第八章有色金属及其合金.ppt

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1、1/22/20231学习目的学习目的理解铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金等非铁合金的性能和特点；掌握常用铝合金、铜合金轴承合金的牌号、特点及用途；了解粉末冶金材料的基本知识，粉末冶金工艺及应用。第八章 有色金属及其合金金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。除钢铁以外的其余金属及其合金统称为有色金属。特点：有色金属及其合金具有许多特殊的力学、物理和化学性能；具有比密度小、比强度高和导电性能和导热性能优良，熔点高等特点。应用：主要用于航天与电工等行业。1/22/202321/22/202338.1铝及铝合金铝及铝合金8.2铜及铜合金铜及铜合金8.3钛及钛合金钛及钛合金8.4轴轴承承合合金金8.5粉

2、末冶粉末冶金金第八章 有色金属及其合金1/22/20234（一）铝和铝合金（一）铝和铝合金（1）工业纯铝的性能）工业纯铝的性能 纯铝的密度较小（约2.7g/cm3）；熔点为660；工业纯铝导电和导热性能好（仅次于银、铜、金）。抗腐蚀性能好，塑性加工性能好，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。纯铝的强度很低，但塑性很高；通过加工硬化，可使纯铝的硬度提高，但塑性下降。1/22/20235在空气中，铝的表面可生成致密的氧化膜。它可隔绝空气，故在大气中具有良好的耐蚀性。铸、压力加工、焊和切削加工性能具佳。工业纯铝中含有少量铁、硅等杂质元素，杂质含量增加，其导电性、抗蚀性及塑性都降

3、低。用途：用途：代替贵重的铜合金，制作导线、电缆；配制各种铝合金以及制作要求不高的器具。要求导热、抗蚀性好而对强度要求不高的产品（散热器）。1/22/20236分类：分类：纯铝（99WAl99.85)和高纯铝（WAl99.85%）两类。1060、1035、1200等，编号越大，纯度越低。纯铝的牌号表示法：铝含量不低于99.00%时为纯铝，其牌号用1系列表示。最后两位数字表示最低铝百分含量。当最低铝百分含量精确到0.01%时，牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位。牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况。如果第二位的字母为A，则表示为原始纯铝；如果是 BT 的其他字母（按国际规定

4、用字母表的次序选用），则表示为原始纯铝的改型，与原始纯铝相比，其元素含量略有改变。1/22/20237（2 2）铝合金）铝合金纯铝的强度低，不适宜作结构材料，若往铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素而形成铝合金，则提高了强度，且仍具有密度小、耐蚀性好、导热性好等特点。因此应用广泛。分类：根据铝合金的成分及生产工艺特点，可分为变形铝合金和铸造铝合金。强化方法固溶、冷变形、时效强化1/22/20238-CuAl2时效强化时效强化 淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高时效工艺时效工艺固溶处理固溶处理（水冷淬火）（水冷淬火）过饱和固溶体过饱和固溶体时效过程时效过程

5、过饱和固溶体分解，析出强化相过饱和固溶体分解，析出强化相。自然时效自然时效在室温长时间停留，如，数天。在室温长时间停留，如，数天。人工时效人工时效加热至加热至100200，保温一定时间。，保温一定时间。时效效果时效效果 时效温度时效温度高，则速度快，但强化效果小。高，则速度快，但强化效果小。1/22/20239合金合金类别类别代号代号主主要要化化学学成成分分,%热处理热处理机械性能机械性能CuMgMn其它其它bMPa%HB防锈防锈铝铝LF54.55.50.30.6退火退火2702370LF114.85.50.30.6V 0.020.22702370LF211.01.61302330硬铝硬铝LY

6、12.23.00.20.5固溶处理固溶处理+自然时效自然时效3002470LY113.84.80.40.80.40.842018100LY123.84.91.21.80.30.948011131超硬超硬铝铝LC41.42.01.82.80.20.6Zn 5.07.0固溶处理固溶处理+人工时效人工时效60012150LC62.22.82.53.20.2.5Zn 7.68.66807190锻铝锻铝LD51.82.60.40.80.40.8Si 0.71.242013105LD71.92.51.41.8Ni 11.5Fe 1.01.544013120LD103.94.80.40.80.41.0Si

7、0.51.248010135（）变形铝合金（）变形铝合金防锈铝防锈铝LF，不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。硬铝硬铝LY，做螺旋桨叶片、支柱。做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝超硬铝LC，做飞机大梁、起落架。做飞机大梁、起落架。锻铝锻铝LD，做锻件、模锻件。做锻件、模锻件。1/22/202310合金合金代号代号主主要要化化学学成成分分,%机机械械性性能能SiCuMg铸造铸造方法方法热处理热处理bMPa%HB铝硅铝硅ZL1016.08.00.20.4SBT6230170ZL1021013SBJT2T2143153425050ZL1104.06.05.08.00.20

8、.5JT117090铝铜铝铜ZL2034.05.0JT4210660铝镁铝镁ZL3019.511.5ST4280920铝锌铝锌ZL4026.08.0Zn570.40.7JT1240470铸造方法：铸造方法：SB砂型变质；砂型变质；J金属砂；金属砂；S砂型砂型热处理：热处理：T1不淬火，人工时效；不淬火，人工时效；T2退火；退火；T4淬火淬火+自然时效；自然时效；T6淬火淬火+人工时效人工时效（3）铸造铝合金）铸造铝合金Al-Si合金合金（硅铝明）（硅铝明）铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。铸造铝合金的应用铸造铝合金的应用1/22/202311（二）铜及

9、铜合金（二）铜及铜合金（1 1）工业纯铜）工业纯铜纯铜又称紫铜，密度为8.96g/cm3，熔点为1083.4。导电性和导热性优良，仅次于银而居于第二位。强度不高，硬度很低，塑性极好，并有良好的低温韧性，可以进行冷、热压力加工（轧制（型材）锻造、（轧制（型材）锻造、挤压（模具）、拉拔、冲压等）。挤压（模具）、拉拔、冲压等）。纯铜具有很好的化学稳定性，在大气、淡水及冷凝水中均有优良的抗蚀性。但在海水中的抗蚀性较差，易被腐蚀。纯铜在湿空气中，表面将产生碱性碳酸盐的绿色薄膜，称铜绿。纯铜管纯铜管1/22/202312工业纯铜用“T”和数字表示。“T”表示“铜”字母汉语拼音字首，数字表示顺序号,顺序号越

10、大，杂质含量越高。牌号：常见牌号有T1、T2、T3 和T4。T1（WCu=99.95%），T2（WCu=99.90%）,T3（WCu=99.70%）,T4（WCu=99.50%）。用途：T1、T2 主要用于导电、导热及兼有耐蚀性的器材，如电线、电缆、电刷、防磁器械、化工用传热或深冷设备等。T3 和T4 主要用于配制铜合金的原料。1/22/202313（2 2）铜合金）铜合金、分类、分类按化学成分：铜合金可分为黄铜、青铜及白铜三大类。常用的是黄铜和青铜；白铜（以镍为主要合金元素）很少用。黄铜：以锌为主要合金元素的铜-锌合金。有普通黄铜（铜和锌组成）（铜和锌组成）和特殊黄铜（或复杂黄铜）（普通黄）

11、（普通黄铜加入其他元素）。铜加入其他元素）。青铜：以除锌和镍以外的其它元素作为主要合金元素的铜合金（按其所含主要合金元素的种类可分为锡青铜、（按其所含主要合金元素的种类可分为锡青铜、铅青铜、铝青铜、硅青铜等）。铅青铜、铝青铜、硅青铜等）。按生产方法分为：压力加工和铸造合金两类。普通黄铜普通黄铜Cu-Zn合金合金单相黄铜单相黄铜如如H80，含含80%Cu，单相，单相，塑性好，可冷成型。塑性好，可冷成型。双相黄铜双相黄铜如如H62，+，可热变形。可热变形。铸造黄铜铸造黄铜如如ZCuZn38，含含38%Zn。(a)a)单相黄铜单相黄铜 Cu-Zn合金的显微组织合金的显微组织(b)双相黄铜双相黄铜+1

12、/22/202314、铜合金牌号、铜合金牌号A、普通黄铜“H数字”。如，H68表示WCu=68%,其余为锌。力学性能、工艺性和耐腐蚀性都较好，应用广泛。B、特殊黄铜“H主加元素铜的质量分数主加元素的质量分数其他元素的质量分数”。如HPb591，表示WCu=59%，WPb=1%的铅黄铜。C、铸造铜合金“ZCu主加元素符号及质量分数其他元素符号及质量分数”。如，ZCuZn38,表示WZn=38%、余量为铜的铸造普通黄铜；ZCuSn10P1表示WSn=10%、WP=1%、余量为铜的铸造锡青铜。1/22/202315D、青铜、青铜“Q主加元素符号及质量分数其他元素符号及质量分数”。如：QAL5,表示W

13、Al=5%，其余为铜的铝青铜。铸造青铜的牌号与铸造黄铜一样。代号代号化学成分化学成分,%机械性能机械性能CuZn加工加工状态状态bMPa%HBH969597余量余量退火退火25035H807981余量余量退火退火27050H686770余量余量退火退火30040H595760余量余量退火退火变形变形300420255103黄铜的性能黄铜的性能1/22/202316复杂黄铜复杂黄铜改善改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。合金的耐蚀性、机械性能。组组别别代代号号主要化学成分主要化学成分,%机械性能机械性能(变形变形)Cu其它其它bMPa%HBPb黄铜黄铜HPb 63-3HPb 60-162.06

14、5.059.061.0Pb 2.43.0Pb 0.61.060061054Sn黄铜黄铜HSn 90-1HSn 62-188.091.061.063.0Sn 0.250.75Sn 0.71.152070054148Al黄铜黄铜HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170Si黄铜黄铜HSi 65-1.5-363.566.5Si 1.02.0Pb 2.53.56008160Mn黄铜黄铜Fe黄铜黄铜HMn 58-2HFe 59-1-157.060.057.060.0Mn 1.01.2Fe 0.61.27007001010175160Ni黄铜黄铜HNi 65-564.067.0Ni

15、 5.06.570041/22/202317（2）青铜）青铜Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金系等合金。压力加工青铜压力加工青铜Sn青铜青铜如如QSn4-3，含含4%Sn、3%Zn，其余为其余为Cu。做轴承、弹簧等。做轴承、弹簧等。Al青铜青铜如如QAl10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、轴做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。套等。Be青铜青铜如如QBe2，做弹簧，高速轴承等。做弹簧，高速轴承等。铸造青铜铸造青铜如如Sn青铜青铜，ZCuSn10Zn2。（3）白铜）白铜 Cu-Ni 系合金系合金如，如，B19，含含19%Ni的普通白铜，做船舶仪器零件等。的普通白铜，做船舶仪器零件等。1/22/

16、2023188.3钛及钛合金钛及钛合金特性特性强度、塑性、比强度高，强度、塑性、比强度高，耐蚀耐蚀、耐热、耐低温。、耐热、耐低温。纯钛纯钛银白色，熔点银白色，熔点1680，密度，密度4.54g/cm3。同素异构转变同素异构转变882时，密排六方时，密排六方-Ti-Ti（体心立方）。体心立方）。牌号牌号工业纯钛工业纯钛TA1TA31/22/202319钛飞船钛飞船2钛合金钛合金TC4时效后的组织：时效后的组织：块状块状基体针状基体针状-Ti合金合金可变形强化，如可变形强化，如TA7（Ti-5Al-2.5Sn）Ti合金合金可时效强化，可时效强化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）（+）-Ti

17、合金合金可时效强化，可时效强化，TC4（Ti-6Al-4V）热处理热处理退火退火650850（再结晶）（再结晶）450650（去应力）（去应力）淬火淬火+时效处理时效处理1/22/202320（三）滑动轴承合金（三）滑动轴承合金滑动轴承：滑动轴承：在滑动摩擦下工作的轴承，其工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不直接接触，减小摩擦损失和表面磨损，油膜具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。1/22/202321滑动轴承合金：制造滑动轴承轴瓦或内衬的合金。轴承支承轴

18、工作，会与轴颈产生摩擦，为减少轴承对轴颈的磨损，轴承合金必须具有如下的性能：（1）较高的抗压强度和疲劳强度；（2）摩擦因数小、表面能储存润滑油；（3）耐磨性好；（4）良好的抗蚀性、导热性；（5）良好的磨合性，加工性能好，价格低廉。轴瓦轴瓦1/22/202322为了保证以上性能，轴承合金的组织是在软基体上分布硬质点或硬基体上分布软质点的两相组织。轴承工作时硬组织起支承抗磨作用；软组织被磨损后形成小凹坑，可储存润滑油，减小摩擦和承受振动。轴承合金牌号轴承合金牌号由“Z(铸)基体元素与主加元素符号主加元素及质量分数辅加元素符号及质量分数”表示。如：ZSnSb11Cu6，表示WSb=11%，WCu=6

19、%，其余为锡的铸造锡基轴承合金。常用的轴承合金有锡基、铅基和铝基轴承合金。1/22/202323Sn基轴承合金基轴承合金ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）。软基体软基体+硬质点（硬质点（白方块是白方块是-SnSb白针状白针状Cu6Sn5）Pb基轴承合金基轴承合金ZChPbSb16-16-2()共晶软基体共晶软基体+硬质点硬质点ZChSnSb11-6的组织的组织，100Cu基轴承合金基轴承合金 做大载荷、高速轴做大载荷、高速轴承。承。Pb青铜，青铜，ZQPb30，Cu硬基体硬基体Pb软质点。软质点。Sn青铜，青铜，ZQSn10-1，软基体硬质软基体硬质点。点。1/22/202324

20、（四）粉末冶金材料（四）粉末冶金材料粉末冶金：用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作原料，经压制成形和烧结获取金属材料或零件的生产方法，是一种不熔炼的方法工艺。是制造工具材料的重要手段。粉末冶金的生产工艺过程为：粉末冶金的生产工艺过程为：粉末制取粉末混合成型烧结后处理成品用途：用途：粉末冶金可生产多种具有特殊性能的金属材料，如硬质合金、耐热材料、减摩材料、过滤材料等等；还可直接生产很多机械零件，如齿轮、轴承、含有轴承、摩擦片等等1/22/202325、粉末高速钢、粉末高速钢具有较大的抗弯强度和抗冲击性能；韧性可提高50%，还可大大提高耐磨性；使工具寿命提高12倍。（模具钢、切削工具）、硬质合金、硬质合金将一些难熔的金属化合物和粘接剂混合加压成型，经过烧结而成的一种粉末冶金材料。良好的耐蚀性和抗氧化性；高的抗压强度，但抗弯强度低；强度和热硬性高、耐磨性好。如：刀具、麻花钻、铣刀等。、含油轴承材料、含油轴承材料利用粉末冶金材料的多孔性，经浸油后，具有很好的自润滑性。当轴承工作发热油挤出工作面；停止工作又渗入孔中。则可保持很长时间不加油也能有效的工作。