金屬材料及熱處理 課件 項目八 有色金屬材料及其合金認知

項目八有色金屬材料及其合金認知任務(wù)一認識鋁及鋁合金任務(wù)二認識銅及銅合金

任務(wù)三認識鎂及鎂合金

任務(wù)四認識鈦及鈦合金任務(wù)五認識滑動軸承合金任務(wù)六認識硬質(zhì)合金一

工業(yè)純鋁純鋁是銀白色的輕金屬，密度為2.7g/cm3，熔點為660℃，具有面心立方晶格，無同素異晶轉(zhuǎn)變。1.工業(yè)純鋁的性能特點

工業(yè)純鋁的純度為98.7%～99.8%，并含有少量的鐵和硅等雜質(zhì)。

純鋁的強度、硬度很低，但塑性很好，通過冷變形強化可提高純鋁的強度，但塑性有所下降。

任務(wù)一認識鋁及鋁合金2.工業(yè)純鋁的牌號表示方法

（1）舊牌號工業(yè)純鋁的加工產(chǎn)品的牌號由“L”加數(shù)字組成。數(shù)字表示順序號，序號數(shù)愈大，純度愈低。（2）四位字符體系

用1×××四位字符表示，“1”表示組別：純鋁；第二位為字母，表示原始純鋁的改型情況，如果字母為A，表示為原始純鋁；后二位數(shù)字表示鋁的最低含量小數(shù)點后的兩位數(shù)字（用百分?jǐn)?shù)表示）。如1A97表示的是最低鋁含量為99.97%的原始純鋁。

二

鋁合金1.鋁合金的分類及牌號表示方法

（1）鋁合金的分類

①形變鋁合金

凡成分在D點左邊的合金，加熱時能形成單相固溶組織，合金塑性較高，適于壓力加工，稱為形變鋁合金。成分在F與D點之間的鋁合金：固溶體的成分隨著溫度的變化而變化，可用熱處理來強化；成分在F點左邊的合金：固溶體成分不隨著溫度的變化而變化，故不能用熱處理強化。

②鑄造鋁合金成分在D點右邊的合金，因具有共晶組織，塑性較差，不適于壓力加工，但其熔點低，流動性好，適于鑄造，故稱鑄造鋁合金。（2）鋁合金的牌號表示方法①舊牌號變形鋁合金的牌號是用兩個大寫的漢語拼音字母及數(shù)字來表示。第一個字母為”L”表示鋁合金；第二個字母表示合金的組別，（F—防銹鋁合金，Y—硬鋁合金，C—超硬鋁合金、D—鍛鋁合金）；后面的數(shù)字表示順序號。如LF2表示2號防銹鋁合金，LY11表示11號硬鋁合金，LC4表示4號超硬鋁合金，LD8表示8號鍛鋁合金。鑄造鋁合金分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四類。鑄造鋁合金的代號用“鑄鋁”漢語拼音字首“ZL”加三位數(shù)字表示。第一位數(shù)字表示主要合金類別，即“1”表示鋁-硅系，“2”表示鋁-銅系，“3”表示鋁-鎂系，“4”表示鋁-鋅系；第二、三位數(shù)字表示合金的順序號。如：ZL102表示2號鑄造鋁硅合金，ZL201表示1號鑄造鋁銅合金。②四位字符體系用數(shù)字2～9加大寫英文字母B～Y（C、I、L、N、O、P、Q、Z除外）和兩位數(shù)字組成。第一位數(shù)字表示鋁合金的組別：“2～8”分別表示Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn、其他元素；大寫英文字母表示原始鋁合金的改型情況（若為A表示原始合金）；最后兩位數(shù)字用來標(biāo)識同一組中不同的鋁合金。如LD5的四位字符體系為2A50，LF21的四位字符體系為3A21等。鋁合金的強化1.鋁合金的固溶熱處理將鋁合金加熱到α單相區(qū)，經(jīng)保溫形成均勻的單相α固溶體，隨后迅速水冷，使第二相來不及從α固溶體中析出，在室溫下得到過飽和的α固溶體，這種處理方法稱為固溶熱處理。鋁合金經(jīng)固溶處理后強度和硬度沒有明顯地提高，但塑性和韌性卻得到了改善，并且組織不穩(wěn)定，有分解出強化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。2.鋁合金的時效（1）自然時效將經(jīng)過固溶處理的鋁合金在室溫下放置一定時間后或低溫加熱時，強度和硬度會明顯提高。這種固溶熱處理后的鋁合金隨時間的延長而發(fā)生硬度和強度升高的現(xiàn)象，稱為時效（即時效強化）。在室溫下進行的時效，稱為自然時效。（2）人工時效在加熱條件下進行的時效，稱為人工時效。時效溫度愈高，時效進行的速度愈快，合金達到其最高強度的時間愈短，但其強度愈低。

變形鋁合金1.防銹鋁合金防銹鋁合金屬于Al-Mn或Al-Mg系合金。常用的有5A05、3A21等。防銹鋁合金屬于不能用熱處理強化的鋁合金，只能用冷變形強化。防銹鋁合金的強度、硬度較低，耐蝕性、塑性和焊接性良好，但切削加工性較差，主要用于制造高耐蝕性的構(gòu)件、薄板容器、管道及需要彎曲或冷拉伸的零件和制品。2.硬鋁合金硬鋁合金屬于Al-Cu-Mg系合金，可用熱處理（淬火和時效處理）來強化。常用的有2A01、2A11、2A12等，由于密度小，比強度（接近高強度鋼）高，所以稱為硬鋁。

3.超硬鋁合金

超硬鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Zn系合金。常用的有7A03、7A04等。在鋁合金中，超硬鋁合金的時效強化效果最好，其強度、硬度均高于硬鋁，比強度接近超高強度鋼，故稱超硬鋁。超硬鋁主要用作要求重量輕而受力較大的結(jié)構(gòu)件，如飛機大梁、起落架等。4.鍛鋁合金

鍛鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。常用的有2A50、6A02等。其力學(xué)性能與硬鋁相近，但熱塑性、耐蝕性較高，適于鍛造，故稱鍛鋁。主要用于比強度要求較高的鍛件。通常采用固溶熱處理和人工時效來提高強度。鑄造鋁合金

1.鋁硅合金鋁-硅系鑄造鋁合金通常稱硅鋁明。這類鋁合金具有良好的鑄造性能，其流動性好，收縮及熱裂傾向小，熔點低，采用鑄造方法生產(chǎn)。最常用的是ZL102，它是典型的鋁硅合金，屬于共晶成分。其鑄造組織是硅溶入鋁中形成的α固溶體和粗大針狀硅晶體組成的共晶體(α+Si)。為提高其力學(xué)性能，常采用變質(zhì)處理。因變質(zhì)劑使共晶點移向右下方，因而使合金處于亞共晶相區(qū)，硅晶體變?yōu)榧毿☆w粒狀，均勻分布在鋁的基體上，形成了具有良好塑性的初晶α

相，即α

固溶體。2.其他鑄造鋁合金（1）鑄造鋁銅合金鑄造鋁銅合金的耐熱性好，可進行時效硬化，但鑄造性能和耐蝕性差，主要用來制造高溫條件下不受沖擊和要求較高強度的零件。常用代號有ZL201、ZL202等。（2）鑄造鋁鎂合金鑄造鋁鎂合金的強度較高、耐蝕性好、密度小，但鑄造性能差，耐熱性較低，易產(chǎn)生熱裂和疏松。主要用于制造在腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，常用代號有ZL301、ZL302等。（3）鑄造鋁鋅合金鑄造鋁鋅合金的鑄造性能好，經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后強度較高，但耐蝕性、耐熱性較差。主要用于制造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的儀器零件、汽車零件，常用代號有ZL401、ZL402等。一

工業(yè)純銅純銅由于表面極易被氧化形成紫紅色的Cu2O，所以又稱紅銅（或紫銅），密度為8.96g/cm3

，熔點為1083℃，具有面心立方晶格，無同素異晶轉(zhuǎn)變。工業(yè)用純銅銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.70%～99.95%，工業(yè)純銅的代號用“T”

加順序號表示，共有四個代號：T1、T2、T3、T4。序號愈大，純度愈低，導(dǎo)電性愈差。任務(wù)二認識銅及銅合金二

銅合金1.銅合金的分類按所加的合金元素不同，銅合金可分為：黃銅（銅-鋅合金）、白銅（銅-鎳合金）和青銅（銅-除鋅、鎳以外的其他元素）；按生產(chǎn)方法不同：銅合金可分為鑄造銅合金和壓力加工銅合金。2.銅合金的牌號表示方法（1）壓力加工銅合金的牌號表示方法①黃銅的牌號表示方法普通黃銅的牌號采用“H”

加數(shù)字表示。數(shù)字表示平均銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如H68表示銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%，其余為鋅的普通黃銅。特殊黃銅牌號依次有“H”、主加合金元素符號、銅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)、主加合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成。如HSn62-1表示平均銅含量為62%、錫含量為1%，其余為鋅含量的錫黃銅。②白銅的牌號表示方法普通白銅的牌號由代號“B”

和數(shù)字（鎳的平均質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）組成，如B30表示的是鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的白銅。特殊白銅的牌號由“B”、其他化學(xué)元素符號（第二主加元素的元素符號）、第一主加元素鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)和第二主加元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成，如BMn43-0.5表示鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%、錳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的錳白銅。③青銅的牌號表示方法青銅的牌號依次由“Q”、主加元素符號及其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)和其他元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成。如QSn4-3表示平均錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%，其余為銅的錫青銅；QBe2表示平均鈹?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余為銅的鈹青銅。（2）鑄造銅合金的牌號表示方法①鑄造黃銅的牌號表示方法鑄造普通黃銅的牌號由“Z”、銅與合金元素符號及該合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成。如ZCuZn38是常用鑄造普通黃銅，表示平均銅含量為62%，鋅含量為38%的鑄造普通黃銅。鑄造特殊黃銅牌號依次由“Z”

、銅和合金元素符號、合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成。如ZCuZn16Si4表示平均鋅含量為16%、硅含量為4%，其余為銅的鑄造硅黃銅。②鑄造青銅的牌號表示方法牌號由“Z”

、銅與合金元素符號及該合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成。如ZCuSn10Zn2表示平均錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余為銅的鑄造錫青銅。3.黃銅(1)普通黃銅①普通黃銅的成分、組織和性能普通黃銅是由銅和鋅組成的二元合金。加入鋅可提高合金的硬度、強度和塑性，還可以改善鑄造性能。（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于32%時，鋅可全部溶入銅中，室溫下形成鋅在銅中的單相α固溶體；當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到32%～45%時，普通黃銅室溫組織為α固溶體與硬而脆的β相組成的兩相組織；當(dāng)鋅含量大于45%時，黃銅組織全部是β相。②常用的黃銅牌號及用途H70、H68，組織為單相α固溶體，強度較高，塑性較好，適用于冷、熱塑性變形加工，主要適于用沖壓方法制造形狀復(fù)雜、要求耐蝕性較高的零件，如彈殼、冷凝器等；H62、H59為雙相黃銅（α+β），其強度較高，有一定的耐蝕性，但在室溫下，其塑性和韌性較差，不適于冷變形加工，但在高溫下具有良好的塑性和韌性，可進行熱變形加工，廣泛用于制作熱扎、熱壓的零件。(2)特殊黃銅在普通黃銅中加入硅、錫、鋁、鉛、錳、鐵等合金元素所形成的合金，稱為特殊黃銅。特殊黃銅分為壓力加工和鑄造用兩種。前者加入的合金元素較少。后者因不要求有很高的塑性，為提高強度和鑄造性能，可加入較多的合金元素。

4.白銅白銅是以鎳為主加元素的銅合金，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。（1）普通白銅普通白銅是由銅和鎳組成的二元合金，鎳的含量一般為25%以上。常用的牌號有B19、B25、B30等。廣泛應(yīng)用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、裝飾工藝品等領(lǐng)域，并且還是重要的電阻及熱電偶合金。（2）特殊白銅①鐵白銅：常用鐵白銅的牌號有BFe5-1.5-0.5、BFe10-1-1、BFe30-1-1等。②錳白銅：常用錳白銅的牌號有BMn3-12（錳銅）、BMn40-1.5（康銅）、BMn43-0.5（考銅）等。③鋅白銅：常用鋅白銅的牌號有BZn18-18、BZn18-26、BZn15-12-1.8等。④鋁白銅：常用鋁白銅的牌號有Ba113-3、Bal16-1.5等。5.青銅除黃銅和白銅以外的其他銅合金稱為青銅，其中含有元素錫的稱為錫青銅，不含元素錫的稱為無錫青銅（也稱特殊青銅）。按化學(xué)成分和工藝特點，又分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。

（1）錫青銅①錫青銅的化學(xué)成分錫青銅是以錫為主要添加元素的銅基合金。wSn＜7%時，錫青銅的室溫組織是單相α固溶體；wSn＞7%時，組織中出現(xiàn)硬而脆的δ相；wSn＞10%時，強度上升，但塑性下降，適宜鑄造；wSn＞20%時，合金變得很脆，強度顯著降低。②錫青銅性能特點及用途錫青銅的耐磨性高、無磁性、無冷脆現(xiàn)象，對大氣、水、海水的抗蝕性比純銅、黃銅高，但對酸類和氨水的抗蝕性差。鋅可改善其流動性并可代替部分貴重的錫；鉛可改善錫青銅的切削加工性；磷可增加錫青銅的耐磨性。（2）特殊青銅①鋁青銅鋁青銅是指以鋁為主要添加元素的青銅合金。鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5%～11%。②鈹青銅鈹青銅是以鈹為主要添加元素的青銅合金。鈹?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為1.7%～2.5%。一、鎂及鎂合金的性能特鎂的密度是1.74g/cm3，只有鋁的2/3，鈦的2/5，鋼的1/4，它具有密度小，高的比強度和比剛度，良好的阻尼減震性、耐蝕性、切削加工性，電磁屏蔽性好、壓鑄性能好等優(yōu)點，使其在汽車和航空工業(yè)中有了一定的作用。任務(wù)三認識鎂及鎂合金1、鎂合金的牌號：如AZ91D：含有鋁約9%，含有鋅約1%的鎂合金。變形鎂合金（MB），鑄造鎂合金（MZ）壓鑄鎂合金（YM）2、鎂合金的分類Mg-Mn、Mg-Al-Mn、Mg-Al-Zn-Mn一、純鎂及鎂合金的性能特點1、Mg-Al系合金：（1）AZ系列合金是常見的結(jié)構(gòu)用含鋁鎂合金（2）AZ91是最常用的壓鑄合金（3）AZ31是最常見的變形合金（4）AM合金適合制造汽車輪轂、方向盤2、Mg-Mn系合金：有著優(yōu)良的耐蝕性和焊接性，可以用于飛機蒙皮、壁板及內(nèi)部構(gòu)件，管材多用于汽油、潤滑油等要求抗腐蝕性的管路系統(tǒng)。三、常用典型鎂合金一

工業(yè)純鈦鈦是銀白色的金屬，密度小（4.5g/cm3），熔點高（1720℃），熱膨脹系數(shù)小。鈦具有同素異晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，在882℃以下為密排六方晶格，稱為α-Ti（α鈦）；在882℃以上為體心立方晶格，稱為β-Ti（β鈦）。工業(yè)純鈦按純度可分為TA1、TA2、TA3三個等級。其中“T”為“鈦”字漢語拼音字首，序號表示純度，數(shù)字越大則純度越低。任務(wù)四認識鈦及鈦合金二

鈦合金1.鈦合金的成分和性能鈦合金是指在工業(yè)純鈦中加入合金元素而得到的合金，加入的合金元素主要有鋁、銅、鉻、錫、釩和鉬等。根據(jù)元素的作用不同，可將合金元素分為α相穩(wěn)定元素和β相穩(wěn)定元素。2.鈦合金的分類和牌號表示方法（1）鈦合金的分類室溫下，鈦合金有三種基體組織：全部α相、全部β相和α+β相。根據(jù)基體的不同，鈦合金可分為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金三類

（2）鈦合金的牌號表示方法鈦及鈦合金的牌號采用“T”、大寫的英文字母（A、B、C）和數(shù)字來表示。其中，“T”表示鈦合金；英文字母表示鈦合金的種類：A、B、C分別代表α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金；數(shù)字表示順序號。如TA1表示1號α鈦合金，即1號工業(yè)純鈦；TB2表示2號β鈦合金；TC4表示4號α+β鈦合金。3.常用的鈦合金的牌號及用途（1）α鈦合金主加元素是鋁和錫。常用的牌號有TA5、TA6、TA7等。在高溫（500～600℃）時，它的強度最高，切削加工性最好，它的組織穩(wěn)定，焊接性良好；但在常溫下，它的硬度和強度低于其他鈦合金。（2）β鈦合金含有鉻、鉬、釩和鐵等合金元素，這些元素都是使β相穩(wěn)定的元素，在正火或淬火時容易將高溫的β相保留到室溫，得到較穩(wěn)定的β相組織。因其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，合金密度大，在三種鈦合金中它的切削加工性最差，故在工業(yè)上用途不廣。（3）α+β鈦合金合金的室溫組織為α+β兩相組織。常用的牌號有TC1、TC2、TC4，其中應(yīng)用最廣的是TC4（鈦-鋁-釩合金），它具有較高的強度和良好的塑性。在400℃時，組織穩(wěn)定，強度較高，抗海水等腐蝕能力強。三

鈦合金的熱處理1.退火

（1）為了消除內(nèi)應(yīng)力，可在450～650℃進行去內(nèi)應(yīng)力退火。（2）在冷變形加工時，容易產(chǎn)生加工硬化，導(dǎo)致加工過程難以順利進行。為了消除加工硬化，可650～850℃退火。2.淬火+時效處理鈦合金通過淬火得β相（亞穩(wěn)定相），再經(jīng)400～600℃時效，可析出彌散分布的化合物，從而使強度提高，但塑性下降。α+β鈦合金可進行淬火+時效使合金強化。熱處理后的強度約比退火狀態(tài)提高50％～100％。一

滑動軸承對軸承合金的性能要求1.軸承合金應(yīng)具備的性能（1）足夠的強度、硬度和較高的疲勞強度、抗壓強度和耐磨性；（2）良好的磨合性及較小的摩擦系數(shù)；（3）良好的耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和抗咬合性；（4）足夠的塑性、韌性和較高的抗沖擊、振動性，膨脹系數(shù)小。任務(wù)五認識滑動軸承合金2.軸承合金的組織特征（1）軟基體上分布著硬質(zhì)點軟基體被磨凹下去，硬質(zhì)點凸出基體支撐軸頸，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，從而減小了摩擦力；硬質(zhì)點周圍的凹陷能儲存潤滑油，形成油膜；軟基體能承受沖擊與振動，促使軸頸與軸瓦磨合。這類合金具有較好的磨合性，且抗沖擊和震動，但承載能力不高。屬于這類組織的有錫基和鉛基軸承合金（也稱巴氏合金）。二

軸承合金的分類及牌號表示方法軸承合金牌號由“Z”、基體金屬的化學(xué)元素符號、主加合金元素符號和數(shù)字、輔加合金元素符號和數(shù)字組成。如ZSnSb11Cu6表示主加元素銻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%，輔加合金元素銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的鑄造錫基軸承合金；ZPbSb16Sn16Cu2表示主加元素銻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，輔加合金元素錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，銅質(zhì)量分散為上2%的鑄造鉛基軸承合金

三

常用的軸承合金及用途1.錫基軸承合金（錫基巴氏合金）

以錫為基礎(chǔ)，并加入銻和銅元素組成的合金。

常用的錫基軸承合金有ZSnSb11Cu6和ZSnSb8Cu6等。

適于制造重要的軸承，如渦輪機、汽輪機、內(nèi)燃機等高速軸瓦。2.鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）鉛基軸承合金是以鉛為基礎(chǔ)，并加入錫、銻、銅等元素組成的合金。常用的牌號有ZPbSb16Sn16Cu2。適用于制作工作溫度不超過120℃，承受中、低載荷的中速軸承，如汽車、拖拉機的曲軸軸承及電動機、破碎機的軸承等。3.銅基軸承合金（1）鉛青銅是以鉛為基本合金元素的銅基合金，常用牌號是ZCuPb30。用于制造高速、重載荷下工作的軸承，如航空發(fā)動機、高速柴油機軸承和其他高速重載荷軸承。（2）錫青銅是以錫為基本合金元素的銅基合金，常用的有ZCuSn10P1和ZCuSn5Pb5Zn5。用于承受較大載荷的中等速度的軸承，如電動機、泵等的軸承。

4.鋁基軸承合金高錫鋁基軸承合金是以鋁為基本合金元素，加入錫、銅、鋁等合金元素組成的合金。組織為硬的鋁基體上均勻分布著軟的粒狀錫質(zhì)點。這種合金常以08鋼為襯背，軋制成雙合金帶使用。它具有的疲勞強度，良好的耐磨、耐熱和耐蝕性。適于制作高速（13m/s）、重載（3200MPa）的軸承，在汽車、拖拉機和內(nèi)燃機等部門應(yīng)用廣泛。一、硬質(zhì)合金的性能及用途

用幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末作原料，通過配料、壓制成型、燒結(jié)等工藝過程而制成的材料稱為粉末冶金材料。這種工藝過程稱為粉末冶金。1.粉末冶金的特點（1）具有較高生產(chǎn)率和材料利用率；（2）一種無切屑或少切屑的加工方法。（3）但金屬粉末成本高，模具費用高。任務(wù)六認識硬質(zhì)合金2.粉末冶金法的應(yīng)用粉末冶金法主要用于高熔點的難熔材料及難加工材料的加工。在工程上常用粉末冶金法制作硬質(zhì)合金、減摩材料、含油軸承材料、結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、難熔金屬材料（如鎢絲、高溫合金）、過濾材料（水的凈化，空氣、液體燃料、潤滑油的過濾材料等）、金屬陶瓷、無偏析高速工具鋼、磁性材料、耐熱材料等。

二、常用硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是指以一種或幾種難熔金屬的碳化物（如碳化鎢、碳化鈦等）的粉末為主要成分，加入起