如何识别有色金属和硬质合金的牌号

【情境导入】

请讨论：如图3-13所示，有色金属铜、铝性能的相同点和不同点是什么?

图3-13　铜、铝材料

(a)铜芯线；(b)铝材

有色金属是现代工业中不可缺少的材料，并且随着新工艺、新产品的不断问世，有色金属材料也逐渐拥有了越来越广阔的市场。有色金属及硬质合金有哪些牌号?又是怎么进行分类的呢?

【讲一讲】

一、铝及铝合金

铝是18世纪初问世并被命名的，属于年轻金属，但是它在地球上的储藏量位于所有金属元素之首，它的应用范围仅次于钢铁，居第二位。铝及铝合金广泛应用于电气、交通工具、食品包装、化工等部门，也是航空和航天工业的主要结构材料。

1.纯铝

(1)工业纯铝的牌号

工业纯铝(图3-14)的牌号，新的国家标准规定为1070、1060、1050、1035、1200，其对应的旧牌号为L1、L2、L3、L4、L5。杂质含量越高，纯铝的导电性、导热性越差。

图3-14　铝材

(2)工业纯铝的用途

工业纯铝主要用于制作电线、电缆、电器元件、换热器件、化学储存器，配制各种铝合金以及制作要求质轻、导热、导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电产品零件等。

2.铝合金

在纯铝中加入硅、铜、镁、锰等元素，便能形成具有较高强度的铝合金(图3-15)。这些铝合金一般仍具有密度小、耐蚀、导热性好等特殊性能，若再经过冷加工或热处理，其强度还可进一步提高，可用于承受较大载荷的机器零件和构件。铝合金具有高的比强度(强度与密度之比)，即质量轻、强度高，被誉为“会飞的金属”，广泛应用于飞机、船舶、运输车辆、导弹、火箭、人造地球卫星等陆海空运载工具制造领域(图3-16)。

图3-15　铝合金制品

图3-16　铝合金的应用

根据铝合金的成分、组织和工艺特点，可以将其分为变形铝合金和铸造铝合金两类。

(1)变形铝合金

·防锈铝合金(旧标准中用LF+顺序号表示)：主要是Al-Mn系和Al-Mg系合金，具有优良的耐腐蚀性能，适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性能。这类铝合金不能热处理强化，一般只能冷变形强化，常用于制造焊接管道、铆钉、各式容器及生活器具等。常用合金有3A21(LF21)、SA02(LF2)等。

·硬铝合金(旧标准中用LY+顺序号表示)：它是Al-Cu-Mg系合金，具有高强度、高硬度，优良的切削加工性能和耐热性，但耐蚀性差。这类合金都可以进行时效强化，是可以热处理强化的铝合金，也可以进行变形强化，常用于制造铆钉、螺栓、航空工业中的一般受力件等。常用合金有2A11(LY11)、2A12(LY12)等。

·超硬铝合金(旧标准中用LC+顺序号表示)：它是Al-Cu-Mg-Zn系合金，经固溶处理和人工时效后，是室温强度最高的铝合金。这种合金耐蚀性差，一般在板材表面包铝，以提高耐蚀性，常用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、起落架、加强框等。常用合金有7A04(LC4)、7A09(LC9)等。

·锻铝合金(旧标准中用LD+顺序号表示)：它是Al-Cu-Mg-Si系合金，力学性能与硬铝相近，热塑性及耐蚀性较高，更适合锻造。锻铝合金通常要进行固溶处理和人工时效，常用于制造形状复杂、中等强度的锻件和冲压件。常用合金有2A50(LD5)、2A70(LD7)等。

(2)铸造铝合金

铸造铝合金具有较高的比强度、良好的耐蚀性及铸造工艺性，但塑性较差，一般不进行压力加工。根据主加元素不同，分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系4种，其中Al-Si系应用最为广泛。

铸造铝合金的代号用“ZL+三位数字”表示，“ZL”是“铸铝”两字的汉语拼音首个字母，第一位数字表示合金系别(1—Al-Si系，2—Al-Gu系，3—Al-Mg系，4—Al-Zn系)，第二、三位数字表示合金顺序号。

铸造铝合金牌号由铝和主要合金元素的化学元素符号以及该元素的质量分数的数字组成，并在牌号前加上“铸”字的汉语拼音字首“Z”。例如，ZAlMg10表示镁的平均质量分数为10%的铸造铝合金；ZAlSi7MgA表示硅的平均质量分数为7%、镁的平均质量分数小于1%的优质铸造铝合金。常用铸造铝合金的牌号、力学性能及用途见表3-16。

二、铜及铜合金

铜是一种令人难以置信的万能金属，它与我们的生活密切相关。4 000年前我们的祖先开始使用红铜，殷商时代有青铜冶铸技术。铜在现代社会中也是非常重要的，这种具有优良延展性、导电性的紫红色金属一路伴随着人们发展进步(图3-17)。

图3-17　铜制品

1.纯铜

(1)工业纯铜的牌号

根据杂质含量不同，我国工业纯铜有3个牌号，代号为T1、T2、T3。代号中“T”为“铜”的汉语拼音第一个字母，其后的数字表示序号，数字越大，纯度越低。除了工业纯铜外，还有一类称为无氧铜，其含氧量极低，氧的质量分数不大于0.003%，代号为TUO、TU1、TU2，“U”为“无”字的汉语拼音第二个字母。无氧铜主要用来制作真空电子器件和高导电性的导线和元件。

(2)工业纯铜的用途

工业纯铜不宜作为结构材料使用，主要用于电气、仪表、工艺品等方面，广泛用于制作电线、电缆、铜管和作为配制铜合金的原料。

2.铜合金

纯铜的强度和硬度较低(Rm=230～250MPa，硬度为30～40HBW)，采用冷变形加工可以使抗拉强度提高到400～500MPa，但塑性却急剧下降，所以要满足制作构件的要求，必须进行合金化。铜合金具有良好的力学性能，在大气、淡水和海水中有较高的耐蚀性。此外，还有某些特殊的力学性能，如优良的减摩性和耐磨性、高的弹性极限及疲劳强度。铜合金按其化学成分可分为黄铜、白铜、青铜三大类。

(1)黄铜

黄铜(图3-18)是指以锌为主加元素的铜合金，呈黄色。黄铜具有良好的力学性能，易加工成形，大气和海水中有相当好的耐蚀性，是应用最广的有色金属。例如，管乐器几乎都是用黄铜制造的，它被称为悦耳的金属。黄铜按所含合金元素的种类不同可分为普通黄铜和特殊黄铜两类；按生产方式不同可分为加工黄铜和铸造黄铜两类。

图3-18　黄铜

·普通黄铜：铜锌二元合金，它色泽美观，对大气和海水有优良的耐蚀性，加工性能也很好，其力学性能与含锌量有关。

普通黄铜常用于制作乐器、阀门、子弹壳、电器零件、工艺品等。

·特殊黄铜：在普通黄铜的基础上加入铅、铝、锡、锰、硅、镍、铁等元素所形成的铜合金。这些元素的加入都能提高黄铜的强度，其中铝、镍、锡、硅能提高其耐蚀性和耐磨性，铁、锰能提高再结晶温度和细化晶粒。特殊黄铜可分为加工用特殊黄铜和铸造用特殊黄铜两种，根据加入元素的不同，可分为锡黄铜、锰黄铜、硅黄铜、铅黄铜和铝黄铜等。

特殊黄铜常用于船舶、化工、机电制造业中的零配件生产，如被称为海军黄铜的HSn70-1及HSn62-1、被称为易削黄铜的HPb59-1、被称为钟表黄铜的HPb63-3等。

·铸造黄铜：含有较多的铜和少量合金元素，如硅、铝、锰等。它的熔点比纯铜低，结晶温度区间小，有较好的流动性及较小的偏析倾向，铸件组织致密，铸造性能好，耐磨性和耐蚀性也较好。

铸造黄铜一般用来制造涡轮、法兰、轴瓦、阀体及其他在腐蚀介质中使用的零件(图3-19)。其中，S表示砂型铸造；J表示金属型铸造。

图3-19　铸铜管件

(2)白铜

白铜制品如图3-20所示。

图3-20　白铜制品

白铜是指以镍为主加元素的铜合金。由于铜和镍的晶格类型相同，在固态下铜和镍能完全互溶，所以各类白铜在固态下都是单相固溶体，不能通过热处理强化，只能固溶强化和加工硬化。按所含合金元素的种类，可将白铜分为普通白铜和特殊白铜两类。

白铜一般用来制造精密机械零件、精密电工测量仪器零件、热电偶、艺术品等。

(3)青铜

现代工业中把铜与除锌、镍以外的元素所组成的合金称为青铜，即除了黄铜、白铜外其余的铜合金统称为青铜。青铜按生产方式可分为加工青铜和铸造青铜；按主加元素种类的不同，可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。

加工青铜的代号由“Q”+主加元素符号及其平均+其他加入元素的平均组成，“Q”为“青”字的汉语拼音首个字母。

例如QSn4-3，表示锡的平均质量分数为4%，锌的平均质量分数为3%，其余为铜的加工锡青铜；QBe2，表示铍的平均质量分数为2%，其余为铜的加工铍青铜。

铸造青铜的代号由“ZCu”+主加元素符号及其平均质量分数+其他元素符号及其平均质量分数组成，“Z”为“铸”字的汉语拼音首个字母。

例如ZCuSn10Pb1，表示锡的平均质量分数为10%，铅的平均质量分数为1%的铸造锡青铜；ZCuAl9Mn2，表示铝的平均质量分数为9%，锰的平均质量分数为2%的铸造铝青铜。

三、硬质合金

按组成成分和使用特点不同，硬质合金可分为钨钴类、钨钴钛类和通用类(万能类)硬质合金3种。

1.钨钴类硬质合金

钨钴类硬质合金的主要成分为碳化钨和钴，其牌号结构是“YG+数字”。“YG”是“硬”“钴”两字的拼音字头，数字表示黏结剂“钴”的质量分数。例如YG8，表示含钴8%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。(www.xing528.com)

钨钴类硬质合金的强度、韧性等指标较高，但耐磨性较差，且随着含钴量的增加，其强度、韧性会随之升高，而硬度及耐磨性则随之降低，故钨钴类硬质合金刀具主要用于脆性材料的加工，如铸铁等。一般地，大牌号钨钴类硬质合金用于粗加工，小牌号用于精加工。

2.钨钴钛类硬质合金

钨钴钛类硬质合金的主要成分为碳化钨、碳化钛和钴，它是在钨钴类硬质合金基础上加入一定量的碳化钛而得到的，其牌号结构为“YT+数字”。“YT”分别代表“硬”“钛”两个字的拼音字头，数字代表合金中碳化钛的质量分数。例如YT15，表示含碳化钛为15%，余量为碳化钨和钴的钨钴钛类硬质合金。

钨钴钛类硬质合金硬度及耐磨性较高，但韧性不如钨钴类硬质合金，且随着碳化钛含量的增加，其硬度和耐磨性会随之增加，而强度、韧性会随之降低。这类硬质合金刀具主要用于加工塑性材料，如各种中、低碳钢(45钢、20钢等)。一般地，小牌号钨钴钛类硬质合金用于粗加工，大牌号用于精加工。

3.通用类硬质合金

通用类硬质合金的主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽(碳化铌)和钴，它是在钨钴钛类硬质合金基础上，用一定量的碳化钽(或碳化铌)代替一部分碳化钛而得到的。其牌号结构是“YW+数字”，“YW”分别代表“硬”“万(万能)”两字的拼音字头，后面的数字为顺序号。例如YW1，表示1号通用类硬质合金。

通用类硬质合金综合性能比较好，因它是由钨钴钛类硬质合金改进而来的，故除具有较高硬度及耐磨性外，其抗弯强度、韧性也有较大提高。通用类硬质合金刀具主要用于那些切削性能不好的特种钢的加工，如不锈钢、耐热钢、高锰钢等。

硬质合金除用于刀具外，还可用于制造冷作模具、量具及某些耐磨零件，如冷拔模、冲模、冷挤压模、冷镦模等。在量具的易磨损面上镶以硬质合金，不仅可以大大提高其使用寿命，而且可使测量更加可靠和准确。对于许多要求耐磨的机械零件，如车床顶尖、无心磨床的导杆和导板等，也都可采用硬质合金。模具、量具及耐磨零件所用的硬质合金一般都是“YG”类硬质合金。

【议一议】

活动一：记一记纯铝具有哪些性能。

活动二：分组讨论并列举5种纯铝在生活中的应用。

活动三：记一记常见铝合金的种类。

活动四：连连看，试将常见铜合金型号与所属种类连线匹配。

黄铜　　　　B19

白铜　　　　QAL7

青铜　　　　H68

【做一做】

简答题

1.对比分析青铜、白铜和黄铜的性能特点。

2.分别列举3种铝合金、铜合金牌号并说明其用途。

【评一评】

试用量化方式(评星)评价本节学习情况，并提出意见与建议。

学生自评：______________________________

小组互评：______________________________

老师点评：______________________________

【拓展阅读】

通常把黑色金属以外的金属称为有色金属，也称为非铁金属。有色金属的产量及用量虽不如黑色金属，但其具有许多特殊性能，如导电性和导热性好、密度及熔点较低、力学性能和工艺性能良好，因此它们是现代工业，特别是国防工业不可缺少的材料。常用的有色金属及合金、硬质合金牌号、化学成分、性能见表3-13—表3-23。

表3-13　铝及铝合金牌号的组别分类

表3-14　工业纯铝的牌号、化学成分及用途

表3-15　变形铝合金主要特性和应用举例

续表

表3-16　常用铸造铝合金的牌号及用途(摘自GB/T 1173—1995)

表3-17　工业纯铜的牌号、化学成分及用途

表3-18　常用普通黄铜的牌号、化学成分、性能特点及用途

表3-19　常用特殊黄铜的牌号、化学成分、性能特点及用途

续表

表3-20　常用铸造黄铜的牌号、力学性能及用途

注：S—砂型铸造，J—金属型铸造。

表3-21　常用白铜的牌号、性能特点及用途

表3-22　常用青铜的牌号、化学成分、力学性能及用途

表3-23　常用硬质合金的牌号、性能及用途

【议一议】

活动一：简述常用硬质合金的种类及牌号。

活动二：记一记5种铜及铜合金牌号。

【做一做】

一、判断题(正确的打√，错误的打×)

1.工业纯铝中杂质含量越高，其导电性、耐蚀性和塑性越低。(　)

2.黄铜中锌含量越高，其强度也越高。(　)

3.特殊黄铜是不含锌元素的黄铜。(　)

4.YG 类硬质合金刀具适合切削塑性材料。(　)

二、问答题

在刃磨硬质合金刀具时，能否与刃磨工具钢刀具一样采用水来冷却?

【评一评】

试用量化方式(评星)评价本节学习情况，并提出意见与建议。

学生自评：______________________________

小组互评：______________________________

老师点评：______________________________