖4-23 鉛基軸承合金的顯微組織鉛基軸承合金是以鉛為基礎(chǔ)，加入銻、錫、銅等元素組成的

32、合金，其顯微組織見(jiàn)圖4-23所示。圖中軟基體（黑色）是+共晶體，是銻溶入鉛中形成的固溶體，是以SnSb化合物為基的含鉛的固溶體；硬質(zhì)點(diǎn)是初生的（白色方塊）和Cu2Sb（白色針狀）。這類(lèi)合金的強(qiáng)度、硬度、韌性、熱導(dǎo)性、耐蝕性均低于錫基軸承合金，但價(jià)格低，主要用于中低載荷的中速滑動(dòng)軸承，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的曲軸、連桿軸承及電動(dòng)機(jī)軸承。常用的錫基、鉛基軸承合金牌號(hào)、主要化學(xué)成分、性能及用途見(jiàn)表4-16。表4-16 常用錫基、鉛基軸承合金的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、性能及用途（摘自 GB/T 1174-1992）類(lèi)別牌號(hào)化學(xué)成分 w/% 力學(xué)性能用途舉例SbCuPbSnb/MPa/%HBS不小于錫基軸承合金ZS

33、nSb12Pb10Cu4 11.013.02.55.09.011.0余量29 一般機(jī)械的主要軸承，但不適于高溫工作ZSnSb11Cu610.012.05.5 6.50.35余量906.027 1500kW以上的高速蒸汽機(jī)，400kW的渦輪壓縮機(jī)用軸承ZSnSb8Cu47.0 8.03.0 4.00.35余量8010.624 一般大機(jī)器軸承及軸襯，重載、高速汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁雙金屬軸承ZSnSb4Cu44.0 5.04.0 5.00.35余量807.020 渦輪內(nèi)燃機(jī)高速軸承及軸襯鉛基軸承合金ZPbSb15Sn5Cu3Cd214.016.02.5 3.05.0 6.0680.232 船舶機(jī)械，小于2

34、50kW的電動(dòng)機(jī)軸承ZPbSb10Sn69.0 11.00.75.0 7.0805.518 重載、耐蝕、耐磨用軸承注：表中有“”號(hào)的數(shù)值，不計(jì)入其他元素總和。（3）銅基軸承合金銅基軸承合金有錫青銅、鉛青銅等，尤以鉛青銅適于制作軸承。鉛青銅的典型牌號(hào)是ZCuPb30，其顯微組織是硬基體（銅）上大量均勻分布軟的質(zhì)點(diǎn)（鉛）。與上述的巴氏軸承合金相比，具有高的疲勞強(qiáng)度、承載能力，同時(shí)還具有高的熱導(dǎo)性和低的摩擦系數(shù)，能在低于250的環(huán)境下工作。主要用作高速、高壓下工作的軸承，如高速柴油機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸承。（4）鋁基軸承合金鋁基軸承合金是以鋁為基本元素，加入錫、銅、鎂等合金元素制成的合金。這類(lèi)合金的性

35、能特點(diǎn)是原料豐富、價(jià)格低、導(dǎo)熱性好、疲勞強(qiáng)度及高溫硬度高，能承受較大壓力和速度。主要缺點(diǎn)是線膨脹系數(shù)大，抗咬合性不如巴氏合金。常用的高錫鋁基軸承合金，其組織特點(diǎn)是硬基體（鋁）上均勻分布軟質(zhì)點(diǎn)（球狀錫晶粒），適用于制造高速、重載的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。除上述軸承合金外，珠光體灰鑄鐵也常作低速的不重要軸承。各種軸承的性能比較見(jiàn)表4-17。表4-17 各種軸承合金性能比較種類(lèi)抗咬合性磨合性磨蝕性耐疲勞性合金硬度HBS軸頸處硬度HBS最大允許壓力/N/mm2最高允許溫度/錫基軸承合金優(yōu)優(yōu)優(yōu)劣20301506001000150鉛基軸承合金優(yōu)優(yōu)中劣1530150600800150錫青銅中劣優(yōu)優(yōu)50100300400

36、7002000200鉛青銅中差差良408030020003200220250鋁基合金劣中優(yōu)良455030020002800100-150鑄鐵差劣優(yōu)優(yōu)160180200250300600150四、粉末冶金概述粉末冶金工藝是以金屬粉末或摻入少量非金屬粉末為原料，經(jīng)混合后壓制成形，并在低于金屬熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，利用粉末間原子擴(kuò)散來(lái)使其結(jié)合，制成金屬材料和零件的方法。1.粉末冶金的特點(diǎn)與工藝（1）粉末冶金的特點(diǎn)粉末冶金與一般的熔煉鑄造相比，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上具有以下特點(diǎn)：1）能生產(chǎn)具有特殊性能的材料和制品。如高溫合金、含油軸承（多孔材料）、摩擦材料、電接觸材料、磁性材料等。2）無(wú)切屑或少切屑的精密加

37、工。用粉末冶金法制造機(jī)械零件是一種無(wú)切屑或少切屑的加工方法，具有省材料、省工時(shí)、減少設(shè)備、降低成本等優(yōu)點(diǎn)。粉末冶金生產(chǎn)工藝由于在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，近三十年得到迅速發(fā)展，在機(jī)械、電子、化工、宇航等工業(yè)部門(mén)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，粉末成本高，模具費(fèi)用高，制品的大小、形狀受到一定限制，制品的強(qiáng)度和韌性較差。（2）粉末冶金工藝簡(jiǎn)介粉末冶金生產(chǎn)過(guò)程用圖4-24所示：制取粉末混料壓制成形燒結(jié)燒結(jié)后處理圖4-24 粉末冶金法生產(chǎn)過(guò)程示意圖 制取粉末是將塊狀金屬、合金、金屬化合物變成粉末。混料是將制成的粉末摻入添加劑，按一定的比例混合，得到制坯的原料。壓制成形（制坯）是將定量混合料在巨大壓力作用下，得到

38、一定形狀，并具有一定的密度和強(qiáng)度的坯件。坯件經(jīng)過(guò)燒結(jié)，使孔隙度減少，得到致密的，具有一定物理性能和力學(xué)性能的制品。燒結(jié)后的制品一般可以作零件使用，但要進(jìn)一步提高質(zhì)量，需進(jìn)行某些后處理，如整形、浸油、機(jī)加工、熱處理等。2.粉末冶金材料簡(jiǎn)介（1）含油軸承材料含油軸承材料是一種多孔的粉末冶金材料。常用的有鐵基含油軸承材料和銅基含油軸承材料。 他們的混合料中含有石墨粉，經(jīng)壓制成形燒結(jié)后，再浸入潤(rùn)滑油中，使孔隙中吸附大量的潤(rùn)滑油（一般含油率為1213%），具有很高的耐磨性和自潤(rùn)滑性。含油軸承材料可用于制作中速、輕載的軸承，特別是不能經(jīng)常加油的軸承，如紡織機(jī)械、電影機(jī)械、食品機(jī)械、家用電器等的軸承。（2）

39、摩擦材料摩擦材料主要用于實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，如飛機(jī)、汽車(chē)的剎車(chē)片，船舶、機(jī)床的離合器摩擦片等。粉末冶金摩擦材料是以銅粉或鐵粉為基體，摻入石棉（能提高摩擦系數(shù)）、石墨、鉛、錫等粉末，經(jīng)壓制、燒結(jié)制成。其性能特點(diǎn)是耐磨性高、摩擦系數(shù)大、熱導(dǎo)性好、抗咬合性好、強(qiáng)度合適，優(yōu)于鑄鐵、青銅、合成樹(shù)脂等摩擦材料。（3）鐵基結(jié)構(gòu)材料鐵基結(jié)構(gòu)材料是以碳鋼或合金鋼粉末為主要成分，用粉末冶金法制作結(jié)構(gòu)零件用的材料。目前已廣泛用于制作各類(lèi)零件，如汽車(chē)差速齒輪、活塞環(huán)、撥叉等。用粉末冶金法生產(chǎn)零件的最大特點(diǎn)是充分發(fā)揮了粉末冶金工藝無(wú)切屑或少切屑的優(yōu)越性，零件精度高、表面質(zhì)量好、可通過(guò)熱處理進(jìn)一步提高力學(xué)性能，可浸潤(rùn)滑油改善摩擦條

40、件，減少磨損，并能減振、消震。五、硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是以碳化鎢、碳化鈦等難熔、高硬度碳化物的粉末為主要成分，加入作為粘結(jié)劑的金屬鈷粉末，用粉末冶金法制得的材料。1.硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)（1）硬度高、耐磨性好、熱硬性好由于硬質(zhì)合金是以高硬度、高耐磨、極為穩(wěn)定的碳化物粉末為主要成分，在常溫下的硬度可達(dá)到8693HRA（相當(dāng)于6981HRC），在9001000的溫度下，仍可保持60HRC的高硬度。故硬質(zhì)合金刀具使用時(shí)，切削速度比高速工具鋼高47倍，刀具壽命高580倍?？汕邢?0HRC左右的硬質(zhì)材料。（2）抗壓強(qiáng)度和彈性模量高硬質(zhì)合金在常溫下的抗壓強(qiáng)度可達(dá)6000MPa，高于高速工具鋼，在900時(shí)可達(dá)到1000MPa。彈性模量高，是