金屬材料合金

關于金屬材料合金第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月鑄造有色金屬及其合金牌號表示方法統(tǒng)一如下:①鑄造有色純金屬的牌號為Z+該金屬元素符號+純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號)。如ZAl99.5和ZTi-1。

變形有色金屬及其合金的牌號表示方法還不統(tǒng)一。鋁錠第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月②鑄造有色合金的牌號為Z+基體元素符號+主要合金元素符號及其名義百分含量數(shù)字+其他合金元素符號及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等?；旌舷⊥猎胤栍肦E表示。優(yōu)質(zhì)合金在牌號后標注字母“A”。有色金屬種類很多，本章僅對機械、儀表等工業(yè)中廣泛使用的鋁、銅、鈦及軸承合金作簡要介紹。第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)鋁及鋁合金

一、鋁及鋁合金性能特點

純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72)，熔點低(660.4℃),導電、導熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，易于加工成形。具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。鋁合金制造的機翼第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。

鋁合金型材鋁鑄件第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類.鋁合金分類示意圖二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鋁合金的熱處理

并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。時效是指將過飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強化相的熱處理。

可熱處理強化變形鋁合金的熱處理方法：固溶處理+時效。固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫加熱固溶淬火過飽和時效析出第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月在室溫下進行的時效稱自然時效；在加熱條件下進行的時效稱人工時效。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。

溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強度下降，為過時效。隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月時效時間屈服強度時效峰過時效亞時效鋁合金的熱處理第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月四、鋁合金的牌號、性能及用途

1、變形鋁合金⑴變形鋁及鋁合金牌號表示方法

根據(jù)國標規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標規(guī)定的四位字符牌號。全世界鋁的用量百萬噸一次生產(chǎn)量二次回收量總用量第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月GB3190-82中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為:防銹鋁合金：LF+序號

硬鋁合金：LY+序號

超硬鋁合金：LC+序號鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵常用變形鋁合金①防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是衛(wèi)星天線（LF2）

提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有

LF21（3A21），其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比純

鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月②硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月③超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時效強化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件,如飛機大梁、起落架等.飛機主起落架第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月④鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金可鍛性好，力學性能高，用于形狀復雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪等.壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金

常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、鑄造鋁合金包括：Al-Si系：代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系：代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號⑴Al-Si系鑄造鋁合金

又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明.577℃12.7%第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到細小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能?；钊?裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等。第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風機密封件等(ZL102、301)第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月⑷Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)銅及銅合金

一、銅及銅合金性能特點純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構轉變，無磁性。

純銅具有優(yōu)良的導電性和導熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。

熱軋銅合金第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性.銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。銅管銅與黃銅帶第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。

黃銅鑄件黃銅棒第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1、普通黃銅銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：H(黃)+表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有和+’兩種組織,分別稱單相黃銅和兩相黃銅。

第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月普通黃銅的顯微組織

單相黃銅

兩相黃銅

第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月單相黃銅塑性好。常用牌號有H80、H70、

H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好,強度高.常用牌號有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管汽車機油泵襯套第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、特殊黃銅在普通黃銅的基礎上加入Al、

Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。

加工特殊黃銅的牌號為：H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。黃銅制品黃銅棒第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月三、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。

加工青銅的牌號為：Q+主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。

青銅制品第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1、錫青銅是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為3~14%。

錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。

錫青銅錠Cu-Sn相圖第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月常用牌號有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為5~11%。強度、硬度、耐大型水力發(fā)電設備中的抗磨環(huán)

磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3、鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。具有高的強度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導電性、導熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價格較貴.鈹青銅制品常用牌號有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機件.第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月普通白銅是Cu-Ni二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。普通白銅牌號：B+鎳的平均百分含量，如B5。常用牌號有B5、B19等。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機械,儀表零件及冷凝器,蒸餾器,熱交換器等.

白銅件四、白銅以鎳為主要合金元素的銅合金稱白銅。分普通白銅和特殊白銅。第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月特殊白銅是在普通白銅基礎上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。其耐蝕性、強度和塑性高，成本低。常用牌號如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。用于制造精密機械、儀表零件及醫(yī)療器械等。康銅熱偶白銅型材第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)鈦及鈦合金

一、工業(yè)純鈦

純鈦密度小，熔點高。882.5℃發(fā)生同素異構轉變-Ti?-Ti,由體心立方-Ti轉變?yōu)槊芘帕?Ti.純鈦比強度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。美F-22戰(zhàn)機約36%重量的零件用鈦合金制造第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月純鈦主要用于350℃以下工作、強度要求不高的零件，如石油化工用熱交換器、反應器，海水凈化裝置及艦船零部件。鈦鋼復合反應釜鈦管換熱器鈦制蒸餾塔第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鈦合金純鈦加入合金元素形成鈦合金。鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強度、比強度和再結晶溫度.按退火組織，鈦合金可分為型鈦合金、型鈦合金和+型鈦合金三類，它們的牌號分別用TA、TB、TC加順序號表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0~TA3為工業(yè)純鈦。鈦合金泵第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1、型鈦合金主加元素為鋁，還有錫、硼等。

不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用,組織為單相固溶體.

強度低于另兩類鈦合金，但高溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越.鈦合金氫泵誘導輪鈦合金氫泵殼體第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月常用牌號有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、導彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機匣及飛船上的高壓低溫容器等。

鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵-Ti合金組織第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2、型鈦合金加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。經(jīng)淬火加時效處理后，組織為相基體上分布著細小的相粒子。這類合金強度高，但冶煉工藝復雜，難于焊接,應用受到限制。鈦合金管鈦合金管應用第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個牌號。主要用于350℃以下工作的結構件和緊固件,如飛機壓氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒β鈦合金眼鏡架鈦離心泵第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3、+型鈦合金加入的合金元素有鋁、釩、鉬鉻等?？蛇M行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月+型鈦合金共有九個牌號，其中以TC4應用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時效處理后，組織為++時效析出的針狀。α+β鈦合金組織α+β鈦合金組織（電鏡）第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月+型鈦合金主要用于制造400℃以下工作的飛機壓氣機葉片、火箭發(fā)動機外殼、火箭和導彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等.

生物醫(yī)用材料飛機壓氣機葉片第49頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)軸承合金

制造滑動軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金?；瑒虞S承是許多機器設備中對旋轉軸起支撐

作用的重要部件，由軸承體和軸瓦兩部分組成。與滾動軸承相比滑動軸承具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無噪音及拆裝方便等優(yōu)點。

第50頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、組織性能要求當軸高速旋轉時，軸瓦與軸頸發(fā)生強烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。對軸承合金的性能要求：

⑴足夠的強韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷.⑵較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。⑶較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合。第51頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點.當軸旋轉時，軟的基體（或質(zhì)點）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲存潤滑油

和軸與軸瓦