Transcript 第5章非铁金属材料与粉末冶金材料

第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料
5.1铝及铝合金
5.2铜及铜合金
5.3其他非铁金属材料
5.4滑动轴承合金
5.5粉末冶金材料
常用铝合金、铜合金、
通过本章的学习，了解
粉末冶金方法及滑动轴
承合金的组织特征；掌
握常用铝合金、铜合金、
硬质合金牌号、性能、
用途及强化方法。
硬质合金牌号、性能、
用途及强化方法。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1铝及铝合金
第5
章
1
5.1 铝及铝合金
5.1.1 工业纯铝
纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时，会使性能下降。
名称
纯度
用途
高纯铝
99.93%-99.99%
科学研究、制作电器
工业高纯铝
98.85%-99.9%
铝箔、铝合金原料
工业纯铝
98.0%-99.0%
电线、电缆、配置合金
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.1工业纯 铝
第5
章
2
铝（铝合金）的特点
密度低、比强度高，纯铝的密度只有2700kg/m
仅为铁的1/4。
3
优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、
耐腐蚀等。
加工性能好，铸造性能好，易于塑性变形，经热处
理后还具有很高的强度。
纯铝通常制成管、棒、箔等型材，配制合金和脱氧剂 、
电线、电缆等。
纯铝的强度低，不能用作结构材料
铝合金
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金
第5
章
3
5.1.2 铝合金
1.铝合金的分类
根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，
铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。请点击
（1）
变形铝合金
变形铝合金
不可热处理强化铝合金——防锈铝
可热处理强化铝合金——硬铝、超硬铝和锻铝
（2）
铸造铝合金
具有共晶组织，塑性较差，但熔点
低，流动性好
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金
第5
章
4
2.铝合金的热处理
(1)铝合金的时效强化
孕育期
强度不高，塑性好
固溶处理+时效处理
冷变形加工
将铝合金加热到α相区，经保温，
使第二相溶入α固溶体中，然后
水冷，得到过饱和的α固溶体—将经过固溶热处理的合金，在常
—固溶处理。
温放置（自然时效）或在较高温
度保温（人工时效），第二相从
过饱和固溶体中缓慢析出，使铝
合金的强度、硬度明显提高。这
种固溶处理后的铝合金随时间延
长而发生硬化的现象，称为时效
（时效强化）。
将铝合金加热到α相区，经保温，使第二相溶入α固溶体中，然后
水冷，得到过饱和的α固溶体——固溶处理。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金
第5
章
5
时效规律请点击
(2)回归处理
将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，
使合金恢复到固溶后的状态，这种处理方法叫回归
处理。
可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。
(3)退火
铸造铝合金退火
消除内应力及成分偏析，稳定组织。
变形铝合金退火
消除变形加工中出现的加工硬化
现象，改善其加工工艺性。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金
第5
章
6
3.变形铝合金
(1)变形铝合金的分类、代号与牌号
分类：防锈铝合金(LF)、硬铝合金(LY)、
超硬铝合金(LC)及锻铝合金(LD)。
代号与牌号：
四位数字体系和四位字符体系：如3A21 、2A01等 请点击
(2)常用的变形铝合金
① 不能热处理强化的铝合金
用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字
防锈铝
母
“L”和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用
LF5 (5A05)表示。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金
防锈铝
第5
章
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●Al-Mn系合金 如3A21(LF21)
●Al-Mg系合金 如5A05(LF5)、5A11(LF11)
●Al-Zn-Mg-Cu系合金
优良的抗腐蚀，良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。
力学性能较低 ，可用冷加工方法使其强化。切削加工工艺性能
差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。
②能热处理强化的铝合金
硬铝
（铝-铜-镁系合金）
用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母
“L”和“Y”加顺序号表示， 如12号硬铝用
LY12 (2A12)表示。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金
第5
章
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铆钉硬铝 典型牌号2A01(LY1)、2A10(LY10)
标准硬铝 典型牌号2A11(LY11)
高强度硬铝 典型牌号2A12(LY12)
硬铝有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高
的硬度、强度，具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、
棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在航空，汽
车和机械中。
超硬铝
用“铝”和“超”二字的汉语拼音
首字母“L”和“C”加顺序号表示，
（铝-锌-铜系合金）
如4号超硬铝用LC4(7A04)表示。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金
第5
章
超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其
强度达500～700MPa，超过高强度的硬铝LY12
合金(400-430 MPa)。
应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。
用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字
母“L”
锻铝
和“D”加顺序号表示， 如5号锻铝用
（铝-镁-硅-铜系合金）
LD5
(2A50)表示。
锻铝合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外
形复杂的锻件。
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第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金
第5
章
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4.铸造铝合金
(1)铸造铝合金的分类、代号及牌号
铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首写
字母“ZL”加三位数字表示
第一位数表示合金系别：
1为铝硅系合金； 2为铝铜系合金；3为铝镁系合金；
4为铝锌系合金。
第二、三位数字表示合金的顺序号。
如ZL111表示11号铝硅系铸造铝合金。
铸造铝合金的牌号是由“Z+基体金属的化学元素符号+合
金元素符号+数字”组成 。如ZA1Si12表示wsi≈12%的铸
造合金。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金
第5
章
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(2)常用的铸造铝合金
铝-硅铸造合金
ZL101 、 ZL104、 ZL105、 ZL107、ZL109
优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的机械性能 ，
但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、
形状复杂的铸件。
ZL201 ZL202
ZL203
铝-铜铸造合金
耐热性高，其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的
铸缩率和形成裂纹的趋向则减小。但由于铜含量增加，使
合金的脆性增加,故铜含量一般不超过14％。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金
第5
章
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铝-镁铸造合金
ZL301 ZL302
ZL303
比重最小(2 .55)、耐蚀性最好、强度最高 (抗拉强度
可达350MPa)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，
故流动性差,形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝-硅合金好。
ZL401
ZL402
铝-锌铸造合金
有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金。其主要缺点
是抗蚀性差。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2铜及铜合金
5.2 铜及铜合金
第5
章
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5.2.1 工业纯铜
纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、
T3、T4。编号越大，纯度越低。工业纯铜除配制铜合金
和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、
电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防
磁仪器等。
纯铜的强度低，不宜用作结构材料
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.1工业纯 铜
第5
章
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铜及铜合金的特点
优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐
蚀等，是抗磁材料。
加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。
具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性
高的弹性极限和疲劳强度。
色泽美观。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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5.2.2 铜合金
1.铜合金的分类
铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，
并保持良好的加工性能。
黄铜
按
化
学
成
分
青铜
白铜
以Zn为主要合金元素。良好的加
工性能，良的铸造性能，耐腐蚀
性能也好。
以Sn为主要合金元素。用于铸造
形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜
还好。
以Ni为主要合金元素。具有较好
的强度和塑性，能进行冷加工变
形，抗腐蚀性能也好。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
按生产方式
加工铜合金
2.黄铜
(1)普通黄铜(铜锌二元合金)
①Zn的质量分数的影响
Zn<32%时，强度和塑性都随Zn的
增加而提高；Zn=30%～32%时
塑性最高；Zn>32%时，塑性下降；
Zn=40%～45%时，强度最高；
Zn>45%时，塑性和强度均急剧下降。
铸造铜合金
第5
章
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第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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②普通黄铜的代号及牌号
H62表示Cu的平均质量分数为62%，其余为Zn
的普通加工黄铜。
ZCuZn38，其含义是wZn≈38%，其余为Cu的铸造黄铜。
③普通黄铜的用途
H96
冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。
H80 金色黄铜， 装饰件，薄管。
H70 “三七黄铜” 弹壳、套管和复杂深冲零件(H68)。
H62 、H59
强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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(2)特殊黄铜
①合金元素的影响
Pb——改善切削加工性和耐磨性；
Si——改善铸造性能，提高强度和耐蚀性；
A1——提高强度、硬度和耐蚀性；
Sn、Al、Si、Mn——提高耐蚀性，减少应力腐蚀破裂。
②特殊黄铜的代号、牌号与应用
HSn62-1表示wCu≈62%，wSn≈1%，其余为Zn的
加工锡黄铜。
ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn≈40%、wMn≈3%
wFe≈1%、其余为Cu的铸造特殊黄铜。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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☆Pb黄铜：HPb60-1 切削性能好，耐磨性好——钟表零件
☆ Sn黄铜：HSn90-1
HSn62-1 耐蚀性好
——船舶零件。海军黄铜
☆ Al黄铜 ：HAl 77-2
HAl60-1-1
耐蚀性好，强度和硬度高——船舶零件，机械及电机零件。
☆ Si 黄铜
HSi80-3
耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好
——船舶零件，机械及化工零件
其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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(3)黄铜的热处理
① 去应力退火 ：将黄铜制件加热到200～300℃，
保温后缓冷。
消除应力，防止应力腐蚀破裂及切削加工后的变形。
② 再结晶退火：一般是将黄铜制件加热到500～700℃，
保温后缓冷.
消除加工黄铜的加工硬化现象。
3.青铜
(1)青铜的代号及牌号
加工青铜的代号如QSn4-3表示平均wSn≈4%、
wZn≈3%，其余为Cu的加工锡青铜。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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铸造青铜的牌号如ZCuSn10Zn1，表示平均
wSn≈10%、wZn≈1%，其余为Cu的铸造锡青铜。
(2)普通青铜(锡青铜)
①Sn的质量分数的影响
Sn<7%时，强度、塑性随着
Sn的增加而增大；
Sn>7%以后，强度继续升高，
塑性急剧下降；
wSn>20%时，合金变脆，
强度显著降低
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合 金
第5
章
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②锡青铜的性能及用途
QSn4-3, QSn6.5-0.1,
耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性
用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、
弹性元件，抗磁件。
(3)特殊青铜(无锡青铜)
☆ 铝青铜 QAl9-4 QAl7 耐蚀性优于黄铜和锡青铜 ，铸
造性和耐磨性优于锡青铜，力学性能好。
QAl10-3-1.5
QAl9-4
飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件
船舶及电气零件，耐磨件
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
QAl7
☆ 铍青铜
QBe2
第5
章
重要的弹簧及弹性元件。
耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲
劳都很好，耐寒，冲击无火花。
重要的弹簧及弹性元件、耐磨件、高压高速
高温轴承，防爆工具，钟表件。
☆ 硅青铜
23
耐蚀件、弹簧 、涡轮、蜗杆等。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金
第5
章
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5.3 其他非铁金属材料
5.3.1 钛及钛合金
密度低、比强度高。
特
点
耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。
加工条件复杂，成本较高。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.1钛及钛合 金
第5
章
25
纯钛
钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导
热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细
丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐
蚀性能好。
纯钛的晶体结构
882.5度以上：密排六方结构，称为α－Ti。
882.5度以下：体心立方结构，称为β－Ti。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.1钛及钛合金
第5
章
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钛合金的种类
α－钛合金
β－钛合金
钛中加铝、硼等α稳定元素获得
α－Ti合金。这种合金的室温强度较
低，但高温（500－600度）强度很高。
抗氧化性、抗蠕变性以及焊接性能良好。
钛中加入钼、铬、钒等元素后
可获得β－Ti合金。这种合金的强度
高，冲压性能好，并可通过淬火和时
效获得强化。
α＋β－钛合金
这种合金的塑性好，容易锻造、
压延和冲压，并可通过固溶和
时效进行强化。热处理后的强
度可提高50％－100％。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合 金
第5
章
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5.3.2 镁及镁合金
密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m
仅为铁的1/4、铝的2/3。
镁
的
特
点
镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。
镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。
3
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合金
第5
章
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镁合金的特点
低比重：工业用材料中最轻量材料(铝的2/3重)。
高比强度：优于钢和铝。
振动吸收性好：可将振动能吸收并转化成热放出。
易机械加工。
耐冲击性好。
电磁屏蔽性好。
可再生利用：有利于环境优化。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合金
第5
章
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镁合金的种类
变形镁合金
铸造镁合金
各种型材
复杂形状的铸件等
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4滑动轴承合金
第5
章
30
5.4 滑动轴承合金
5.4.1轴承合金的工作条件及性能要求
强烈的摩擦，
并承受周期
性载荷。并
要考虑使轴
磨损最小
较高的抗压强度和疲劳强度；
高的耐磨性，
良好的磨合性和较小的摩擦数；
足够的塑性和韧性；
良好的耐蚀性和导热性，
较小的膨胀系数和良好的工艺性。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.2轴承合金的组织特征
第5
章
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5.4.2 轴承合金的组织特征
1.软基体上均匀分布着硬质点
软基体贮存润滑油；承受冲击和振动，嵌藏外来小硬物。
硬质点支撑轴颈，承受载荷，抵抗磨损。
具有较好的磨合性，耐冲击与振动，但承载能力不高。
2.硬基体上均匀分布着软质点
软质点贮存润滑油，硬基体承受载荷并抵抗磨损。
摩擦系数低，承载能力高，但磨合性差。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.3轴承合金的分类及牌号
第5
章
5.4.3 轴承合金的分类及牌号
分类：锡基、铅基、铝基、铜基等
牌号：“Z+基体合金元素符号+主添加合金元素符号
+数字+辅添加元素符号+数字”组成。元素符号后的数
字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。
如ZSnSb11Cu6表示wsb≈11%、wCu≈6%，余量为
锡的铸造锡基轴承合金。
32
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.4常用的轴承合金
第5
章
5.4.4 常用的轴承合金
1.锡基轴承合金
制作航空发动机、汽轮机、内燃机等大型机器的高速
轴瓦。典型牌号ZSnSb11Cu6。
2.铅基轴承合金(铅基巴氏合金)
制造汽车、拖拉机、轮船、减速器等承受中、低载荷
的中速轴承。典型牌号有ZPbSb16Sn16Cu2。
3.铜基轴承合金
铅青铜制造高速、重载轴承。典型牌号ZCuPb30。
锡青铜适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。典
型牌号ZCuSn10Pb1。
33
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.4常用的轴承合金
第5
章
4.铝基轴承合金
高锡铝基轴承合金，制造高速、重载汽车、拖拉
机和内燃机车上的发动机轴承。
典型牌号ZAlSn6Cu1Ni1。
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第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5粉末冶金材料
第5
章
35
5.5 粉末冶金材料
粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属与非金属粉末
作原料，通过配料、压制成形、烧结和后处理等工艺
过程而制成的材料。生产粉末冶金材料的方法称为粉
末冶金法。
5.5.1 粉末冶金法的特点及粉末冶金材料的应用
1.粉末冶金法的特点
生产减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔
金属材料、特殊电磁性能材料、过滤材料、无偏析高速钢等；
少屑或无屑精密加工方法、生产率高、材料利用率高。
第5
章
5. 5.1粉末冶金的特点及粉末冶金材料的应用
36
2.粉末冶金材料的应用
(1)粉末冶金减摩材料
滑动轴承(含油轴承)
(2)粉末冶金摩擦材料
铁基摩擦材料：承受较大压力，在高温、高载荷下摩
擦性能优良，多用于各种高速重载机器的制动器。
铜基摩擦材料：工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、
抗卡性好，湿式工作条件下耐磨性优良
，常用于汽车、
拖拉机、锻压机床的离合器与制动器 。
(3)粉末冶金结构材料
铁基结构材料：零件精度较高，粗糙度值小，无屑和少屑加
工，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2硬质合金
第5
章
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铜基结构材料比铁基结构材料抗拉强度低，但塑性、
韧性较高，具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，可
进行各种镀涂处理。
5.5.2 硬质合金
一种或几种难熔碳化物(如碳化钨、碳化钛等)粉末，
加入起粘接作用的金属粉末，用粉末冶金法制得的材料。
1.常用硬质合金的类别、成分和牌号
(1)钨钴类硬质合金
成分：WC+Co。
牌号：如 YG6表示wCo≈6%，
余量为WC的钨钴类硬质合金。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2硬质合金
第5
章
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(2)钨钛钴类硬质合金
成分：WC+TiC+Co
牌号：如 YT15表示wTiC≈15%的钨钛钴类硬质合金。
(3)钨钛钽(铌)类硬质合金(万能硬质合金或通用硬质金)
成分： WC+TiC+ TaC +Co 或WC+TiC+ NbC +Co
牌号：如YW1表示是1号万能硬质合金。
2.硬质合金的性能
高的抗压强度、耐蚀性和抗氧化性，常温下硬度可
达86～93HRA(相当于69～81HRC)；热硬性高，可
达900～1000℃；耐磨性好。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2硬质合金
第5
章
39
其切削速度比高速工具钢高4～7倍，刀具寿命高5～
80倍，可切削50HRC左右的硬质材料。但抗弯强度
较低，韧性差，线膨胀系数小，导热性差。
3.硬质合金的应用
①刀具材料：高速切削高硬度或高韧性材料
YG类合金：加工脆性材料(如铸铁等)；
YT类合金：加工塑性材料(如钢等)。
同类合金中，钴的质量分数高的适于粗加工，钴的质量
分数低的适于精加工。
万能硬质合金适用于切削各种钢材。
第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2硬质合金
第5
章
40
②冷作模具材料：如冷拉模、冷冲模、冷挤模和
冷镦模等。YG6、YG8适用于小拉深模，YG15
适用于大拉深模和冲压模具。
③易磨损面镶以硬质合金
4.切削加工用硬质合金的分类和分组代号
按其切屑排出形式和加工对象范围不同，分为P、M、
K三类，用途代号由“类别代号+数字”组成，如P01、
M10、K20…。
请点幻灯片 46
以铜为主要合金元素的铝合金2×××
以锰为主要合金元素的铝合金3×××
以硅为主要合金元素的铝合金4×××
以镁为主要合金元素的铝合金5×××
以镁和硅为主要合金元素
并以Mg2Si相为强化相的铝合金6 ×××
以锌为主要合金元素的铝合金7×××
以其他元素为主要合金元素的铝合金8×××
备用合金组 9×××
应用范围分类
代号
P
M
K
被加工材
料类别
对
用途代号
长切屑的
钢铁材料
介于P与
K之间
短切屑的
钢铁材料
有色金属
及非金属材料
照
性能提高方向
硬质合金牌号
合金性能 切削性能
P01
YT30
P10
YT15
P20
YT14
P30
YT5
M10
YW1
M20
YW2
K01
YG3X
K10
YG6X、YG6A
K20
YG6、YG8N
K30
YG8、YG8N
高
耐
磨
性
高
韧
性
高
切
削
速
度
进
给
量
大
同上
同上
同上
同上
说明：牌号中“A”表示该合金中含有TaC或NbC，“X”表示该合金为细颗粒，
“N”
表示合金有少量NbC。