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1、有色金属及其合金分类第一章 有色金属及其合金分类1.1 有色金属及其分类有色金属在金属的类别中占有绝大部分。有的资料将有色金属划归为非铁金属，并称化学元素周期表中，除铁外所有金属元素均为非铁金属。有的资料把金属分为黑色金属和有色金属两大类(实际上黑色亦属有色，只能说是习惯叫法 )。黑色金属有铁、锰、铬三种，除此之外八十余种金属都称为有色金属。有色金属在国民经济各个部门的应用十分广泛，并具有特殊的重要性，各国都重视和发展有色金属工业。有资料显示，有色金属产量约占世界钢产量的 5%。由于各国地理位置、矿产分布和生产状况等的不同，对有色金属的分类并不统一。一般是按有色金属的密度、经济价值、在地壳中的
2、储量及分布情况和被人们发现及使用的年代等分为五大类，即轻有色金属；重有色金属；稀有金属；贵金属；半金属。稀有金属又分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散金属、稀土金属和稀有放射性金属五个类别。1. 十种常用有色金属十种常用有色金属简称十种有色金属，是指产量大，并应用比较广泛的十种有色金属。世界各国有色金属产量是指铝、镁、铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞十种有色金属的总产量。我国一般是指铜、铝、镍、铅、锌、海绵钛、镁、锡、锑、汞为十种常用有色金属。2004 年上半年，我国十种常用有色金属总产量达到 669.3 万吨，同比增长 21.40%。本手册包括除汞外的上述有色金属，还包括金、银、铂、铱、钨
3、、钼等多种，有色金属。2. 轻有色金属轻有色金属一般是指密度在 4.5g/cm3 以下的有色金属，其包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。这类金属的共同特点是密度小(0.534.5g/cm 3)，化学活性大，氧、硫、碳和卤素化合物都相当稳定。这类金属多采用熔盐电解法和金属热还原法提取。有资料介绍，铝在自然界中约占地壳重量的 8%(铁约占 5%)，随着炼铝技术的发展和铝的被广泛应用，其产量已超过有色金属总产量的 1/3。本手册仅涉及铝和镁两种轻有色金属。3. 重有色金属重有色金属一般是指密度在 4.5g/cm3 以上的有色金属，其包括有铜、镍、铅、锌、钴、锡、锑、汞、镉和铋。一般用火法冶炼和湿法冶炼。
4、根据每种重有色金属的特性，它们在国民经济的各个部门已被广泛应用。在不影响使用效果的情况下，从经济效益着手也可采用代用材料。本手册涉及铜、镍、铅、锌和锡等重有色金属。4. 稀有金属稀有金属通常是指那些在自然界中存在很少，且分布稀散或难以从原料中提取的金属。锂、铷、铍、铯、钛属稀有轻金属。其共同特点是密度小(Li： 0.53g/cm3，Rb：1.55g/cm 3，Be：1.85g/cm 3，Cs：1.87g/cm 3，丁 i：4.5g/cm 3)，化学活性很强。稀有高熔点金属包括钨、钼、钽、铌、锆、铪、钒和铼 8 个金属。它们的共同特点是熔点高1830( 锆)3400(钨)，硬度高，抗腐蚀性强，可
5、与一些非金属生成非常硬的和难熔的稳定化合物，这些化合物都是生产硬质合金所必须的原料。稀有分散金属也叫稀散金属，包括有镓、铟、铊、锗 4 种金属。除铊外都是半导体的材料，自然界中大多没有单独的矿藏存在，因此，都是从各种冶炼工厂和化工厂的废料、阳极泥、炉渣等中提取这类金属的原料。稀土金属包括镧系元素以及与镧系元素性质很相近的钪和钇，共 17 个金属。从镧到铕为轻稀土；从钆到镥包括钪和钬称为重稀土。我国有着较多的稀土资源，稀土产业成为我国少有的能与工业发达国家和地区相抗衡的优势产业之一，在世界占有举足轻重的地位。目前，我国稀土产业已经实现了四个世界第一：资源第一、生产规模和生产量第一、出口量第一和稀
6、土消费量第一。稀有放射性金属包括天然放射性元素和人造超铀元素两大类。天然放射性元素镭(Ra) 是医疗界放射性治疗的放射源；天然放射性元素铀(U)及人造超铀元素钚(Pu)等则是和平利用原子能(如核能发电)和制造核武器的重要物质。天然放射性元素往往与稀土金属矿伴(共) 生，有时也存在于特殊石料中。对于装饰用石料，人们要防止放射性物质超过国家标准的有关规定。稀有金属的名称也具有一定的相对性，因为稀有并非全都稀少，一些稀有金属在地壳中的含量比某些常用金属多，如锆、钒、锂、铍的含量均比铅、锌、汞、锡含量多。5. 贵金属贵金属包括金、银和铂族元素(铂、铱、锇、钌、钯、铑)。由于它们对氧和其他试剂的稳定性，
7、而且在地壳中含量少，开采和提炼也比较困难，价格也比一般金属贵，因而得名贵金属。贵金属的特点是密度大(10.422.4g/cm 3)，熔点高( 最高可达 3000)，化学性质稳定，抗酸、碱，难于腐蚀(银和钯除外 )。贵金属广泛地应用于电子工业和宇宙航空工业等部门。体育活动中用于制作金、银牌，人们生活中用于制作首饰。铂(俗称白金) 是较金、银更贵的贵金属，但也得到了广泛应用。金具有良好的延展性，古建筑曾用为外装饰品。一些国家用金、银作为货币的储备物，有的则发行金币和银币用于流通。6. 半金属物理和化学性质介于金属与非金属之间的化学元素称为半金属，一般是指硅、硒、碲、砷和硼。此类金属根据各自的特性，
8、具有不同的用途。硅是半导体用主要材料之一，与硼一样也是制造合金的添加元素；高纯碲、硒和砷是制造化合物半导体的原料；砷虽是非金属，但又能传热和导电。有色金属力学性能见表 1-1。1.2 有色金属合金及其分类用一种有色金属作为基体，然后再根据需要，加人另外一种(或几种) 金属或非金属组分，所组成的既有基体金属通性，又具有某些特定性能的物质称为有色金属合金。有色金属合金分类方法很多，见表 1-2一般情况下，合金组分总的质量分数小于 2.5%者为低合金；质量分数为 2.5%10% 者为中合金；质量分数大于 10%者为高合金。下面分别介绍几种有色金属合金。1. 铝合金以铝为金属基体，再加入一种或几种其他
9、元素(镁、铜、硅、锰等) 组合构成的有色金属合金，称为铝合金。由于纯铝抗拉强度等性能低，它的使用受到了限制。铝合金密度轻，有足够高的抗拉强度值(一般约为纯铝的 6 倍)，塑性及耐腐蚀性也很好。大部分铝合金通过热处理可以得到强化，现已被广泛应用。以压力加工方法生产的管、棒、线、型、板、带、条等半成品(含完工产品) 的铝合金，称为变形铝合金。用各种铸造方法生产的铸件用铝合金，称为铸造铝合金。铝合金牌号(括号内 4 位数字为国际统一牌号)举例如下：AlMg5(5056A)二元铝合金；AlMg5Mnl(5456)三元铝合金；AlZn6MgCu(7010)四元铝合金；AlZn6CuMgZr(7050）多
10、元铝合金。2. 铜合金以铜为基体的合金，称为铜合金。根据添加元素和性能的不同，铜合金可分为铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(青铜) 和铜镍合金( 白铜)。黄铜是以锌为主要加入元素的铜合金。铜锌二元合金称为普通黄铜；铜锌合金中再加入其他元素(如锡、镍、锰、铅、硅、铝、铁等 )称为特殊黄铜。黄铜具有良好的理化性能和被加工性，也可用于铸造各种产品零件。青铜是铜合金的一种。早期仅把铜锡合金称为青铜，这是一种古老的合金。多种出土文物证实，我国早在殷商时代(约公元前 16 世纪) 就用青铜铸造各种铜器。青铜亦分加工青铜和铸造青铜两大类。现在除以锌(黄铜)和镍( 白铜) 作为主要加入元素的铜合金外，其他铜合金均称
11、为青铜。为了便于区别，在青铜前面附上加入元素的名称，例如，锡青铜、铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜、镉青铜、铝锰青铜和硅锰青铜等多种青铜。白铜是以镍为主要加入元素的铜合金。二元合金为普通白铜，三元以上的白铜，尚需在前面附上第二个主要加入元素的符号，如锰白铜、铁白铜、锌白铜和铝白铜等。白铜目前没有铸造产品，加工产品有良好的力学性能和耐腐蚀性能。其被广泛地应用在精密机械、化工机械、船舶制造及电工、医疗卫生工程等方面。3. 轴承合金(铸造)轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类，滚动轴承是用合金钢制作配套的。轴承合金一般是指滑动轴承所用的轴瓦合金。根据工作条件，对轴承合金的要求是既能支承轴的正常运转，又不磨损轴。因此，轴承合金应满足下列条件：1)适中的强度和硬度值；2)良好的塑性(磨合性)；3)高的耐磨性和低的摩擦系数；4)抗腐蚀性好；5)良好的导热性、粘附性。国家标准中，目前有锡基、铅基、铜基和铝基四种铸造轴承合金。此外，还有锌基、镉基、银基等轴承合金。选用轴承合金时，除根据工作条件考虑合金的性质外，尚应考虑价格和资源等因素。
