哈工大材料加工復(fù)試鑄造合金課件

鑄造合金2/6/20231*鑄造鋁合金*鑄造銅合金*鑄造鎂合金*鑄造鈦合金有色合金NonferrousFerrous黑色合金鑄鐵鑄鋼

鑄造合金2/6/20232合金分類二元合金典型多元合金應(yīng)用成分組織性能應(yīng)用課程內(nèi)容參考書：《鑄造合金及其熔煉》；機(jī)械工業(yè)出版社西安交通大學(xué)-陸文華；大連理工大學(xué)-李隆盛；上海交通大學(xué)-黃良余(工大圖書館超星下載)凝固基本規(guī)律合金化處理組織形成及控制熱處理工藝純金屬物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)工業(yè)牌號性能2/6/20233

1鑄造鋁合金1.1純鋁

物理性質(zhì)：純鋁是一種銀白色的輕金屬，熔點為660℃，具有面心立方晶格，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。它的密度?。ㄖ挥?.72g/cm3)；導(dǎo)電性好，僅次于銀、銅和金；導(dǎo)熱性好，比鐵幾乎大三倍化學(xué)性質(zhì)：純鋁化學(xué)性質(zhì)活潑，在大氣中極易與氧作用，在表面形成一層牢固致密的氧化膜，可以阻止進(jìn)一步氧化，從而使它在大氣和淡水中具有良好的抗蝕性性能：(1)具有極好的塑性，但強(qiáng)度較低。冷變形加工可提高其強(qiáng)度，但塑性降低。(2)鑄、壓力加工、焊和切削加工性能具佳。2/6/20235

1鑄造鋁合金1.1純鋁

分類：

純鋁按其純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁和工業(yè)純鋁。純鋁的牌號用“鋁”字漢語拼音字首“L”和其后面的編號表示。高純鋁：有L05～L01五種，數(shù)字越大，純度越高；工業(yè)高純鋁：有LG5～LG1五種，數(shù)字越大，純度越高；工業(yè)純鋁：有L1～L7七種，數(shù)字越小，純度越高。*工業(yè)純鋁中含有少量鐵、硅等雜質(zhì)元素，雜質(zhì)含量增加，其導(dǎo)電性、抗蝕性及塑性都降低2/6/20236

1鑄造鋁合金1.2鋁合金的分類鑄造鋁合金：將熔融的合金直接澆鑄成形狀復(fù)雜的甚至是薄壁的成型件，所以要求合金具有良好的鑄造流動性。

變形鋁合金：將鋁合金鑄錠通過壓力加工（軋制、擠壓、模鍛等）制成半成品或模鍛件，所以要求有良好的塑性變形能力。根據(jù)鋁合金的成分、組織和工藝特點，可以將其分為鑄造鋁合金與變形鋁合金兩大類。鋁合金:純鋁中加入適量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等主加元素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等輔加元素。提高強(qiáng)度并保持純鋁的特性2/6/20237

1鑄造鋁合金1.2鋁合金的分類鑄造鋁合金:按加入的主要合金元素的不同，分為Al－Si系、Al－Cu系、Al－Mg系和Al－Zn系四種合金。合金牌號用“鑄鋁”二字漢語拼音字首“ZL”后跟三位數(shù)字表示。第一位數(shù)表示合金系列，1為Al－Si系合金；2為Al－Cu系合金；3為Al－Mg系合金；4為Al－Zn系合金。第二、三位數(shù)表示合金的順序號。如ZL201表示1號鋁銅系鑄造鋁合金，ZL107表示7號鋁硅系鑄造鋁合金*在ZL后加D表示為鑄錠,如ZLD101

；在牌號最后加A表示為優(yōu)質(zhì)，如ZL101A國家標(biāo)準(zhǔn)“鑄造鋁合金技術(shù)條件”,S-砂型鑄造；J-金屬型鑄造；R-熔模鑄造；K-殼型鑄造；B-變質(zhì)處理；F-鑄態(tài)；T1-自然時效；T4-固溶處理后自然時效；T5-固溶處理后不完全人工時效；T6-固溶處理后完全人工時效2/6/20239鋁合金在汽車、大型裝備、航空航天天等方面的應(yīng)用鋁合金應(yīng)用實例2/6/202310

鋁合金制造的機(jī)翼汽缸頭美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)

(所用材料大部分是鋁合金)活塞2/6/202311

1鑄造鋁合金1.3.1Al-Si二元合金的成分、組織和性能12.6%12.61.65共晶成分：12.6%Si共晶區(qū)間：1.65~99.83%Si共晶組織：共晶體:(Al)

+(Si)亞共晶組織：(初晶鋁)+共晶體（

+）過共晶組織：(初晶硅)

+共晶體（

+）初晶硅：從熔體析出的單相

共晶硅：與構(gòu)成共晶體的工業(yè)上：亞共晶組織出現(xiàn)初晶硅

原因：Si是非?；顫姷脑?，容易帶入

微量P，P+

(Al)→

AlP(Si)

從(Al)中被置換出來，形成

初晶硅。初晶硅會促使共晶硅呈現(xiàn)粗大板條狀工業(yè)應(yīng)用合金：7~13%Si72/6/202313含硅量對Al-Si二元合金鑄造性能的影響結(jié)晶溫度區(qū)間↓共晶體↑硅量流動性↑(另外，硅結(jié)晶潛熱大)硅的收縮率小，合金的線收縮率↓合金的體收縮率↓熱裂傾向↓1.3.1Al-Si二元合金的成分、組織和性能2/6/202314

1鑄造鋁合金1.3.1Al-Si二元合金的成分、組織和性能耐磨、耐蝕和線膨脹系數(shù)密度和電導(dǎo)率力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度伸長率純硅，硬而脆，易腐蝕2/6/202315

1鑄造鋁合金1.3.1Al-Si二元合金的成分、組織和性能代表合金：ZL10210%~13%Si(Al)+共晶體(+)+少量初晶硅(1)：鑄造性能優(yōu)良：流動性能為鑄鋁合金之首，集中縮孔傾向大，設(shè)置合理冒口，很容易獲得致密鑄件(2)：耐磨性，抗蝕性，耐熱性好：具有合適比例的軟相鋁和硬相硅；基體相鋁表層Al2O3;共晶溫度最高，升溫時無相溶解或聚集(3)熱處理強(qiáng)化效果小，力學(xué)性能不高：共晶溫度，Si在(Al)溶解度為1.65%，室溫為0.05%。固溶處理，提高固溶度，強(qiáng)化合金。對該合金效果不明顯。(4):必須進(jìn)行變質(zhì)處理，提高力學(xué)性能應(yīng)用：壓鑄件或要求耐蝕、耐磨；承受中小載荷的薄壁、復(fù)雜鑄件。如：各種儀表的框架、殼體、基座等2/6/202317

1鑄造鋁合金ZL102變質(zhì)前：σ＝140MPaδ＝3％

后：σ＝180MPaδ＝8％板條↓纖維1.3.1Al-Si二元合金的成分、組織和性能未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織2/6/202318

1鑄造鋁合金1.3.2Al-Si合金的變質(zhì)處理變質(zhì)處理：向金屬液體中加入一些細(xì)小的形核劑（又稱為孕育劑或變質(zhì)劑），使它在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶粒。在Al-Si合金中，加入微量變質(zhì)元素鈉或鍶后，共晶硅形貌發(fā)生巨變，力學(xué)性能尤其是伸長率大幅度提高，使Al-Si合金獲得工程應(yīng)用價值。目的：細(xì)化共晶硅，初晶硅，(Al)力學(xué)性能與組織尺度的關(guān)系：Hall-Petch公式2/6/2023192/6/202321

1鑄造鋁合金1.3.2Al-Si合金的變質(zhì)處理

目前關(guān)于Al-Si合金變質(zhì)處理的研究結(jié)果(1)變質(zhì)機(jī)制研究a.以差熱分析結(jié)果判斷變質(zhì)機(jī)制：DSC表明，加入變質(zhì)元素鈉或鍶后，共晶平臺下降5~10度，共晶點右移1~3%

b.以微觀組織直接觀察結(jié)果判斷變質(zhì)機(jī)制：利用掃描電鏡和透射電鏡等分析手段表明，變質(zhì)后，粗大板條狀共晶硅轉(zhuǎn)變成細(xì)小纖維狀共晶硅，原因有多種。Al-Si合金變質(zhì)處理及其機(jī)制是各國冶金工作者研究的熱點2/6/202322熱電偶TheprincipleofDSC2/6/202323

目前關(guān)于Al-Si合金變質(zhì)處理的研究結(jié)果

(4)初晶(Al)細(xì)化Ⅰ:細(xì)化機(jī)理:加Ti，或加B，或同時加Ti和Ba:包晶理論：在665℃，L+TiAl3→(Al)，TiAl3與(Al)在(001)Al和(110)Al面上存在良好的共格關(guān)系。(Al)可以在TiAl3晶體面上同時外延生長。在(Al)中心確實找到TiAl3，但無法解釋Ti低于0.15%(無反應(yīng))時的細(xì)化現(xiàn)象

b:

TiC核心理論：在一般純度Al熔體中往往含有雜質(zhì)元素，典型如Fe,C，P,Sn,Pb,Ca.加入Ti后，會出現(xiàn)TiC，起異質(zhì)晶核作用，細(xì)化晶粒。無法解釋超高純Al加Ti細(xì)化現(xiàn)象。c:晶粒增值理論：鈦在鋁的分配系數(shù)小，凝固易出現(xiàn)成分過冷，枝晶根部易頸縮，脫落而游離于熔體，引起晶粒細(xì)化。不能解釋加B細(xì)化的現(xiàn)象

1鑄造鋁合金2/6/202325包晶系

(L+α→β)αβ2/6/202326

目前關(guān)于Al-Si合金變質(zhì)處理的研究結(jié)果

(4)

(Al)初晶細(xì)化Ⅱ:晶粒細(xì)化中毒：加B，Ti的鋁熔體，若含有或加入Zr,Cr,Mn，減弱或失去細(xì)化效果a.ZrB2點陣常數(shù)很大，與(Al)無共格，包覆在TiB2表面b.最新的中毒理論認(rèn)為，起細(xì)化作用的TiAl3，TiB2中部分Ti被Zr或Cr或Mn取代，改變點陣常數(shù)(5)不同形態(tài)TiAl3的形成條件及細(xì)化作用a小平面塊狀TiAl3：低溫速冷時形成；細(xì)化效果好，作用快但易溶解，衰退較快；適用于鋁材廠做成線性盤條狀，直接加入熔鋁的流槽中b片狀TiAl3：高溫緩冷時形成；細(xì)化作用較弱，但衰退緩慢。c花瓣狀TiAl3：高溫快冷時形成；細(xì)化效果不如塊狀TiAl3，作用慢，衰退也慢；直接加入熔爐中

1鑄造鋁合金1.3.2Al-Si合金的變質(zhì)處理2/6/2023291.3.3Al-Si-Mg系合金為什么加Mg?形成Mg2Si，固溶處理時，Mg2Si固溶到(Al)中，人工時效后，Mg2Si呈彌散相析出，使(Al)中的結(jié)晶點陣發(fā)生畸變，強(qiáng)化合金，提高力學(xué)性能

加熱固溶淬火過飽和時效析出熱處理方法：固溶處理+時效固溶處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)，恒溫保持，使過剩相充分溶解入基體中，并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理

時效：將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度,恒溫保持，以析出彌散強(qiáng)化相的處理。

*引起固溶體相發(fā)生大的晶格點陣畸變*控制強(qiáng)化相析出的形態(tài)，位置，數(shù)量

恒溫保持恒溫保持2/6/202330含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d在室溫下進(jìn)行的時效稱自然時效；在加熱條件下進(jìn)行的時效稱人工時效。時效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時間有關(guān)。

溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)強(qiáng)度峰值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強(qiáng)度下降，為過時效。隨時效溫度提高，強(qiáng)度峰值下降，出現(xiàn)峰值的時間提前2/6/202331

1鑄造鋁合金1.3.3Al-Si-Mg系合金固溶處理溫度為535℃±5℃代表合金1：ZAlSi7Mg合金(ZL101)

成分：Si6%~8%;Mg0.2%~0.4%鑄態(tài)組織：

(Al)+共晶體+微量Mg2Si性能：較好的力學(xué)性能應(yīng)用：制造薄壁，形狀復(fù)雜的鑄件。注意：結(jié)晶溫度范圍寬，易形成縮松，慎重設(shè)置澆冒系統(tǒng)，工作溫度不宜超過150℃2/6/202332

1鑄造鋁合金代表合金2:ZAlSi9Mg合金(ZL104)

成分：Si8%~10.5%;Mg0.17%~0.3%;Mn:0.2%~0.5%鑄態(tài)組織：

(Al)+共晶體(微量Mg2Si固溶和時效處理后消失)性能：硅量較高和錳的加入，力學(xué)性能比ZL101高。鑄造性能優(yōu)良，充型能力強(qiáng)，線收縮率小，無熱裂和縮松傾向，抗腐蝕及切削加工和焊接性能均好應(yīng)用：發(fā)動機(jī)缸體，缸蓋，曲軸，增壓器殼體，航空發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)匣注意：有集中縮孔傾向，慎重設(shè)置澆冒系統(tǒng)，工作溫度小于185℃

1.3.3Al-Si-Mg系合金Al-Si-Mg系合金發(fā)展方向保持優(yōu)良的鑄造性能的同時，進(jìn)一步提高力學(xué)性能【進(jìn)一步提高M(jìn)g含量；加入細(xì)化劑改善組織；降低雜質(zhì)含量；提高固溶處理溫度，并選擇合適人工時效工藝】2/6/202333

1鑄造鋁合金1.3.4Al-Si-Cu系合金1.3.5Al-Si-Cu-Mg系合金相組成(Al)+二元共晶(+Si)+三元共晶(+Si+CuAl2)較好的鑄造性能和切削加工性能，不經(jīng)熱處理即可有較高的力學(xué)性能，廣泛用作壓鑄合金代表合金：ZL107Si6.5%~7.5%,Cu3.5%~4.5%工作溫度小于250℃相組成除(Al),Si,Mg2Si,CuAl2,出現(xiàn)四元相W(W相的熱處理強(qiáng)化效果最好，Mg2Si次之)代表合金1：ZAlSi5Cu1Mg(ZL105)Si:4.5~5.5%;Cu:1.0~1.5%;Mg:0.4~0.6%不需變質(zhì)處理；金屬型鑄造；承受中等載荷，形狀不復(fù)雜的中小型鑄件代表合金2：ZAlSi9Cu2Mg(ZL111)Si:8~11%;Cu:1.3~1.8%;Mg:0.4~0.6%Mn:0.1~0.35%;Ti:0.1~0.35%需變質(zhì)固溶處理；鑄造性能好;承受重大載荷，形狀復(fù)雜的大中型鑄件2/6/2023341.3.6活塞合金(Al-Si多元合金)要求：密度小，質(zhì)量小，導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)?。挥凶銐虻母邷貜?qiáng)度；耐磨耐蝕，尺寸穩(wěn)定性好；批量大，要求制作工藝簡單成本低代表合金1：ZAlSi12Cu2Mg(ZL108)成分：Si:11~13%;Cu:1.0~2.0%;Mg:0.4~1.0%;Mn:0.3~0.9%；其余Al鑄態(tài)組織：(Al)+二元共晶(+Si)+少量Mg2Si,CuAl2(沉淀硬化)變質(zhì)處理：傳統(tǒng)加鈉鹽變質(zhì)，提高室溫力學(xué)性能，但鈉會降低高溫力學(xué)性能。活塞是在高溫下工作，故，目前通過通過加磷或磷和鈉綜合處理*在ZL108基礎(chǔ)上加入0.8~1.5%Ni，形成ZL109,具有富Ni的Al6Cu3Ni相，高溫性能好，但價格高，只用作重要的活塞2/6/202335

1鑄造鋁合金代表合金2：過共晶鋁活塞*Ⅰ：Si17%~19%；Ⅱ：Si20%~23%；Ⅲ：Si24%~26%Ⅰ和Ⅱ，有一定室溫塑性，鑄造性尚好，使用較多；Ⅲ類脆性大，鑄造性能差，只用作高速摩托車或賽車的活塞*添加Cu和Mg，形成CuCl2,Mg2Si強(qiáng)化相,提高合金性能；含量控制在2%以內(nèi)，過多將使合金變脆*添加Ni，提高熱穩(wěn)定性。但Ni價格貴，我國稀土量大，因此，我國添加稀土取代Ni，既能形成強(qiáng)化相，又能細(xì)化組織。*我國開發(fā)的“K76-1”合金，性能指標(biāo)優(yōu)越，高于德國的同類合金KS2801.3.6活塞合金(Al-Si多元合金)2/6/202336

1鑄造鋁合金1.4鋁銅類鑄造合金優(yōu)點：室溫、高溫性能好，切屑性能好，加工表面光潔，富銅相耐熱，熔鑄工藝較簡單；缺點：鑄造性能差；富銅相與(Al)基體間的電子電位差值大，抗腐蝕性能差；密度較大；強(qiáng)度低于Al-Si類鑄造合金應(yīng)用：主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。汽缸頭2/6/202337

1鑄造鋁合金1.4.1鋁銅二元合金平衡凝固條件下，共晶溫度，Cu在Al的固溶度是5.65%。實際上，5.0%，即出現(xiàn)(Al)+θ(CuCl2)離異共晶。室溫下，固溶度降至0.01%。通過固溶處理增加固溶度，4.5%~5.5%的合金，固溶處理后，能達(dá)到最大固溶度。離異共晶：有共晶反應(yīng)的合金中，如果成分離共晶點較遠(yuǎn)，由于初晶數(shù)量較多，共晶數(shù)量很少，共晶中與初晶相同的相依附初晶長大，共晶中另外一個相呈現(xiàn)單獨分布，使得共晶組織失去其特有組織特征的現(xiàn)象

鋁銅合金鑄造組織210×5%2/6/202338計算機(jī)模擬共晶組織2/6/202339代表合金1：ZAlCu10(ZL202)成分：Cu：9.0~11.0%,其余Al鑄態(tài)組織：(Al)+[(Al)+θ]離異共晶特點：熔煉工藝簡單，有一定量共晶體，鑄造性尚可，但不能固溶強(qiáng)化，鑄態(tài)使用，力學(xué)性能不高，用于制作裝飾性小零件代表合金2：ZAlCu4(ZL203)成分:Cu：4.0~5.0%,其余Al；鑄態(tài)組織：(Al)+少量θ((Al)嚴(yán)重晶內(nèi)偏析)特點：熔煉工藝簡單，經(jīng)固溶和人工時效處理后，力學(xué)性能大幅度提高，

(Al)晶內(nèi)偏析消除，但鑄造性能差，用于形狀簡單的承受中等載荷在較高溫度下工作的中小型零件

1鑄造鋁合金1.4.1鋁銅二元合金2/6/202340

1鑄造鋁合金1.4.2鋁銅多元合金

代表合金1：ZAlCu5Mn(ZL201)成分：Cu：4.5~5.3%,Mn:0.6~1.0%;Ti:0.15~0.35%鑄態(tài)組織：(Al)+[(Al)+Cu2Mn3Al20]二元共晶+[(Al)+CuAl2+Cu2Mn3Al20]三元共晶*Cu2Mn3Al20常用Tmn代表*Mn的加入能大幅度提高室溫和高溫力學(xué)性能，但Mn量控制在1.0%以下，否則，變脆*加入Ti能細(xì)化(Al)，使非平衡態(tài)的CuCl2和Tmn相在固溶處理時溶入(Al)，提高強(qiáng)化效果。但加入量控制在0.15~0.35%，過少，細(xì)化效果差；過多，引起TiAl3聚集，保溫時間長時，TiAl3變粗大，混入鑄件成為雜質(zhì)。ZL201中雜質(zhì)元素影響:Fe→形成Al3Fe，合金變脆；Si→降低Cu和Mn在(Al)溶入量，降低強(qiáng)化效果，對室溫和高溫性能不利；Mg或Zn→降低熱強(qiáng)度。Fe≤0.3%；Si≤0.3%；Zn≤

0.2%;Mg≤0.05%應(yīng)用：300度以下工作，用于承受重大靜載荷和動載荷的零件，如發(fā)動機(jī)增壓器葉片等ZL201A:

在ZL201基礎(chǔ)上嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，力學(xué)性能比后者高，成本高，用于極重要零件，如渦輪葉片ZL205:

在ZL201A基礎(chǔ)上加入鎘-銀-釩-鋯-硼等，進(jìn)一步提高合金熱強(qiáng)性，達(dá)到與美國KO-1合金性能2/6/202341

1鑄造鋁合金1.4.2鋁銅多元合金

代表合金2：耐熱鋁合金能在較高溫度下使用而不軟化的鋁合金。耐熱鋁合金的耐熱性由(Al)的化學(xué)成分，第二相性質(zhì)，形狀和分布等因素決定。(Al)成分越復(fù)雜，組織結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，第二相熱穩(wěn)定性越高，晶粒越細(xì)，沿晶分布相組成彌散強(qiáng)度越高，合金的耐熱性越好。提高鋁合金熱強(qiáng)性的主要途徑是固溶強(qiáng)化、過剩相強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等。為此，常加入鉬、鎳、銅、鋰、鐵或稀土元素，以形成熱穩(wěn)定性較好的過剩相Al2CuMg，Al6Cu3Ni，Al2FeSi，Al9FeNi，Al2CuLi，Al6Mn，Al3Ti，Al3Fe，Al4Ce4，Al2Cu4Mg5Si4等。主要用作在150～300℃工作的零件，如渦輪壓縮機(jī)葉片盤、焊接容器、活塞等。耐熱鋁合金類型很多，鋁銅類耐熱鋁合金是其中一類2/6/202342

1鑄造鋁合金1.5鋁鎂類鑄造合金性能特點：有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性,密度小；但鑄

造性能差,耐熱性低。應(yīng)用：主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等鋁鎂合金鑄造組織(化染)150×鼓風(fēng)機(jī)用密封件等(ZL102，ZL301)2/6/202343

1鑄造鋁合金1.5.1鋁鎂二元合金平衡凝固條件下，共晶溫度，Mg在Al的固溶度是14.9%。實際上，9.0%，即出現(xiàn)(Al)+(Al3Mg2)離異共晶。Mg的原子半徑比Al大13%，溶入Al后，(Al)的點陣發(fā)生很大的扭曲，力學(xué)性能大大提高M(jìn)g量對Al-Mg二元合金力學(xué)性能分析,表明，含Mg12%，合金強(qiáng)度最大；含Mg11%，伸長率最大。故，常用Al-Mg二元合金中，Mg量不超過11%。鑄造條件下，含Mg4~6%，結(jié)晶溫度范圍最寬，易形成縮松和熱裂。Mg9~10%，有相當(dāng)數(shù)量的離異共晶，有足夠的充型能力代表合金：ZL301(Mg9.5%~11%)優(yōu)點：切屑性能好，工件表面光潔度高，表面拋光后，光如亮鏡，且能長期保持原有光澤，稱為“光亮鋁合金”?？捎糜谘b飾零件缺點:(1)含Mg量高，熔煉時，必須在溶劑保護(hù)下熔煉；(2)即使在室溫下長期工作也會發(fā)生時效過程，力學(xué)性能下降，合金老化，抗蝕性降低，工作溫度>100度時，老化加速；(3)壁厚效應(yīng)大，密度小，需采用大冒口，成品率低。*Fe,Si有害，使合金變脆，0.3%以內(nèi)；Mn,Cr有益，但0.1%以內(nèi)9%(Al)+(Al3Mg2)2/6/202344

1鑄造鋁合金1.5.2Al-Mg-Si系合金

代表合金：ZAlMg5Si1(ZL303)成分：Mg：4.5~5.5%,Si:0.8~1.3%;其余Al鑄態(tài)組織：(Al)+[(Al)+Mg2Si]共晶*Si在ZL301中是有害雜質(zhì)，但在降低Mg量同時將Si量增加到0.8~1.3%，形成一定數(shù)量的[(Al)+Mg2Si]共晶，改善鑄造性能*室溫力學(xué)性能不如ZL301，但在高溫下有較好的力學(xué)性能,進(jìn)一步加入0.001%Be，0.2%Ti，0.005%B，在350度以下工作時，幾乎完全保持了室溫下的力學(xué)性能應(yīng)用：在潮濕空氣或海水中有很好的耐蝕性，耐熱性較好，可用于承受中等載荷的船舶用，航空用構(gòu)件及內(nèi)燃機(jī)機(jī)車的零件2/6/202345

1鑄造鋁合金1.5.3Al-Mg-Zn系合金

代表合金：ZAlMg8Zn1(ZL305)成分：Mg：7.5~9.0%,Zn:1.0~1.5%;Ti:0.1~0.2%;Be:0.03~0.1%;其余Al鑄態(tài)組織：(Al)+[(Al)+Mg32(Al、Zn)49]離異共晶*固溶處理后，Mg32(Al、Zn)49

溶入(Al)中，強(qiáng)化合金*

Mg32(Al、Zn)49

的點陣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在零件使用過程中不易脫溶，聚集長大，推遲老化現(xiàn)象。*Zn量在1.0~1.5%以內(nèi)，合金綜合力學(xué)性能最佳，但工作溫度不超過100度應(yīng)用：用于在海水中承受重大載荷的零件，如魚雷殼體，潛水服等2/6/202346

1鑄造鋁合金1.6Al-Zn類鑄造合金大型空壓機(jī)活塞(ZL401)性能特點：具有良好的鑄造性能，經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后,強(qiáng)度較高(可自然時效強(qiáng)化)；但密度大，耐蝕性差應(yīng)用：制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機(jī)、儀器零件2/6/202347

1鑄造鋁合金在381度，存在共晶反應(yīng)；在277~361.5度，在Zn含量為32.4~77.7%，存在調(diào)幅分解：→1+2，1富Al，2富Zn，均屬面心立方結(jié)構(gòu)，并具有完全共格關(guān)系。當(dāng)溫度降低至277度時，繼續(xù)調(diào)幅分解：1+2→

(Al)+(Zn)分解是在細(xì)晶粒且相互共格的1和2基體上進(jìn)行的。室溫組織：(Al)+(Zn)，經(jīng)過多次調(diào)幅分解后，晶粒細(xì)小。(Zn)的顯微硬度低于(Al)，第二相對合金變形不起阻礙作用，因此，Al-Zn二元合金熱強(qiáng)性很低；(Al)和(Zn)電子電位差很大，耐蝕性低。故，Al-Zn二元合金在工業(yè)上沒有使用價值1.6.1Al-Zn二元合金2/6/202348調(diào)幅分解：固溶體分解成結(jié)構(gòu)相同但成分不同的兩相

形成成分不同的微小區(qū)域相間分布的組織。這些小區(qū)域的溶質(zhì)含量沿一個方向形成一定的波形分布，波峰處成分高于平均成分，波谷處成分低于平均成分。這些富區(qū)與貧區(qū)保持原固溶體的晶體結(jié)構(gòu)，相同成分區(qū)域之間的距離（即分域或調(diào)幅波長）一般在5~100nm之間。此種由成分調(diào)幅的微小區(qū)域組成的不均勻組織，稱為亞穩(wěn)分域組織。這種分解不需形核勢壘，只是通過固溶體中出現(xiàn)的成分漲落(起伏)波的生長進(jìn)行的。生長由上坡擴(kuò)散控制。白色區(qū)域為富銅區(qū)Spinodal分解2/6/2023491.6.2Al-Zn-Si-Mg系合金代表合金：ZAlZn11Si7(ZL401)成分：Zn:9~13%;Si:6~8%;Mg:0.1~0.3%;其余Al鑄態(tài)組織：(Al)+共晶體+微量Mg2Si(與ZL101同)*合金有“自動淬火”效應(yīng)，即凝固時，(Zn)過飽和溶入(Al)中，室溫時開始自然時效，(Zn)呈彌散狀析出，強(qiáng)化合金(該(Zn)與二元合金中的不同，固溶了部分Si)。*不必固溶處理，鑄造工藝性能與ZL101相似，抗蝕性能較低，密度較大，用于185度以下工作的承受中等載荷的零件，如模具，模板及某些設(shè)備的支架等。1.6.3Al-Zn-Mg系合金代表合金：ZAlZn6Mg(ZL402)成分：Zn:5~6%;Mg:0.5~6.5%;Cr:0.4~0.6%;Ti:0.15~0.25%其余Al鑄態(tài)組織：(Al)+樹枝狀Mg2Si+骨架狀A(yù)l12(Cr、Fe)3Si*合金有“自動淬火”效應(yīng)，通過自然時效能強(qiáng)化合金。*結(jié)晶溫度范圍為40度，有縮松傾向，需設(shè)置較大冒口*切屑性能好，能獲得光潔的工件表面，經(jīng)人工時效后，尺寸穩(wěn)定，可用于精密儀表零件，經(jīng)陽極氧化處理后，可用于制作船用零件。*(Al)在較高溫度下易分解，形成較高內(nèi)應(yīng)力，促進(jìn)晶間偏析，工作溫度不超過100度2/6/2023502鑄造銅合金2.1純銅

物理性質(zhì)：純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后，外觀呈紫紅色，故常稱為紫銅。密度為8.96g/cm3，熔點為1083.4℃；具有面心立方結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，其導(dǎo)電性僅次于銀；無磁性?；瘜W(xué)性質(zhì)：純銅在大氣、淡水中具有良好的耐蝕性，但在海水中較差性能：純銅的強(qiáng)度低，不宜直接用作結(jié)構(gòu)材料；具有良好的焊接性能分類：根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純銅可分為四種：T1、T2、T3、T4?！癟”為銅的漢語拼音字頭，編號越大，純度越低。2/6/202351牌號：Z＋Cu＋主加元素的化學(xué)符號及平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w×100）＋其它元素的化學(xué)符號及平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w×100），如ZCuSn3Zn8Pb6Ni1表示Sn3%,Zn8%,Pb6%,Ni1%的錫青銅

*部分鑄造青銅用“Q+主加元素的化學(xué)符號及平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)”表示，如QBe2.52鑄造銅合金2.2鑄造銅合金分類

青銅：不以Zn為主加元素的銅合金。按主加元素不同分為：錫青銅，鉛青銅，鈹青銅等；黃銅：以Zn為主加元素的銅合金。按第二種主加合金元素的不同分為：錳黃銅，鋁黃銅，硅黃銅，鉛黃銅*主加元素：其含量或作用超過除銅以外的其它元素的總和應(yīng)用：現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用廣泛的結(jié)構(gòu)材料。較高的力學(xué)性能和耐磨性能，很高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，在大氣、海水、鹽酸、磷酸溶液中均有良好的抗蝕性，因此，用于船、艦、化工機(jī)械、電工儀表中的重要零件及換熱器2/6/202352銅合金應(yīng)用實例法蘭閥閘閥黃銅制品黃銅棒船舶及化工零件:齒輪、軸承、襯套及閥體2/6/202353冷凝器管銅合金應(yīng)用實例2/6/202354BronzestatueofBuddha

intempleofheaveninHongkong紫荊花銅合金應(yīng)用實例2/6/202355船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)2.3鑄造錫青銅

2鑄造銅合金錫青銅：以錫為主加元素的青銅合金，錫含量一般為3~14%性能特點：錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。應(yīng)用：耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。錫青銅管2/6/202356青銅鑄鼎

2/6/2023572鑄造銅合金2.3.1Cu-Sn二元合金

Cu-20%Sn798℃:L+→586℃:→+γ520℃:γ→+δ350℃:δ→+ε

由于Sn的原子半徑比Cu的大很多，Sn在銅中的擴(kuò)散速度極慢，350度共析轉(zhuǎn)變一般不發(fā)生鑄態(tài)組織：枝晶+共析體+δ2/6/202358鑄造工藝特點(1)結(jié)晶溫度范圍寬，凝固速度較慢時，易形成縮松，導(dǎo)致鑄件滲漏。對塑性不好，可通過均勻化退火，消除枝晶，防止鑄件滲漏，提高塑性；但分布均勻的顯微縮松能儲存潤滑油，對于要求耐磨性能的零件是有利的(2)易發(fā)生熱裂。呈糊狀凝固，枝晶發(fā)達(dá)，在鑄件內(nèi)很快形成晶體骨架，開始了線收縮，此時，凝固層較薄，高溫強(qiáng)度又低，(3)易出現(xiàn)反偏析缺陷。鑄件表面滲出灰白色顆粒狀的富Sn分泌物，俗稱“冒錫汗”(富集δ相)。鑄件內(nèi)外成分不均勻，降低力學(xué)性能，組織變得疏松，引起滲漏；表面富集堅硬的δ相，惡化切屑加工性能，加工后表面出現(xiàn)灰白色斑點，影響表面質(zhì)量。反偏析層5mm左右，嚴(yán)重時，25~30mm(4)鑄造工藝簡單。Sn不易氧化，錫青銅鑄件氧化傾向小，熔煉工藝簡單，不需要設(shè)置復(fù)雜的擋渣系統(tǒng)，不用底注系統(tǒng)，一般采用雨淋式澆口。(5)線收縮率在銅合金中最小，鑄造內(nèi)應(yīng)力小，冷裂傾向小。適用于鑄造形狀復(fù)雜的鑄件或藝術(shù)鑄造含Sn量對Cu-Sn二元合金力學(xué)性能的影響2.3.1Cu-Sn二元合金

Cu-Sn二元合金力學(xué)性能取決于共析體α+δ所占比例含Sn7~10%之間的合金具有最佳的綜合力學(xué)性能2/6/2023592鑄造銅合金2.3.1Cu-Sn二元合金

出現(xiàn)反偏析的原因及防止反偏析的工藝措施原因：結(jié)晶溫度范圍寬，枝晶發(fā)達(dá)，由于熔體中存在呈氣泡形式的氫，產(chǎn)生背壓，把低熔點富錫δ相熔體推向枝晶間隙中心；凝固后期，鑄件由內(nèi)到外仍存在大量的顯微通道，由于固態(tài)收縮及氫氣泡的背壓，富錫熔體沿枝晶的顯微通道通向鑄件表面滲出，堆積在鑄件表面。

(鑄型反應(yīng)：2P+5H2O=P2O5+5H2)防止:(1)放置冷鐵，提高冷卻速率，出現(xiàn)層狀凝固。

(2)調(diào)整化學(xué)成分，如加入Zn，縮小結(jié)晶溫度范圍。(3)采取有效的精煉除氣措施，減少合金中的含氣量2/6/2023602鑄造銅合金2.3.2ZCuSn10P1錫青銅

簡稱：“10-1錫青銅”成分：Sn:9~11%;P:0.6~1.2%;其余Cu*P的作用:(1)生成Cu3P，硬度高，作為耐磨組織中的硬相，提高合金的合金的耐磨性；(2)脫氧；(3)提高合金流動性，改善充型能力

*

由于加入P，為防止鑄型反應(yīng)：2P+5H2O=P2O5+5H2，應(yīng)采用干型澆注采用金屬型時，表面必須處理干凈；必須低溫澆注，快速冷卻鑄態(tài)組織：+三元共析體+δ+Cu3P

*(Cu)時軟基體，+δ+Cu3P為硬質(zhì)點，耐磨組織性能：耐磨性能優(yōu)于二元Cu-Sn合金應(yīng)用：用于制造在重載荷，高轉(zhuǎn)速，較高溫度下受強(qiáng)烈摩擦的零件，如齒輪和軸承等工業(yè)上應(yīng)用廣泛的軸承合金2/6/2023612鑄造銅合金2.3.3ZCuSn10Zn2錫青銅

簡稱：“10-2錫青銅”成分：Sn:9~11%;Zn:1.5~3.5%;其余Cu*Zn的作用:(1)縮小合金的結(jié)晶溫度范圍，提高充型能力，補(bǔ)縮能力，減輕縮松傾向，提高氣密性；(2)Zn溶入固溶體時，強(qiáng)化合金鑄態(tài)組織：+二元共析體+δ性能：耐磨性能好應(yīng)用：用于制造在蒸汽或流速不大的海水中工作的承受中等載荷的船用襯套，閥門及轉(zhuǎn)速不高的渦輪2/6/2023622鑄造銅合金2.3.4ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅

簡稱：“5-5-5錫青銅”成分：Sn:4~6%;Pb:4~6%;Zn:4~6%;其余Cu

*Pb的作用:(1)Pb以細(xì)小分散的顆粒均勻分布在合金基體上，具有良好的自潤滑作用，能降低摩擦系數(shù)，提高耐磨性；(2)在最后凝固階段Pb填補(bǔ)了(Cu)枝晶間隙，有助于消除縮松，提高耐水壓性能；(3)孤立分散的Pb粒破壞了合金基體的連續(xù)性，改善切屑加工性能*Pb含量上限為6%，否則，合金力學(xué)性能反而明顯下降鑄態(tài)組織：+二元共析體+δ+Pb顆粒性能：塑性較好，強(qiáng)度尚可，耐磨性，鑄造性能，切屑加工性好應(yīng)用：用于制造承受中等載荷和轉(zhuǎn)速的軸承、軸套及螺母和墊圈等耐磨鑄件2/6/2023632鑄造銅合金2.3.5錫青銅中的雜質(zhì)Al，Si，Mg均是錫青銅的有害雜質(zhì)熔煉和澆注時形成難熔氧化物Al2O3，SiO2，MgO等，呈彌散狀，很難從銅液中清除，降低合金液的流動性，阻塞補(bǔ)縮通道，降低鑄件致密性，容易滲漏；氧化物凝固時被推向晶界，削弱了晶界，降低合金力學(xué)性能。鑄造銅合金的國標(biāo)中，Al、Si、Mg含量均限制在0.01%以下除磷青銅或個別合金外，銅合金中P必須限制在0.05%以下，防止鑄型反應(yīng)，生成皮下氣孔錫青銅對雜質(zhì)很敏感，因此，應(yīng)使用專用坩堝熔煉2/6/2023642.4鑄造鋁青銅

2鑄造銅合金鋁青銅：以鋁為主加元素的青銅合金，鋁含量為5~11%性能特點：強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。

應(yīng)用：主要用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán)2/6/2023652鑄造銅合金2.4.1Cu-Al二元合金

Cu-(0~14)%Al1036℃:L→+565℃:→+γ2鑄態(tài)組織：+共析體+γ2(Cu)：fcc,塑性高且因溶入鋁而強(qiáng)化，故單相鋁青銅可用于冷熱壓力加工成型材(Cu3Al基固溶體):bcc，高溫時穩(wěn)定γ2(Cu32Al19基固溶體):復(fù)雜立方晶格，硬而脆，塑性差緩冷脆性：緩慢冷卻時，γ2相呈網(wǎng)狀在相晶體上析出，形成隔離晶體聯(lián)結(jié)的脆性硬殼，使合金變脆。(鋁青銅特有的缺陷)防止:

(1)加Fe,Mn等增加相穩(wěn)定性;(2)加Ni,擴(kuò)大相區(qū)，消除(3)提高冷速，→1→’,’相硬度強(qiáng)度高，塑性較低，當(dāng)具有合適量(30%)’相，且分布均勻，有較高力學(xué)性能2/6/2023662.4.1Cu-Al二元合金

性能及工藝特點(1)耐磨性能好。(Cu)塑性好，基體上均勻分布硬度較高的’，是一種耐磨組織，但鋁

青銅干摩擦系數(shù)比濕摩擦系數(shù)大30~40倍，故，不宜在干摩擦工況下工作。(2)在海水氯鹽及酸性介質(zhì)中有良好抗蝕性。表層有致密Al2O3膜，但不允許有γ2相出現(xiàn)，因其可成為陽極，被腐蝕。(3)結(jié)晶溫度范圍小，流動性好。鑄件組織致密，壁厚效應(yīng)小。凝固時體收縮大，必須設(shè)置大冒口，防止集中性大縮孔(4)澆注時易夾渣夾氣。熔煉鋁青銅時，熔體表面有

Al2O3組成，如不排除，進(jìn)入鑄件將惡化力學(xué)性能，需除渣除氣。設(shè)計澆注系統(tǒng)時，必須設(shè)置嚴(yán)密的擋渣系統(tǒng)，如過濾網(wǎng)(5)線收縮率大，易出現(xiàn)裂紋，設(shè)計澆注系統(tǒng)時，應(yīng)盡量使內(nèi)澆口分散，避免熱量集中含Al量對Cu-Al二元合金力學(xué)性能的影響Al含量控制在9~11%2鑄造銅合金2/6/2023672鑄造銅合金2.4.2ZCuAl10Fe3鋁青銅

簡稱：“10-3鋁青銅”成分：Al:8.5~11%;Fe:2~4%;其余Cu鑄態(tài)組織：(Cu)+(+γ2)共析體+k(黑色點狀FeAl3)

*Fe的作用:(1)生成異質(zhì)核心，細(xì)化(Cu)

；(2)阻滯三相共析轉(zhuǎn)變→+γ2+k；(3)擴(kuò)大(Cu)相區(qū)，減少相及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物+γ2，消除“緩冷脆性”*Fe的加入明顯提高合金力學(xué)性能和耐磨性，但含量超過4%后，抗蝕性下降應(yīng)用：用于承受中等載荷，低轉(zhuǎn)速的耐磨件，如渦輪，軸套等，承受高載荷或發(fā)生干摩擦?xí)r，出現(xiàn)“咬卡”現(xiàn)象。由于鑄件致密，耐水壓，可用作高壓閥門，工作溫度可達(dá)350度*10-3鋁青銅不含稀貴合金元素，成本較錫青銅低，應(yīng)用廣泛熱處理:(1)淬火加回火：加熱至950度以上3~4h，淬火后獲得針狀馬氏體’相，再在250~300度回火2~3h,強(qiáng)度和硬度顯著提高(2)合金的?；幚恚合仍?00~700度保溫3~4h，然后空冷，能減少甚至消除+γ2共析體，提高合金塑性2/6/2023682鑄造銅合金2.4.3ZCuAl9Mn2鋁青銅

簡稱：“9-2鋁青銅”成分：Al:8.0~10.0%;Mn:1.5~2.5%;其余Cu鑄態(tài)組織：(Cu)+(+γ2)共析體

*Mn的作用:(1)提高相穩(wěn)定性，降低相共析轉(zhuǎn)變溫度，使共析體細(xì)化，消除“緩冷脆性”

；(2)溶入(Cu)強(qiáng)化合金，塑性降低不多性能:與10-3鋁青銅比，強(qiáng)度較低，塑性較高，抗蝕和耐磨性能較好應(yīng)用：船用零件，化工機(jī)械的高壓閥門，承受中等載荷的耐磨件2/6/2023692鑄造銅合金2.4.4ZCuAl8Mn13Fe3Ni2鋁青銅

簡稱：“8-13-3-2鋁青銅”成分：Al:7~8.5%;Mn:12.0~14.5%;Fe:2.5~4%;Ni:1.8~2.5%*對組織性能的影響，1%Mn≈0.16%Al鑄態(tài)組織：(Cu)+(+Cu3Mn2Al)共析體+k(黑色點狀FeAl3)

*加Mn，穩(wěn)定相，最佳含量10~14%；Ni溶入(Cu)，擴(kuò)大相區(qū)，提高耐蝕性，但過多，產(chǎn)生網(wǎng)狀含鎳化合物，惡化力學(xué)性能；加Fe，形成FeAl3,細(xì)化晶粒，細(xì)化所需Fe隨Mn量增加而減小，F(xiàn)e量超過4%，降低合金抗蝕性性能：力學(xué)性能很高，鑄造性能較好，在海水中抗蝕性，抗空泡潰蝕性好，但抗海生物附作能力較差應(yīng)用：制造大型船、艦和高速快艇推進(jìn)器的理想材料之一2/6/2023702鑄造銅合金2.4.5ZCuAl9Fe4Ni4Mn2鋁青銅

簡稱：“9-4-4-2鋁青銅”成分：Al:8.5~10%;Fe:4.0~5.0%;Ni:4.0~5.0%;Mn:0.8~2.5%;*與8-13-3-2相比，Ni高M(jìn)n低鑄態(tài)組織：(Cu)+k(黑色點狀FeAl3)性能：力學(xué)性能很高，但與8-13-3-2鋁青銅比，力學(xué)性能稍有降低，在海水中的抗空泡潰蝕性更好，且抗海生物附作能力強(qiáng)應(yīng)用：也是制造大型船、艦和高速快艇推進(jìn)器的理想材料缺點：比8-13-3-2鋁青銅熔點高100度左右，密度更大且成本高2/6/2023712鑄造銅合金2.5鑄造鉛青銅

2.5.1Cu-Pb二元合金

Monotecticalloy955℃:L1→+L2326℃:L2→+Pb鑄態(tài)組織：枝晶+填滿枝晶間隙的Pb：幾乎為純CuL2：富Pb液相由于Cu和Pb幾乎不混溶，且兩者密度差大，凝固時出現(xiàn)嚴(yán)重的比重偏析，引起Pb的聚集和球化，惡化合金的力學(xué)性能，因此，必須采用水冷金屬型，加快凝固，使鉛相呈細(xì)小點狀均勻彌散分布在銅基體上?；蛘卟捎枚ㄏ蚰碳夹g(shù)，獲得兩相沿生長方向平行排列的共生生長組織+L1L12/6/202372C0BimodallineL2+αL2ImmiscibleSolidphaseMonotectictemperatureImmisciblemeltsCompletelymiscible(a)αL2L1L1偏晶合金凝固αabc2/6/202373Al-In定向凝固Cu-Pb定向凝固2/6/2023742/6/2023752.5.2ZCuPb30

簡稱：“30鉛青銅”成分：Pb:27~33%；其余Cu鑄態(tài)組織：枝晶+填滿枝晶間隙的Pb

*富銅相較軟，富Pb相較硬，當(dāng)硬相均勻彌散分布在軟相基體上，表現(xiàn)出優(yōu)越的耐磨性能性能：耐磨性好，摩擦系數(shù)小，疲勞性能較高，在沖擊下不宜開裂工作溫度達(dá)300度應(yīng)用：承受高壓，高轉(zhuǎn)速并受沖擊的重要軸承缺點：力學(xué)性能很低，不能用于單體軸承，只能鑲鑄在鋼套內(nèi)壁上，制成雙金屬軸承；易出現(xiàn)比重偏析，澆注時，必須采用水冷金屬型2.5.3ZCuPb20Sn5

簡稱：“20-5鉛青銅”成分：Pb:18~23%；Sn:4~6%;其余Cu鑄態(tài)組織：與30鉛青銅類似*Sn全部溶入Cu中形成固溶體，提高力學(xué)性能，且能減輕比重偏析，類似可加Zn性能：力學(xué)性能比30鉛青銅高很多，其它性能相似工業(yè)上應(yīng)用廣泛的軸承合金2/6/202376制造滑動軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金。按主要化學(xué)成分可分為錫基、鉛基、銅基、鋁基、鐵基等軸承合金當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時，軸瓦與軸頸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力補(bǔ)充知識：軸承合金

性能要求(1)足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷(2)較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合(3)較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合2/6/2023772/6/202378補(bǔ)充知識：軸承合金

耐磨機(jī)理軟基體＋硬質(zhì)點：硬質(zhì)點起支撐作用硬基體＋軟質(zhì)點：承載能力大、磨合能力差(1)當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，軟的基體（或質(zhì)點）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲存潤滑油和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(基體)則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用(2)軟基體(或質(zhì)點)還能起嵌藏外來硬雜質(zhì)顆粒的作用,以避免擦傷軸2/6/202379補(bǔ)充知識：軸承合金

軸承合金的牌號2/6/202380錫基和鉛基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金

簡稱：巴氏合金牌號：Z+基本元素符號+主加元素符號+主加元素含量+輔加元素及其含量?！癦”是“鑄造”。ZSnSb11Cu6，ZPbSb16Sn16Cu2耐磨機(jī)理：軟基體+硬質(zhì)點特點：熔點都較低。由于它們的強(qiáng)度都較低，因此生產(chǎn)上常采用離心澆注法，將它們鑲鑄在低碳鋼軸瓦（常用08鋼）上，形成一層薄而均勻的內(nèi)襯，以提高承載能力及使用壽命。目前應(yīng)用最廣泛的軸承合金。內(nèi)燃機(jī)軸瓦2/6/202381錫基軸承合金:以Sn為主并加入少量Sb、Cu等元素組成的合金性能：它具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、嵌藏性和耐蝕性，澆注性好，摩擦系數(shù)小，但疲勞極限較低，工作溫度不超過

150℃，價格高。應(yīng)用：重型動力機(jī)械，如汽車發(fā)動機(jī)、氣體壓縮機(jī)、渦輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的軸承和軸瓦。典型牌號：

ZSnSb11Cu6組織：基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3Sn錫基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金2/6/202382鉛基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金鉛基軸承合金:以鉛為主加入少量SbSnCu等元素組成的合金性能：硬度、強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)熱性、耐蝕性都比錫基軸承合金低，但摩擦系數(shù)較大，高溫強(qiáng)度較好，價格較便宜。應(yīng)用：承受低、中載荷的軸承，如汽車、拖拉機(jī)曲軸、連桿軸承典型牌號：

ZPbSb16Sn16Cu2組織：(+)共晶基體+方塊狀SnSb+針狀Cu3Sn2/6/202383銅基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金

常用銅基軸承合金ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等錫青銅和ZCuPb30等鉛青銅。前者適于制造中速、中載下工作的軸承，如電動機(jī)、泵上的軸承；后者適于制造高速、重載下工作的軸承，如高速柴油機(jī)、汽輪機(jī)上的軸承。因銅基軸承合金價格較高，有被新型滑動軸承合金取代的趨勢。2/6/202384鋁基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金鋁基軸承合金的密度小，導(dǎo)熱性好，耐磨性和疲勞極限高，價格便宜，但膨脹系數(shù)較大，抗咬合性低于巴氏合金。目前廣泛使用的鋁基軸承合金有鋁銻鎂軸承合金和高錫鋁軸承合金兩種，常與08鋼作襯背制成雙金屬軸承2/6/202385鋁基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金

鋁銻鎂軸承合金：該合金為wSb3.5%～5%、wMg0.3%～0.7%的鋁合金，具有較高的疲勞極限，適用于制造高速、載荷不超過20MPa、滑動速度不大于10m/s的工作條件下柴油機(jī)軸承。

2/6/202386高錫鋁:

該合金為wSn5%～40%、wCu0.8%～1.2%的鋁合金，以wSn17.5%～22.5%合金最常用。該合金具有較高的疲勞極限，良好的耐磨性、耐熱性和耐蝕性，是應(yīng)用最廣泛的鋁基軸承合金，適用于制造高速、重載下工作的軸承，如汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)軸承。鋁基軸承合金補(bǔ)充知識：軸承合金2/6/202387鈹青銅：以鈹為主加元素的青銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。性能特點：在青銅中的強(qiáng)度和硬度最高；彈性極限、耐磨性、耐蝕性高；良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能；但價格較貴應(yīng)用：用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機(jī)件2.6其它青銅

2.6.1鈹青銅

2鑄造銅合金鈹青銅制品2/6/2023882.6.1鈹青銅

Cu-(0~10)%Be866℃:L→+γ1605℃:γ1→+γ2：Be溶入Cu的固溶體,fcc,塑性好γ1，γ2:bcc,CuBe固溶體鑄態(tài)組織：+γ2

淬透性：表示鋼在一定條件下淬火時獲得淬透層深度的能力，即鋼接受淬火的能力。淬透性好的鋼材，可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學(xué)性能。

(1)微量元素0.2~0.4%Ni，0.1~0.25%Ti，有效延緩相分解(時效時)，提高淬透性(2)QBe2.5鈹青銅時常用的彈簧材料，用于制作強(qiáng)力彈簧之類的零件(3)Be價格高且有毒，近來出現(xiàn)含Be低的鈹青銅，如QBe1.7和QBe1.9，強(qiáng)度和硬度雖稍下降，但改善工藝性能，且降低成本。這些合金導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，可用于電極材料(4)碰撞時不發(fā)生火花，適用于制作防爆工具(5)有害雜質(zhì)：Mg，降低塑性；P，促使分解；Pb、Bi、Sb等產(chǎn)生熱脆性2/6/2023892鑄造銅合金2.6.2Mn-Cu基高阻尼合金

阻尼合金是一種可以將機(jī)械振動能轉(zhuǎn)換為熱能而耗散掉的功能材料，采用它來設(shè)計制造各類振源構(gòu)件，可以從根本上有效地減輕振動和噪聲Cu-60%MnL→

γMn

(含Mn約71%)L→γCu

(含Mn約50%)γ→γ+MnOO’以下：Mn混溶于γ鑄態(tài)組織：具有嚴(yán)重晶內(nèi)偏析的亞穩(wěn)相γ2/6/2023902鑄造銅合金2.6.2Mn-Cu基高阻尼合金

我國開發(fā)的Mn-Cu基高阻尼合金簡稱：MC77成分：Cu:35~38%;Al:4.0~4.8%;Fe:2.5~5.0%;Ni:1.0~2.0%;其余Mn*加Al，縮小γ相區(qū)，同時Al固溶入γ相，提高合金性能，Al量超過4%時后，出現(xiàn)條狀相，分布在γ相周圍，相隨著鋁量增加而增加，當(dāng)Al量達(dá)到5%時，相在

γ相周圍形成網(wǎng)絡(luò)狀，力學(xué)性能下降；

*加Fe，生成k相，細(xì)化γ相*加Ni，提高抗蝕性鑄態(tài)組織：γ+性能：是一種“強(qiáng)如鋼，聲如木”的高阻尼結(jié)構(gòu)材料*高阻尼機(jī)制：γ相在外力作用下發(fā)生馬氏體相變，形成微雙晶，誘發(fā)界面間運動和反鐵磁性磁矩轉(zhuǎn)向運動，引起靜滯后型內(nèi)耗。*溫度高于70度時，馬氏體相變消失，阻尼性能消失；溫度越低，阻尼性能越好*經(jīng)400~450度時效處理，能增加馬氏體內(nèi)微晶數(shù)量，改善阻尼性能*有害雜質(zhì)Si，C對阻尼性能極其敏感，分別控制在0.05%，0.2%以下2/6/2023912.7鑄造黃銅

2鑄造銅合金鑄造黃銅：以Zn為主加元素的銅合金。優(yōu)點：結(jié)晶溫度范圍小，充型能力強(qiáng)；Zn的沸點低，有自發(fā)除氣作用，因而鑄造性能好；Zn價格便宜，成本低，力學(xué)性能卻比錫青銅高很多；應(yīng)用廣泛缺點：脫鋅腐蝕，即，在海水或帶有電解質(zhì)的腐蝕介質(zhì)中工作時，電極電位較低的富Zn相與富Cu相之間產(chǎn)生相間電流，相成為微電池的陽極而被腐蝕脫鋅。最后相只剩下銅的骨架，成為構(gòu)件斷裂的根源。2/6/2023922.7.1Cu-Zn二元黃銅

2鑄造銅合金Peritecticalloy；Cu-(30~40)%Zn902℃:L+→

454℃:→’鑄態(tài)組織：+’/’體積分?jǐn)?shù)比值高，塑性好；/’體積分?jǐn)?shù)比值低，強(qiáng)度好；：Zn溶入Cu的固溶體，fcc，塑性好：高溫?zé)o序CuZn基固溶體，bcc，塑性好’:室溫有序，塑性差，但強(qiáng)度和硬度高2/6/2023932.7.1Cu-Zn二元黃銅

2鑄造銅合金鑄造性能結(jié)晶溫度范圍很小，~30度，流動性好；(2)熔化溫度比錫青銅低，且Zn沸點低，往往低于熔化溫度，易揮發(fā)，帶走銅液中的氣體和夾雜；(3)Zn本身時脫氧劑，因此，不用脫氧，熔鑄工藝簡單，適用于金屬型鑄造和壓鑄，能獲得致密鑄件(4)收縮率大，易生成集中縮孔，應(yīng)按順序凝固原則設(shè)計較大冒口和冷鐵相配合*總的說來，Cu-Zn二元黃銅綜合性能不高，在國標(biāo)中，除ZCuZn38即38黃銅外，鑄造黃銅均是多元黃銅含Zn量對Cu-Zn二元合金力學(xué)性能的影響~30%Zn，伸長率有峰值；~45%Zn，強(qiáng)度有峰值；>45%Zn，強(qiáng)度與伸長率劇烈下降，不能做結(jié)構(gòu)材料2/6/2023942.7.1Cu-Zn二元黃銅

提高鑄造Cu-Zn二元黃銅性能的途徑合金化：加入Al、Mn、Si、Pb、Ni等合金元素，固溶強(qiáng)化和相，保留良好的鑄造性能同時，提高力學(xué)性能，抗蝕性能和切屑性能(2)

細(xì)化晶粒：加入Fe或微量B、V、Ti、Zr等元素，細(xì)化晶粒(3)提高合金純度：嚴(yán)格控制Bi、S等雜質(zhì)含量，當(dāng)雜質(zhì)含量超標(biāo)時，可加入Ce

、Ca、Li

等，使分布在晶界上的低熔點相變?yōu)楦呷埸c相，稀土作用最好Zn當(dāng)量二元黃銅中加入Si、Al、Mn等元素，縮小相區(qū)；而加入Ni、Co等，擴(kuò)大相區(qū)；