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1、材料基础第二章材料基础第二章材料与加工材料与加工1本讲稿第一页，共六十八页材料与加工材料与加工2第一篇第一篇 金属材料及其加工工艺金属材料及其加工工艺本讲稿第二页，共六十八页材料与加工材料与加工3第二章第二章 有色金属材料有色金属材料本讲稿第三页，共六十八页材料与加工材料与加工4有色金属材料有色金属材料u黑色金属黑色金属铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）；金）；u有色金属有色金属包括黑色金属以外的所有金属及其合包括黑色金属以外的所有金属及其合金。金。本讲稿第四页，共六十八页材料与加工材料与加工5分类分类l轻金属：轻金属：4.5g4.5g/cm/cm3 3 Al
2、Al、MgMg、K K、NaNa、CaCa、TiTil重金属：重金属：4.5g4.5g/cm/cm3 3 CuCu、ZnZn、NiNi、SnSn、PbPb、CoCol贵金属：贵金属：AuAu、AgAg、PtPt、RhRh、PdPdl稀有金属：稀有金属：TiTi、W W、V V、NbNb、MoMo、Y Yl放射性金属：放射性金属：RaRa、U U、ThThl半金属：半金属：GeGe、SiSi、B B本讲稿第五页，共六十八页材料与加工材料与加工6第一节第一节 铝及其合金铝及其合金本讲稿第六页，共六十八页材料与加工材料与加工71 1 铝及其合金的特点铝及其合金的特点(1)密度小、比强度高：密度小、比
3、强度高：AlAl=2.7g/cm3(2)有优良的物理、化学性能有优良的物理、化学性能导电性好，仅次于银、铜和金导电性好，仅次于银、铜和金抗大气腐蚀能力强，磁化率极低，接近抗大气腐蚀能力强，磁化率极低，接近于非铁磁性材料。于非铁磁性材料。(3)加工性能良好加工性能良好本讲稿第七页，共六十八页材料与加工材料与加工82 2 纯铝纯铝2.1特性特性l银白色，银白色，熔点：熔点：660l良好的导电、导热性、良好的抗大气腐蚀性能良好的导电、导热性、良好的抗大气腐蚀性能l面心立方晶格、无同素异构转变、无磁性面心立方晶格、无同素异构转变、无磁性l塑性好、强度不高。塑性好、强度不高。l优良的工艺性能优良的工艺性
4、能本讲稿第八页，共六十八页材料与加工材料与加工92 2 纯铝纯铝2.2铝中的杂质：铝中的杂质：Fe、Si2.3分类分类l高纯铝：高纯铝：99.9399.99%，牌号牌号L01、L02、L03、L04l工业高纯铝工业高纯铝：98.8599.9%，牌号，牌号L0、L00l工业纯铝工业纯铝：98.099.0%，牌号，牌号L1、L2、L3、L4、L5本讲稿第九页，共六十八页材料与加工材料与加工103 3 铝合金铝合金较较高高的的强强度度，良良好好的的加工性能。加工性能。3.1分类分类根据成分及工艺特点根据成分及工艺特点l变形铝合金变形铝合金l铸造铝合金铸造铝合金本讲稿第十页，共六十八页材料与加工材料与
5、加工113.2 3.2 铝合金的时效强化铝合金的时效强化 在固溶处理后的合金在室温或低温在固溶处理后的合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长，其加热下保温一段时间，随时间延长，其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象。强度、硬度显著升高而塑性降低的现象。l自然时效：室温自然时效：室温l人工时效：低温加热人工时效：低温加热本讲稿第十一页，共六十八页材料与加工材料与加工123.3 3.3 变形铝合金变形铝合金变形铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途变形铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途l防锈铝合金防锈铝合金l硬铝合金硬铝合金l超硬铝合金超硬铝合金l锻铝合金锻铝合金本讲稿第十二页，共六十八
6、页材料与加工材料与加工133.3 3.3 变形铝合金变形铝合金（1）防锈铝合金）防锈铝合金Mn：提高抗蚀能力固溶强化（比纯铝好）：提高抗蚀能力固溶强化（比纯铝好）Mg：固溶强化，降低密度（比纯铝轻）：固溶强化，降低密度（比纯铝轻）牌号：牌号：LF21Al-Mn合金合金LF5、LF11Al-Mg合金合金本讲稿第十三页，共六十八页材料与加工材料与加工143.3 3.3 变形铝合金变形铝合金（2）硬铝合金硬铝合金Al-Cu-Mg系合金系合金,少量少量Mn。通过时效强化提铝合金强度通过时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。但耐蚀性不高。低合金硬铝低合金硬铝LY1、LY10标准硬铝标准硬铝LY11高合金硬
7、铝高合金硬铝LY12、LY6本讲稿第十四页，共六十八页材料与加工材料与加工15硬铝合金应用硬铝合金应用本讲稿第十五页，共六十八页材料与加工材料与加工16硬铝合金应用硬铝合金应用飞机翼梁飞机翼梁(腹板为硬铝合金腹板为硬铝合金)本讲稿第十六页，共六十八页材料与加工材料与加工173.3 3.3 变形铝合金变形铝合金（3）超硬铝合金）超硬铝合金Al-Mg-Zn-Cu系合金系合金,少量少量Cr、Mn通过时效强化和形成的强化相通过时效强化和形成的强化相,使铝使铝合金达到合金达到最高的硬度和强度最高的硬度和强度。但。但耐蚀性耐蚀性较差较差。LC4、LC本讲稿第十七页，共六十八页材料与加工材料与加工18超硬铝
8、合金应用超硬铝合金应用本讲稿第十八页，共六十八页材料与加工材料与加工193.3 3.3 变形铝合金变形铝合金（4）锻铝合金锻铝合金lAl-Mg-Si-Cu系合金：系合金：具有具有良好的热塑性良好的热塑性,通过固溶处通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。理和人工时效来提高铝合金的力学性能。LD2、LD5、LD6、LD10lAl-Cu-Mg-Ni-Fe系合金：系合金：LD7、LD8、LD9本讲稿第十九页，共六十八页材料与加工材料与加工20锻铝合金应用锻铝合金应用压气机叶片压气机叶片本讲稿第二十页，共六十八页材料与加工材料与加工213.3 3.3 变形铝合金变形铝合金（5）铝锂合金）铝锂合金
9、优点：优点：密度低、比强度高、比刚度大、疲密度低、比强度高、比刚度大、疲劳性能良好、耐蚀性及耐热性高。劳性能良好、耐蚀性及耐热性高。应用：应用：飞机构件、火箭和导弹的壳体、燃飞机构件、火箭和导弹的壳体、燃料箱。料箱。本讲稿第二十一页，共六十八页材料与加工材料与加工223.4 3.4 铸造铝合金铸造铝合金 铸造铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途铸造铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途牌号：牌号：ZL101铸铝铸铝1：表示系列：表示系列01：合金顺序号：合金顺序号本讲稿第二十二页，共六十八页材料与加工材料与加工233.4 3.4 铸造铝合金铸造铝合金（1）Al-Si铸造铝合金铸造铝合金(硅铝
10、明硅铝明)（ZL101ZL111）l简单硅铝明简单硅铝明：ZL102：l特殊硅铝明特殊硅铝明：ZL101、ZL104：少量：少量MgZL107、ZL108、ZL109：少量少量Cu。本讲稿第二十三页，共六十八页材料与加工材料与加工24Al-Si Al-Si 铸造铝合金应用铸造铝合金应用活塞活塞(裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金)本讲稿第二十四页，共六十八页材料与加工材料与加工253.4 3.4 铸造铝合金铸造铝合金（2）Al-Cu铸造铝合金铸造铝合金ZL201、ZL202、ZL203有较高的强度、塑有较高的强度、塑性及耐热性性及耐热性,但铸造性但铸造性能和耐蚀性较差。能和耐蚀性较差。汽缸头汽缸头本
11、讲稿第二十五页，共六十八页材料与加工材料与加工263.4 3.4 铸造铝合金铸造铝合金（3）Al-Mg铸造铝合金铸造铝合金ZL301、ZL302有较高的强度、有较高的强度、韧性及耐蚀性韧性及耐蚀性,但铸造但铸造性能和耐热性较差。性能和耐热性较差。鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及及抗空架件抗空架件(ZL301)(ZL301)本讲稿第二十六页，共六十八页材料与加工材料与加工273.4 3.4 铸造铝合金铸造铝合金（4）Al-Zn铸造铝合金铸造铝合金ZL401、ZL402具有良好的铸造性具有良好的铸造性,经变质处理和时效处经变质处理和时效处理后理后,强度高强度高,但耐蚀性但
12、耐蚀性差。差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)本讲稿第二十七页，共六十八页材料与加工材料与加工28柠檬榨汁机柠檬榨汁机本讲稿第二十八页，共六十八页材料与加工材料与加工29本讲稿第二十九页，共六十八页材料与加工材料与加工30本讲稿第三十页，共六十八页材料与加工材料与加工31本讲稿第三十一页，共六十八页材料与加工材料与加工32本讲稿第三十二页，共六十八页材料与加工材料与加工33本讲稿第三十三页，共六十八页材料与加工材料与加工34本讲稿第三十四页，共六十八页材料与加工材料与加工35本讲稿第三十五页，共六十八页材料与加工材料与加工36本讲稿第三十六页，共六十八页材料与加工材料与
13、加工37本讲稿第三十七页，共六十八页材料与加工材料与加工38本讲稿第三十八页，共六十八页材料与加工材料与加工39第二节第二节 铜及其合金铜及其合金本讲稿第三十九页，共六十八页材料与加工材料与加工401 1 铜及其合金的特殊性能铜及其合金的特殊性能l优异的物理、化学性能；优异的物理、化学性能；l色泽美观，装饰性强；色泽美观，装饰性强；l有一定的机械强度有一定的机械强度；l良好的加工性能。良好的加工性能。本讲稿第四十页，共六十八页材料与加工材料与加工412 2 纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）1.1纯铜的特性：纯铜的特性：lCuCu=8.94g/cm=8.94g/cm3 3l熔点：熔点：10831083l
14、无同素异构转变、无磁性无同素异构转变、无磁性l极佳的导电、导热性能（仅次于极佳的导电、导热性能（仅次于AgAg）l较高的塑性和耐腐蚀性、强度硬度低较高的塑性和耐腐蚀性、强度硬度低本讲稿第四十一页，共六十八页材料与加工材料与加工422 2 纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）1.2工业纯铜的牌号和用途工业纯铜的牌号和用途紫铜加工产品的牌号、成分及用途紫铜加工产品的牌号、成分及用途牌号：牌号：T1T1、T2T2、T3T3、T4T4本讲稿第四十二页，共六十八页材料与加工材料与加工433 3 铜合金铜合金l黄铜：黄铜：Cu-Znl白铜：白铜：Cu-Nil青铜：青铜：除黄铜和白铜外的所有铜合金。除黄铜和白铜外的所有
15、铜合金。本讲稿第四十三页，共六十八页材料与加工材料与加工443 3 铜合金铜合金3.1黄铜黄铜以以Zn为主要合金元素的铜合金。为主要合金元素的铜合金。特点：特点：l色泽美观色泽美观l熔点低熔点低l铸造性能好铸造性能好本讲稿第四十四页，共六十八页材料与加工材料与加工453.1 3.1 黄铜黄铜分类：分类：l普通黄铜：普通黄铜：Cu-Zn二元合金，二元合金，H+数字数字（含铜量）（含铜量）l复杂黄铜复杂黄铜或特殊黄铜或特殊黄铜本讲稿第四十五页，共六十八页材料与加工材料与加工463.1 3.1 黄铜黄铜（1）普通黄铜）普通黄铜Cu-Zn二元合金，二元合金，H+数字数字部分普通黄铜的牌号、成分、机械性
16、能及用途部分普通黄铜的牌号、成分、机械性能及用途平均含铜量平均含铜量H90H90：金奖黄铜：金奖黄铜H80H80、H70H70、H68H68：弹壳黄铜弹壳黄铜，塑性很好。，塑性很好。H62H62、H59H59：日用黄铜。：日用黄铜。本讲稿第四十六页，共六十八页材料与加工材料与加工47普通黄铜应用普通黄铜应用法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝管冷凝管本讲稿第四十七页，共六十八页材料与加工材料与加工483.1 3.1 黄铜黄铜（2）特殊黄铜）特殊黄铜加入加入Si、Al、Sn、Pb、Mnl特殊黄铜：特殊黄铜：H+主加元素符号主加元素符号+含铜量含铜量+主加主加元素含量元素含量如：如：HPb59-1l铸造专用黄
17、铜：铸造专用黄铜：Z+Cu+主加元素符号主加元素符号+主加主加元素含量元素含量如：如：ZCuZn38本讲稿第四十八页，共六十八页材料与加工材料与加工493 3 铜合金铜合金3.2青铜青铜Cu-Sn合金，合金，Cu-Al、Cu-Be、Cu-Si、Cu-Pbl锡青铜锡青铜l铝青铜铝青铜l铍青铜铍青铜牌号：牌号：Q+主加元素符号主加元素符号+数字数字-数字数字主加元素含量主加元素含量其它元素含量其它元素含量本讲稿第四十九页，共六十八页材料与加工材料与加工503.2 3.2 青铜青铜（1）锡青铜）锡青铜特点：特点：l青灰色青灰色l抗蚀能力强抗蚀能力强l耐磨性好耐磨性好本讲稿第五十页，共六十八页材料与加
18、工材料与加工51（1 1）锡青铜）锡青铜锡含量对加工性能有影响锡含量对加工性能有影响l5%-7%：塑性好，适宜压力加工：塑性好，适宜压力加工l10%以上：塑性差、硬度高，铸造性能以上：塑性差、硬度高，铸造性能好，适宜铸造成型好，适宜铸造成型本讲稿第五十一页，共六十八页材料与加工材料与加工523 3 铜合金铜合金3.3白铜：白铜：Cu-Ni合金合金特性：特性：l色白，质软色白，质软l有较好的强度和优良的塑性；有较好的强度和优良的塑性；l抗蚀性很好；抗蚀性很好；l电阻率较高。电阻率较高。B30、B19、B5、BZn15-20、BMn3-12、BMn40-1.5等。等。本讲稿第五十二页，共六十八页材
19、料与加工材料与加工53第三节第三节 钛及其合金钛及其合金 本讲稿第五十三页，共六十八页材料与加工材料与加工541 1 钛及其合金的特性钛及其合金的特性l密度小、质量轻密度小、质量轻l比强度高比强度高l耐高温、耐腐蚀耐高温、耐腐蚀l良好低温韧性良好低温韧性l资源丰富资源丰富l加工条件复杂，成本较昂贵。加工条件复杂，成本较昂贵。本讲稿第五十四页，共六十八页材料与加工材料与加工552 2 纯钛纯钛2.1纯钛性能纯钛性能l密度小，熔点高，导热性差。密度小，熔点高，导热性差。l纯钛塑性好、强度低。纯钛塑性好、强度低。l钛在大气和海水中有优良的耐蚀性。钛在大气和海水中有优良的耐蚀性。l抗氧化能力强。抗氧化
20、能力强。本讲稿第五十五页，共六十八页材料与加工材料与加工562 2 纯钛纯钛2.2晶体结构晶体结构882.5：体心立方晶格：体心立方晶格,称称-Ti。882.5：密排六方晶格：密排六方晶格,称称-Ti。冷却时在冷却时在882.5发生同素异构转变发生同素异构转变:-Ti-Ti本讲稿第五十六页，共六十八页材料与加工材料与加工572 2 纯钛纯钛2.3牌号及用途牌号及用途TA1、TA2、TA3纯钛可制作在纯钛可制作在350以下工作的、以下工作的、强度要求不高的零强度要求不高的零件。件。本讲稿第五十七页，共六十八页材料与加工材料与加工583 3 钛合金钛合金3.1钛合金特性钛合金特性l比强度高比强度高
21、l热强度高热强度高：工作温度可达：工作温度可达550l低温韧性好低温韧性好：-250仍具有良好韧性仍具有良好韧性l耐蚀性能好耐蚀性能好：在大气、海水及酸里的耐：在大气、海水及酸里的耐腐蚀性高于不锈钢腐蚀性高于不锈钢l压力加工和切削加工性能好、冶炼技术压力加工和切削加工性能好、冶炼技术复杂复杂本讲稿第五十八页，共六十八页材料与加工材料与加工593 3 钛合金钛合金3.2分类分类l钛合金钛合金：TAl钛合金钛合金：TBl（）钛合金）钛合金：TC本讲稿第五十九页，共六十八页材料与加工材料与加工60钛合金应用钛合金应用本讲稿第六十页，共六十八页材料与加工材料与加工61钛合金应用钛合金应用本讲稿第六十一
22、页，共六十八页材料与加工材料与加工62钛合金应用钛合金应用本讲稿第六十二页，共六十八页材料与加工材料与加工63第四节第四节 其他有色金属其他有色金属本讲稿第六十三页，共六十八页材料与加工材料与加工641 1 镁及其合金镁及其合金（1）纯镁）纯镁特点：特点：l低密度低密度l熔点极低熔点极低l强度不高强度不高l耐蚀性较差，易氧化耐蚀性较差，易氧化本讲稿第六十四页，共六十八页材料与加工材料与加工651 1 镁及其合金镁及其合金（2）镁合金）镁合金特点：特点：l比强度高比强度高l具有良好的阻尼系数具有良好的阻尼系数l抗电磁屏蔽性好抗电磁屏蔽性好l易于再生利用易于再生利用本讲稿第六十五页，共六十八页材料与加工材料与加工661 1 镁及其合金镁及其合金分类分类l变形镁合金变形镁合金l铸造镁合金铸造镁合金应用应用l航空、航天、军工航空、航天、军工l汽车、摩托车、家电等汽车、摩托车、家电等本讲稿第六十六页，共六十八页材料与加工材料与加工672 2 贵金属贵金属（1）黄金）黄金特点：特点：l良好的耐腐蚀性良好的耐腐蚀性l力学性能差力学性能差l铸造性、锻造性好铸造性、锻造性好24K、18K、14K本讲稿第六十七页，共六十八页材料与加工材料与加工682 2 贵金属贵金属（2）银）银特点：特点：l最优异的导电、导热性最优异的导电、导热性l质地软、易锻造质地软、易锻造本讲稿第六十八页，共六十八页