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1、低熔点合金的性能、用途和发展一机部铸锻机械研究所沈国勇表书些低熔合 金的熔点与成 份的关系合金序号份拓坟 它八八甘门甘 ,八一匕自,心白性,口材“甘,占自一八马组 匀工一吕拓巴纽忍压几几吕甘上,自任山,匕八心八,山份甘任一,几, 已百月口口几均自马口匀丹丹内石材汽匕八曰日, 叮,二,八七八 以口一、低 熔 点合 金的熔点本文所说的低熔点合金,系指含有、等金属的二元,三元,四元等合金低熔点合金又称“易溶合金”一般认为,它们的熔点均在以下【一按其熔点的特性,可以分为二类,一类称为共晶合金、另一类称为非共晶合金。所有低熔点合金的熔点显然低于所组成合金的任何一种纯金属的熔点表列几种构成低熔合金的纯金属
2、的熔点共晶合金的熔点为稳定非共晶合金的熔点流动温度 是随试验方法、合金的质量、测量位置、加热速率以及其它 因素的影响而变化。早在年已由美国纽约压缩气体加工联合协会作了精确 测定,表列举了部分工程上经常应用的低熔合金的熔点与成份的关系衰郁分纯 金目的熔点几甘八村一沼之石即才心丹,八乃选论鹿”,兮仲亡月马甘口哎 金属 名称熔点秘铅锡镐锢稼铭锌锑一一一,曰二丹厅份曰任工 决,口任任甘,口 内扭去山匕咭山一匕曰八砚任, ,月才几,且,自卜 一一一一一一一食盖,上,臼,目孟性,止叮白甘内 匕了任口自二、低熔点合金的特性秘和秘基合金是低熔合金中应用最普遍的一类。除了它们有较低的熔点外,某些秘合金还具有独特
3、的膨胀性能,一,即当合金由液态变成固态时,其体积反而膨胀。秘本身在凝固时其体膨胀率为拓,超过了水结冰时的膨胀率。当秘与其它金属组成合金时,其冷膨胀率的大小,将取决于含秘和其它组元的相对百分比。大部分含秘达多以下的合金,凝固时收缩含秘达终以上的合金,凝固时体积膨胀含秘达、男的合金,凝固后的体积变化不大在含铅达、形的泌合金中,在凝固后其体积随时间增长而膨胀一般合金在凝固后至室温是收缩的,通常也遵循热胀冷缩的规律也有某些特定的合金,在凝固后一直是膨胀的,膨胀速率能持续到小时对于这些合金,凝固后的膨胀率约在。、拓表列出了部分低熔点合金的冷胀率与时间的关系例如合金,在凝固后小时的膨胀率为一,而到小时后,
4、其膨胀率达到一,接近 于初始的三倍护合金,在凝固后小时,膨胀率达到一,此后体积就趋于稳定,不随时问而变化护合金,在其凝固时,体积稍有膨胀,接着有小时的速度膨胀,小时后 达到了最大体一一裹合金成多郁分低落点合合的冷耳胀性能铸 后的膨胀率一竹合金序号令今一月任一,刁、时。,、时小时小时工竺竺“一卜一一一。一创一一卜一丹,臼,曰注上表中数值前负号表示收缩率积。如果对低熔点合金急冷或淬火,则通常能提高其膨胀率,但对最终的膨胀值没有影响三、低熔点合金的金属学原理低熔点合金的物理,机械性能,都取决于它们所含组元的成份比根据金属学的合金化理论,它们可按一定的状态图给出合金的合理成份,以及正确地了解在合金中所
5、进行的各种过程卜,例如某种由、三元组成的低熔点合金,其相图由图一所示图一是此三元合金的冷却曲线。月下万而万布反一, 食二丫图一各种不同组织的区域分布图吸艺图七三元合金的冷却曲线由图一可知,其成份 在,勺,仇各区域内的合金冷却曲线特性均与图一中的曲线类似对于合金,则在合金的冷却曲线上有两个临界点一个相 当于两元共晶开始结晶的温度,而另一个则相 当于二元共晶析出结束而析出三元共晶的温度图一,曲线对于合金的 冷却曲线 图一,曲线有两个临界点一个是纯组元析出的温度,另一个是组元析出结束,而析出三元共晶的温度当合金成份符合三元共晶时,冷却曲线图一,曲线仅有一个临界点,即由液态转变为三元共晶的温度在,线上
6、的合金中,只有二元共晶和三元共晶,而不含有纯组 元在,线上的合金中没有二元共晶,而只有三元共晶和过剩的纯组元点的合金是三元共晶对于常用的一合金而言,它们的特点,可由图所示的一合金状态图进行分析一,因为秘的晶格类型为菱面体,晶格类型的差异,使秘和锡不能形成均匀一致的固溶体,只能形成有限固溶体,即秘溶于锡中的“相和锡溶于秘中的尽相图中点是共晶点。温度降至时,由液相中同时析出“相和月相而形成混合物,即为共晶体此合金叫做共晶合金这时的成 份含达阳 拓,达形在这一成份的左面区域是亚共晶合金,右面区域是过共晶合金,亚共晶合金化学成份的变化致使熔化温度随液相线而变化同样,过共晶合金化学成份的变化致使熔化温度
7、随液相线而变化 因 此,共晶合金的熔化温度为最低共晶体。口的混 合物的形成,是靠在均匀的液态溶液内发生“分离扩散”来进行的纯共晶合金一般很难产生偏析,只有在冷却很慢时才发生纯共晶发生偏析时,得到三层即上层轻的金属多中间为纯共晶体而下层则较重的金属量多些。因为在生产中,合金的比重偏析是有害一一的现象因此,在铸模过程中必须采取有效的措施。消除比重偏析的主要方法是铸模后加快冷却速度,使单元金属的晶体来不及上浮或下沉同时又可细化晶粒,提高合金的机械性能另外在合金熔融时,应辅以搅拌,使之成份均匀。辫绷匆沙朋朋 “一至匆劝,、二开图一合金状态图四、低熔点合金的性能及试验条件的形晌合金的机械性能在表中所给出
8、的低熔点合金,其硬度 值 均 在、,抗拉强度值为、公斤 毫米,延伸率为“多在室温轻负荷的连续作用下,要发生蠕变,但仅在约公斤 厘米轻负荷下,能保持较长时间不变形表列举了三种有用的低熔点合金的物理机械性能数据,对于其它的各种低熔点合金的机械性能,可查阅参考资料 。一裹三种低熔点合金的物理,机械性能橄据合金序号合 金 名 称合 金成份 多抗拉强度 ,硬度延伸率冷膨胀值。匕重,一,自甘 一,或 或刀只双几即 一或,一,试验条件对合金机械性能的影响低熔点合金的机械性能数据,是与试验条件密切相关的如果宠统的比较它们的数据,有时将会发生很大的偏差。我们一合金含拓,拓的试验数据为例来说明各种因素 对合金性能
9、的影响卜,温度的影响试验时的环境温度对合金最为敏感,随着温度的升高,合金的硬度和强度均随之下降例如,试验温度从室温 加增至时,合金的硬度由降至抗压屈服极限相应由降至公斤 毫米。沮度增高仅,合金硬度降低到原来的万,强度降低到原来的拓受载时间的影响合金的硬度还随作用负荷持续时间的 不 同而 变化。当其它条件相同时,硬度测定时保压时间由比秒增至秒,则其硬度相应从降至久也就是说,合金在连续受载分钟后,其硬度值要减少到原来的邸形此外,受载时间的长短,对合金的塑性变形也是敏感的,即它们在轻负荷作用下,也要发生蠕变。变形速度的影响在拉伸试验时,合金的抗拉强度还与试件的变形速度有关强度随变形速度的增大而提高在
10、室温试验时,当拉伸速度从毫米分增至毫米分,则合金的抗拉强度相应由公斤 毫米,增加到公斤毫米即变形速度约增大二倍,而合金强度相应提高拓试件尺寸大小的影响作拉伸试验的试件,是直接由熔融合金浇注在金属型中,然后在水中急冷而取得的如果试件直径从协毫米减至帕毫米,则合金的抗拉强度相应由公斤毫米提高到公斤 毫米,说明由于试件直径减小倍,冷速加快。合金组织得到细化,因而强度相应提高了多。五、低熔 点合金的用途低熔点合金目前已广泛地应用于机械、航空、汽车、电气仪表、轻工以及原子能工业等。”场近年来,低熔点合金模具正在各行业得到推广使用低熔点合金模具,是以铸造代替机加工的办法所制造的模具它与冷冲压常用的机加工钢
11、模相比,具有制作简便,周期短,成本低,节省钢材等优点在压机上铸出模具后,便可直接使用,不必安装和调整。所以它适用于薄板拉延件,压形件,弯曲件的生产,一一对于新产品试制及具有批最小、品种多、等特点的生产,效果亦较显著例如,制造多冲头落料冲模,要在模板上世很多精密孔扩以固定每个冲头,这一操作过程极为复杂而费工而今将易熔合金予先浇注于用钢样板固定于模板巢内的冲头,使该过程大大地简化和加速浇注冲头时可采用表中的护 合金,熔 点 为分,但在下它仍保持足够浇注用的流动性当取下冲头修磨时,将合金熔化,然后可以重复使用用金属,木材或塑料制成的模子来浇注蜡模的铸型,是一种最简便的方法。为此 目的,最好用表中的合
12、金,在冷凝时其尺寸变化不大该合金在下完全熔化,具有稍高的硬度并可多次使用在制造形状复杂的零件如锻造涡轮机叶片和重复机械加工所用的夹具时,采用低熔点合金亦有显著的经济效果在机械加工时,用生铁铸模来固定叶片,叶片系安装在此模内,而间隙用低熔点合金浇注之浇注温度仅为,因此对钢制叶片的性能没有影响内部固定有叶片的生铁模,各按个或个以上的模组合成套,用磨料工具进行成批加工。加工后,生铁模浸入滚热的油中,低熔合金熔化,而把叶片取出这里所用的低熔点合金是采用表中的合金这种合金冷凝时的膨胀性不大,并可多次重复使用以下,我们列举表中所示的低熔点合金,来进一步说明它们的各种应用范围这些应用早在国内外工程技术中得到
13、验证。如果一种合金有多种用途,则取决于工作温度或其它的控制因素等。制作模具薄板金属压形模,弯曲成形模,拉伸模一一,一,凸模冲头和模子装配夕软金属失蜡铸型,塑料整边模拉伸模砧板,拼合式加工模,修补模子用料一叭 用作铸模材料复制胶泥或造型模一,铸件造型,酚醛塑料,合成橡胶,环氧树脂,聚合脂的模子气,真空或气压下聚乙稀塑料管成形模,塑料牙模密封的航空电子装置,电气和电子元件模气金属离心铸造凹模,气制造模型牙模特殊合成物复制模,如制造火柴的招牌,制陶术塑料,陶器品模,划线,图章,印刷模制造模型飞机,铁路和船舶等护,。,各种模型、金属喷雾器的型芯和改型模,仿形器模型、雕刻术和复制术用模型,留制作下列各种
14、元件杆类和管子构件护钻模的衬套、金属板、夹紧 装置气夕,金属型芯,以及板块气航空器中的雷达元件、汽车组合件、定位器,磁性夹头等元件,手工编织和纺织机械用针,。,永久磁铁转子的轴类,句用作夹盘的透镜抛光轮和磨削轮,宝石切割一,用于易熔型芯电子成型的气,铸造,复合蜡模一,应用于原子能工业可作为原子核反应堆的冷却剂以及用作把铀插入核反应堆中的推进装置,或用基合金密封 核反应堆,以防止放射性的漏出其它方面的应用用作弯管工艺时的管子填料作为低熔点焊料恒温器中的热传导介质还用来作光亮退火炉和渗氮炉的封铅,用于扭力扳手和仪表上的调整螺丝封堵还可以作夹钳衬垫、弹药混合物、电气保险丝、消防信号器、自动灭火器、油
15、罐保险塞以及压缩气体罐还能制作自动洒水器头部的易熔元件,气体和电热水装置的自动开关还能作为制造甲醛、阿芒拿、一氧化二氮等化学品的催化剂六、低熔点合金的发展情况根据国外资料记载”,早在年就有了各种用途的低熔点合金在工程技术中得到广泛应用的,以砚基合金最为普遍它们有二元系如一,一,一,一等有三元系如一一,一一,一一,一一,一一,一,一一等一皿一四元系 如一一一,一一,一等五元系如一一一一等。按现有资料不完全统计,低熔点合金多达数百种,而其中又以共晶低熔合金的用处最大阅年,英 国创造了世界上第一台自铸模 液 压机幻,来制造低熔点合金模具,随之引起了各国工业界的注意和兴趣。当时英国人把这种能铸模的低熔
16、点合金列为专利,这种合金称为“一”合金直至年后又改用为“一”合金现在根据我们所掌握的资料,对“”合金的发展作一分析与比较年英国宝石工程公司所称的“一”合金,实际上是一种含有,的四元共晶合金其成分是拓,另,拓,绍,熔点为,但早在年,美国福特汽车公司曾提出了“低熔点合金冷冲模”的专利【蝴,其中所应用的名为“,合金实际成分也是含拓,拓,万,终,熔点为。,同时俄国人称这种合金又名为“”从”合金【由此可知,虽有三个各不相同的名称,但实际上是同一种合金队年,美国“。,铜公司,应用了名为“盯”的低熔点合金。,用作薄板冲压模这种合金的成份是阳拓,多它就是卜共晶合金,熔点为但在年后英国人又把“一”合金改用为“一,合金由于
