第十二章有色金屬

1、第十二章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金 概概 述述 重點掌握重點掌握 教學內(nèi)容教學內(nèi)容 概概 述述 有色金屬及合金的應用：有色金屬及合金的應用： .航空及宇航業(yè)（飛機等）； .表面工程業(yè)（表面鍍Zn等）； .電氣工程業(yè)（電纜銅芯等）； .機械及輕工業(yè)（如機械加工中線切割Mo絲）； 重點掌握重點掌握 6.1 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 6.2 銅及銅合金銅及銅合金 6.3 滑動軸承合金滑動軸承合金 12.1 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 一、鋁及鋁合金的特性：一、鋁及鋁合金的特性： （2）優(yōu)良的物理、化學性能； （1）比重小，比強度高（強度與相對密度之比） ； 純鋁=2.7g/cm3 i 導電性好，僅次于

2、Ag, Cu, Au； ii 極好的抗大氣腐蝕能力；“鈍化” iii 非磁性，即磁化率極低。 （3）加工性能良好： p 塑性好，可冷成形； p 切削性能好； p 超高強度鋁合金成形后熱處理 p 鑄造鋁合金鑄造性能極好。 鋁合金絲鋁合金絲 二、鋁及其合金的分類與牌號：二、鋁及其合金的分類與牌號： （一）高純鋁（一）高純鋁（Fcc） L01, L02, L03, L04, 由L01 L04，Al的含量由99.93 99.99%. （二）工業(yè)純鋁：（二）工業(yè)純鋁： L5, L4, L3, L2, L1, 由L5L1，Al的含量由98.899.7%. （三）鋁合金三）鋁合金 分類分類 變形鋁合金、鑄造

3、鋁合金變形鋁合金、鑄造鋁合金 1、變形鋁合金、變形鋁合金 合金合金 類別類別 代號代號 主主 要要 化化 學學 成成 分分, % 熱處理熱處理 機械性能機械性能 Cu MgMgMn其它其它 b b MPa % HB 防銹防銹 鋁鋁 LF54.55.50.30.6 可熱處理可熱處理 退火退火 2702370 LF114.85.50.30.6V 0.020.22702370 LF211.01.61302330 硬鋁硬鋁 LY12.23.00.20.5 不可熱處不可熱處 理理 固溶處理固溶處理 + 自然時效自然時效 3002470 LY113.84.80.40.80.40.842018100 LY1

4、23.84.91.21.80.30.948011131 超硬超硬 鋁鋁 LC41.42.01.82.80.20.6Zn 5.07.0 不可熱處不可熱處 理理 固溶處理固溶處理 + 人工時效人工時效 60012150 LC62.22.82.53.20.2.5Zn 7.68.66807190 鍛鋁鍛鋁 LD51.82.60.40.80.40.8Si 0.71.242013105 LD71.92.51.41.8Ni 11.5Fe 1.01.544013120 LD103.94.80.40.80.41.0Si 0.51.248010135 防銹鋁防銹鋁 LF，做油箱、油管、鉚釘。 硬鋁硬鋁 LY，做螺

5、旋槳葉片、支柱。 超硬鋁超硬鋁 LC，做飛機大梁、起落架。 鍛鋁鍛鋁 LD，做鍛件、模鍛件。 2、鑄造鋁合金、鑄造鋁合金 合金合金代號代號 主主 要要 化化 學學 成成 分分, , %機機 械械 性性 能能 SiCuMg 鑄造鑄造 方法方法 熱處熱處 理理 b MPa % HB 鋁硅鋁硅 ZL1016.08.00.20.4SBT6230170 ZL1021013 SB J T2 T2 143 153 4 2 50 50 ZL1104.06.05.08.00.20.5JT117090 鋁銅鋁銅ZL2034.05.0J T4 210660 鋁鎂鋁鎂ZL3019.511.5ST4280920 鋁鋅鋁

6、鋅ZL4026.08.0Zn570.40.7JT1240470 鑄造方法：鑄造方法：SBSB砂型變質(zhì)；砂型變質(zhì)；J金屬砂；金屬砂；S S砂型砂型 熱處理：熱處理：T1T1不淬火，人工時效；不淬火，人工時效； T2T2退火；退火； T4T4淬火淬火+ +自然時效；自然時效；T6T6淬火淬火+ +人工時效人工時效 鑄造鋁合金的應用鑄造鋁合金的應用 三、鋁合金的強化三、鋁合金的強化 2、時效強化：經(jīng)長時間室溫停留或加 熱至100-200一定時間保溫后，在母 相固溶體的一定晶面上出現(xiàn)一個原子 層厚度的銅或其它原子的偏聚區(qū)，偏 聚區(qū)邊緣發(fā)生晶格略變，阻礙位錯運 動，因而合金強度，硬度提高。 3、第二相強

7、化和細晶強化； 1、固溶強化:如Cu, Mg, Zn, Si, Mn等加入可形成有限固溶體。 4、冷變形強化。 四、常用鋁合金選用原則：四、常用鋁合金選用原則： （1）考慮其機械性能特點： .比強度高（強度與相對密度之比） 可用于機構(gòu)件； .良好的塑性加工性能 可用于擠壓件； .小的彈性模量 可用于抗震性好的工件； .低溫性能好 可用于低溫構(gòu)件 ；等等。 （2）考慮其使用性能特點： p熔點為660，使用溫度不能過高； p良好的耐蝕性，導電導熱性及拋光性能 ，宜做腐蝕環(huán)境零件 及導電及某些電器材料。 （3）考慮其工性能特點： 熔點低、熔煉和鑄造方便，以及好的加工性能和鑄造性能等。 12.2 銅及

8、銅合金銅及銅合金 一、銅及銅合金的特性：一、銅及銅合金的特性： （1）優(yōu)異的物理化學性能：導電性、導熱性好；抗蝕能力 高；銅（紫銅）抗磁性； （2）良好的加工性能：塑性好，鑄造性能好； （3）特殊機械性能：減摩性耐磨性好，高的彈性極限和 疲勞極限； （4）色澤美觀。 銅組織銅組織 二、銅及其合金的分類與牌號二、銅及其合金的分類與牌號： (一一)紫銅（純銅）：紫銅（純銅）： Fcc無磁性，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變， 熔點1083。密度8.9g/cm3 。 據(jù)銅中的含氧量可將銅分為三類： a.工業(yè)純銅：O%=0.02-0.10%. 牌號為T1, T2, T3, 由13，含Cu 為 99.95-99.70%。

9、 b.磷脫氧銅：O%0.01%. 牌號TP1(99.90%)， TP2(99.85%) c.無氧銅：O%0.003%. 牌號為TU1(99.97%)， TU2(99.95%) 紫銅絲紫銅絲 純銅管純銅管 (二二)黃銅（以黃銅（以Zn為主要合金元素的銅合金）為主要合金元素的銅合金） 黃銅分普通黃銅和復雜黃銅兩種。 1.普通黃銅普通黃銅 Cu-Zn系合金系合金 單相黃銅單相黃銅 如 H80，含 80% Cu ， 單相，塑性好，可冷成型。 雙相黃銅雙相黃銅 如 H62，+ ，可熱變形。 鑄造黃銅鑄造黃銅 如 ZCuZn38，含38% Zn 。 組織、牌號、性能組織、牌號、性能 (a) 單相黃銅單相黃

10、銅 Cu-Zn合金的顯微組織合金的顯微組織 (b) 雙相黃銅雙相黃銅+ 代號 化學成分, %機械性能 CuZn 加工 狀態(tài) b MPa % HB H969597余量退火25035 H807981余量退火27050 H686770余量退火30040 H595760余量 退火 變形 300 420 25 5 103 H68可用于散熱器外殼和子彈彈殼。 2.復雜黃銅復雜黃銅 改善改善Cu-Zn合金的耐蝕性、機械性能。合金的耐蝕性、機械性能。 在Cu-Zn二元合金基礎上加入其它合金元素形成的。 如Pb黃銅，Sn黃銅，Al黃銅，Si 黃銅等。 組組 別別代代 號號 主要化學成分主要化學成分, %, %機

11、械性能機械性能( (變形變形) ) Cu其它其它 b MPa % HB Pb黃銅黃銅 HPb 63-3 HPb 60-1 62.065.0 59.061.0 Pb 2.43.0 Pb 0.61.0 600 610 5 4 SnSn黃銅黃銅 HSn 90-1 HSn 62-1 88.091.0 61.063.0 Sn 0.250.75 Sn 0.71.1 520 700 5 4 148 Al黃銅黃銅HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170 SiSi黃銅黃銅HSi 65-1.5-363.566.5 Si 1.02.0 Pb 2.53.5 6008160 Mn黃銅黃銅 Fe

12、Fe黃銅黃銅 HMn 58-2 HFe 59-1-1 57.060.0 57.060.0 Mn 1.01.2 Fe 0.61.2 700 700 10 10 175 160 NiNi黃銅黃銅HNi 65-564.067.0Ni 5.06.57004 應用應用 黃銅制品黃銅制品 （三）青銅（含有（三）青銅（含有Sn. Al. Si. Pb. Be, Mn等的銅基合金）等的銅基合金） 包括：包括：錫青銅，鋁青銅，鈹青銅等等。 分類：分類：壓力加工青銅（以壓力加工產(chǎn)品的形式供 應）和鑄造青銅。 壓力加工青銅壓力加工青銅 Sn青銅 如 QSn4-3，含4%Sn 、3%Zn，其余為 Cu 。 做軸承、彈

13、簧等。 Al青銅 如 QAl 10-3-1.5，做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等。 Be青銅 如 QBe2，做彈簧，高速軸承等。 鑄造青銅鑄造青銅 如Sn青銅 ，ZCuSn10Zn2 。 編號方法：編號方法： Q+主加元素符號+主加元素含量+其它元素含量； 如：QSn4-3, 表示含4%Sn 、3%Zn，其余為Cu的錫青銅。 鑄造青銅在編號前加“Z”字， 如：ZQSn10-5。 師趁鬲師趁鬲 西周早期西周早期 50.8X47厘米厘米 （四）白銅（以四）白銅（以Ni為主要合金元素的銅合金）為主要合金元素的銅合金） 編號方法：編號方法： B+鎳的平均含量，“B”意指“白銅” 如：B19表示含19%Ni的

14、普通白銅，做船舶儀器 零件等。 易切削白銅易切削白銅 鋅白銅鋅白銅 三、銅合金選用原則：三、銅合金選用原則： （1）充分考慮其導電導熱性能特點 可制：導體及散熱器片、線材、管材、薄板材、電纜等。 （2）考慮其機械性能及耐磨，耐蝕性能等 對于一些耐蝕件、散熱器件、減摩零件及彈性元件等，可選用 銅合金。 （3）考慮其工藝性能特點 塑性好：塑性好：沖壓或鍛軋成型件可選用之； 鑄造性能好：鑄造性能好：普通鑄件和壓鑄件可用之； 切削加工性好和光潔度高：切削加工性好和光潔度高：大量生產(chǎn)的切削成型件可用之； 但是但是Cu的儲量小，價格較貴，應節(jié)約使用的儲量小，價格較貴，應節(jié)約使用 12.3滑動軸承合金滑動軸

15、承合金 滑動軸承是汽車、拖拉機、機床及 其他機器中的重要部件，軸承合金是制 造滑動軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料。 一一. 軸承合金的性能組織要求：軸承合金的性能組織要求： A.性能要求：性能要求：當軸旋轉(zhuǎn)時，軸瓦和軸發(fā)生強烈摩擦，并承受軸 頸傳給的周期性載荷，故需如下性能： 1) 足夠的強度和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。 2）足夠的塑性和韌性，高的疲勞強度，以承受軸頸的周期性載 荷，并抵抗沖擊和振動。 軸瓦軸瓦 3）良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。 4）高的耐磨性，與軸的摩擦因數(shù)小，并能保留潤滑油，減輕磨損。 5）良好的耐蝕性、導熱性，較小的膨脹系數(shù)，防止因摩擦升溫而 發(fā)生咬合。 B

16、.組織要求：組織要求：最好是在軟基體上分布著硬質(zhì)點 軸在軸瓦中轉(zhuǎn)動時: u 軟基體(軟質(zhì)點)被磨損而凹陷,保持潤滑油。 u 硬質(zhì)點(硬基體)耐磨相對凸起,支持軸的壓力并使軸與軸瓦接觸 面積減小。 -使軸與軸瓦接觸面積減小，保證近乎理想的摩擦條件和 極低的摩擦因數(shù)。 二二.軸承合金的劃分及介紹軸承合金的劃分及介紹: 1)常用的軸承合金劃分常用的軸承合金劃分: 錫基.鉛基,鋁基,銅基和鐵基軸承合金(其中最常用 的為: 錫基和鉛基軸承合金,又稱巴氏合金) Sb w 2)巴氏合金表示方法巴氏合金表示方法 Z+基本元素符號+主加元素含量+輔加元素含量(其中Z是鑄造 的意思) 如:ZSnSb11Cu6表示

17、:主加元素鉛的成分為 =11%,輔 加元素銅的成分為 =6 %,余量為錫. Cu w 3)巴氏合金介紹巴氏合金介紹: a.錫基軸承合金錫基軸承合金ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu） u 組成: 軟基體軟基體 + 硬質(zhì)點（硬質(zhì)點（白方塊是白方塊是 -SnSb 白針狀白針狀Cu6Sn5 ）。 軟基體由銻在錫中的固溶體組成,硬質(zhì)點由以錫,銻化合物SnSb為 基的固溶體及錫與銅形成的化物 。 56Sn Cu u 性能: 導熱性,耐腐蝕性,工藝 性良好;摩擦因數(shù)與膨脹系數(shù)較 小,抗咬合能力強。 u 應用: 廣泛應用于制作航空發(fā) 動機,氣輪機,內(nèi)燃機等大型機器 中的高速軸承體。 ZChSnSb11-6 的組織的組織，100 b.鉛基軸承合金鉛基軸承合金 ZChPbSb16-16-2 u 組成: ()共晶軟基體共晶軟基體 + 硬質(zhì)點。硬質(zhì)點。 軟基體由(+)共晶體