第九章 有色金属及合金.ppt

第九章有色金属及合金 通常把铁及其合金 钢 铸铁 称为黑色金属材料 而把非铁金属及其合金称为有色金属材料 与黑色金属相比 有色金属具有许多优良特性 例如铝 镁 钛及其合金具有密度小 比强度高的特点 在飞机 汽车制造等工业中应用十分广泛 又如银 铜 铝及其合金的导电性导热性好 是电器 仪表工业不可缺少的材料 虽然有色金属使用量少 在机械制造业中仅占4 5 左右 但它是现代工业中不可缺少的材料 三 主要用途 电线 电缆 4 抗大气腐蚀好 其表面有一层致密的氧化膜 3 面心立方晶格 强度低 b 80 100MPa 塑性好 80 可以通过压力加工成各种型材 与其面心立方晶体有关 2 导电性和导热性好 仅次于银 铜 金居第四位 一 特性 1 熔点低 比重小 熔点为660 4 密度2 72 第一节铝及其合金一 工业纯铝 二 牌号 工业纯铝牌号有L1L2 L7数字大纯度低高纯铝L01L02 L04数字大纯度高 二 铝合金及强化方法 一 概述 1 合金化在纯铝中加入Si Cu Mg Zn Mn等元素 经热处理可使强度比纯铝提高3 4倍 2 铝合金的 一般 相图铝合金的一般相图如图9 1所示 共同特点是 基本相都是铝基 固溶体和 共晶体 其中 为固溶体或化合物 3 铝合金的分类及特性根据加工工艺特性和合金元素含量可分为两大类 如图9 1所示 即 变形铝合金和铸造铝合金 变形铝合金 具有良好的塑性 可进行锻造 轧制 挤压等压力加工 铸造铝合金 流动性好 宜铸造 不宜压力加工 图9 1铝合金 一般 相图 铝合金的强化方法包括热处理强化 形变强化 固溶强化和细晶强化 1 热处理强化强化方法 固溶处理 时效强化 固溶处理 将合金加热到溶解度曲线以上某一温度 得到单一的固溶体组织 然后在水中迅速冷却 使第二相来不及析出 形成过饱和固溶体 这种处理的方法称固溶处理 时效强化 固溶处理的合金在较低温度下随时间的延长发生进一步强化的现象 强度和硬度上升 称时效硬化或时效强化 二 铝合金强化方法 自然时效 在室温下进行的时效称自然时效 强度可以达到400MN m2 人工时效 在加热条件下进行的时效称人工时效 100 200 C 人工时效的效果不如自然时效效果好 但时间短 如图9 2 9 3为Al 4 Cu合金抗拉强度与时效时间 温度的关系 例 含4 Cu的铝合金 固溶强化后强度为250MPa自然时效后 4 5天 达到400MPa 强化机理 在铝的过饱和 固溶体晶格内形成溶质原子富集区及铝化物且与 固溶体保持共格关系 使得晶格严重畸变 使位错运动受到阻碍 提高了合金的强度 图9 2Wc 4 的铝合金自然时效曲线 图9 3Wc 4 的铝合金在不同温度下的时效曲线 2 对变形铝合金通过冷变形加工硬化 使强度提高 3 固溶强化合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶体 使合金强度提高 如硅铜镁锰等 4 加入变质剂 进行变质处理 细晶强化 例 Al Si铸造合金 浇铸前加入2 3 钠盐混合物 2 3NaF 1 3NaCl 变质剂 结晶时产生大量晶核 获得细晶粒 合金的强度和塑性都得以提高 如图9 3分别铝硅合金变质处理前及变质处理后的显微组织图 a 变质处理前 b 变质处理后 图9 4铸造铝合金 ZL102 的显微组织 特点 合金元素少 热处理强化不起作用 只能用加工硬化的方法强化 三 常用铝合金铝合金分为两大类 变形铝合金 铸造铝合金 一 变形铝合金变形铝合金按其性能和用途分为 防锈铝合金 硬铝合金 超硬铝合金和锻铝合金 1 防锈铝主要合金元素 Mn Mg常用牌号 LF5 LF11 LF21等L 铝F 防锈数字 顺序号 用途 制造油箱 油管等 用途 制造铆钉 螺旋桨叶片等 3 超硬铝合金 特点 可用热处理时效强化 也可冷变形加工硬化 2 硬铝合金 主要合金元素 Cu Mg 常用牌号 LY1 LY11等 L 铝Y 硬数字 顺序号 主要合金元素 Zn Mg Cu 常用牌号 LC4LCL 铝C 超硬数字 顺序号 特点 这类铝合金是经固溶处理和时效硬化后强度最高的一种铝合金 用途 制造飞机大梁 蒙皮等 特点 具有良好的锻造成型性 可固溶处理 人工时效强化 用途 制造直升飞机的叶片 航空发动机活塞 4 锻铝合金 主要合金元素 Mg Si Cu Cu Mg Ni 常用牌号 LD5LDL 铝D 锻造数字 顺序号 四 铸造铝合金 用途 铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的铝合金零件 例如汽车 拖拉机发动机的活塞等 合金系 Al SiAl CuAl MgAl Zn 牌号表示方法 字母 ZL 三位数字ZL 铸铝 第一位数字表示合金类别1 表示铝硅系 2 表示铝铜系3 表示铝镁系 4 表示铝锌系第二 三位数字表示顺序号 例如 ZL102 ZL202 LZ302等 特点 铸造性能好 Al Cu合金差 1 工业纯铜 又称紫铜 物理性能 密度为8 93g cm3 熔点为1083 呈面心立方晶格 表现出优异的冷 热压力加工性能 导电 导热性能好 强度低 不能作为结构材料使用 应用 电线 电缆 第二节铜及合金 2 黄铜 化学成分 主要元素是铜和锌 含锌量0 50 呈淡黄色 性能特点 强度高 比铝合金高 耐磨性和耐海水腐蚀性好 都优于铝合金和碳钢 黄铜 普通黄铜Cu Zn合金 H59 H62 H70等H 黄铜数字 Cu 应用 水管 油管 散热器等 特殊黄铜普通黄铜基础上加入AlMnPbSi进一步提高强度 硬度 耐磨性和耐蚀性 牌号 HPb59 1表示含铅黄铜 Cu 59Pb 1应用 制造船舶 化工中的高强耐蚀零件钟表 机械的轴瓦耐磨零件等 分类 牌号及应用 3 青铜主要成分 Cu Sn合金 应用最早合金 近代又发展了含Al Si Be Mn Pb的铜合金 习惯上也都称为青铜 特性 具有极高的耐磨性并耐蚀性好 牌号 Q 元素符号 含量QSn4 3QAl5ZQSn10 5等 3 Zn 5 Pb 应用 耐磨件如齿轮 轴套 蜗轮 仪器上的弹簧 耐磨和抗磁零件 理想的轴承合金的组织应是软基体上均匀分布着硬质点 软的基体被磨损下凹 可贮存润滑油并形成连续的油膜 硬质点则凸起来支撑轴颈 使轴承和轴颈的实际接触面积小 减小摩擦 如图9 5示 第三节滑动轴承合金用于制造滑动轴承及其内衬的合金 一 性能要求 1 要求轴承合金必须具有足够的抗压强度和疲劳强度 2 足够的塑性和韧性 3 低的摩擦系数4 良好的导热性和小的膨胀系数 二 分类及主要成分锡基轴承合金Sn 锑 Sb 和铜铅基轴承合金Pb Sb Sn Cu还有铜基轴承合金 铝基 等 图9 5滑动轴承合金组织示意图 四 工业中常用的轴承合金工业上称巴氏合金 巴比特合金 锡基和铅基轴承合金 锡锑合金ZchSnSb11 6铅锑合金ZChPbSb16 16 2 16 Sb 16 Sn 2 Cu 三 牌号表示方法 ZCh 基本元素符号 主加元素符号 含量 辅加元素平均含量例 ZChSnSb11 6ZCh 铸造轴承Sn 基本元素是锡Sb11 锑含量为11 6 铜含量6 软基体是Sb溶于Sn形成的固溶体呈暗黑色 硬质点是SnSb 相呈白方块 用途 浇注大型机器的轴瓦 如气轮机发动机等高速轴瓦 巴氏合金熔点和强度均较低 承受不了大的压力 生产上常用离心浇注法将它们镶铸在08F钢轴瓦上 制成所谓 双金属 轴承 图9 6ZChSnSb11 6轴承合金的显微组织 以铝铜合金为例 时效强化 固溶处理的合金随时间的延续而发生进一步强化的现象称时效硬化或