有色金属及其合金.ppt

机械制造基础有色金属,无锡职业技术学院 2007年2月,有色金属本章主要内容,铝及铝合金 铜及铜合金 钛及其合金 滑动轴承合金 粉末冶金材料,铝及其合金,工业纯铝,工业纯铝特性： 物理性能：密度小、无磁性、导电及导热性能好、无打击火花 化学性能：抗大气腐蚀性好 力学性能：塑性高、强度低 工艺性：易塑性变形，加工性良好 工业纯铝牌号 铝锭：Al99.7、Al99.6、Al99.5、Al99.0、Al98.0 纯度依次降低 变形铝： 1070 1060 1050（ L1 L2 L3 ） 变形铝表示方法：四位数字 “四位数字”体系表示规则 例如： 1070表示纯度为99.70%的工业纯铝,变形铝及其合金表示规则四位数字体系,四位数字体系 X X X X,数字 数字 数字 数字,返回,变形铝及其合金表示规则四位字符体系,四位字符体系 X X X X,数字 数字 字符 数字,返回,铝合金分类表,铝合金分类表,铝合金分类依据,分类依据铝合金相图,铝合金热处理强化,热处理强化方法：固溶+时效 固溶处理： 加热获得单相固溶体后，在水中快冷，获得单相过饱和固溶体组织。固溶处理后的铝合金强度、硬度并不高，而塑性韧性较好 时效处理： 固溶处理后的铝合金，在室温或加热时，过饱和固溶体中会析出第二相，弥散分布于固溶体基体上，起强化作用随后强度上升、塑性下降的现象 自然进效：固溶处理后的铝合金在室温保持 人工时效：固溶处理后的铝合金加热至室温以上保持,背景资料: 1906年德国 Duralumin首次发现 1910年德国A Welmer 发明并获专利 1916年用于制造飞机 1938年 Guinier Preston 建立学说,自然时效曲线,含4%Cu的铝合金自然时效曲线,人工时效曲线,含4%Cu的铝合金的人工时效曲线,变形铝合金（种类与表示）,变形铝合金种类 防锈铝合金（代号LF） 硬铝合金（代号LY） 超硬铝合金（代号LC） 锻铝合金（代号LD） 变形铝合金牌号表示方法 用四位字符表示 四位字符表示规则 例如：2A11表示主要合金元素为铜的11号Al-Cu 原始铝合金,防锈铝合金,防锈铝合金 ( LF ) : 成分： Al Mn 系：例如:LF21 Al Mg 系：例如:LF2、LF6 性能： 不能用时效强化，加镁或锰固溶强化提高铝合金的强度 抗蚀性比纯铝好 防锈铝合金应用：,用于高耐腐蚀性的薄板容器（如焊接油箱）、防锈蒙皮、客车装饰条、窗框、灯具等 用于制造受力小、轻质、耐腐蚀的结构件，如油管、铆钉,铝合金门窗（一般用材6063）,硬铝合金、超硬铝合金,硬铝合金 ( LF ) : 成分： Al Cu Mg ，常用LY1、LY11、LY12 性能：能通过时效强化提高强度 耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性 超硬铝合金 ( LC ) : 成分： Al Cu Mg Zn ，常用LC4、LC9 性能：通过时效强化显著提高强度 耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性 硬铝和超硬铝应用：,飞机主起落架,中等强度的轻质结构零件 如飞机铆钉、大梁、桁条、隔框、 蒙皮、空气螺旋桨叶片等,锻铝合金,锻铝合金 成分：Al Mg Si Cu 。常用LD5、LD6、LD10 性能：固溶+时效处理后力学性能与硬铝合金相当 经软化退火后热 塑性和耐腐蚀良好，适合于锻造成形， 锻铝合金应用：形状复杂的中等负荷零件，如压缩机叶片，飞机桨叶,压气机叶片,铸造铝合金（分类与牌号表示）,分类 铸造AlSi合金 铸造AlCu合金 铸造AlMg合金 铸造AlZn合金 代号 铸造AlSi合金：ZL1，如ZL102表示2号铸造铝硅合金 铸造AlCu合金：ZL2 ，ZL201表示1号铸造铝铜合金 铸造AlMg合金：ZL3 ，ZL303表示3号铸造铝镁合金 铸造AlZn合金：ZL4 ，ZL401表示4号铸造铝锌合金 牌号 例：ZAlMg10 表示铸造铝镁合金，镁的质量分数为10%,铸造铝硅合金（俗称硅铝明 ）,特性 铸造性能优良（流动性好、收缩率小、热裂倾向小） 密度小、强度较高 耐腐蚀性和导热性良好 变质处理 变质剂：氟化钠和氯化钠的复合盐 目的：使共晶体中的硅呈细密分布，细化组织，提高强度 变质处理性能变化：变质后强度可提高30%40% 常用牌号（ZL102 ）、应用 制造质量轻、形状复杂、耐蚀、但强度要求一般的结构件 如汽车发动机活塞、气缸头及油泵壳体,活塞(裙部为铝硅合金),ZL102未变质,ZL102变质后,其他铸造铝合金应用,鼓风机用密封件(ZL102)及航空架件(ZL301),大型空压机活塞(ZL401),汽缸头（铝铜合金）,铜及其合金,工业纯铜,特性 物理：密度8.9g.cm-3，熔点为1083； 导电性、导热性良好；抗磁性 化学：化学性能稳定，在大气、淡水中具有良好的耐腐蚀性能 力学：强度、硬度并不高，塑性、韧性良好。低温性能好 工艺性：焊接性良好，适宜于进行各种冷热加工 表示方法 未加工产品（铜锭或电解铜）：代号为Cu-1、Cu-2 加工产品：T1、T2、T3 纯度依次降低 应用 应用于电气工业，制造电线、电缆、电刷、铜管及通信器材 深冷冻的主要材料,纯铜金相组织,铜合金分类,黄铜 : Cu Zn,白铜 : Cu Ni,青铜 : 除黄铜和白铜外 的所有铜合金,按化学成分,按制造方法,加工铜合金,铸造铜合金,黄铜普通黄铜,普通黄铜 Cu-Zn二元合金，性能与含锌量有关 表示方法： 常用牌号及应用 H80、H92：艺术装饰品、纪念章、镀层、散热器、双金属片 H68：冷冲压管、套类零件，如弹壳、冷凝器管、散热器管 H62：工业上应用较多，散热器、油管、垫片、螺钉、弹簧等,黄铜应用示例,法兰阀,闸阀,冷凝器管,冷凝器管,冷凝器管,黄铜中锌对组织和力学性能的影响,锌的质量分数(wZn),黄铜特殊黄铜,特殊黄铜 在铜中主要加入锌，还加入铅、锡、铝、锰、硅等合金元素的铜合金 。 特性：优良的切削加工性能、耐腐蚀性、铸造性能 表示方法： 常用特殊黄铜：,海军黄铜 - HSn62 - 1,易切削黄铜 - HPb59 - 1,青铜,种类 普通青铜 (锡青铜 ) 特殊青铜 (铝青铜、铍青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜等) 表示方法：,锡青铜,特性 比黄铜的强度、硬度和耐磨性好 力学性能与锡含量有关 应用 主要用于耐磨、耐蚀及弹性元件 如滑动轴承、弹簧、蜗轮、丝杠螺母等,锡青铜中锡对组织和力学性能的影响,特殊青铜 ( 无锡青铜 ),铝青铜 : QAl7 特性：比锡青铜具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，还能进行热处理强化，铝青铜的价格也比较低，可作为锡青铜的代用品 应用：制作高强度的耐磨、耐蚀件和弹性元件 铍青铜 : QBe2 特性：铍青铜具有很好的综合性能，弹性极限、疲劳极限、耐磨性、耐腐蚀性都较好；还具有良好的导电、导热、抗磁性；撞击时不产生火花等特性 应用：主要用来制造重要用途的弹性元件、耐磨元件等。如精密仪器、仪表的弹簧，钟表齿轮、电接触器、航海罗盘等,钛及其合金,工业纯钛,纯钛的特性 物理性能：银白色、高熔点（1700）、轻金属（密度4.51g.cm-3） 同素异构体：密排六方-Ti（882）。 化学性能：在淡水、海水、气体、碱溶液、有机酸和化合物有极好的抗蚀性；但被氢氟酸、磷酸、溶融碱侵蚀。 力学性能：高温和低温下工业纯钛力学性能均优异 钛的牌号（GB/T3620.1-1994） TA0、TA1、TA2、TA3 纯度下降 纯钛的应用 耐腐蚀件：化工设备、滨海发电、海水淡化置、舰船、电镀热交换器 生物材料：与骨组织牢固结合 生活用品：如高尔夫球杆、网球拍，在珠宝行业,工业纯钛在不同温度下的力学性能,工业纯钛在不同温度下的力学性能,钛合金分类,分类 钛合金 牌号用TA表示 据退火组织 钛合金 牌号用TB表示 钛合金 牌号用TC表示 变形钛 铸造钛 各类钛合金特性 钛合金：焊接性好、组织稳定、抗蚀性高。强度比其它两类钛合金低，变形抗力大、热加工性能差 钛合金：强度和冲击韧性高，压力加工性能和焊接性能良好。组织和性能不太稳定 钛合金：热压力加工性能好，耐热性比较好，但组织不够稳定,据加工方法,钛合金的性能,铸造和变形钛合金铁室温力学性能,钛合金的应用,应用示例1,应用示例2,钛-钢复合板反釜,全钛换热器,钛-钢复合板氧化塔,滑动轴承合金,滑动轴承的结构与特点,滑动轴承的结构：轴瓦、轴承内衬 滑动轴承特点：与滚动轴承相比，承压面积大、工作平稳、无噪声、维修方便,各类轴瓦,滑动轴承的组织与性能,性能 （1）足够的抗压强度和抗疲劳性能 （2）良好的减摩性（摩擦系数要小） （3）良好的储备润滑油的功能、良好的磨合性 （4）良好的导热性和耐蚀性 （5）良好的工艺性能 组织（软硬兼备） （1）软基体和均匀分布的硬质点 （2）硬基体上分布着软质点。 常用滑动轴承材料：金属（锡基与铅基轴承合金、铜基合合、铝基合金）、非金属（塑料、橡胶）、含油轴承等,铅基轴承合金组织 ( Sn ,Cu3Sb ,Pb-Sb 共晶体 ),锡基与铅基轴承合金显微组织,锡基轴承合金组织 ( SnSb+Cu Sb+基体),锡基与铅基轴承合金（巴氏合金）,牌号表示方法：例： 特点及应用 锡基轴承合金性能好、价格昂贵，用作重要轴承。如发动机、汽轮机等高速轴承 铅基轴承合金价格便宜、性能比锡基合金稍差。常用作中低载荷的中速轴承。如汽车、拖拉机的曲轴和连杆轴承及电动机轴承,铜基与铝基轴承合金,铜基轴承合金（主要有锡青铜和铅青铜）。 ZCuSn10Pb1（101锡青铜） 高的强度，适用于中速及受力较大的轴承，如电动机、泵、金属切削机床轴承 ZCuPb30（30铅青铜） 较高的疲劳强度、 导热性能，摩擦系数低，适于高速高压轴承。如航空发动机、高速柴油机轴承等 铝基轴承合金（常用牌号 ZAlSn6Cu1Ni1） 密度小、导热性好、疲劳强度高、耐腐蚀性好，价格低，广泛应用于高速重载的汽车、拖拉机、柴油机轴承,轴承合金应用示例1,汽轮发电机轴承,轴承合金应用示例2,内燃机轴瓦,各种滑动轴承比较,各种轴承合金性能、轴承合金与轴匹配的硬度对应关系,粉末治金材料,粉末冶金工艺,粉末冶金工艺步骤： 制粉、配料、压制成型、坯块烧结和后处理。 粉末冶金特点 （1）可生产普通熔炼方法无法生产的特殊性能材料，如多孔材料、复合材料等； （2）可避免成分偏析、保证合金具有均匀的组织和稳定的性能； 可生产高熔点金属（如钨和钼）和不互熔的合金（如钨-银合金）； （3）可大量减少产品的后续机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。这一点对贵重金属尤其重要； （4）粉末冶金零件的缺点是塑性和韧性较差。,粉末冶金材料种,按用途分为7类 粉末冶金减摩材料。在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。用于制造轴承、支承衬套或作端面密封等。 粉末冶金多孔材料。一般有3060的体积孔隙度 ，孔径1100微米。用于制造过滤器、多孔电极 、灭火装置、防冻装置等。 粉末冶金结构材料。能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。 粉末冶金摩擦材料。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快。主要用于制造离合器和制动器。 粉末冶金工模具材料。包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。 粉末冶金电磁材料。包括电工材料和磁性材料，用于制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。 粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、金属陶瓷、弥散强化和纤维强化材料等,粉末冶金减磨材料,平面邮承（减磨材料）,含油邮承（减磨材料）,粉末冶金多孔材料,慢走丝火花机滤芯（多孔材料）,柴油机尾气过滤的柱形多孔金属（多孔材料）,粉末冶金结构零件,粉末冶金结构零件,粉末冶金摩擦材料,粉末冶金摩擦片 （摩擦材料）,硬质合金,硬质合金刀片 硬质合金喷嘴,金刚石砂轮,粉末冶金电磁材料,铁氧体磁铁,钕铁硼