《工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第7章

第7章有色金屬及其合金7.1鋁及鋁合金7.2銅及銅合金7.3鎂及鎂合金7.4滑動(dòng)軸承合金7.5工程應(yīng)用案例———硬幣用金屬及合金習(xí)題與思考題7

大家對(duì)電插座(參見(jiàn)圖7－1)很熟悉。除了塑料外殼外，其插孔里的彈簧片、插頭的插板、導(dǎo)線都是用銅制造的，插板與導(dǎo)線的連接是用錫焊的，有時(shí)導(dǎo)錢也用鋁來(lái)制造。這是為什么呢?為什么不用鐵制造?與鐵相比，這類有色金屬及其合金有哪些特別的性能呢?有色金屬及其合金有哪些種類?除了制作這些導(dǎo)體之類的元器件外，有色金屬及其合金還可以有哪些性能和用途?圖7－1家用電插座

有色金屬及合金是指除鋼鐵材料以外的各種金屬及合金，又稱為非鐵材料。其中，合金的種類很多，雖然其產(chǎn)量和使用量不及黑色金屬多，但由于有色金屬具有許多優(yōu)良的特性，從而決定了其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。有色金屬包括鋁、銅、鈦、鎂、鋅、鎳、鉬、鎢等。例如，鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，具有密度小、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在飛機(jī)制造、汽車制造、船舶制造等工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛；而銀、銅、鋁等有色金屬，其導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性優(yōu)良，是電氣工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料。再如，鎳、鎢、鉬、鉭、鈮及其合金是制造在1300℃以上使用的高溫零件及電真空元件的理想材料。表7－1列出了常用有色金屬(鋁、銅、鈦、鋅、鎂)和鐵的性能比較。

與鋼鐵材料相似，有色金屬及合金的熱處理對(duì)金相組織及使用性能具有極大的影響。因此，正確選擇合金成分、加工方式和熱處理工藝，對(duì)發(fā)揮材料潛力，延長(zhǎng)機(jī)件使用壽命至關(guān)重要。本章僅對(duì)鋁及其合金、銅及其合金、鎂及其合金、滑動(dòng)軸承合金作一些簡(jiǎn)要介紹。

7.1鋁及鋁合金

鋁合金是僅次于鋼鐵用量的金屬材料。據(jù)調(diào)查，在鋁合金市場(chǎng)中，有23%用于建筑業(yè)和結(jié)構(gòu)業(yè)，22%用于運(yùn)輸業(yè)，21%用于容器和包裝，在電氣工業(yè)中占10%。在航空工業(yè)中，鋁合金的用量占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

7.1.1工業(yè)純鋁

純鋁是一種銀白色的輕金屬，熔點(diǎn)為660℃，具有面心立方晶格，沒(méi)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。它的密度小(只有2.72g/cm

3)；導(dǎo)電性好，僅次于銀、銅和金；導(dǎo)熱性好，比鐵幾乎大3倍。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。純鋁在低溫下，甚至在超低溫下都具有良好的塑性和韌性，在0~-253℃之間塑性和沖擊韌性不降低。

純鋁具有一系列優(yōu)良的工藝性能，易于鑄造，易于切削，也易于通過(guò)壓力加工制成各種規(guī)格的半成品。所以純鋁主要用于制造電纜電線的線芯、導(dǎo)電零件、耐蝕器皿和生活器皿，以及配制鋁合金和作鋁合金的包覆層。由于純鋁的強(qiáng)度很低，其抗拉強(qiáng)度僅有90~120MPa/m2，所以一般不宜直接作為結(jié)構(gòu)材料和制造機(jī)械零件。

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(hào)用“鋁”字漢語(yǔ)拼音字首“L”和其后面的編號(hào)表示。高純鋁的牌號(hào)有LG1、LG2、LG3、LG4和LG5，其中，“G”是高字的漢語(yǔ)拼音字首；其后面的數(shù)字越大，表示鋁的純度越高，它們的含鋁量在99.85%~99.99%之間。工業(yè)純鋁的牌號(hào)有L1、L2、L3、L4、L4－1、L5、L5－1和L6，其中，后面的數(shù)字表示純度，數(shù)字越大，表示純度越低。

7.1.2鋁合金

純鋁的強(qiáng)度和硬度很低，不適宜作為工程結(jié)構(gòu)材料使用。向鋁中加入適量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素(主加元素)和Cr、Ti、Zr、B、Ni等元素(輔加元素)組成鋁合金，可提高強(qiáng)度并保持純鋁的特性。

1.鋁合金的分類

根據(jù)鋁合金的成分、組織和工藝特點(diǎn)，可以將其分為鑄造鋁合金與變形鋁合金兩大類。變形鋁合金是將鋁合金鑄錠通過(guò)壓力加工(軋制、擠壓、模鍛等)制成半成品或模鍛件，所以要求它有良好的塑性變形能力。鑄造鋁合金則是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，所以要求它具有良好的鑄造流動(dòng)性。

工程上常用的鋁合金大都具有與圖7－2類似的相圖。由圖可見(jiàn)，凡位于相圖上D點(diǎn)成分以左的合金，在加熱至高溫時(shí)能形成單相固溶體組織，合金的塑性較高，適用于壓力加工，所以稱為變形鋁合金；凡位于D點(diǎn)成分以右的合金，因其含有共晶組織，液態(tài)流動(dòng)性較高，適用于鑄造，所以稱為鑄造鋁合金。

圖7－2鋁合金分類示意圖

變形鋁合金又可分為兩類:成分在F點(diǎn)以左的合金，其固溶體成分不隨溫度而變，故不能用熱處理使之強(qiáng)化，屬于熱處理不可強(qiáng)化鋁合金；成分在D、F點(diǎn)之間的鋁合金，其固溶體成分隨溫度而變化，可用熱處理強(qiáng)化，屬于熱處理可強(qiáng)化鋁合金。

鑄造鋁合金中也有成分隨溫度而變化的固溶體，故也能用熱處理強(qiáng)化。但距D點(diǎn)越遠(yuǎn)，合金中固溶體相越少，強(qiáng)化效果越不明顯。

應(yīng)該指出，上述分類并不是絕對(duì)的。例如，有些鋁合金，其成分雖位于D點(diǎn)右邊，但仍可進(jìn)行壓力加工，因此仍屬于變形鋁合金。

2.鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化

當(dāng)把鋁合金加熱到α相區(qū)，保溫獲得單相固溶體后，在水中快速冷卻，使第二相來(lái)不及析出，得到過(guò)飽和、不穩(wěn)定的單相固溶體。其強(qiáng)度和硬度并沒(méi)有得到明顯提高，而塑性卻有所改善，這種熱處理稱為固溶處理(或淬火)。由于固溶處理后獲得的過(guò)飽和α固溶體是不穩(wěn)定的，因此如果在室溫下放置一定的時(shí)間，這種過(guò)飽和α固溶體將逐漸向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，使強(qiáng)度和硬度明顯升高，塑性下降。例如，wCu

=4%的鋁合金，在退火狀態(tài)下rm

=180~220MPa，a=18%。經(jīng)固溶處理后，rm=240~250MPa，a=20%~22%。室溫下經(jīng)4~5天的放置，rm=420MPa，a=18%。

將固溶處理后的鋁合金在室溫或低溫下加熱、保溫一段時(shí)間，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，其強(qiáng)度、硬度顯著升高而塑性降低的現(xiàn)象，稱為時(shí)效或時(shí)效強(qiáng)化。室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱為自然時(shí)效；低溫加熱下進(jìn)行的時(shí)效稱為人工時(shí)效。時(shí)效強(qiáng)化是逐漸進(jìn)行的，在自然時(shí)效的最初一段時(shí)間，強(qiáng)度變化不大，這段時(shí)間稱為孕育期。在自然時(shí)效曲線孕育期內(nèi)進(jìn)行固溶處理后的鋁合金可進(jìn)行冷加工。

時(shí)效的實(shí)質(zhì)是第二相從過(guò)飽和、不穩(wěn)定的單一α固溶體中析出和長(zhǎng)大，且由于第二相與母相(α相)的共格程度不同，使母相產(chǎn)生晶格畸變而強(qiáng)化。這一過(guò)程必須通過(guò)原子擴(kuò)散才能進(jìn)行。因此，鋁合金時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)，時(shí)效溫度越高，時(shí)效后的強(qiáng)化效果越明顯。每一種鋁合金都有最佳時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間。若時(shí)效溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋁合金反而會(huì)軟化，稱為過(guò)時(shí)效。

7.1.3變形鋁合金

我國(guó)傳統(tǒng)變形鋁合金是依據(jù)其性能特點(diǎn)來(lái)劃分的，可分為四類，即防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金。防銹鋁合金用LF和其后的順序號(hào)表示，LF是鋁和防二字漢語(yǔ)拼音首字母，如5號(hào)防銹鋁合金用LF5表示。硬鋁、超硬鋁和鍛鋁合金分別用LY、LC和LD及后面的順序號(hào)表示，如LY10、LC5、LD6等。其中，防銹鋁合金為不可熱處理強(qiáng)化鋁合金，其他三種為可熱處理強(qiáng)化鋁合金。

目前，為了與世界各國(guó)的鋁合金牌號(hào)標(biāo)識(shí)接軌，以ISO2092007為基礎(chǔ)，制訂了新的變形鋁合金牌號(hào)與化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)(GB/T3190―2008)，其牌號(hào)用1×××~8×××表示。

1.防銹鋁合金

防銹鋁合金包括鋁鎂系和鋁錳系，其主要性能特點(diǎn)是具有很高的塑性、較低或中等的強(qiáng)度、優(yōu)良的耐蝕性能和良好的焊接性能。防銹鋁合金只能用冷變形來(lái)強(qiáng)化，一般在退火態(tài)或冷作硬化態(tài)使用。這類合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，即時(shí)效強(qiáng)化，因而其力學(xué)性能比較低。為了提高其強(qiáng)度，可用冷加工方法使其強(qiáng)化。而防銹鋁合金由于切削加工工藝性差，一般適用于制造焊接管道、容器、鉚釘以及其他冷變形零件。

2.硬鋁合金

A1Cu－Mg

系合金是使用最早、用途最廣、具有代表性的一種鋁合金。由于該合金具有的強(qiáng)度和硬度高，故稱之為硬鋁合金，又稱杜拉鋁。各種硬鋁合金的含銅量相當(dāng)于圖7－2所示相圖

的DF范圍內(nèi)，屬于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，其強(qiáng)化方式為自然時(shí)效。

合金中加入銅和鎂是為了形成強(qiáng)化相θ(CuAl2)和S(CuMgAl2)，含有少量的錳是為了提高其耐蝕性能，而對(duì)時(shí)效強(qiáng)化不起作用。

硬鋁具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和硬度，經(jīng)自然時(shí)效后強(qiáng)度達(dá)到380~490MPa(原始強(qiáng)度為290~300MPa)，提高25%~30%，硬度也明顯提高(由70~85HBW提高到120HBW)，與此同時(shí)仍能保持足夠的塑性。硬鋁合金有兩個(gè)重要的特性在使用或加工時(shí)必須注意。一是耐蝕性差，尤其在海水中，因此

需要耐蝕防護(hù)的硬鋁部件，其外部都包一層高純度鋁，制成包鋁硬鋁材。但是包鋁的硬鋁熱處理后的強(qiáng)度比未包鋁的要低。二是固溶處理溫度范圍很窄，2A11為505~510℃。2A12為495~503℃，低于此溫度范圍進(jìn)行固溶處理，則固溶體的過(guò)飽和度不足，不能發(fā)揮最大的時(shí)效效果；超過(guò)此溫度范圍，則易產(chǎn)生晶界熔化。

3.超硬鋁合金

AlZnMgCu系合金是變形鋁合金中強(qiáng)度最高的一類鋁合金。其強(qiáng)度高達(dá)588~686MPa，超過(guò)硬鋁合金因此而得名。7A04(LC4)、7A09(LC9)等屬于這類合金。由于鋁合金中加入鋅，因此除時(shí)效強(qiáng)化相θ和S相外，尚有強(qiáng)化效果很大的MgZn2(η相)及Al2Mg2Zn3(T相)。超硬鋁合金具有良好的熱塑性，但疲勞性能較差，耐熱性和耐蝕性也不好。

經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓倘芴幚砗?20℃左右的人工時(shí)效后，超硬鋁合金的抗拉強(qiáng)度可達(dá)600MPa，δ為12%。這類鋁合金的缺點(diǎn)也是耐蝕性差，一般也需包覆一層純鋁。該類超硬鋁合金可用作受力較大又要求結(jié)構(gòu)較輕的零件，如飛機(jī)蒙皮、壁板、大梁、起落架部件等。

4.鍛造鋁合金

鍛造鋁合金包括A1－Si－Mg－Cu合金和Al－Cu－Ni－Fe合金，常用的鍛造鋁合金有2A50(LD5)、2A14(LD10)等。它們所含合金元素種類多，但含量少。

鍛造合金的熱塑性好，故鍛造性能甚佳，且力學(xué)性能也較好，可用鍛壓方法來(lái)制造形狀較復(fù)雜的零件，通常采用固溶處理和人工時(shí)效的方法來(lái)強(qiáng)化。這類合金主要用于承受載荷的模鍛件以及一些形狀復(fù)雜的鍛件。

鋁鋰合金是一種新型的變形鋁合金，它具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度大、疲勞性能良好、耐蝕性及耐熱性高等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已用于制造飛機(jī)構(gòu)件、火箭和導(dǎo)彈的殼體、燃料箱等。

7.1.4鑄造鋁合金

很多重要的零件是用鑄造的方法生產(chǎn)的。一方面因?yàn)檫@些零件形狀復(fù)雜，用其他方法(如鍛造)不易制造；另一方面由于零件體積龐大，用其他方法生產(chǎn)也不經(jīng)濟(jì)。

鑄造鋁合金按加入主要合金元素的不同分為Al－Si系、Al－Cu系、Al－Mg系和Al－Zn系四大類。合金牌號(hào)用“鑄鋁”二字漢語(yǔ)拼音首字母“ZL”后跟三位數(shù)字表示。其中，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)字表示合金順序號(hào)。

對(duì)于鑄造鋁合金，除了要求必要的力學(xué)性能和耐蝕性外，還應(yīng)具有良好的鑄造性能。在鑄造鋁合金中，鑄造性能和力學(xué)性能配合最佳的是Al－Si合金，又稱硅鋁明。

1.Al－Si鑄造合金

含wSi=10%~13%的ZAlSi12(ZL102)，是典型的鑄造用鋁硅合金。對(duì)于Al－Si二元合金相圖，ZAlSi12(ZL102)位于共晶點(diǎn)成分附近，其鑄態(tài)組織為共晶體，屬于共晶成分。它熔點(diǎn)低，結(jié)晶溫度范圍小，流動(dòng)性好，收縮與熱裂傾向小，具有優(yōu)良的鑄造性能。

僅含有硅的鋁硅合金稱為硅鋁明。其鑄造性能、焊接性能均較好，耐蝕性及耐熱性尚可。它的主要缺點(diǎn)是鑄件致密度較低，強(qiáng)度較低，且不能熱處理強(qiáng)化。因?yàn)楣柙阡X中的固溶度變化較小，且硅在鋁中的擴(kuò)散速度很快，極易從固溶體中析出，并聚集長(zhǎng)大，時(shí)效處理時(shí)不能起強(qiáng)化作用。鋁硅合金一般用于制造質(zhì)輕、耐蝕、形狀復(fù)雜但強(qiáng)度要求不高的鑄件，如發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、手提電動(dòng)工具或風(fēng)動(dòng)工具以及儀表外殼等。

2.鋁銅鑄造合金

ZAlCu5Mn1(ZL201)是典型的鑄造鋁銅合金。由于銅和錳的加入，所形成同溶體的溶解度變化較大，時(shí)效后，可成為鑄鋁中強(qiáng)度最高的一類，并且具有較高的耐熱強(qiáng)度，它適于制作內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、活塞等高溫(300℃以下)條件下工作的構(gòu)件。

3.鋁鎂鑄造合金

ZAlMg10(ZL301)是典型的鑄造鋁鎂合金。這類合金具有優(yōu)良的耐蝕性，切削加工性能和焊接性能也較好，強(qiáng)度高，陽(yáng)極氧化性能好。但其鑄造工藝復(fù)雜，操作麻煩，且鑄件易產(chǎn)生疏松、熱裂等缺陷。它常用作泵體、船艦配件等大氣或海水中工作的鋁合金鑄件。還因其切削加工后具有低的表面粗糙度值，故適宜制作承受中等載荷的光學(xué)儀器零件。這類合金還具有較好的耐蝕性能。

4.鋁鋅鑄造合金

ZAlZn11Si7(ZL401)是典型的鑄造鋁鋅合金。這類合金的鑄造性能好，縮孔和熱裂傾向小，有較好的力學(xué)性能，焊接和切削加工性能好，價(jià)格便宜。但它的密度大，耐蝕性較差，主要用于制造受力較小、形狀復(fù)雜的汽車、飛機(jī)、儀器零件等。

7.2銅及銅合金

銅及其合金是人類應(yīng)用最早的金屬。青銅器的應(yīng)用，是人類生產(chǎn)力發(fā)展的一個(gè)里程碑，中國(guó)在夏代就進(jìn)入了青銅時(shí)代。在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，銅仍然是一種很重要的金屬，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用范圍僅次于鋼鐵和鋁，居第三位。電器工業(yè)是用銅大戶，世界上有50%以上的銅用于制造各種電器導(dǎo)電零部件；機(jī)械工業(yè)用各種銅合金制作軸承、開(kāi)關(guān)、閥門、熱交換器；建筑行業(yè)將銅用于各種裝飾及配件。

7.2.1工業(yè)純銅

銅是有色金屬，全世界銅的產(chǎn)量?jī)H次于鐵和鋁。工業(yè)上使用的純銅，其含銅量為wCu

=99.70%~99.95%。它是玫瑰紅色的金屬，表面形成氧化亞銅(Cu2O)膜層后呈紫色，故又稱紫銅。純銅的密度為8.96g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃，面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。

純銅突出的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及良好的耐蝕性(抗大氣及海水腐蝕)。銅還具有抗磁性。純銅的強(qiáng)度不高(σb=230~240MPa)，硬度很低(40~50HBS)，塑性卻很好(δ=45%~50%)。冷塑性變形后，可以使銅的σb提高到400~500MPa，但伸長(zhǎng)率急劇下降到2%左右。為了滿足制作結(jié)構(gòu)件的要求，必須制成各種銅合金。因此，純銅的主要用途是制作各種導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料及配置各種銅合金。

工業(yè)純銅分為未加工產(chǎn)品(銅錠、電解銅)和加工產(chǎn)品(銅材)兩種。未加工產(chǎn)品代號(hào)有Cu－1、Cu2兩種。加工產(chǎn)品代號(hào)有T1、T2、T3三種。代號(hào)中數(shù)字越大，表示雜質(zhì)含量越多，則其導(dǎo)電性越差。

純銅主要用作導(dǎo)線、電纜、傳熱體、銅管、墊片、防磁器械等。

7.2.2銅合金

銅合金按化學(xué)成分可分為黃銅(銅鋅合金)、青銅(銅錫合金及含鋁、硅、鉛、鈹、錳的銅合金)和白銅(銅鎳合金)。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅；按加工方法可分為加工黃銅和鑄造黃銅；按退火組織分為α黃銅和α+β黃銅。普通黃銅牌號(hào)是以字母“H”為首(H為“黃”的漢語(yǔ)拼音首字母)，其后注明銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。特殊黃銅以H+主加元素符號(hào)+銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示。

例如，HMn58－2表示wCu=58%、wMn=2%、其余為Zn的特殊黃銅。青銅的牌號(hào)用“青”字的漢語(yǔ)拼音首字母“Q”，后面加上主添加元素的化學(xué)符號(hào)，再加主添加元素和輔助元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示。對(duì)于鑄造青銅，則在前面加上Z表示。例如，QSn4－3，表示wSn=4%、wZn

=3%的錫青銅；QBe2，表示wBe

=2%的鈹青銅。

7.2.3黃銅

以鋅作為主要合金元素的銅合金稱為黃銅(Cu－Zn合金)。黃銅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，易于加工成形，對(duì)大氣有相當(dāng)好的耐蝕性，且色澤美觀，因而在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。

1.黃銅的性能與成分之間的關(guān)系

圖7－3所示為Cu－Zn合金相圖。由相圖可知，鋅在銅中的溶解度很大(在室溫下可達(dá)39%)，并隨溫度的降低而增大，固溶強(qiáng)化效果好。α相是鋅在銅中的固溶體，具有面心立方晶格，并且具有良好的塑性。隨著含鋅量的進(jìn)一步增加，出現(xiàn)具有體心立方晶格的β'相。β'相是有序固溶體，在室溫下塑性差，不適宜冷加工變形。但加熱到高溫時(shí)，發(fā)生無(wú)序轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序固溶體β相。β相具有良好的塑性，適宜進(jìn)行熱加工。圖7－3Cu－Zn合金相圖

當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)，合金中將出現(xiàn)另一種脆性更大的電子化合物γ相。含有這種相的合金在工業(yè)上已不能使用。含鋅量對(duì)黃銅性能的影響如圖7－4所示。結(jié)合Cu－Zn合金相圖分析可知，由于鋅的溶入，起到固溶強(qiáng)化的作用，使合金強(qiáng)度不斷提高，塑性也有所改善。當(dāng)wZn=30%時(shí)，合金的強(qiáng)度和塑性達(dá)到最優(yōu)；進(jìn)一步增加鋅，由于β'相的出現(xiàn)，合金的塑性開(kāi)始下降，而合金的σb卻繼續(xù)升高；當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到45%時(shí)，合金的強(qiáng)度達(dá)到最大值，而塑性急劇下降；當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到47%時(shí)，全部為β'相，合金的強(qiáng)度和塑性均很低，已無(wú)實(shí)用價(jià)值。

因此工業(yè)上使用的黃銅中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多不超過(guò)47%，這樣工業(yè)黃銅的組織只可能是α單相或α+β兩相，分別稱之為α黃銅(或單相黃銅)及α+β黃銅(或兩相黃銅)。

圖7－4鋅對(duì)黃銅力學(xué)性能的影響

2.黃銅的用途

(1)單相黃銅(α黃銅)的塑性好，可以進(jìn)行冷、熱加工成形，適用于制造冷軋板材、冷拉線材以及形狀復(fù)雜的深沖壓零件。其中H70、H68稱為三七黃銅，常用作彈殼，故又稱為彈殼黃銅。單相黃銅的顯微組織如圖7－5所示。

(2)兩相黃銅其組織為α+β兩相混合物，強(qiáng)度比單相黃銅高，但在室溫下塑性較差，只宜進(jìn)行熱軋或熱沖壓成形。常用的兩相黃銅有H62、H59等，可用作散熱器以及機(jī)械、電器用零件。兩相黃銅的顯微組織如圖7－6所示。圖7－5單相黃銅的顯微組織圖7－6兩相黃銅的顯微組織

黃銅的耐蝕性與純銅相近，在大氣和淡水中是穩(wěn)定的，在海水中耐蝕性稍差。黃銅最常見(jiàn)的腐蝕形式是脫鋅和季裂。所謂脫鋅，是指黃銅在酸性或鹽類溶液中，鋅優(yōu)先溶解而受到腐蝕，工件表面殘存一層多孔(海綿狀)的純銅，因而合金遭到破壞；季裂是指黃銅零件因內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，在潮濕大氣中，特別是含氨鹽的大氣中受到腐蝕而產(chǎn)生破裂的現(xiàn)象。為此，一般要去除零件內(nèi)應(yīng)力，或者在黃銅的基礎(chǔ)上加入合金元素，以提高某些特殊性能。

(3)特殊黃銅在二元黃銅的基礎(chǔ)上添加鋁、硅、錫、錳、鉛、鎳等元素，便構(gòu)成了特殊黃銅。錫黃銅HSn62－1中加入的錫主要用于提高耐蝕性。錫黃銅主要用于船舶零件，有“海軍黃銅”之稱。鉛黃銅HPb74－3中加入的鉛在黃銅中的溶解度很低，只有0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，基本呈獨(dú)立相存在于組織中，因而可以提高耐磨性和可加工性。常用黃銅的牌號(hào)、主要特性和用途如表7－2所示。

7.2.4青銅

三千多年以前，我國(guó)就發(fā)明并生產(chǎn)了錫青銅(Cu－Sn合金)，并用來(lái)制造鐘、鼎、武器和銅鏡。春秋晚期，人們就掌握了用青銅制作雙金屬劍的技術(shù)。以韌性好的低錫黃銅作為中脊合金，硬度很高的高錫青銅制作兩刃，其兩刃鋒利，不易折斷，克服了利劍易斷的缺點(diǎn)。西漢時(shí)鑄造的透光鏡，不但化紋精細(xì)，更巧妙的是，在日光照耀下，鏡面的反射光照在墻壁上，能把鏡背的花紋、圖案、文字清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，在國(guó)際冶金界被譽(yù)為“魔鏡”。

湖北隨州出土的曾侯乙墓的大型編鐘是一套音域很廣，可以旋宮轉(zhuǎn)調(diào)、演奏多種古今樂(lè)曲，音律準(zhǔn)確、音色優(yōu)美的大型古代樂(lè)器，該套編鐘就是采用錫青銅制造的。

20世紀(jì)研制生產(chǎn)了鋁青銅和硅青銅等。隨后，人們便把除鎳和鋅以外的其他合金元素為主要添加元素的銅合金統(tǒng)稱為青銅，并分別命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。

1.錫青銅

錫青銅是以錫為主要合金元素的銅合金，具有較高的強(qiáng)度、硬度和良好的耐蝕性。錫能溶入銅中，形成的固溶體，具有優(yōu)良的塑性，適宜冷、熱加工成形。由于錫在銅中不易擴(kuò)散，因此在實(shí)際鑄造生產(chǎn)條件下，即非平衡條件時(shí)不易獲得平衡組織。當(dāng)錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于6%時(shí)，合金呈單相固溶體，錫青銅的強(qiáng)度、硬度隨含錫量的增加而顯著提高，塑性變化不大，適宜進(jìn)行冷、熱壓力加工，常以線、板、帶材供應(yīng)。當(dāng)錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6%時(shí)，就可能出現(xiàn)α+δ共析體。δ相是以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，是一個(gè)硬而脆的相。

對(duì)于錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于6%的錫青銅，因組織中出現(xiàn)δ硬脆相，塑性急劇降低，已不宜承受壓力加工，故只能用作鑄造合金。當(dāng)錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)20%時(shí)，不僅塑性極低，且強(qiáng)度急劇降低，工業(yè)上無(wú)實(shí)用價(jià)值，以前只用來(lái)鑄鐘，有鐘青銅之稱(wSn=17%~25%)。工業(yè)用錫青銅中，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3%~14%。

由于錫青銅組織中共析體α+δ仍均勻分布在塑性好的α固溶體中，從而構(gòu)成了堅(jiān)硬δ相質(zhì)點(diǎn)均勻分布在塑性好的α基體上的耐磨組織。因此，錫青銅是很好的耐磨材料，廣泛用于制造齒輪、軸承、蝸輪等耐磨零件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中的耐蝕性比黃銅好，可廣泛用于蒸汽鍋爐、海船的鑄件。但錫青銅在亞硫酸鈉、氨水和酸性礦泉水中極易被腐蝕。

錫青銅的鑄造性能并不理想，在鑄造凝固時(shí)，由于結(jié)晶溫度范圍很寬，冷凝后的體積收縮很小，是有色金屬中鑄造收縮率最小的合金，有利于獲得尺寸接近鑄型的鑄件。但錫青銅液態(tài)合金流動(dòng)性差，偏析傾向較大，易形成分散縮孔，使鑄件致密程度較差。錫青銅制造的容器在高壓下易滲漏，可用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、氣密性要求不太高的鑄件。

2.鋁青銅

鋁青銅是以鋁為主要合金元素的銅合金，其特點(diǎn)是價(jià)格便宜、色澤美觀，具有比錫青銅和黃銅更高的強(qiáng)度、耐磨性能、耐蝕性能及鑄造性能。它主要用于制造強(qiáng)度及耐磨性要求較高的摩擦零件，如齒輪、蝸輪、軸套等。

3.鈹青銅

鈹青銅是以鈹為主要合金元素的銅合金，其中鈹?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6%~2.5%，是典型的時(shí)效硬化型合金。其時(shí)效硬化效果顯著，經(jīng)淬火時(shí)效后，抗拉強(qiáng)度可由固溶處理狀態(tài)450MPa提高到1250~1450MPa，硬度可達(dá)350~400HBW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他銅合金，甚至可以和高強(qiáng)度鋼媲美。鈹青銅不僅具有高的強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性、耐蝕性和耐疲勞性，而且還具有高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐寒性。鈹青銅不具有鐵磁性，在受到?jīng)_擊時(shí)不產(chǎn)生火花。鈹青銅的主要缺點(diǎn)是價(jià)格太貴，生產(chǎn)過(guò)程中有毒。

4.硅青銅

硅青銅是以硅為主要合金元素的銅合金。硅青銅具有較高的力學(xué)性能和耐蝕性能，適于冷、熱壓力加工。它主要用于制造耐蝕、耐磨零件或電線、電話線等。

常用青銅的牌號(hào)、主要特性和用途如表7－3所示。

7.3鎂及鎂合金

鎂在地殼中的儲(chǔ)藏量極為豐富，其蘊(yùn)藏量約為2.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，僅次于鋁和鐵，占第三位。鎂的發(fā)現(xiàn)幾乎與鋁同時(shí)，但由于鎂的化學(xué)性質(zhì)很活潑，給純鎂的冶煉帶來(lái)了很大的困難，因此鎂及合金在工業(yè)上的應(yīng)用比較晚。鎂為銀白色金屬，具有密排六方晶格，熔點(diǎn)為648.9℃，密度為1.738×103kg/m3(為鋁的2/3)，是一種輕金屬，具有延展性。金屬鎂無(wú)磁性。

鎂的電極電位很低，所以耐蝕性很差。在潮濕大氣、淡水、海水及絕大多數(shù)酸、鹽溶液中易受腐蝕。鎂在空氣中雖然也能形成氧化膜，但這種氧化膜疏松、多孔，不像鋁合金表面氧化膜那樣致密，對(duì)鎂基體無(wú)明顯保護(hù)作用。鎂的力學(xué)性能很低，尤其是塑性比鋁要低得多，其δ為10%左右，這顯然是鎂的晶格為密排六方、滑移系較少的緣故。

鎂合金是以鎂為基體加入其他元素組成的合金。其特點(diǎn)是:密度小，比強(qiáng)度高，彈性模量大，消振性好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大，耐有機(jī)物和堿的腐蝕性能好。主要合金元素有鋁、鋅、錳、鈰、釷以及少量鋯或鎘等。鎂合金主要用于航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等工業(yè)部門。

按成形工藝，鎂合金可分為兩大類：變形鎂合金和鑄造鎂合金。鑄造鎂合金是指適合采用鑄造的方式進(jìn)行制備和生產(chǎn)出鑄件直接使用的鎂合金。變形鎂合金和鑄造鎂合金在成分、組織和性能上存在很大的差異。

目前，鑄造鎂合金比變形鎂合金的應(yīng)用要廣，但與鑄造工藝相比，鎂合金熱變形后，其組織得到細(xì)化，鑄造缺陷消除，產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能大大提高，比鑄造鎂合金材料具有更高的強(qiáng)度、更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能。因此，變形鎂合金具有更大的應(yīng)用前景。

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7.3.1變形鎂合金

變形鎂合金是指可用擠壓、軋制、鍛造和沖壓等塑性成形方法加工的鎂合金。其牌號(hào)以MB加數(shù)字表示。常用變形鎂合金的牌號(hào)及其化學(xué)成分如表7－4所示。

航空工業(yè)上應(yīng)用較多的為MB15合金，這是一種高強(qiáng)度變形鎂合金，屬M(fèi)g－Zn－Zr合金系。由于其含鋅量高，鋅在鎂中的溶解度隨溫度變化較大，并能形成強(qiáng)化相MgZn，所以能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。鋯加入鎂中能細(xì)化晶粒，并能改善其耐蝕性。

在常用的變形鎂合金中，MB15合金具有最高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，常用于制造在室溫下承受較大負(fù)荷的零件，如機(jī)翼、翼肋等。若它作為高溫下使用的零件，使用溫度不能超過(guò)150℃。

7.3.2鑄造鎂合金

適宜鑄造成形的鎂合金稱為鑄造鎂合金。其牌號(hào)以ZM加數(shù)字表示。常用鑄造鎂合金的牌號(hào)及其化學(xué)成分如表7－5所示。

ZM1、ZM2、ZM5同屬高強(qiáng)度鑄造鎂合金，具有較高的常溫強(qiáng)度和良好的鑄造工藝性，但其耐熱性較差，長(zhǎng)期工作溫度不超過(guò)150℃。ZM3合金屬于耐熱鑄造鎂合金，其常溫強(qiáng)度較低，但耐熱性較高，可在200~250℃長(zhǎng)期工作，短時(shí)間使用可到300℃。航空工業(yè)應(yīng)用較多的ZM5合金，屬M(fèi)g－Al－Zn合金系。由于其含Al量較高，能形成較多強(qiáng)化相，因此可以通過(guò)固溶處理和人工時(shí)效來(lái)強(qiáng)化。ZM5合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、儀表等承受較高負(fù)載的結(jié)構(gòu)件或殼體。

7.4滑動(dòng)軸承合金

在滑動(dòng)軸承中，制造軸瓦及其內(nèi)襯(軸承襯)的合金稱為軸承合金。與滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)軸承具有承壓面積大、工作平穩(wěn)、無(wú)噪聲以及裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)?；瑒?dòng)軸承支承著輪進(jìn)行工作，如圖7－7所示。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸與軸瓦之間有劇烈的摩擦。因軸是重要零件，故在磨損不可避免的情況下，應(yīng)確保軸受到最小的磨損，必要時(shí)可更換軸瓦而繼續(xù)使用軸。圖7－7滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)

7.4.1對(duì)軸承合金性能的要求

1.具有良好的減摩性

良好的減摩性應(yīng)綜合體現(xiàn)以下性能:

(1)摩擦因數(shù)低。

(2)磨合性好。磨合性是指在不長(zhǎng)的工作時(shí)間后，軸承與軸能自動(dòng)吻合，使載荷均勻作用在工作面上，避免局部磨損。這就要求軸承材料硬度低、塑性好；同時(shí)還可使外界落入軸承的較硬雜質(zhì)陷入軟基體中，減少對(duì)軸的磨損。

(3)抗咬合性好。這是指當(dāng)摩擦條件不良時(shí)，軸承材料不致與軸黏著或焊合。

2.具有足夠的力學(xué)性能

滑動(dòng)軸承合金要有較高的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，并能抵抗沖擊和振動(dòng)。此外，軸承合金還應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性、小的熱膨脹系數(shù)、良好的耐蝕性和鑄造性能。

7.4.2軸承合金的組織特征

根據(jù)上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)軟硬兼?zhèn)?。目前，常用的軸承合金有以下兩類組織:

1.在軟的基體上孤立地分布硬質(zhì)點(diǎn)

如圖7－8所示，當(dāng)輪進(jìn)入工作狀態(tài)后，軸承合金軟的基體很快被磨凹，使硬質(zhì)點(diǎn)(一般為化合物)凸出于表面以承受載荷，并抵抗自身的磨損；凹下去的地方可儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，保證有低的摩擦系數(shù)。同時(shí)，軟的基體有較好的磨合性與抗沖擊、抗振動(dòng)能力。但這類組織難以承受高的載荷。屬于這類組織的軸承合金有巴氏合金和錫青銅等。圖7－8滑動(dòng)軸承理想組織示意圖

2.在較硬的基體上分布著軟質(zhì)點(diǎn)

對(duì)高轉(zhuǎn)速、高載荷軸承，強(qiáng)度是首要問(wèn)題，這就要求軸承有較硬的基體(硬度低于軸的軸頸)組織來(lái)提高單位面積上能夠承受的壓力。這類組織也具有低的摩擦系數(shù)，但其磨合性較差。屬于這類組織的軸承合金有鋁基軸承合金和鋁青銅等。

7.4.3常用的軸承合金

滑動(dòng)軸承的材料主要是有色金屬，常用的有錫基軸承合金、鉛基軸承合金、銅基軸承合金、鋁基軸承合金等。

1.錫基軸承合金與鉛基軸承合金(巴氏合金)

軸承合金牌號(hào)表示方法為“Z”(“鑄”字漢語(yǔ)拼音的字首)+基體元素與主加元素的化學(xué)符號(hào)+主加元素的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100)輔加元素化學(xué)符號(hào)+輔加元素的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100)。例如，ZSnSb8Cu4為鑄造錫基軸承合金，主加元素銻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，輔加元素銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，余量為錫；ZPbSb15Sn5為鑄造鉛基軸承合金，主加元素銻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，輔加元素錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，余量為鉛。

1)錫基軸承合金(錫基巴氏合金)

錫基軸承合金是以錫為基體元素，加入銻、銅等元素組成的合金。其顯微組織如圖7－9所示。圖中，暗色基體是銻溶入錫所形成的α固溶體(硬度為24~30HBW)，作為軟基體；硬質(zhì)點(diǎn)是以化合物SnSb為基的β固溶體(硬度為110HBW，呈白色方塊狀)以及化合物Cu3Sn(呈白星狀)和化合物Cu6Sn5(呈白色針狀或粒狀)?；衔顲u3Sn和Cu6Sn5首先從液相中析出，其密度與液相接近，可形成均勻的骨架，防止密度較小的β相上浮，以減少合金的密度偏析。圖7－9ZSnSb11Cu6鑄造錫基軸承合金顯微組織(100倍)

錫基軸承合金的摩擦系數(shù)小，塑性和導(dǎo)熱性好，是優(yōu)良的減摩材料，常用作重要的軸承，如汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)等巨型機(jī)器的高速軸承。它的主要缺點(diǎn)是疲勞強(qiáng)度較低，且錫較稀缺，故這種軸承合金價(jià)最貴。

2)鉛基軸承合金(鉛基巴氏合金)

鉛基軸承合金是以鉛銻為基的合金，加入錫能形成SnSb硬質(zhì)點(diǎn)，并能大量溶于鉛中而強(qiáng)化基體，故可提高鉛基合金的強(qiáng)度和耐磨性；加銅可形成Cu2Sb硬質(zhì)點(diǎn)，并防止密度偏析。鉛基軸承合金的顯微組織如圖7－10所示，黑色軟基體為α+β共晶體(硬度為7~8HBW)，α相是銻溶入鉛所形成的固溶體，β相是以SnSb化合物為基的含鉛的固溶體；硬質(zhì)點(diǎn)是初生的β相(白色方塊狀)及化合物Cu2Sb(白色針狀或星狀)。圖7－10ZPbSb16Sn6Cu2鑄造鉛基軸承合金顯微組織(100倍)

鉛基軸承合金的強(qiáng)度、塑性、韌性及導(dǎo)熱性、耐蝕性均較錫基軸承合金低，且摩擦系數(shù)較大，但價(jià)格較便宜。因此，鉛基軸承合金常用來(lái)制造承受中、低載荷的中速軸承，如汽車、拖拉機(jī)的曲軸、連桿軸承及電動(dòng)機(jī)軸承。

無(wú)論是錫基還是鉛基軸承合金，它們的強(qiáng)度都比較低(σb

=60~90MPa)，不能承受大的壓力，故需將其鑲鑄在鋼的軸瓦(一般為08鋼沖壓成形)上，形成一層薄而均勻的內(nèi)襯，才能發(fā)揮作用，這種工藝稱為掛襯。掛襯后就形成所謂的雙金屬軸承。

2.銅基軸承合金

銅基軸承合金有錫青銅、鉛青銅等。

(1)錫青銅常用的有ZCuSn10P1與ZCuSn5Pb5Zn5等。ZCuSn10P1的組織由軟基體(α固溶體)及硬質(zhì)點(diǎn)(δ相及化合物Cu3P)所構(gòu)成，它的組織中存在較多分散縮孔，有利于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。這種合金能承受較大載荷，廣泛用于中等速度及受較大固定載荷的軸承，如電動(dòng)機(jī)、泵、金屬切削機(jī)床軸承。錫青銅可直接制成軸瓦，但與其配合的軸頸應(yīng)具有較高的硬度(300~400HBW)。

(2)鉛青銅常用的是ZCuPb30。銅與鉛在固態(tài)下互不溶解。鉛青銅的顯微組織由硬的基體(銅)上均布著大量軟的質(zhì)點(diǎn)(鉛)所構(gòu)成。它與巴氏合金相比，具有高的疲勞強(qiáng)度和承載能力，同時(shí)還有高的導(dǎo)熱性(約為錫基巴氏合金的6倍)和低的摩擦系數(shù)，并可在較高溫度(如250℃)下工作。鉛青銅適宜制造高速、高壓下工作的軸承，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高速柴油機(jī)及其他高速機(jī)器的主軸承。

鉛青銅的強(qiáng)度較低(σb

僅為60MPa)，因此也需要在鋼瓦上掛襯，制成雙金屬軸承。此外，常用的銅基軸承合金還有鋁青銅(ZCuAl10Fe3)。

3.鋁基軸承合金

鋁基軸承合金是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一種新型減摩材料。其特點(diǎn)是原料豐富，價(jià)格便宜，導(dǎo)熱性好，疲勞強(qiáng)度與高溫硬度較高，能承受較大壓力與速度，但它的膨脹系數(shù)較大，抗咬合性不如巴氏合金。我國(guó)已逐步推廣使用它來(lái)代替巴氏合金與銅基軸承合金。目前應(yīng)用的鋁基軸承合金有ZAlSn6Cu1Ni1和ZAlSn20Cu兩種。

常用的鋁基軸承合金是以鋁為基體元素、錫為主加元素所組成的合金。由于錫在鋁中溶解度極少，其實(shí)際組織為硬的鋁基體上分布著軟的粒狀錫質(zhì)點(diǎn)，如圖7－11所示。由于它具有上述一系列優(yōu)良特性，故適于制造高速、重載的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。目前，鋁基軸承合金已在汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)車上廣泛使用。

圖7－11ZAlSn20Cu鋁基軸承合金的顯微組織(100倍)

鋁基軸承合金也應(yīng)在鋼的軸瓦上掛襯。由于它與鋼的黏結(jié)性較差，故需先將其與純鋁箔軋制成雙金屬板，然后與鋼一起軋制，最后成品是由鋼鋁高錫鋁基軸承合金三層所組成的。

除上述軸承合金外，珠光體灰鑄鐵也常作為滑動(dòng)軸承的材料。它的顯微組織由硬基體(珠光體)與軟質(zhì)點(diǎn)(石墨)構(gòu)成，石墨還有潤(rùn)滑作用。鑄鐵軸承可承受較大的壓力，價(jià)格低廉，但摩擦系數(shù)較大，導(dǎo)熱性低，故只適宜作低速(v<2m/s)的不重要的軸承。

各種軸承合金的性能比較參見(jiàn)表7－6。

7.5工程應(yīng)用案例———硬幣用金屬及合金

硬幣(Coins)是由一種或多種金屬及其合金制造而成的貨幣。相對(duì)于紙幣，硬幣的面值通常較低。硬幣一般是由非貴重金屬及合金(如鋼、鎳)鑄造，由政府發(fā)行的，一般為輔幣，其面值通常是由法律規(guī)定的。但紀(jì)念幣和收藏幣一般是由貴重金屬(如金、銀)鑄成的。

7.5.1硬幣的特性

硬幣是在各種氣候條件下流通的貨幣，要與人們的手及其他物件接觸，會(huì)產(chǎn)生腐蝕、摩擦與碰撞。因此，硬幣用金屬的選用，主要涉及以下材料特性的問(wèn)題:

(1)價(jià)值與面值。在經(jīng)濟(jì)上，硬幣本身價(jià)值在預(yù)見(jiàn)的長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)應(yīng)略低于其所標(biāo)的面值，否則犯罪分子可能仿制硬幣或收集硬幣而熔煉。金與銀歷來(lái)就是造幣材料，但因其本身價(jià)值高，多用于紀(jì)念幣和收藏幣種，而在流通硬幣中將趨于減少。此外，我國(guó)發(fā)行的部分紀(jì)念幣是用銅鎳合金(白銅)制造的。

(2)尺寸、形狀和顏色。硬幣的顏色必須是造幣合金所特有的，即該合金在空氣或其他使用環(huán)境中不易被污染而變色。硬幣需采用不同的尺寸、顏色、形狀以區(qū)別于其他面值的硬幣，從而易識(shí)別。有時(shí)還會(huì)改變硬幣尺寸以適應(yīng)金屬價(jià)格上漲而產(chǎn)生的價(jià)值高于面值的現(xiàn)象。

(3)防偽性能，即硬幣應(yīng)難以仿造，以確保其安全性。大多數(shù)自動(dòng)售貨機(jī)利用電導(dǎo)率來(lái)識(shí)別硬幣，以防假幣，即每個(gè)硬幣必須有自己獨(dú)特的“電子簽名”，而這取決于硬幣的合金成分。

(5)耐磨性能。硬幣必須具有足夠的硬度和強(qiáng)度，在長(zhǎng)期使用中，其表面浮雕不易被磨損。硬幣材料在(造幣)沖壓成形中產(chǎn)生的形變強(qiáng)化(加工硬化)可提高其硬度。

(6)耐蝕性能。在使用壽命中，硬幣因腐蝕的物質(zhì)損耗應(yīng)最小。

(7)抗菌性。硬幣在使用中與人體接觸，不能有損健康，應(yīng)避免不良微生物在其表面生長(zhǎng)。

(8)可回收性。從可持續(xù)發(fā)展考慮，硬幣用材要易于回收。

鋼及銅合金能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)，許多國(guó)家選用不同的銅合金或合金組合作為硬幣用材。

7.5.2各國(guó)的硬幣

1.人民幣硬幣

(1)第一套人民幣硬幣分別是1分、2分、5分，材質(zhì)是鋁鎳合金，如圖7－12所示。圖7－12第一套人民幣硬幣

(2)第二套人民幣硬幣分別為1角、2角、5角、1元，三種角幣的材質(zhì)是銅鑄合金，1元硬幣的材質(zhì)是銅鎳合金，如圖7－13所示。圖7－13第二套人民幣硬幣

(3)第三套人民幣硬幣分別是l角、5角、1元，如圖714所示。1角的材質(zhì)是鋁鋅合金，5角的材質(zhì)是銅鋅合金，1元的材質(zhì)是鋼芯鍍鎳。圖7－14第三套人民幣硬幣

(4)第四、五套人民幣硬幣分別是1角、5角、l元，如圖7－15所示。1角的材質(zhì)是鋁鋅合金(19992004年)，2005年開(kāi)始材質(zhì)改為不銹鋼；5角的材質(zhì)于