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1、材料科学与工程学院教案用纸课程章节名称项目八 有色金属教学目的、要求掌握铜及铜合金。掌握铝及铝合金。掌握钛及钛合金。掌握滑动轴承合金。掌握硬质合金。重点难点1.铜及铜合金2.铝及铝合金3.钛及钛合金4.滑动轴承合金教学环节时间分配3课时教学手段、教学方法和实施步骤多媒体授课内容:一、 铜及铜合金：1).纯铜：纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。密度为8.9 g/cm3，熔点1083 。纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等;无磁性好，常用来制造防磁性干扰的磁学仪器、仪表。如罗盘、航空仪表，塑性极好，易于热压和冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板
2、等铜材。2).黄铜：黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。按化学成分的不同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种。 单相黄铜:当锌含量小于39%时，锌全部溶于铜中形成固溶体称为单相黄铜。 双相黄铜:当锌含量大于等于39%时，除了有固溶体外，组织中还出现化合物CnZn为基体的固溶体，即+的双相黄铜。 3).青铜：青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和力学性能，大部分青铜内还加入其他合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要的特种性
3、能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。此外还有成份较为复杂的三元或四元青铜。现在除黄铜和白铜（铜镍合金）以外的铜合金均称为青铜。青铜牌号由Q+主加元素的符号及含量+其他加入元素的含量组成，如:QSn43:表示锡的质量分数4%，锌的质量分数3%，其余为铜的锡青铜。QAl7:表示铝的质量分数7%，其余为铜的铝青铜。按主要添加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜。3).白铜:以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不
4、同，分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。白铜牌号由B+主加元素的符号及含量+其他加入元素的含量组成。如:QMn3-12表示镍的质量分数3%，锰的质量分数12%，其余为铜的锰白铜。二、 铝及铝合金：1).铝：纯铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽，密度小（2.72g/cm3），熔点低（660 ），强度低（Rm=80 MPa），塑性高（Z=80%），铝合金的密度也很小，热处理后强度高（Rm=490588 MPa），因此铝合金是重要的航空结构材料。铝及铝合金具有如下优良性能: （1）密度小（2.72 g/cm3），仅为铁的1/3，是一种轻金属。 （2）导电、导热性良好
5、，仅次于银、铜。 （3）具有较好的抗大气腐蚀能力。 （4）具有较好的加工性，它的塑性好，可以冷、热变形加工，还可通过热处理强化，提高铝的强度。 （5）强度和硬度低，不能用来制造承载的机械零件。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2).变形铝合金：变形铝合金是指需经过不同的压力加工方式生产成材的铝合金。这些变形铝合金是机械工业和航空工业中重要的结构材料。由于体积质量轻，比强度高，在航空工业中占有特殊的地位。变形铝合金分为两大类，一类是非热处理强化变形铝合金，另一类是热处理强化变形铝合金。3).铸造铝合金：铸造铝合金应具有高的流动性
6、，较小的收缩性，热裂、缩孔和疏松倾向小等良好的铸造性能。共晶合金或合金中有一定量共晶组织就具有优良的铸造性能。常用的铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝稀土系和铝锌系合金。铸造铝合金的代号:用“铸铝”的汉语拼音字首“ZL”及三位数字表示。第一位数字表示铝合金的类别，“1”表示铝硅系，“2”表示铝铜系，“3”表示铝镁系，“4”表示铝锌系，后两位数字表示合金顺序号。三、钛及钛合金：1).钛合金:钛合金含一定量的稳定相的元素，平衡状态下主要由相组成。合金比重小，热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性，缺点是室温强度低，通常用作耐热材料和耐蚀材料。 2).+钛合金:+钛合金含一定量的稳定相和相的元
7、素，平衡状态下合金的组织为相和相。+钛合金具有良好的综合性能，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，并可热处理强化，但是焊接性能较差。3).钛合金:钛合金含有大量稳定相的元素，可将高温相全部保留到室温。合金的塑性加工性能好，合金浓度适当时，通过热处理可得到常温下的力学性能，是发展高强度钛合金的基础。缺点是组织性能不够稳定，冶炼工艺复杂。钛合金主要有TB1和TB2两个牌号。四、滑动轴承合金：1).锡基轴承合金：锡基轴承合金是以锡为基，加入锑、铜等元素组成的合金，最常用的锡基轴承合金为ZSnSb11Cu6，显微组织中暗色基体为锑溶入锡的固溶体，硬度大约为2430 HBS，是软基
8、体;白色方块为硬质点，它是以化合物SnSb为基的固溶体，硬度约为110 HBS，以及白色针及星状的Cu3Sn、Cu6Sn5等化合物。锡基轴承合金具有适中的硬度、小的摩擦系数，较好的塑性及韧性、优良的导热性和耐蚀性等，这种合金常用于重要的轴承，如高速蒸汽机、汽轮机、汽车等的高 速轴上。缺点是抗疲劳强度较差，同时锡的熔点较低，工作温度也较低，一般不超过150 。2).铅基轴承合金：铅基轴承合金是以铅锑为基础，加入锡、铜等元素组成的轴承合金。合金组织由锑溶于铅的固溶体和铅溶入SnSb化合物的固溶体所组成的共晶体，硬度为78 HBS;硬质点是加入铅溶入SnSb化合物的相以及加入铜形成的Cu2Sb。 铅
9、基轴承合金的强度、硬度、韧性均低于锡基轴承合金，且摩擦系数较大，但价格便宜，只用于中等负荷的轴承，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆轴承及电动机上的轴承等。通常将制成双金属轴承。铅基轴承合金的牌号与锡基轴承合金相同。如ZPbSb16-16-2铅为基体元素，锑为主加元素，质量分数为16%，辅加元素锡的质量分数为16%，铜的质量分数为2%，其余为铅。3).铝基轴承合金:铝基轴承合金是上世纪60年代发展起来的一种新型减磨材料，它的优点是比重小，导热性好，疲劳强度高，耐蚀性好以及化学稳定性好，并且资源丰富，价格低廉，缺点是它的膨胀系数大，运转时容易与轴咬合。目前采用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承
10、合金。 铝锑镁轴承合金以铝为基，加入锑和镁元素。这种合金用08钢作衬背，一起轧制成双合金带，因此改变了轴瓦的整个浇注工艺，并提高了轴瓦的承载能力。它具有较高的抗疲劳性能和耐磨性，但是承载能力不大，滑动速度还不够大，主要大量应用在低速柴油机的轴承上。 高锡铝基轴承合金以铝为基，加入锡和铜。这种合金也用08钢为衬背，轧制成双合金带，就良好的耐热性、耐磨性、及高的疲劳强度，可替代巴氏合金，铜基轴承合金和铝锑镁合金，目前已在汽车、拖拉机、内燃机车上广泛使用。3).铜基轴承合金:以铜为基体，加入适量的锡、铅、锌等元素组成的合金。铜基轴承合金有锡青铜、铅青铜等。ZCuSn10P1的组织是由软的基体（固溶体
11、）及硬质点（相及化合物）所构成。它的组织中有较多的分散的缩孔，有利于储存润滑油。这种合金能承受较大的载荷，广泛用于中等速度及重载荷的轴承，例如电动机、泵、金属切削机床及汽车转向等的轴承。锡青铜轴承合金可直接制成轴瓦。常用的有ZCuSn10P1与ZCuSn5Pb5Zn5等。铜与铅在固态下互不溶解。铅青铜的显微组织是由硬的基体（铜）上均布着大量软的质点（铅）所构成。该合金与巴氏合金相比，具有高的疲劳强度和承载能力，良好的耐磨性、高的导热性（约为锡基巴氏合金的6倍）和低的摩擦系数，能在较高温度（如250 ）下工作，故适宜制造高速、高压下工作的轴承，如航空发动机、高速柴油机及其他高速机器的主轴承。铅青
12、铜本身强度较低（Rm=60 MPa），因此常浇注在钢管或薄钢板上制成所谓双金属轴承。 三、 硬质合金：1).钨钴类硬质合金：钴类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均wCo=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。 2).钨钴钛类硬质合金:钨钴钛类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）及钴。其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。例如，YT15，表示平均wTiC=15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钴钛类硬质合金。 硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少
13、，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和耐磨性，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).钨钛钽（铌）类硬质合金:钨钛钽（铌）类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）、（TiC）、碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）及钴。这类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金。其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如YW1。这类硬质合金主要用来切削各种难于加工的钢材，例如不锈钢、耐热钢、高锰钢。课堂讨论铜及铜合金课外思考、练习及作业题课后习题
