《有色金屬及其合金》PPT課件.ppt

1、有色金屬及其合金,在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把其他非鐵、鈷、鎳金屬及其合金稱為有色金屬。,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。,變形有色金屬及其合金的牌號(hào)表示方法還不統(tǒng)一。 鑄造有色金屬及其合金的牌號(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。, 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ZAlS

2、i7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。 混合稀土元素符號(hào)用RE表示。 優(yōu)質(zhì)合金在牌號(hào)后標(biāo)注字母“A”。 有色金屬的種類很多，本章僅對(duì)機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛使用的鋁、銅、鈦及軸承合金作簡要介紹。,離心鑄造銅蝸輪,第一節(jié) 鋁及鋁合金,一、鋁及鋁合金的性能特點(diǎn) 純鋁具有銀白色金屬光澤，密度?。?.72 ），熔點(diǎn)低（660.4），導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。 抗大氣腐蝕性能好，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。,塑性高,斷面收縮率為70%90%，伸長率為32%40%。 工業(yè)純鋁牌號(hào)為L1,L2,L3,L4,L5,L6。L以后的數(shù)字愈大，其純度愈低。 含鋁在99.9

3、3%以上的高純鋁牌號(hào)表示為L0104，數(shù)字越大，純度越高。 鋁合金是航空航天飛行器的主要結(jié)構(gòu)材料。航空上主要用于飛機(jī)的蒙皮、隔框、長梁、衍條和鍛件、鑄件等。一架波音747客機(jī)需要消耗約18.6噸鋁。航天上主要用于氣功加熱溫度在150以下的運(yùn)載火箭和宇宙飛行器，如貯箱以及相間和級(jí)間段結(jié)構(gòu)材料，也用在衛(wèi)星、航天飛機(jī)等其它航天器結(jié)構(gòu)上。,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。,二、鋁合金的分類 鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。 可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。,鋁合金分類示意圖,變

4、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。,三、鋁合金的熱處理,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。,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, 時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰值,超過峰值時(shí)間,析出相聚集長大, 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

5、 變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16474-96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(hào)或采用國標(biāo)規(guī)定的 四位字符牌號(hào)。,冷凝器,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的主要作用是提高抗 蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)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(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。,衛(wèi)星天線

6、（LF2）,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(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。,鋁合金 變形鋁合金 (1)防銹鋁合金(3、5系列) a.鋁錳合金3A2l 性能：抗蝕性很高，接近純鋁；強(qiáng)度不高，塑性好，焊接性能好，切削加工性能差。 用途：飛機(jī)油箱、油管、鉚釘?shù)?b.鋁鎂合金5A02、5A06、5805 抗蝕性、塑性和焊接性與3A21接近，

7、強(qiáng)度比3A2l高，而且比重小、抗疲勞性能好 用途：飛機(jī)油箱、油管、鉚釘和中等強(qiáng)度的冷壓、焊接結(jié)構(gòu)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)取?鋁合金 變形鋁合金 (2)硬鋁(2系列) 飛機(jī)結(jié)構(gòu)上常用的硬鋁合金 2024硬鋁 含有較多的銅鎂合金元素，具有較高的強(qiáng)度和硬度、韌性、耐蝕性能。 2A12硬鋁成分和性能與2024相近。通常用來制造蒙皮、大梁、隔框、翼肋等主要受力構(gòu)件。 2

8、017硬鋁： 含有中等數(shù)量的銅鎂合金元素，硬度、強(qiáng)度比2024低，但塑性高，易于進(jìn)行冷壓成型。 通常用來制造蒙皮、桁條、操縱拉桿和鉚釘?shù)取? 超硬鋁合金 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。,飛機(jī)主起落架,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)的大梁、起落架等。, 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。 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金 常用牌號(hào)有LD7

9、（ 2A70 ）、LD8 （ 2A80 ）、LD9 （ 2A90 ）等 。用于制造150225下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。,壓氣機(jī)葉片,鋁合金 鍛造鋁合金 鋁-鎂-硅系列鋁合金,加熱時(shí)有良好的塑性,便于進(jìn)行鍛造成型。硬度與硬鋁相近,具有良好的耐腐蝕性。 常用的鍛造鋁合金是6A02、6151 用途：制造發(fā)動(dòng)機(jī)一些零件、直升機(jī)槳葉、搖臂、框架、接頭等。 鑄造鋁合金 分類：Al-si系、Al-cu系、Al-Mg系、A1-zn系 鑄造鋁合金代號(hào)：ZL加3位數(shù)字 鑄造性能好，比重小，比強(qiáng)度較高，有較高的抗蝕性和耐熱性；但容易吸收氣體形成氣孔，組織較粗大。 用途：制造油泵等附件殼體和儀表

10、零件、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣和附件殼體等,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(或特殊)硅鋁明。 Al

11、-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。 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。,活塞(裙部為鋁硅合金), 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，強(qiáng)度低于Al-Si系合金。 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。,汽缸頭, Al-Mg系鑄造鋁合金 這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度小；但鑄造性能差，耐熱性低。 常用代號(hào)為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等。,主要用

12、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(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301), 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) 銅及銅合金,一、銅及銅合金的性能特點(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。 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。塑性好。,銅合金

13、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 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。,從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有 和+ 兩種組織，分別稱單相黃銅和兩相黃銅。,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

14、。 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，鑄造性能改善。,黃銅制品,常用牌號(hào)有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、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 除黃銅和白銅外的其他銅

15、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 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，但體積收縮率在有色金屬中最小 。 錫青銅具有良好的耐蝕性，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 以

16、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)備中的抗磨環(huán),3、鈹青銅 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

17、羅盤等重要機(jī)件。,鈹青銅制品,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。 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(hào)：B+鎳的平均百分含量，如B5。 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,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) 鈦及鈦

18、合金,一、工業(yè)純鈦 純鈦密度小，熔點(diǎn)高，在882.5發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變-Ti -Ti 。 -Ti具有體心立方晶格，-Ti具有密排六方晶格。 純鈦比強(qiáng)度高，塑性、低溫韌性和耐蝕性好。,鈦合金優(yōu)點(diǎn),1比強(qiáng)度高 工業(yè)純鈦強(qiáng)度達(dá)350一700MPa，鈦合金強(qiáng)度可達(dá)1200MPa，和調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼相近。由于鈦合金的密度比鋼低得多，因此鈦臺(tái)金具有比其它金屬材料都高的比強(qiáng)度，這正是鈦及鈦舍金適于用作航空材料的主要原因。 2熱強(qiáng)度高 鈦的熔點(diǎn)高，再結(jié)晶溫度也高，因面鈦及其合金具有較高的熱強(qiáng)度，目前鈦合金使用溫度可達(dá)500度，并向600度的溫度發(fā)展。 3抗蝕性高 鈦表面能形成一層致密、牢固的由氧化物和氯化物組成的保護(hù)

19、膜，因此具有很好的抗蝕性能。鈦及鈦合金在潮濕大氣、海水、氧化性酸(硝酸、鉻酸等)和大多數(shù)有機(jī)酸中，其抗蝕性和不銹鋼相當(dāng)，甚至超過不銹鋼。鈦及鈦合金作為一種高抗蝕性材料，己在航空、化工、造船及醫(yī)療等部門得到廣泛應(yīng)用。,鈦合金缺點(diǎn),1、切削加工性差 鈦的導(dǎo)熱性差(僅為鐵的l5鋁的t3)摩擦系數(shù)大，切削時(shí)容易升溫，也容易粘刀從而切削速度低并降低了刀具壽命，影響了零件表面光潔度。 2、熱加工工藝性差 加熱到600以上時(shí)，鈦及鈦合金極易吸收氫、氯、氧等氣體而使其性能變脆。使得鑄造、鍛壓、焊接和熱處理等工藝都存在一定的困難，熱加工工藝過程只能在真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行。 3、冷壓加工性差 由于鈦及其合金的屈強(qiáng)

20、比較高，表明應(yīng)力接近于斷裂強(qiáng)度時(shí)才發(fā)生塑性變形因此塑性變形困難，也容易造成開裂。 4、硬度低、抗磨性差 一般不宜用來制造要求耐磨性高的零件。,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

21、退火狀態(tài)下使用，組織為單相固溶體。 強(qiáng)度低于其他兩類鈦合金，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)匣及飛船上的高壓低溫容器等。,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，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

22、，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