第九章-有色金属及其合金课件.ppt

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1、第九章第九章 有色金属及其合金有色金属及其合金v重点要求：重点要求：熟悉常用熟悉常用Al、Cu合金的牌号、合金的牌号、成份、热处理工艺、组织、及其应用。成份、热处理工艺、组织、及其应用。v一般一般了解了解轴承合金轴承合金。第一节第一节概述概述1.定义定义:除黑色金属除黑色金属(钢、铁钢、铁)以外的所有以外的所有金属。金属。2.性能特点性能特点:具有独特的性能。具有独特的性能。3.分类分类重金属重金属(密度密度3.5);Cu、Ni等。等。轻金属轻金属(密度密度3.5);Al、Mg等。等。贵重金属贵重金属;Au、Ag、Pt等。等。稀有金属稀有金属;W、Ti、Ra、Nb等。等。半金属半金属;Si、T

2、e、B等。等。第二节第二节 铝及铝合金铝及铝合金1 1、工业纯铝、工业纯铝工业纯铝牌号工业纯铝牌号 L+L+顺序顺序 L1 L1L7L7熔点熔点660660，密度密度2.72.7g/cmg/cm3 3。力学性能力学性能 ：b=80100 Mpa，=3050%，比强度高。比强度高。导电导热性好，耐大气腐蚀。导电导热性好，耐大气腐蚀。塑性好、可冷成塑性好、可冷成型型。做散热器、器皿、导线、电缆等。做散热器、器皿、导线、电缆等。2 2铝合金铝合金（1 1）分类分类和强化和强化分类分类 形变铝合金、铸造铝合金形变铝合金、铸造铝合金强化方法：强化方法：v形变强化形变强化v固溶固溶时效时效强化强化v变质处

3、理。变质处理。-CuAl2 时效强化时效强化:淬火后合金强度硬度随时间延长而显著升高淬火后合金强度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 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 。时效效果：时效效果：时效温度时效温度越高，则速度越快，但越高，则速度越快，但 强化效果小。强化效果小。自然时效自然时效 在室温经过数天时间停留完成时效。在室温经过数天时间停留完成时效。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。AL-CuAL-Cu合金自然时效曲线合金自然时效曲线A

4、l-CuAl-Cu合金的人工时效曲线合金的人工时效曲线1.防锈铝防锈铝 用用“铝铝”和和“防防”二字的汉语拼音第一二字的汉语拼音第一个个字母字母“L”和和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5表示。表示。LF21 (3A21)等。等。优良的抗腐蚀性能优良的抗腐蚀性能,因而得名防锈铝合金因而得名防锈铝合金，还具有，还具有良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。机械良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。机械性能较低性能较低，可用冷加工方法使其强化。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、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

5、它冷变形零件。容器、铆钉以及其它冷变形零件。2.硬铝硬铝用用“铝铝”和和“硬硬”二字的汉语拼音首字母二字的汉语拼音首字母“L”和和“Y”加顺序号表示，加顺序号表示，如十二号硬铝用如十二号硬铝用LY12表示。表示。LY1（2A01）LY11（2A11）等。）等。铝铝-铜铜-镁系合金应用较早，用途很广。有强烈的镁系合金应用较早，用途很广。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，时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故铝故铝-铜铜-镁系合金总称为硬铝合金。镁系合金总称为硬铝合金。这类合金具有优良的加工工艺性能，可以加工成这类合金具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、

6、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在板、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。航空，汽车和机械中。v3.超硬铝超硬铝用用“铝铝”和和“超超”二字的汉语拼音首字二字的汉语拼音首字母母“L”和和“C”加顺序号表示，加顺序号表示，v如四号超硬铝用如四号超硬铝用LC4（7A04）表示。）表示。LC9（7A09）v铝铝-锌锌-铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金，铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达其强度达500700MPa，超过高强度的硬铝，超过高强度的硬铝LY12合金合金(400-430MPa)，故称为超硬铝合金。，故称为超硬铝合金。v应用在航空飞机大梁，起落架等

7、承受重载的零部件。应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。v4.锻铝锻铝用用“铝铝”和和“锻锻”二字的汉语拼音二字的汉语拼音首字母首字母“L”和和“D”加顺序号表示，加顺序号表示，v如五号锻铝用如五号锻铝用LD5（2A50）表示。）表示。LD7（2A70）LD10（2A14）。）。v铝铝-镁镁-硅硅-铜系合金具有优良的锻造工艺性能，铜系合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外形主要用作制作外形v复杂的锻件复杂的锻件,故称为锻铝合金。故称为锻铝合金。（二）铸造铝合金（二）铸造铝合金 铸造铝合金的牌号用铸造铝合金的牌号用“铸铝铸铝”二字的汉语拼音第一个大写字二字的汉语拼音第一个大写字母母“

8、ZL”加三位数字表示，加三位数字表示，第一位数表示合金系别：第一位数表示合金系别：（1为铝硅系合金；为铝硅系合金；2为铝铜系合金；为铝铜系合金；3为铝镁系合金；为铝镁系合金；4为铝锌系合金）。为铝锌系合金）。第二、三位数字表示合金的顺序号。第二、三位数字表示合金的顺序号。如如ZL111表示表示11号铝硅系铸造铝合金。号铝硅系铸造铝合金。1.铝铝-硅铸造合金硅铸造合金 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，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

9、铸件。适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。2.铝铝-铜铸造合金铜铸造合金ZL201 ZL202 ZL203耐热性高，其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的耐热性高，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，使合金的脆性增加合金的脆性增加,故铜含量一般不超过故铜含量一般不超过14。3.铝铝-镁铸造合金镁铸造合金 比重最小比重最小(2.55)、耐蚀性最好、强度最高、耐蚀性最好、强度最高(抗拉强度可达抗拉强度可达350MPa)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差的铸造铝合金。但由于结晶

10、温度范围宽，故流动性差,形成疏松趋向形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝大、其铸造性能不如铝-硅合金好。硅合金好。ZL301 ZL302 ZL3034.铝铝-锌铸造合金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。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。ZL401 ZL402 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CuMgMgMn其它其它b bMPa%HB防锈防锈铝铝LF54.55.50.30.6退火退火2702370LF114.85.50.30.6V 0.020.22702370LF211.01.61302

11、330硬铝硬铝LY12.23.00.20.5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 1.01.544013120LD103.94.80.40.8

12、0.41.0Si 0.51.248010135（）变形铝合金（）变形铝合金变形铝合金的应用变形铝合金的应用防锈铝防锈铝 LF 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 LY，做螺旋桨叶片、支柱。做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝超硬铝 LC LC，做飞机大梁、桁架、起落架等。做飞机大梁、桁架、起落架等。锻铝锻铝 LD LD，做锻件、模锻件。做锻件、模锻件。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ZL1016.08.00.20.4SBT6230170ZL1

13、021013SBJT2T2143153425050ZL1104.06.05.08.00.20.5JT117090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：SBSB砂型变质；砂型变质；J金属砂；金属砂；S S砂型砂型热处理：热处理：T1T1不淬火，人工时效；不淬火，人工时效；T2T2退火；退火；T4T4淬火淬火+自然时效；自然时效；T6T6淬火淬火+人工时效人工时效（3 3）铸造铝合金）铸造铝合金 铸造铝合金的变质处理铸造铝合金的变质处理变质处理变质处理

14、后后，100ZL102的铸态组织，未变质，的铸态组织，未变质，500Al-Si Al-Si 合金（硅铝明合金（硅铝明10%-13%10%-13%SiSi）铸造性好（熔点低、铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。流动性好、收缩小）。组织组织 变质前，共晶体（粗针状变质前，共晶体（粗针状Si +Si +基体基体 ）+初晶初晶SiSi变质后，共晶体（细点状变质后，共晶体（细点状Si +Si +基体基体 ）+初晶初晶铸造铝合金的应用铸造铝合金的应用 第三节第三节 铜及铜合金铜及铜合金一、铜及铜合金的特点一、铜及铜合金的特点1 1、熔点、熔点10831083，密度密度8.98.9g/cmg/cm3 3

15、。2 2、导电导热性仅次于银。、导电导热性仅次于银。3 3、耐大气、海水腐蚀。、耐大气、海水腐蚀。4 4、切削性好，塑性好，可冷、热成形。、切削性好，塑性好，可冷、热成形。5 5、铸造铜合金的铸造性能好。、铸造铜合金的铸造性能好。1 1纯铜纯铜 紫铜（紫红色）紫铜（紫红色）工业纯铜工业纯铜 T1-T4 T1-T4，做电导体。做电导体。力学性能力学性能:b=230-250 MPa=40-50%纯铜管纯铜管强化途径：强化途径：固溶强化固溶强化 650 650MPaMPa时效强化时效强化 1400 1400MPaMPa过剩相强化过剩相强化1、黄铜黄铜（以（以Zn为主要合金元素的铜合金）为主要合金元素

16、的铜合金）铜合金分黄铜、青铜和白铜三类。铜合金分黄铜、青铜和白铜三类。黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。（1）普通黄铜：）普通黄铜：铜和锌的二元合金铜和锌的二元合金普通黄铜牌号：普通黄铜牌号：H+数字数字 H为黄铜为黄铜 数字表示平均铜质量分数。数字表示平均铜质量分数。如：如：H96,H80,H70,H68,H62、H59等等 H96 冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。H80 金色黄铜，金色黄铜，装饰件，薄管。装饰件，薄管。H70 “三七黄铜三七黄铜”弹壳、套管和复杂深冲零件弹壳、套管和复杂深冲零件 H68 H62、H59

17、 强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件（2）复杂黄铜）复杂黄铜在普通黄铜基础上加铝、铁、硅、锰、镍等在普通黄铜基础上加铝、铁、硅、锰、镍等牌号：牌号：H+主加元素符号主加元素符号+铜铜质量分数质量分数+主加元素质量分数主加元素质量分数1）Pb黄铜黄铜 HPb60-1 切削性能好，耐磨性好切削性能好，耐磨性好 钟表零件。钟表零件。2）Sn黄铜黄铜 HSn90-1 HSn62-1 耐蚀性好，船舶零件。海军黄铜。耐蚀性好，船舶零件。海军黄铜。3）Al黄铜黄铜 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。耐蚀性好，强

18、度和硬度高。船舶零件，机械及电机零件。4）Si 黄铜黄铜 HSi80-3 耐蚀性好耐蚀性好,机械性能好，切削性好，耐磨性好。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。主要用于船舶零件其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件（三）青铜（三）青铜（含有（含有Sn.Al.Si.Pb.Be,Mn等的铜基合金）等的铜基合金）包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等 分类：分类：压力加工青铜压力加工青铜（以压力加工产品的形式供应）和（以压力加工产品的形式供应）和铸造青铜铸造青铜 编号方法：编号方法：Q+主加元

19、素符号主加元素符号+主加元素含量主加元素含量+其它元素含量其它元素含量 如：如：QSn4-3,表示含表示含4%Sn、3%Zn，其余为，其余为Cu的锡青铜。的锡青铜。铸造青铜在编号前加铸造青铜在编号前加“Z”字字 1.锡青铜锡青铜 QSn4-3,QSn6.5-0.1,耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性 用于造船用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。2.铝青铜铝青铜耐蚀性优于黄铜耐蚀性优于黄铜和锡青铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于，铸造性和耐磨性优于锡青铜锡青铜，机械性

20、能好。机械性能好。QAl9-4,QAl7QAl10-3-1.5 飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件。飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件。QAl9-4 船舶及电气零件，耐磨件船舶及电气零件，耐磨件 QAl7 重要的弹簧及弹性元件。重要的弹簧及弹性元件。3.铍青铜铍青铜耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。QBe2 重要的弹簧及弹性元件重要的弹簧及弹性元件、耐磨件耐磨件、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。4.硅青铜硅青铜 耐蚀件、弹簧耐蚀件、弹簧 、涡轮、蜗杆等、涡轮、蜗杆

21、等（四）白铜（以（四）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）为主要合金元素的铜合金）普通白铜普通白铜编号为：编号为：B+镍的平均含量，镍的平均含量，“B”意指意指“白铜白铜”如：如：B19表示含表示含19%Ni的普通白铜的普通白铜 B5、B19、B25船舶零件，机械及化工零件，医疗器械。船舶零件，机械及化工零件，医疗器械。复杂白铜复杂白铜编号方法：编号方法：Q+主加元素符号主加元素符号+主加元素含量主加元素含量+其它元素含量其它元素含量 如：如：BZn15-20船舶零件，潮湿环境下的机械及化工零件船舶零件，潮湿环境下的机械及化工零件 锰白铜锰白铜BMn3-12 弹簧和热电偶丝弹簧和热电偶丝在固态

22、下有同素异构在固态下有同素异构转变：转变：882.5以下为以下为钛钛，是密排六方晶格，是密排六方晶格，882.5以上为以上为钛，是体心立方晶格。钛，是体心立方晶格。工业纯钛的纯度为工业纯钛的纯度为99.5%-99.0%，其性能很大程度上取决于氧的含量，其性能很大程度上取决于氧的含量 工业纯钛工业纯钛可分为可分为TA1，TA2，TA3等三个牌号，编号越大，杂质越多。等三个牌号，编号越大，杂质越多。钛合金分钛合金分 钛钛合金合金、钛钛合金合金、+钛合金钛合金钛合金钛合金有有TA4，TA5，TA6 500以下工作零件，导弹燃料罐。以下工作零件，导弹燃料罐。钛合金钛合金 TB2 350以下工作零件以下

23、工作零件+钛合金钛合金 TC1，TC2 ，TC3，TC4 400以下工作零件以下工作零件2 2铜合金铜合金(黄黄铜、青铜、白铜铜、青铜、白铜)（）黄（）黄铜铜 Cu-Zn系合金系合金普通黄铜普通黄铜 Cu-Zn合金合金单相黄铜单相黄铜 如如 H80H80，含含 80%80%Cu ，单相，单相，塑塑性好，可冷成型。性好，可冷成型。双相黄铜双相黄铜 如如 H62H62，+，可热变形。可热变形。组织、组织、牌号、性能牌号、性能 代代号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%HBH96H969597余量余量退火退火25035H807981余量余量退火退火27050H

24、686770余量余量退火退火30040H595760余量余量退火退火变形变形300420255103(a)单相黄铜单相黄铜Cu-Zn合金的显微合金的显微组织组织(b)双相黄铜双相黄铜+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 60-162.065.059.061.0Pb 2.43.0Pb 0.61.060061054SnSn黄铜黄铜HSn 90-1HSn 62-188.091.061.063.0Sn 0.250.

25、75Sn 0.71.152070054148Al黄铜黄铜HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170SiSi黄铜黄铜HSi 65-1.5-363.566.5Si 1.02.0Pb 2.53.56008160Mn黄铜黄铜FeFe黄铜黄铜HMn 58-2HFe 59-1-157.060.057.060.0Mn 1.01.2Fe 0.61.27007001010175160NiNi黄铜黄铜HNi 65-564.067.0Ni 5.06.57004黄铜制品黄铜制品铸造黄铜铸造黄铜 如如 ZHSi80-3ZHSi80-3，含含80%80%Cu Cu。（2 2）青铜）青铜 Cu-Cu

26、-SnSn、Cu-AlCu-Al、Cu-BeCu-Be系等合金系等合金。压力加工青铜压力加工青铜SnSn青铜青铜 如如 QSn4-3QSn4-3，含含4%4%SnSn 、3%Zn3%Zn，其余为其余为 CuCu做轴承、弹簧等。做轴承、弹簧等。AlAl青铜青铜 如如 QAl10-3-1.5QAl10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。轴套等。BeBe青铜青铜 如如 QBe2QBe2，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SnSn青铜青铜 ，ZCuSn10Zn2 ZCuSn10Zn2。轴瓦、轴瓦、泵体泵体四、四、钛及钛合金钛及钛合金 在固态下有同素

27、异构转变：在固态下有同素异构转变：882.5以下为以下为钛，是密排六方晶格，钛，是密排六方晶格，882.5以上以上为为钛，是体心立方晶格。钛，是体心立方晶格。工业纯钛的纯度为工业纯钛的纯度为99.5%-99.0%，其性能很大程度上取决于氧的含量，其性能很大程度上取决于氧的含量工业纯钛工业纯钛可分为可分为TA1，TA2，TA3等三个牌号，编号越大，杂质越多。等三个牌号，编号越大，杂质越多。钛合金分钛合金分钛合金、钛合金、钛合金、钛合金、+钛合金钛合金钛合金有钛合金有TA4，TA5，TA6500以下工作零件，导弹燃料罐。以下工作零件，导弹燃料罐。钛合金钛合金TB2350以下工作零件以下工作零件+钛

28、合金钛合金TC1，TC2，TC3，TC4400以下工作零件以下工作零件五、轴承合金五、轴承合金工作条件工作条件 冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。性能性能 强度、塑韧性好，与轴的磨合能力、强度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。减摩性好。导热、抗蚀性好。导热、抗蚀性好。轴瓦瓦滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料SnSn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）PbPb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 Cu基轴承合金基轴承合金 做大载荷、高速轴承。做大载荷、高速轴承。Pb青铜，青铜，ZQPb30，CuCu硬基体硬基体PbPb软质点。软质点。Sn青铜，青铜，ZQSn10-1，软基体硬质点。软基体硬质点。ZChSnSb11-6的组织，的组织，100