4有色金屬及其合金十一.ppt

1、第八章 有色金屬及其合金,在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬(non-ferrous metal)。,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(qiáng)度 (強(qiáng)度/密度)等, 已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.,鑄造有色金屬及其合金牌號(hào)表示方法統(tǒng)一如下: 鑄造有色純金屬的牌號(hào)為： Z +該金屬元素符號(hào)+ 純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號(hào))。 如ZAl99.5和ZTi-1。,有色金屬及其合金的牌號(hào)表示方法還不統(tǒng)一。,鋁錠, 鑄造有色合金的牌號(hào)為： Z+基體元素符號(hào)+主要合金元素符號(hào)及其名義

2、百分含量數(shù)字+其他合金元素符號(hào)及其百分含量數(shù)字。 如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。 優(yōu)質(zhì)合金在牌號(hào)后標(biāo)注字母“A”。,有色金屬種類很多，本章僅對(duì)機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛使用的鋁、銅、鈦及軸承合金作簡(jiǎn)要介紹。,第一節(jié) 鋁及鋁合金 第二節(jié) 銅及銅合金 第三節(jié) 鈦及鈦合金 第四節(jié) 軸承合金,第一節(jié) 鋁(aluminum)及鋁合金,一、鋁及鋁合金性能特點(diǎn) 純鋁具有銀白色金屬光澤, 密度小(2.72 ), 熔點(diǎn)低(660.4), 導(dǎo)電、導(dǎo)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(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。,鋁合金制造的機(jī)翼,工業(yè)純鋁,分為鑄造純鋁和變形鋁

3、,鑄造純鋁的牌號(hào)：Z+Al+純鋁百分含量,變形鋁用4位字符牌號(hào)命名：1XXX，這里1表示純鋁，第二位字母表示原始純鋁的改型情況，如果字母為A，則表示原始純鋁，若為其它字母則表示原始純鋁的改型。,鋁合金既具有高強(qiáng)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。,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(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)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。,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(shí)效是指將過飽和的固溶體加

4、熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。,可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱處理方法：固溶處理 + 時(shí)效。 固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫,在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效。 時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。 溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線上出現(xiàn),峰值，超過峰值時(shí)間,析出相聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度下降，為過時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。,四、鋁合金的牌號(hào)、性能及用途,1、變形鋁合金 變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法 根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定 ，變形鋁及鋁合金可直接引用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)或采用國(guó)標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號(hào)。,變形鋁合金的牌號(hào),2X

5、XX8XXX系列表示，牌號(hào)的第一位數(shù)字表示主要合金元素為依次為Cu，Mn，Mg，Mg+Si，Zn，其它元素。第二位字母表示原始純鋁的改型情況。最后兩位用來區(qū)別同一組不同鋁合金,GB 3190-82中的舊牌號(hào)仍可繼續(xù)使用，表示方法為: 防銹鋁合金：LF+序號(hào) 硬鋁合金： LY +序號(hào) 超硬鋁合金：LC +序號(hào) 鍛鋁合金： LD +序號(hào), 常用變形鋁合金 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(qiáng)化作用。 防銹鋁合金抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。 不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。,汽化器

6、(熱交換管為L(zhǎng)F21),常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蝕性和強(qiáng)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(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。, 硬鋁合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 可進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。 強(qiáng)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)?, 超硬鋁合金

7、 屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 時(shí)效強(qiáng)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(jié)構(gòu)件, 如飛機(jī)大梁、起落架等.,飛機(jī)主起落架, 鍛鋁合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等.,壓氣機(jī)葉片,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金 常用牌號(hào)有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150 225下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。,美F-117隱身戰(zhàn)

8、斗機(jī)(所用材料大部分是鋁合金),高比強(qiáng)鋁合金機(jī)翼,2、鑄造鋁合金 包括： Al- Si系： 代號(hào)為ZL1+兩位數(shù)字順序號(hào) Al-Cu系：代號(hào)為ZL2+兩位數(shù)字順序號(hào) Al-Mg系：代號(hào)為ZL3+兩位數(shù)字順序號(hào) Al-Zn系： 代號(hào)為ZL4+兩位數(shù)字順序號(hào) Al-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(jiǎn)單硅鋁明.,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(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理, 得到細(xì)小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。,加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(

9、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。,活塞(裙部為鋁硅合金),用于制造飛機(jī)、儀表、電動(dòng)機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等。, Al-Cu系鑄造鋁合金 這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差.,汽缸頭,常用代號(hào)有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。, Al-Mg系鑄造鋁合金 這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。 常用代號(hào)為ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1),等。主要用

10、于制造外形簡(jiǎn)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(fēng)機(jī)密封件等(ZL102、301), Al-Zn系鑄造鋁合金 這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差。,大型空壓機(jī)活塞(ZL401),常用代號(hào)為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等. 主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機(jī)、儀器零件。,第二節(jié) 銅(copper)及銅合金,一、銅及銅合金性能特點(diǎn) 純銅呈紫紅色，故又稱紫銅,具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。塑性好. 純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。,熱軋銅合

11、金,銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅特性. 銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。,二、黃銅(brass) 以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。 黃銅按化學(xué)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。,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(hào)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(P76)可以看出黃銅有 和+ 兩種組織，分別稱單相黃銅和兩相黃銅。,當(dāng)Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%時(shí)，形成單相 固溶體（單相黃銅），其性能因Zn的加入，強(qiáng)度、硬度增加，塑性良好，適

12、用于冷變形加工；當(dāng)Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)32% 45%時(shí)形成+ 兩相組織（雙相黃銅），強(qiáng)度更高，但塑性下降，適用于熱變形加工。,普通黃銅的顯微組織,單相黃銅塑性好。 常用牌號(hào)有H80、H70、 H 68。 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(qiáng)度高. 常用牌號(hào)有H59、H62。 適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。,2、特殊黃銅 在普通黃銅的基礎(chǔ)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(hào)為： H(黃)+主加元素符號(hào)(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(qiáng)度、耐蝕性比普通黃銅好

13、，鑄造性能改善。,常用牌號(hào)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。,三、青銅（bronze) 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(hào)為：Q +主加元素符號(hào)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,1、錫青銅(tin bronze) 是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為314%。 錫青銅鑄造流動(dòng)性差，鑄件密度低，易滲漏，但

14、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(jī)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。,常用牌號(hào)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。,2、鋁青銅(albronze) 以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為511%。 強(qiáng)度、硬度、耐,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(hào)有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等. 主要用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等.,大型水力發(fā)電設(shè)備

15、中的抗磨環(huán),3、鈹青銅(beryllium bronze) 以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.72.5%。 具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價(jià)格,鈹青銅制品,較貴。常用牌號(hào)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(jī)件.,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(hào)：B+鎳的平均百分含量。常用牌號(hào)有 B5、B19 等。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機(jī)械,儀表零件及冷凝器,蒸餾器,熱交換器等.,白銅件,四、白銅(cupron

16、ickel) 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。 普通白銅是Cu-Ni 二元,特殊白銅是在普通白銅基礎(chǔ)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(qiáng)度和塑性高，成本低。 常用牌號(hào)如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。,用于制造精密機(jī)械、儀表零件及醫(yī)療器械等。,第三節(jié) 鈦(titanium)及鈦合金,一、工業(yè)純鈦 純鈦密度小，熔點(diǎn)高。882.5發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Ti-Ti, 由體心立方-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕?Ti. 純鈦比強(qiáng)度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。,純鈦主要用于 350以下工作、強(qiáng)度要求不高的零件，如石油化工用熱

17、交換器、反應(yīng)器，海水凈化裝置及艦船零部件。,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(qiáng)度、比強(qiáng)度和再結(jié)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(hào)分別用TA、TB、TC加順序號(hào)表示 。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0TA3為工業(yè)純鈦。,鈦合金泵,1、型鈦合金 主加元素為鋁，還有錫、硼等。 不能熱處理強(qiáng)化，通常在退火狀態(tài)下使用,組織為單相固溶體. 強(qiáng)度低于另兩類鈦合金，但高溫強(qiáng)度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越.,常用牌號(hào)有TA5、TA7等 主要用于制造500以下工作的零件，如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的蝸輪機(jī)匣及

18、飛船上的高壓低溫容器等。,-Ti合金組織,2、型鈦合金 加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。 經(jīng)淬火加時(shí)效處理后，組織為相基體上分布著細(xì)小的相粒子。 這類合金強(qiáng)度高，但冶煉工藝復(fù)雜，難于焊接,應(yīng)用受到限制。,型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個(gè)牌號(hào)。主要用于350以下工作的結(jié)構(gòu)件和緊固件, 如飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、軸、彈簧、輪盤等.,3、+型鈦合金 加入的合金元素有鋁、釩、 鉬 鉻等。 可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度高，塑性好，具有良好的熱強(qiáng)性、耐蝕性和低溫韌性。,鈦合金列管式換熱器, + 型鈦合金共有九個(gè)牌號(hào),其中以TC4應(yīng)用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時(shí)效處理后,組織為+時(shí)效析出的針狀.,+型鈦合金主要用

19、于制造 400 以下工作的飛機(jī)壓氣機(jī)葉片、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、火箭和導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等.,第四節(jié) 軸承(bearing)合金,制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為軸承合金?；瑒?dòng)軸承是許多機(jī)器設(shè)備中對(duì)旋轉(zhuǎn)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(dòng)軸承相比滑動(dòng)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(diǎn)。,一、組織性能要求 當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦與軸頸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。 對(duì)軸承合金的性能要求： 足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷. 較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。 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。,為滿足性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn). 當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟的基體(或質(zhì)點(diǎn))被磨損而凹陷, 減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油,和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(diǎn) (基體)則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用. 軟基體 (或質(zhì)點(diǎn))還能起嵌藏外來硬雜質(zhì)顆粒的作用, 以避免擦傷軸頸。,1、錫基軸承合金 是以錫為主并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點(diǎn)較低，是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)組織類型的軸承合金。,二、常用軸承合金 工業(yè)上常用