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1、非铁金属材料1第1页，此课件共35页哦引引言言 非铁金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材料，又非铁金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材料，又称为称为有色金属有色金属，而把钢铁材料称为，而把钢铁材料称为黑色金属黑色金属材料。这些金材料。这些金属及其合金具有许多特殊的性能，例如比强度高、导电属及其合金具有许多特殊的性能，例如比强度高、导电性或导热性好、耐腐蚀性及耐热性高等。因为他们有着性或导热性好、耐腐蚀性及耐热性高等。因为他们有着钢铁材料无法替代的性能，所以在机电、仪表、特别是钢铁材料无法替代的性能，所以在机电、仪表、特别是航海、航空、航天等工业中具有重要的作用。生产中常航海、航空、航天等工业中
2、具有重要的作用。生产中常用的有铝、铜、钛、镁、锌等金属及其合金，以下仅介用的有铝、铜、钛、镁、锌等金属及其合金，以下仅介绍几种工程材料中最常用的非铁金属的性能特点及使用绍几种工程材料中最常用的非铁金属的性能特点及使用状况。状况。2第2页，此课件共35页哦第一节第一节铝及铝合金铝及铝合金一、纯铝一、纯铝 1 1性能特点性能特点 比重小比重小、比比强强度高度高 铝铝的的密度密度(比重比重)为为2.7g/cm2.7g/cm3 3，仅仅为钢为钢的三分之的三分之一，一，铝铝合金合金经处经处理后，理后，单单位位质质量材料能承受的量材料能承受的载载荷荷远远大于高大于高强强度度钢钢。优优良的物理、化学性能良的
3、物理、化学性能 铝铝的的导电导电性和性和导热导热性性仅仅次于次于AgAg、CuCu、AuAu，但，但单单位重量的位重量的导电导电能力却是能力却是铜铜的的200200。铝铝表面可生成致密表面可生成致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐蚀蚀，但不耐酸、碱、，但不耐酸、碱、盐盐液液腐腐蚀蚀。铝为铝为非非铁铁磁性材料。磁性材料。良好的加工性能良好的加工性能 强强度不高度不高(b b8080100MPa)100MPa)，塑性很好，塑性很好(35354040 8080),),熔点低熔点低(Tm=660)(Tm=660)。冷。冷变变形、切削、形、切削、铸铸造、造、焊焊接都接都比比较
4、较容易。容易。3第3页，此课件共35页哦第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金工业纯铝分为纯铝和高纯铝。工业纯铝分为纯铝和高纯铝。高纯铝：高纯铝：纯度大于纯度大于99.85%99.85%，编号越大纯度越高。主要用来制作铝箔、电，编号越大纯度越高。主要用来制作铝箔、电容器、科研材料。容器、科研材料。纯铝：纯铝：纯度从纯度从99%99%99.8599.85，编号越大纯度越低。主要用来制作电，编号越大纯度越低。主要用来制作电线、电缆、器皿等。线、电缆、器皿等。纯铝又分为铸造纯铝及变形铝纯铝又分为铸造纯铝及变形铝铸造纯铝铸造纯铝，如，如ZAl99.5，Z铸，数字表示铝含量的百分数。铸，数字表示铝含量的百分
5、数。变形纯铝变形纯铝,，如如1A93，1纯铝，纯铝，27表示以表示以Cu、Mn、Si、Mg、Zn为主要合金元素的铝合金；为主要合金元素的铝合金；字母字母A原始纯铝或铝合金，其原始纯铝或铝合金，其它字母（如它字母（如B）表示原始纯铝或铝合金的改型；后面两位数字，）表示原始纯铝或铝合金的改型；后面两位数字，对于纯铝，表示铝含量的百分数对于纯铝，表示铝含量的百分数99.93中小数点后的数字；对中小数点后的数字；对于铝合金，则作为顺序号，如于铝合金，则作为顺序号，如2A01，2A11。2 2工业工业纯铝纯铝的牌号和用途的牌号和用途 4第4页，此课件共35页哦二、铝合金二、铝合金第一节第一节 铝及铝合金
6、铝及铝合金铝铝合合金金分分类类 根根据据成成分分及及工工艺艺特特点点，铝铝合合金金分分变变形形铝铝合合金金和和铸铸造铝合金两类。造铝合金两类。变变形形铝铝合合金金 成成分分低低于于D D的的合合金金，加加热热时时能能形形成成单单相相固固溶溶体体组组织织，塑塑性性较较好好，适适于于变变形形加加工工，称称为为变变形形铝铝合合金金。变变形形铝铝合合金金中中成成分分低低于于F F的的合合金金，因因不不能能进进行行热热处处理理强强化化，称称为为不不可可热热处处理理强强化化的的铝铝合合金金;成成分分位位于于F-DF-D之之间间的的合合金金,可可进进行行固固溶溶时效强化时效强化,称为称为可热处理强化的铝合金
7、可热处理强化的铝合金。铸造铝合金铸造铝合金成分高于成分高于D的合金的合金,由于冷却时有共晶反应由于冷却时有共晶反应发生发生,流动性较好流动性较好,适于铸造生产适于铸造生产,称为可铸造铝合金。称为可铸造铝合金。5第5页，此课件共35页哦二、铝合金二、铝合金第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 变变形形铝铝合合金金 ：包包括括不不可可热热处处理理强强化化的的铝铝合合金金；和和可可热热处处理理强强化化的铝合金的铝合金 铸造铝合金铸造铝合金F6第6页，此课件共35页哦三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金纯铝固态无同素异晶转变，无法象钢那样进行相变热处理来强化，用冷
8、纯铝固态无同素异晶转变，无法象钢那样进行相变热处理来强化，用冷加工强化，断裂强度加工强化，断裂强度b可以达到可以达到150250MPa，但塑性的牺牲较大。，但塑性的牺牲较大。在铝中加入在铝中加入Cu、Mg、Mn、Si等元素，可以采用热处理方法等元素，可以采用热处理方法时效时效来强化。来强化。铝合金时效强化铝合金时效强化(1)(1)固溶处理固溶处理 将成分位于相图中将成分位于相图中D D-F F之间之间的合的合金加热到金加热到 相区相区,经保温获得经保温获得单相单相 固溶体后迅速水冷，可固溶体后迅速水冷，可在室温得到过饱和的在室温得到过饱和的 固溶体固溶体,这种处理方式称这种处理方式称固溶处理固
9、溶处理。7第7页，此课件共35页哦三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金(2)(2)时效时效 固固溶溶处处理理后后得得到到的的组组织织是是不不稳稳定定的的，有有分分解解出出强强化化相相过过渡渡到到稳稳定定状状态态的的倾倾向向。在在室室温温下下放放置置或或低低温温加加热热时时，强强度度和和硬硬度度会会明明显显升升高高。这这种种现现象象称称为为时时效效或或时时效效硬硬化化。在在室室温温下下进进行行的的称称自然时效自然时效；在加热条件下进行的称；在加热条件下进行的称人工时效人工时效。如：4%Cu的的Al-Cu合金，加热到合金，加热到550并保温并保温,在水在水中
10、快冷时中快冷时,相相(CuAl2)来不及析出来不及析出,合金获得过饱和的合金获得过饱和的固溶体组织固溶体组织,其强度为其强度为b250MPa若在室温下放置若在室温下放置,随着时间的延续随着时间的延续,强度将逐渐提高强度将逐渐提高,经经45天后天后,b可达可达400MPa。8第8页，此课件共35页哦三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达到的最高硬度值时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达到的最高硬度值也越低，常用人工时效工艺为也越低，常用人工时效工艺为130130约约1010小小时时。9第9页，此课件共35页
11、哦三、铝合金的强化原理三、铝合金的强化原理 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金(3)(3)回归回归 自自然然时时效效后后的的铝铝合合金金,在在200200250250短短时时间间(几几秒秒至至几几分分钟钟)加加热热后后,快快速速水水冷冷至至室室温温时时,可可以以重重新新变变软软。如如再再在在室室温温下下放放置置,则则又又能能发发生生正正常常的的自自然然时时效效。这这种种现现象象称称为为回回归归。一一切切能能时时效效硬硬化化的的合合金金都都有有回回归归现现象象。自自然然时时效效后后的的铝铝合合金金在在反反复复回回归归处处理理和和再再时时效效时时强强度度有有所所降降低低。时时效效后后的的铝铝合合金
12、金可可在在回回归归处处理理后后的的软软化化状状态态进进行行各各种种冷冷变变形形。利利用用这这种种现现象象，可可随随时时进进行行飞飞机机的的铆铆接接和和修修理理等等零零件。件。10第10页，此课件共35页哦四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金1.1.变形铝合金变形铝合金 由冶金厂进行处理并加工成各种型材，包括铝板、铝带、铝棒、线由冶金厂进行处理并加工成各种型材，包括铝板、铝带、铝棒、线材、管材、角铝和各种异型材等，通常使用厂家不必在进行材质处理。材、管材、角铝和各种异型材等，通常使用厂家不必在进行材质处理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特点也各不相
13、同。常见的变形由于在合金中加入的合金元素不同，性能特点也各不相同。常见的变形铝合金有：铝合金有：(1)防锈铝防锈铝牌号牌号LFxx主要在于进一步主要在于进一步提高对大气的腐蚀提高对大气的腐蚀，常用来制，常用来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品等。造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品等。防锈铝合金时效硬化效果不好，只能冷加工硬化。防锈铝合金时效硬化效果不好，只能冷加工硬化。GB/T16475GB/T16475-1996-1996GB3190-GB3190-8282抗拉强度抗拉强度3A213A21LF21LF21 Al-MnAl-Mn190MPa190MPa5A025A02
14、LF2LF2Al-MgAl-Mg230MPa230MPa5A065A06LF6LF6Al-MgAl-Mg320MPa320MPa防锈铝中主要合金元素是防锈铝中主要合金元素是锰和镁。锰提高抗蚀能力，锰和镁。锰提高抗蚀能力，并起固溶强化作用。镁固并起固溶强化作用。镁固溶强化，同时降低比重。溶强化，同时降低比重。11第11页，此课件共35页哦四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金2.2.变形铝合金变形铝合金(2)(2)硬铝硬铝 牌号牌号LYxxLYxx 主要是主要是Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系合金。系合金。CuCu、MgMg在在AlAl中中可形成固溶体起
15、固溶强化作用；可形成固溶体起固溶强化作用；时效过程中可以形成强化相时效过程中可以形成强化相CuAlCuAl2 2、CuMgAlCuMgAl2 2，进行时效强化。，进行时效强化。属于属于可热处理强化的铝合金可热处理强化的铝合金。GB/T16475GB/T16475-1996-1996GB3190-GB3190-8282抗拉强度抗拉强度2A012A01LY1LY1Al-Cu-MgAl-Cu-Mg2A112A11LY11LY11420MPa420MPa2A122A12LY12LY12475MPa475MPa硬铝的耐蚀性不高，通常需进行阳极化处理，使其表面形成（包覆）硬铝的耐蚀性不高，通常需进行阳极化
16、处理，使其表面形成（包覆）一层纯铝（称为包铝）。一层纯铝（称为包铝）。可轧制成板材、管材，制造较高载荷下的铆接和焊接零件，如可轧制成板材、管材，制造较高载荷下的铆接和焊接零件，如飞机构架、螺旋浆叶片及铆钉等。飞机构架、螺旋浆叶片及铆钉等。12第12页，此课件共35页哦四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金2.2.变形铝合金变形铝合金(3)超硬铝超硬铝牌号牌号LCxx为为Al-Cu-Mg-Zn系合金。锌、铜、镁与系合金。锌、铜、镁与铝形成固溶体和多种复杂的第铝形成固溶体和多种复杂的第二相二相(例如例如MgZn2、Al2CuMg、AlMgZnCu等等)。GB
17、/T16475-1996GB3190-82抗拉强度抗拉强度7A04LC4Al-Cu-Mg-Zn600MPa7A09LC9660MPa 合合金金经经固固溶溶处处理理和和人人工工时时效效后后，可可获获得得很很高高的的强强度度和和硬硬度度，高高于于优优质质碳碳素素结结构构钢钢，是是强强度度最最高高的的一一类类铝铝合合金金。但但这这类类合合金金的的抗抗蚀蚀性较差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。性较差，高温下软化快。用包铝法可提高抗蚀性。超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、起落架等。超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、起落架等。13第13页，此课件共35页哦四、铝合金的
18、牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金2.2.变形铝合金变形铝合金(4)锻铝锻铝牌号牌号LDxx通常为通常为Al-Cu-Mg-Si合金。强化方式仍是固溶处理和合金。强化方式仍是固溶处理和人工时效。它的强度人工时效。它的强度b400500MPa，塑性较好，可以锻造成型，用来，塑性较好，可以锻造成型，用来制造一些复杂的结构零件，如直升机的桨叶、航空发动机活塞等。制造一些复杂的结构零件，如直升机的桨叶、航空发动机活塞等。GB/T16475GB/T16475-1996-1996GB3190-GB3190-8282抗拉强度抗拉强度2A502A50LD5LD5Al-Cu-Al-
19、Cu-Mg-SiMg-Si420MPa420MPa2B502B50LD6LD6340MPa340MPa2A142A14LD10LD10480MPa480MPa变形铝合金的具体成分和性能指标参数参看教材附表（变形铝合金的具体成分和性能指标参数参看教材附表（P213表表8-3、P214表表8-4）。）。14第14页，此课件共35页哦四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节铝及铝合金铝及铝合金3.铸造铝合金铸造铝合金牌号牌号：ZLxxx表示，表示，ZL为铸铝，后为三位数字，第一个数字表示合金为铸铝，后为三位数字，第一个数字表示合金类型，即主合金元素类型，即主合金元素(1Si2Cu3M
20、g4Zn等等)，后两位表示，后两位表示合金顺序号，对应不同的化学成分。各自的成分和性能特点查相关合金顺序号，对应不同的化学成分。各自的成分和性能特点查相关手册。手册。主要用途主要用途：铸造铝合金用于制造形状复杂的零件，例如仪表、内：铸造铝合金用于制造形状复杂的零件，例如仪表、内燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质轻、比强度高的特燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质轻、比强度高的特点。点。处理特点处理特点：铸造中采用钠盐变质处理来细化晶粒。事后进行均匀：铸造中采用钠盐变质处理来细化晶粒。事后进行均匀化、时效强化等处理。化、时效强化等处理。15第15页，此课件共35页哦四、铝合金的牌号及应用四、铝
21、合金的牌号及应用第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金3.3.铸造铝合金铸造铝合金 (1)Al-Si系系合合金金，简简单单硅硅铝铝明明(Silumin)ZL102(含含 1013%Si)铸铸造造后后几几乎乎全全部部得得到到共共晶晶体体组组织织(+Si),具具有有优优良良的的铸铸造造性性能能(熔熔点点低低、流流动动性性好好、收缩小收缩小)。在在一一般般情情况况下下，ZL102的的共共晶晶体体由由粗粗针针状状硅硅晶晶体体和和 固固溶体构成溶体构成,强度和塑性都较差。强度和塑性都较差。16第16页，此课件共35页哦四、铝合金的牌号及应用四、铝合金的牌号及应用第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金3.3.铸造
22、铝合金铸造铝合金 变质处理变质处理 浇铸前向合金液中加入占合金重量浇铸前向合金液中加入占合金重量2 23%3%的变质剂的变质剂(常用钠盐混常用钠盐混合物合物:2/3NaF+1/3NaCl):2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织以细化合金组织,显著提高合金的强度及塑性。显著提高合金的强度及塑性。经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生固溶体固溶体,获得获得亚共晶组亚共晶组织织。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘。这是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘故。故。(a)未变质处理未变质处理(b)变质处理后变质处理后17第17页
23、，此课件共35页哦第一节第一节铝及铝合金铝及铝合金3.铸造铝合金铸造铝合金ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，比重小，并有相当好的抗蚀性和铸造性能很好，焊接性能也好，比重小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处理后耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处理后,b最高不超最高不超过过180MPa。该合金仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如。该合金仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件。仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件。在简单硅铝明基础上加入在简单硅铝明基础上加入Cu、Mg等合金元素，构成等合金元素，构成复杂硅
24、铝明复杂硅铝明，如，如ZL105等，形成强化相等，形成强化相CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg，在变质处理和，在变质处理和时效硬化的综合作用下，可使强度提高到时效硬化的综合作用下，可使强度提高到200230MPa。用途用途制造低强度的、形状复杂的铸件，例如电动机壳体、气缸体以制造低强度的、形状复杂的铸件，例如电动机壳体、气缸体以及一些承受低载荷的零件等。及一些承受低载荷的零件等。(2)其他铸造铝合金其他铸造铝合金Al-Cu；Al-Mg；Al-Zn；Al-Li18第18页，此课件共35页哦第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金纯铜的比重纯铜的比重8.9g/cm3，熔点，熔点1083，为为面心立方晶
25、格，无同素面心立方晶格，无同素异晶异晶转变转变。铜铜是人是人类类用得最早的金属材料用得最早的金属材料。1 1铜及其合金的性能特点铜及其合金的性能特点1)优异的导电性和导热性；优异的导电性和导热性；2)对大气、水有良好的耐腐蚀性；对大气、水有良好的耐腐蚀性；3)良好的加工性能，可以冷、热变形成型，可以铸造成型，便良好的加工性能，可以冷、热变形成型，可以铸造成型，便于切削加工；于切削加工；4)强度不高强度不高(b=200250MPa)，硬度低，硬度低(HB=4050)，塑性，塑性很好很好(4550)；但构成的一些合金有好的减摩性、耐；但构成的一些合金有好的减摩性、耐磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极
26、限；磨性，有些有高的弹性极限和疲劳极限；5)外表色泽美观。外表色泽美观。19第19页，此课件共35页哦一、工业纯铜一、工业纯铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金成分：成分：以铜的含量为主体，其他为杂质，其中常见元以铜的含量为主体，其他为杂质，其中常见元素有素有Pb、Bi、O、S、P、等，它们降低了材料的、等，它们降低了材料的导电、导热性能导电、导热性能,特别是高温或低温下明显降低了特别是高温或低温下明显降低了材料的塑性。材料的塑性。牌号：牌号：T1T4其铜的含量为其铜的含量为99.9599.5。纯铜有玫瑰红色，表面。纯铜有玫瑰红色，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般称为形成氧化膜后呈紫色，故一般称为
27、紫铜紫铜。T199.95%T299.90%T399.70%T499.5%用途：用途：用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、导电垫圈、用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、导电垫圈、螺杆等。螺杆等。T3、T4为一般用铜材，制作油管、油嘴等。为一般用铜材，制作油管、油嘴等。用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到的无氧用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到的无氧铜，以及用铜，以及用P或或Mn进行脱氧铜。进行脱氧铜。20第20页，此课件共35页哦二、黄铜二、黄铜（铜锌合金（铜锌合金)第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金Zn对黄铜性能的影响：对黄铜性能的影响：Zn
28、加入到加入到铜铜中，能明中，能明显显的改善其力学性能，并且随的改善其力学性能，并且随Zn含量的增加，含量的增加，强强度和塑性同度和塑性同时时提高，提高，这这在金属材料中是在金属材料中是难难得的。当得的。当Zn含量增加到含量增加到3032时时，延伸率，延伸率达到最大达到最大值值(10)；当；当Zn含量增加到含量增加到45时时，强强度度b达到最大达到最大值值(约约650MPa)，所以工，所以工业业用黄用黄铜铜中中Zn的含量一的含量一般在般在45以下。以下。具有良好的具有良好的铸铸造性能，特造性能，特别别是是Zn含量含量10和和38时时，铸铸造的造的缩缩孔集中，孔集中，铸铸件的致密件的致密度度高。高
29、。具有良好的耐腐具有良好的耐腐蚀蚀行，特行，特别别是在大气、海水中。是在大气、海水中。Cu对对Zn在很大的范在很大的范围围内可以溶解，同内可以溶解，同时时Zn入到入到Cu中形成的合金称为中形成的合金称为黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为黄铜，这时材料呈颜色淡黄色，故称为黄铜黄铜。21第21页，此课件共35页哦二、黄铜二、黄铜（铜锌合金（铜锌合金)第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金22第22页，此课件共35页哦第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金常用黄铜：常用黄铜：1单相黄铜单相黄铜组织为单一的组织为单一的相相(WZn32%)牌号有牌号有H96、H90、H85、H80、H75、H70、H68。其中的数
30、字为。其中的数字为Cu的的含量，其余为含量，其余为Zn。具有极好的冷塑性变形能力，用来制作散热器的管道、。具有极好的冷塑性变形能力，用来制作散热器的管道、叶片，装饰品，深冲压类零件等。叶片，装饰品，深冲压类零件等。2双相黄铜双相黄铜组织为组织为两相两相其中其中是以是以电电子化合物子化合物CuZn为为基的固溶体，具有体心立方晶格，基的固溶体，具有体心立方晶格，高温下有好的塑性，温度低于高温下有好的塑性，温度低于456时转变为时转变为有序化有序化转变转变成成，塑，塑性明性明显显下降。下降。两相黄两相黄铜铜的牌号有的牌号有H62、H59，其，其强强度高于度高于单单相黄相黄铜铜，但塑性低于，但塑性低于
31、单单相黄相黄铜铜，使用状，使用状态为态为生生产产厂的厂的铸铸件或冶金厂高温件或冶金厂高温轧轧制的邦、板等制的邦、板等型材。常用来制造型材。常用来制造铆钉铆钉、螺帽、螺帽、垫垫圈等圈等电电气零件。气零件。黄铜不仅有很好的冷热加工性能，还有很好的铸造性能，并且对于大气、黄铜不仅有很好的冷热加工性能，还有很好的铸造性能，并且对于大气、海水具有相当的耐蚀能力。海水具有相当的耐蚀能力。23第23页，此课件共35页哦二、黄铜二、黄铜（铜锌合金（铜锌合金)第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金常用黄铜：常用黄铜：3 3特殊黄特殊黄铜铜 在在CuCuZnZn黄黄铜铜的基的基础础上加入上加入SnSn、PbPb、ALA
32、L、SiSi、MnMn等等元素，改元素，改变变相相应应的性能。的性能。牌号：牌号：为为H H元素符号元素符号xxxxx x，元素符号，元素符号为为ZnZn以外的主元素，第一部分数字以外的主元素，第一部分数字为为含含铜铜量，第二部分数字量，第二部分数字为为ZnZn外的主元素量，余量外的主元素量，余量为为ZnZn。例如：例如：H HPbPb64-264-2表示含铜量为表示含铜量为64%64%，含铅，含铅2%2%，其余为锌的黄铜。，其余为锌的黄铜。用途：用途：品种繁多，例如品种繁多，例如铅铅黄黄铜铜H HPbPb64-264-2可用来制作可用来制作钟钟表或汽表或汽车车用一般零件；用一般零件；铝铝黄黄
33、铜铜HAl77-2HAl77-2可用来制作可用来制作齿轮齿轮、涡轮涡轮、衬衬套、螺旋套、螺旋桨桨的耐腐的耐腐蚀蚀零件等等。零件等等。24第24页，此课件共35页哦三、白铜三、白铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金 白铜是白铜是CuCuNiNi系合金，以及系合金，以及Cu-Ni-ZnCu-Ni-Zn、Cu-Ni-MnCu-Ni-Mn系合金的通称。系合金的通称。这类铜合金具不仅有较好的强度和优良的这类铜合金具不仅有较好的强度和优良的塑性塑性，可以进行冷、热，可以进行冷、热变形加工，而且耐腐蚀性很好。主要用来制造蒸气和海水环境中工作的变形加工，而且耐腐蚀性很好。主要用来制造蒸气和海水环境中工作的精密仪
34、器、仪表零件、化工机械零件及医疗器械等。含锰量较高的白铜精密仪器、仪表零件、化工机械零件及医疗器械等。含锰量较高的白铜可用来制作热电偶丝及变阻器，另一典型用途就是镶牙和制作奖牌。可用来制作热电偶丝及变阻器，另一典型用途就是镶牙和制作奖牌。25第25页，此课件共35页哦四、青铜四、青铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金1 1锡青铜锡青铜 除黄铜除黄铜(Cu(CuZn)Zn)、白铜、白铜(Cu(CuNi)Ni)外其余的铜合金的总称。牌外其余的铜合金的总称。牌号为号为 Q Q元素符号元素符号xxxxx x，其中，其中 Q Q表示青铜，元素符号为主元素，第一部表示青铜，元素符号为主元素，第一部分数字为主
35、合金元素的含量，第二部分数字为其它合金元素的含量。对分数字为主合金元素的含量，第二部分数字为其它合金元素的含量。对铸造青铜在前面加字母铸造青铜在前面加字母Z Z。人类最早使用的金属材料，古代的剑、镜、鼎都是用锡青铜铸造成。人类最早使用的金属材料，古代的剑、镜、鼎都是用锡青铜铸造成。工业青铜含锡在工业青铜含锡在314之间。铸造收缩率很小，能铸造形状复杂，之间。铸造收缩率很小，能铸造形状复杂，截面厚薄相差较大的制品。截面厚薄相差较大的制品。锡青铜表面易形成锡青铜表面易形成CuCu2 2O O及及CuCOCuCO3 3*Cu(OH)*Cu(OH)2 2构成的致密薄膜，对大气、构成的致密薄膜，对大气、
36、海水、碱性溶液有由于黄铜的耐腐蚀能力，强度、硬度也比黄铜高，海水、碱性溶液有由于黄铜的耐腐蚀能力，强度、硬度也比黄铜高，但易被氨水和酸性介质浸蚀。但易被氨水和酸性介质浸蚀。26第26页，此课件共35页哦四、青铜四、青铜第二节第二节铜及铜合金铜及铜合金2 2铝青铜铝青铜 含铝含铝10左右的合金具有强度高（左右的合金具有强度高（400500MPa），结晶温度范围小，铸），结晶温度范围小，铸件致密，具有高的耐大气、海水、碳酸腐蚀能力，同时具有耐磨损、耐寒冷、件致密，具有高的耐大气、海水、碳酸腐蚀能力，同时具有耐磨损、耐寒冷、冲击时无火花等特点。例如冲击时无火花等特点。例如QAl94(9%Al-4%F
37、e-Cu)用来制作用来制作齿轮齿轮、涡轮涡轮、衬衬套、螺旋套、螺旋桨桨的耐腐的耐腐蚀蚀零件等。零件等。3.3.铍铍青青铜铜 QBe2(2%Be-0.4%Ni-Cu),含含铍铍青青铜热处铜热处理后，可以理后，可以获获得很高的力学得很高的力学性能性能,(b1200-1400MPa，2-4，HB330-400)，铍铍青青铜铜不不仅仅强强度、硬度、度、硬度、弹弹性、耐磨性高，而且抗性、耐磨性高，而且抗蚀蚀性、性、导热导热性、性、导电导电性、耐寒性、耐寒性也非常好，并且无磁性、冲性也非常好，并且无磁性、冲击击无火花。无火花。铍铍青青铜铜主要用于制作重要主要用于制作重要弹弹簧，簧，弹弹性元件、性元件、钟钟
38、表、表、仪仪器零件和防爆工具等等，但是价格太器零件和防爆工具等等，但是价格太贵贵妨碍其在工妨碍其在工业业中的大量中的大量应应用。用。27第27页，此课件共35页哦第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金一、性能特点一、性能特点1)密度小密度小(4.5g/cm(4.5g/cm3 3)、熔点高、熔点高(1668(1668)，强度相当于优质钢，所以，强度相当于优质钢，所以比强度高，是好的热强合金材料。比强度高，是好的热强合金材料。2)热膨胀系数小，加热时热应力小。热膨胀系数小，加热时热应力小。3)导热性差、摩擦系数大，切削加工困难。导热性差、摩擦系数大，切削加工困难。4)对大气、高温气体、氧化性海水具有极高
39、的耐腐蚀性，对硝酸、对大气、高温气体、氧化性海水具有极高的耐腐蚀性，对硝酸、铬酸、碱液、有机酸也具有良好的耐蚀性，但不耐氢氟酸腐蚀。铬酸、碱液、有机酸也具有良好的耐蚀性，但不耐氢氟酸腐蚀。钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前低温韧性等优点，同时资源丰富，所以有着广泛应用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵。钛及钛合金的加工条件复杂，成本较昂贵。28第28页，此课件共35页哦二、工业纯钛二、工业纯钛第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金晶晶体体结结构构 钛钛在在
40、固固态态有有两两种种结结构构882.5882.5以以下下为为密密排排六六方方晶晶格格,称称-Ti-Ti;882.5882.5以以上上直直到到熔熔点点为为体体心心立立方方晶晶格格,称称-Ti-Ti。在在882.5882.5时发生同素异构转变时发生同素异构转变:-Ti-Ti-Ti-Ti-Ti-Ti塑塑性性好好，-Ti-Ti虽虽是是密密排排六六方方，单单滑滑移移系系多多，塑塑性性也也好。好。29第29页，此课件共35页哦二、工业纯钛二、工业纯钛第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金 高纯高纯TiTi的强度并不高，仅的强度并不高，仅250250290MPa290MPa。随着杂质含量的增加，钛的强度增加，而塑
41、性下降。随着杂质含量的增加，钛的强度增加，而塑性下降。含有少量杂质的工业纯钛的抗拉强度达含有少量杂质的工业纯钛的抗拉强度达550550700MPa700MPa。牌号牌号 TA1TA1、TA2TA2、TA3TA3 编号越大杂质越多编号越大杂质越多,用途用途 可制作在可制作在500500以下工作的、强度要求不高的零件。以下工作的、强度要求不高的零件。30第30页，此课件共35页哦三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金 合金元素溶入合金元素溶入-Ti-Ti中中,形成形成固溶体固溶体,溶入溶入-Ti-Ti中中形成形成 固溶体。固溶体。稳稳定化元素定化元素:Al:Al、C C、N N、O
42、 O、P P等使同素异构等使同素异构转变转变温度温度升高。升高。稳稳定化元素定化元素:Fe:Fe、MoMo、MgMg、CrCr、MnMn、V V等使同素异构等使同素异构转变转变温度下降。温度下降。根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：钛合金钛合金、钛合金钛合金和和（）钛合金）钛合金。牌号分别以。牌号分别以TATA、TBTB、TCTC加上编加上编号来表示。号来表示。31第31页，此课件共35页哦三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金1 1钛钛合金合金钛中加入铝、硼等钛中加入铝、硼等稳定化元素获得稳定化元素获得 钛合金。钛合金。钛合金的室钛合金
43、的室温强度低于温强度低于 钛合金和（钛合金和（）钛合金，但高温）钛合金，但高温(500(500600600)强度比强度比它们的高，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也它们的高，并且组织稳定，抗氧化性和抗蠕变性好，焊接性能也很好。很好。钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶强化，热处理只进行退火钛合金不能淬火强化，主要依靠固溶强化，热处理只进行退火(变形后的消除应力退火或消除加工硬化的再结晶退火变形后的消除应力退火或消除加工硬化的再结晶退火)。工工业业用用钛钛合金牌号合金牌号为为TA4TA4TA8TA8，其数，其数值值高的表示高的表示强强度升高，度升高，强强度可达度可达1000MPa1000
44、MPa，使用温度相，使用温度相应应可提高，塑性可提高，塑性递递减。减。典型牌号典型牌号 TA7,TA7,成分为成分为Ti-5Al-2.5SnTi-5Al-2.5Sn。其使用温度不超过。其使用温度不超过500500，主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。32第32页，此课件共35页哦三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金2 2钛钛合金合金 钛中加入钛中加入CrCr、MoMo、V V等等稳定化元素得到稳定化元素得到钛合金。钛合金。钛合钛合金有较高的强度、优良的冲压性能，并可通过淬火和时金有较高的强度、优良的冲压性能，并可
45、通过淬火和时效进行强化。在时效状态下，合金的组织为效进行强化。在时效状态下，合金的组织为 相和弥散相和弥散分布的细小分布的细小 相粒子。相粒子。典型牌号典型牌号 TB1 TB1,成分为成分为Ti-3Al-13V-11Cr,Ti-3Al-13V-11Cr,一般在一般在350350以下使用以下使用,适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。的回转件，以及飞机构件等。但但这这种合金种合金耐蚀性差，熔耐蚀性差，熔炼工艺复杂，故应用不广泛。炼工艺复杂，故应用不广泛。33第33页，此课件共35页哦三、钛合金三、钛合金 第三节第三节钛及钛合金钛及钛合金3
46、3钛钛合金合金 同同时时加入了加入了稳稳定元素和定元素和稳稳定元素，定元素，可得到可得到钛钛合金合金，两个两个相都得到相都得到强强化化，兼有两类钛合金的优点，兼有两类钛合金的优点。材料具有良好的。材料具有良好的综综合力学合力学性能，即性能，即强强度度较较高，塑性良好。高，塑性良好。焊焊接性能不及接性能不及钛钛合金，然而两相混合金，然而两相混合的合的钛钛合金的生合金的生产产工工艺较为简单艺较为简单，可以用，可以用热处热处理来理来调调整两相的比例来整两相的比例来改改变变性能。性能。牌号有牌号有TC1TC10，b6001050MPa，数字高的数字高的强强度高，塑度高，塑性相差不大性相差不大，9%。典
47、型牌号典型牌号TC4成分为成分为Ti-6Al-4V。它强度高，塑性好，在。它强度高，塑性好，在400时组时组织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良好的抗海水应力腐织稳定，蠕变强度较高，低温时有良好的韧性，并有良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀的能力，适于制造在蚀及抗热盐应力腐蚀的能力，适于制造在400以下长期工作的零件，要求以下长期工作的零件，要求一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料一定高温强度的发动机零件，以及在低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。箱部件等。34第34页，此课件共35页哦作业作业P143：5-4,5-7,5-10P160：6-4,6-8,6-10P205：7-8,7-935第35页，此课件共35页哦