中職《金屬材料與熱處理》8 項目八教案

材料科學(xué)與工程學(xué)院教案用紙課程章節(jié)名稱項目八有色金屬教學(xué)目的、要求●掌握銅及銅合金?！裾莆珍X及鋁合金?！裾莆这伡扳伜辖稹！裾莆栈瑒虞S承合金?！裾莆沼操|(zhì)合金。重點難點1.銅及銅合金2.鋁及鋁合金3.鈦及鈦合金4.滑動軸承合金教學(xué)環(huán)節(jié)時間分配3課時教學(xué)手段、教學(xué)方法和實施步驟多媒體授課內(nèi)容:銅及銅合金：1).純銅：純銅是玫瑰紅色金屬，表面形成氧化銅膜后呈紫色，故工業(yè)純銅常稱紫銅或電解銅。密度為8.9g/cm3，熔點1083℃。純銅導(dǎo)電性很好，大量用于制造電線、電纜、電刷等;無磁性好，常用來制造防磁性干擾的磁學(xué)儀器、儀表。如羅盤、航空儀表，塑性極好，易于熱壓和冷壓力加工，可制成管、棒、線、條、帶、板等銅材。2).黃銅：黃銅是以鋅為主要添加元素的銅合金。按化學(xué)成分的不同分為普通黃銅和特殊黃銅。（1）普通黃銅普通黃銅又分為單相黃銅和雙相黃銅兩種。①單相黃銅:當(dāng)鋅含量小于39%時，鋅全部溶于銅中形成α固溶體稱為單相黃銅。②雙相黃銅:當(dāng)鋅含量大于等于39%時，除了有α固溶體外，組織中還出現(xiàn)化合物CnZn為基體的β固溶體，即α+β的雙相黃銅。3).青銅：青銅是歷史上應(yīng)用最早的一種合金，原指銅錫合金，因顏色呈青灰色，故稱青銅。為了改善合金的工藝性能和力學(xué)性能，大部分青銅內(nèi)還加入其他合金元素，如鉛、鋅、磷等。由于錫是一種稀缺元素，所以工業(yè)上還使用許多不含錫的無錫青銅，它們不僅價格便宜，還具有所需要的特種性能。無錫青銅主要有鋁青銅、鈹青銅、錳青銅、硅青銅等。此外還有成份較為復(fù)雜的三元或四元青銅?，F(xiàn)在除黃銅和白銅（銅鎳合金）以外的銅合金均稱為青銅。青銅牌號由Q+主加元素的符號及含量+其他加入元素的含量組成，如:QSn4—3:表示錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，其余為銅的錫青銅。QAl7:表示鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%，其余為銅的鋁青銅。按主要添加元素種類的不同，青銅可分為錫青銅、鋁青銅、硅青銅和鈹青銅。3).白銅:以鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色，稱為白銅。銅鎳二元合金稱普通白銅，加錳、鐵、鋅和鋁等元素的銅鎳合金稱為復(fù)雜白銅，純銅加鎳能顯著提高強(qiáng)度、耐蝕性、電阻和熱電性。工業(yè)用白銅根據(jù)性能特點和用途不同，分為結(jié)構(gòu)用白銅和電工用白銅兩種，分別滿足各種耐蝕和特殊的電、熱性能。白銅牌號由B+主加元素的符號及含量+其他加入元素的含量組成。如:QMn3-12表示鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%，其余為銅的錳白銅。鋁及鋁合金：1).鋁：純鋁是一種輕金屬，具有銀白色的金屬光澤，密度?。?.72g/cm3），熔點低（660℃），強(qiáng)度低（Rm=80MPa），塑性高（Z=80%），鋁合金的密度也很小，熱處理后強(qiáng)度高（Rm=490～588MPa），因此鋁合金是重要的航空結(jié)構(gòu)材料。鋁及鋁合金具有如下優(yōu)良性能:（1）密度?。?.72g/cm3），僅為鐵的1/3，是一種輕金屬。（2）導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好，僅次于銀、銅。（3）具有較好的抗大氣腐蝕能力。（4）具有較好的加工性，它的塑性好，可以冷、熱變形加工，還可通過熱處理強(qiáng)化，提高鋁的強(qiáng)度。（5）強(qiáng)度和硬度低，不能用來制造承載的機(jī)械零件。鋁中常見的雜質(zhì)是鐵和硅，雜質(zhì)越多，鋁的導(dǎo)電性、耐蝕性及塑性越低。工業(yè)純鋁按雜質(zhì)的含量分為一號鋁、二號鋁……2).變形鋁合金：變形鋁合金是指需經(jīng)過不同的壓力加工方式生產(chǎn)成材的鋁合金。這些變形鋁合金是機(jī)械工業(yè)和航空工業(yè)中重要的結(jié)構(gòu)材料。由于體積質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，在航空工業(yè)中占有特殊的地位。變形鋁合金分為兩大類，一類是非熱處理強(qiáng)化變形鋁合金，另一類是熱處理強(qiáng)化變形鋁合金。3).鑄造鋁合金：鑄造鋁合金應(yīng)具有高的流動性，較小的收縮性，熱裂、縮孔和疏松傾向小等良好的鑄造性能。共晶合金或合金中有一定量共晶組織就具有優(yōu)良的鑄造性能。常用的鑄造鋁合金有鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁稀土系和鋁鋅系合金。鑄造鋁合金的代號:用“鑄鋁”的漢語拼音字首“ZL”及三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示鋁合金的類別，“1”表示鋁—硅系，“2”表示鋁—銅系，“3”表示鋁—鎂系，“4”表示鋁—鋅系，后兩位數(shù)字表示合金順序號。三、鈦及鈦合金：1).α鈦合金:α鈦合金含一定量的穩(wěn)定α相的元素，平衡狀態(tài)下主要由α相組成。α合金比重小，熱強(qiáng)性好、具有良好的焊接性和優(yōu)異的耐蝕性，缺點是室溫強(qiáng)度低，通常用作耐熱材料和耐蝕材料。2).α+β鈦合金:α+β鈦合金含一定量的穩(wěn)定α相和β相的元素，平衡狀態(tài)下合金的組織為α相和β相。α+β鈦合金具有良好的綜合性能，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，并可熱處理強(qiáng)化，但是焊接性能較差。3).β鈦合金:β鈦合金含有大量穩(wěn)定β相的元素，可將高溫β相全部保留到室溫。β合金的塑性加工性能好，合金濃度適當(dāng)時，通過熱處理可得到常溫下的力學(xué)性能，是發(fā)展高強(qiáng)度鈦合金的基礎(chǔ)。缺點是組織性能不夠穩(wěn)定，冶煉工藝復(fù)雜。β鈦合金主要有TB1和TB2兩個牌號。四、滑動軸承合金：1).錫基軸承合金：錫基軸承合金是以錫為基，加入銻、銅等元素組成的合金，最常用的錫基軸承合金為ZSnSb11Cu6，顯微組織中暗色基體為銻溶入錫的α固溶體，硬度大約為24～30HBS，是軟基體;白色方塊為硬質(zhì)點，它是以化合物SnSb為基的β固溶體，硬度約為110HBS，以及白色針及星狀的Cu3Sn、Cu6Sn5等化合物。錫基軸承合金具有適中的硬度、小的摩擦系數(shù)，較好的塑性及韌性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐蝕性等，這種合金常用于重要的軸承，如高速蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)、汽車等的高速軸上。缺點是抗疲勞強(qiáng)度較差，同時錫的熔點較低，工作溫度也較低，一般不超過150℃。2).鉛基軸承合金：鉛基軸承合金是以鉛銻為基礎(chǔ)，加入錫、銅等元素組成的軸承合金。合金組織由銻溶于鉛的α固溶體和鉛溶入SnSb化合物的β固溶體所組成的共晶體，硬度為7～8HBS;硬質(zhì)點是加入鉛溶入SnSb化合物的β相以及加入銅形成的Cu2Sb。鉛基軸承合金的強(qiáng)度、硬度、韌性均低于錫基軸承合金，且摩擦系數(shù)較大，但價格便宜，只用于中等負(fù)荷的軸承，如汽車、拖拉機(jī)的曲軸、連桿軸承及電動機(jī)上的軸承等。通常將制成雙金屬軸承。鉛基軸承合金的牌號與錫基軸承合金相同。如ZPbSb16-16-2鉛為基體元素，銻為主加元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，輔加元素錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余為鉛。3).鋁基軸承合金:鋁基軸承合金是上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型減磨材料，它的優(yōu)點是比重小，導(dǎo)熱性好，疲勞強(qiáng)度高，耐蝕性好以及化學(xué)穩(wěn)定性好，并且資源豐富，價格低廉，缺點是它的膨脹系數(shù)大，運轉(zhuǎn)時容易與軸咬合。目前采用的鋁基軸承合金有鋁銻鎂軸承合金和高錫鋁基軸承合金。鋁銻鎂軸承合金以鋁為基，加入銻和鎂元素。這種合金用08鋼作襯背，一起軋制成雙合金帶，因此改變了軸瓦的整個澆注工藝，并提高了軸瓦的承載能力。它具有較高的抗疲勞性能和耐磨性，但是承載能力不大，滑動速度還不夠大，主要大量應(yīng)用在低速柴油機(jī)的軸承上。高錫鋁基軸承合金以鋁為基，加入錫和銅。這種合金也用08鋼為襯背，軋制成雙合金帶，就良好的耐熱性、耐磨性、及高的疲勞強(qiáng)度，可替代巴氏合金，銅基軸承合金和鋁銻鎂合金，目前已在汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)車上廣泛使用。3).銅基軸承合金:以銅為基體，加入適量的錫、鉛、鋅等元素組成的合金。銅基軸承合金有錫青銅、鉛青銅等。ZCuSn10P1的組織是由軟的基體（α固溶體）及硬質(zhì)點（β相及化合物）所構(gòu)成。它的組織中有較多的分散的縮孔，有利于儲存潤滑油。這種合金能承受較大的載荷，廣泛用于中等速度及重載荷的軸承，例如電動機(jī)、泵、金屬切削機(jī)床及汽車轉(zhuǎn)向等的軸承。錫青銅軸承合金可直接制成軸瓦。常用的有ZCuSn10P1與ZCuSn5Pb5Zn5等。銅與鉛在固態(tài)下互不溶解。鉛青銅的顯微組織是由硬的基體（銅）上均布著大量軟的質(zhì)點（鉛）所構(gòu)成。該合金與巴氏合金相比，具有高的疲勞強(qiáng)度和承載能力，良好的耐磨性、高的導(dǎo)熱性（約為錫基巴氏合金的6倍）和低的摩擦系數(shù)，能在較高溫度（如250℃）下工作，故適宜制造高速、高壓下工作的軸承，如航空發(fā)動機(jī)、高速柴油機(jī)及其他高速機(jī)器的主軸承。鉛青銅本身強(qiáng)度較低（Rm=60MPa），因此常澆注在鋼管或薄鋼板上制成所謂雙金屬軸承。硬質(zhì)合金：1).鎢鈷類硬質(zhì)合金：鈷類硬質(zhì)合金主要成分是碳化鎢（WC）和粘結(jié)劑鈷（Co）。其牌號是由“YG”（“硬、鈷”兩字漢語拼音字首）和平均含鈷量的百分?jǐn)?shù)組成。例如，YG8，表示平均wCo=8%，其余為碳化鎢的鎢鈷類硬質(zhì)合金。2).鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金:鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金主要成分是碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）及鈷。其牌號由“YT”（“硬、鈦”兩字漢語拼音字首）和碳化鈦平均含量組成。例如，YT15，表示平均wTiC=15%，其余為碳化鎢和鈷含量的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金中，碳化物含量越多，鈷含量越少，則合金的硬度、熱硬性及耐磨性越高，合金的強(qiáng)度和韌性越低。含鈷量相同時，YT類硬質(zhì)合金由于碳化鈦的加入，合金具有較高的硬度和耐磨性，同時，合金的表面會形成一層氧化薄膜，切削不易粘刀，具有較高的熱硬性;但其強(qiáng)度和韌性比YG類硬質(zhì)合金低。因此，YG類硬質(zhì)合金刀具適合加工脆性材料（如鑄鐵），而YT類硬質(zhì)合金