有色金屬(工程材料)課件

第8章有色金屬及其合金Contents8.1鋁及其合金18.2銅及其合金28.3鈦及其合金38.4軸承合金48.5粉末冶金與硬質(zhì)合金5TransitionalPage鋁及鋁合金的特點：1、密度小，比強度高。2.7g/cm32、有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能導(dǎo)電性僅次于銀、銅、金。耐大氣腐蝕，磁化率低。3、加工性能良好：塑性好可冷成型；切削性能好；可熱處理強化。鑄造性能好。8.1鋁及其合金8.1.2鋁合金分類及時效強化1.鋁合金分類鋁合金常用：AL-SiAL-CuAL-MgAL-Mn等合金系。鋁合金

淬火固溶處理僅造成過飽和無強化效果

時效強化第2相析出時強化鋼淬火馬氏體強化固溶強化

回火塑韌化碳化物析出

2.鋁合金的時效強化（熱處理原理）固溶處理將鋁合金加熱到固溶化溫度，保溫一定時間，迅速淬入水中造成過飽和強化。時效強化

將固溶處理后的鋁合金，在室溫或某一溫度下放置一定時間，其機械性能隨時間而發(fā)生顯著變化二戰(zhàn)期間在鋁AlCu4%合金中首次發(fā)現(xiàn)1形成富銅區(qū)，且與α相共格，晶格畸變加劇，合金強度、硬度開始升高

Al-4％Cu合金時效

3θ``相成分達到CuAl2，形成過渡相θ`，此時尚未完全從母相中脫離出來，強化達到峰值人工時效：加熱，原子擴散能力強，第1、2階段時間很短，可直接加入第3、4階段凡是具有時效強化的合金均有“回歸”現(xiàn)象，即將時效強化后的鋁合金，加熱至230－250℃、短時間保溫（幾秒或幾分），迅速入水冷卻，時效強化效果將消除，合金又重新軟化，又可繼續(xù)進行加工。如再在室溫下放置，則又能發(fā)生正常的自然時效，回歸現(xiàn)象可進行多次。8.1.3形變鋁合金鋁合金鉚釘螺釘常用鑄造鋁合金Al-SiZL101ZAlAl-CuZL201ZAlAl-MgZL301ZAlAl-MnZL401ZAl

發(fā)動機活塞常用鋁合金制造，初始使用灰鑄鐵，1911年開始研制鋁合金。1920年Al-Cu-Ni-Mg系活塞研制成功投入使用，汽油機活塞11-16m/s、柴油機活塞6-8.5m/s?；钊Ｒ娖茐挠袕娭普駝印⒀ㄎg、敲缸等。現(xiàn)在有四大系列，Al-Cu-Si系列（Lautal）；Al-Cu-Ni-Mg（Y合金）；Al-Si-Ni-Mg（Lo-Ex合金）；過共晶Al-Si系（高硅合金）高鐵鋁硅合金鑄造組織鋁硅活塞合金鑄造組織鋁鎂合金鑄造組織鋁銅合金鑄造組織8.2銅及其合金

銅及合金是應(yīng)用廣泛的有色金屬之一，它具有以下特點：（1）優(yōu)異的物理、化學(xué)性能（2）良好的加工性（3）某些特殊機械性能（4）色澤美觀

8.2.1純銅（紫銅）純銅呈紫紅色，f.c.c，熔點1083℃，無同素異晶轉(zhuǎn)變，比重8.98g/cm3常用于制造導(dǎo)電體及配制合金。純銅的強度不高（抗拉強度200-250Mpa）硬度低（40-50HBS）；塑性好（延伸率45-55%）不宜作結(jié)構(gòu)材料。純銅退火組織導(dǎo)電紫銅帶厚壁紫銅管薄壁紫銅管紫銅管接頭表面淬火感應(yīng)線圈紫銅鎮(zhèn)尺紫銅香爐（大明宣德年制款）

8.2.2銅合金

1黃銅（Cu-Zn合金）壓力加工黃銅和鑄造黃銅

壓力加工黃銅：H68、H70、H80等即七三黃銅（Cu70%,Zn30%左右），為單相黃銅（Zn<39%），塑性好（Zn32%時延伸率最高），深沖性能好，適于冷沖、冷拉板材、線材等，有彈殼黃銅之稱，也可熱加工；H62、H59等即六四黃銅，強度較好（Zn39-45時抗拉強度最高），塑性差，在456℃，塑性好，只適合熱加工，常用作鉚釘、螺帽、墊圈等。黃銅為銅和鋅的合金，金屬光澤由隨鋅含量增加由橙紅色轉(zhuǎn)為黃色。黃銅退火組織1980年莫斯科奧運會火炬2000年悉尼奧運會火炬

2、青銅（Cu-Sn合金）

鑄造、退火條件下，Sn<5％，α單相錫青銅，f.c.c，塑性好，因銅原子析出困難，α相呈樹枝狀。Sn>5％，（α＋δ）共析體錫青銅，有一定強度、硬度、塑性，疲勞強度較高，耐磨、耐蝕性較好。錫青銅機械性能隨Sn含量變化，Sn量增加，其強度增加。Sn>7％，出現(xiàn)δ相，塑性下降。青銅加入鉛、鋁等還可構(gòu)成鉛青銅、鋁青銅等多種青銅。Sn>20％后，塑性、強度明顯下降，失去應(yīng)用價值。錫青銅在大氣和海水中耐蝕性較好。工業(yè)用錫青銅Sn3－14％。Sn5－7％為壓力加工青銅，強度較高，塑性較好HB180，用作彈簧、軸承襯、軸瓦等。Sn10－14％為鑄造錫青銅，強度、塑性較低，HB90，用作這速中載軸承等耐磨件。

3、白銅（Cu-Ni合金）

中間白色銅鎳合金CU-Zn-Ni合金

8.3鈦合金

鈦及其鈦合金具有密度小，比強度高、耐高溫、耐腐蝕以及良好低溫韌性等優(yōu)點，同時資源豐富，應(yīng)用廣泛。但是目前鈦及鈦合金加工條件復(fù)雜，成本較昂貴。

鈦屬于難熔稀有金屬，熔點1672℃。1790年發(fā)現(xiàn)鈦元素，20世紀(jì)40年代末才建立鈦生產(chǎn)工業(yè)。工業(yè)上采用鎂或鈉從金紅石和鈦鐵礦中還原四氯化鈦。這樣的金屬鈦呈疏松多孔的海綿狀，稱為海綿鈦。再經(jīng)自耗熔煉變成金屬鈦后再加工或鑄造。金紅石鈦鐵礦攀枝花鈦礦

鈦的珍貴性在于比重小，強度高。鈦比鐵強韌的多，比重卻僅為鐵的一半多點，而且不會生銹；鈦比鋁的比重大不足2倍，但是強度是鋁的3倍，而且耐熱性遠高于鋁。鈦合金的性能更加優(yōu)良，鈦合金的比強度（強度/密度）是不銹鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，鎂合金的1.6倍。比強度是目前工業(yè)金屬中最高的。鈦合金在540℃的比強度高于鋼，這種優(yōu)點首先應(yīng)用于航空發(fā)動機。鈦合金又能抗住200℃低溫而不破壞。鈦合金是現(xiàn)代超音速飛機、火箭、導(dǎo)彈和航天飛機等可缺少的材料。

美國F14A和F15A飛機用鈦及其它材料的比重：鈦合金25％；鋁合金35％37.5％；鋼17％5.5％；復(fù)合材料1.2％；其它30.2%。鈦合金作為耐熱和耐蝕材料，在許多情況下可以替代鎂合金和鋁合金，也可代替不銹鋼。應(yīng)用于化工、石油、發(fā)電、冶金等部門。

工業(yè)純鈦室溫拉伸強度在35－70kg/mm2（Mpa）具有很高的工藝塑性（延伸率30％），適合冷態(tài)下加工成型為各種板材結(jié)構(gòu)件和沖壓件（飛機上受力不大的部件）。焊接性能好。典型牌號是TC1。

工業(yè)上使用的鈦合金大多數(shù)是（α＋β）雙相的。它們兼?zhèn)涠叩膬?yōu)點：優(yōu)良的塑性、容易鍛造、壓延和沖壓，并可以淬火時效強化。最常用的是TC4（Ti－6Al－4V）等。

鈦在含氧環(huán)境中生成薄而堅固的氧化物薄膜，氧化膜與基體結(jié)合牢固，破壞后能夠自愈，耐氧化溶液和氯化物溶液的腐蝕，最突出的是耐工業(yè)腐蝕氣氛及海水腐蝕。在海洋環(huán)境中腐蝕速率9.03×10-5mm/年；鈦合金具有良好的耐應(yīng)力腐蝕的能力，還具有耐淡水和海水的腐蝕疲勞性能。在靜止海水中數(shù)年仍非常光亮。鈦合金在海水中的腐蝕性能優(yōu)于不銹鋼。

鈦及合金在工業(yè)生產(chǎn)和飛機業(yè)中應(yīng)用有30多年歷史，目前飛機和發(fā)動機制造部門仍是使用大戶。逐漸民用化，尤其是在海洋工程中的應(yīng)用。影響鈦合金使用的主要問題是價格昂貴，這是目前研究和開發(fā)的關(guān)鍵。鈦合金鍛造模擬鈦合金板、棒、線材鈦合金生產(chǎn)各種鈦合金零件鈦合金與我們的生活8.4軸承合金

常用軸承：滾動軸承，承載能力較低，一般機械采用滑動軸承。軸承合金是制造滑動軸承的軸瓦及內(nèi)襯的材料。軸承支撐著軸，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，軸瓦和軸發(fā)生摩擦，并承受軸頸傳給的周期性載荷8.4.1滑動軸承合金的性能要求與組織滑動軸承性能要求：在常溫和工作溫度下，有一定的承載能力和疲勞強度，有足夠的塑、韌性，使軸與軸瓦之間配合良好，低的摩擦系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性，低的膨脹系數(shù)，良好的耐蝕性，以防止溫升和軸咬合。與軸配合基本原則：保軸不保瓦。組織要求：軟基體＋硬質(zhì)點或硬基體＋軟質(zhì)點；軟基體上分布硬質(zhì)點，其體積約占15－30％，軸工作時，軟基體凹陷貯存潤滑油，提高耐磨性，而硬質(zhì)點為凸出部分起支撐軸，承載的作用灰口鑄鐵：硬基體（珠光體等）＋軟質(zhì)點（石墨）；低速軸承鋁基黃銅軸瓦鉛黃銅軸瓦

8.4.2錫基軸承合金（巴氏合金）錫基：ZCHSnSb11Cu6

銻11％銅6％軟基體為α相（Sb在Sn中的固溶體）HB30，硬質(zhì)點為β`相（SnSb化合物）HB110，加入銅是形成Sb6Cu5化合物，防止因β`輕上浮而引起的成分偏析。性能：摩擦系數(shù)小、膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性好、抗蝕性好、工業(yè)性好。主要軸承，大型機器中的高速軸承，如內(nèi)燃機、汽輪機等。錫基軸承合金組織剖分式軸瓦

8.4.3鉛基軸承合金（巴氏合金）鉛基：ZCHPbSb16Sn16Cu216％銻16％錫2％銅，軟基體為（α＋β）共晶體HB6-8，硬質(zhì)點為SNSb化合物，HB30，加入銅的作用同上。性能：沒有Sn基巴氏合金好，但鑄造性能好，適用于中低速軸承，靜載工作軸承，如汽車、拖