非铁金属材料与粉末冶金材料

,第五章非铁金属材料与粉末冶金材料,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,概述,有色金属有以下几类：,（1）轻金属：Al、Mg、Na4.5等（2）重金属：等,（3）贵金属：Au,Ag,Pt等（4）半金属：S,Se,Te,As,B等（5）稀有金属：W,Mo,Ta,Nb,Zr,V及稀土金属（Y,Ce等）和放射性金属（Ra,U等）。,黑色金属：铁及其合金；非铁金属材料（有色金属材料）：除黑色金属材料以外的金属及合金材料。如镁、铝、铜、钛及合金和轴承合金。粉末冶金材料：通过粉末冶金技术制备的材料。,有色金属及合金的应用：,.航空及宇航业（飞机等）；.表面工程业（表面镀Zn等）；.电气工程业（电缆铜芯等）；.机械及轻工业（如机械加工中线切割Mo丝）；,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,5.1非铁金属材料,5.1.1铝及铝合金,一、铝及铝合金的特性：,（2）优良的物理、化学性能；,（1）比重小，比强度高；纯铝=2.7g/cm3,i导电性好，仅次于Ag,Cu,Au；,ii极好的抗大气腐蚀能力；“钝化”,iii非磁性，即磁化率极低。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,（3）加工性能良好：,一、铝及铝合金的特性：,塑性好，可冷成形；,切削性能好；,超高强度铝合金成形后热处理，可以有很多的固溶体；,铸造铝合金铸造性能极好。,铝合金丝,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,二、铝及其合金的分类与牌号：,(一）变形纯铝纯度不低于99%，牌号为：1XXX,后两位数字表示最低铝百分含量。第二位数字表示铝的改型。如：1A30：表示铝含量分数不低于99.3%的原始纯铝,（二）铸造纯铝：由Z和Al及表示铝纯度百分含量的数字组成；如：ZAl99.5:表示铝质量分数不低于99.5%的铸造纯铝。,（三）铝合金：变形铝合金和铸造铝合金LF+数字：防锈铝合金；Ly+数字：硬铝合金；LC+数字：超硬铝合金；LD+数字：锻铝合金；ZL+数字：铸造铝合金；ZL1：Al-Si合金；ZL2：Al-Cu合金；ZL3：Al-Mg合金；ZL4：Al-Zn合金；2XXX8XXX:变形铝合金。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,1.以D点为界分为：变形铝合金和铸造铝合金；判断标准是是否为单相，来决定其加工方式。,2.以F点为界分为：可进行热处理的铝合金和不可进行热处理的铝合金；判断标准：随温度改变是否发生了成分的改变。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,三、铝合金的强化,2、时效强化：经长时间室温停留或加热至100-200一定时间保温后，在母相固溶体的一定晶面上出现一个原子层厚度的铜或其它原子的偏聚区，偏聚区边缘发生晶格略变，阻碍位错运动，因而合金强度，硬度提高。,3、细晶强化；（变质处理）,1、固溶强化:如Cu,Mg,Zn,Si,Mn等加入可形成有限固溶体。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,四、铝合金种类,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,一、变形铝合金（分类、特性、常用材料、使用范围）防锈铝合金：Al-Mn系和Al-Mg系防锈铝合金；硬铝合金：铜、镁含量较多，Al-Cu-Mg系硬铝合金超硬铝合金：室温强度最高，Al-Cu-Mg-Zn系超硬铝合金锻造铝合金：Al-Cu-Mg-Si系、Al-Cu-Mg-Fe-Ni系，元素种类多,二、铸造铝合金（分类、特性、常用材料、使用范围）Al-Si系铸造铝合金：Al-Cu系铸造铝合金：Al-Mg系铸造铝合金：Al-Zn系铸造铝合金：,五、常用铝合金选用原则：,（1）考虑其机械性能特点：.比强度高（强度与相对密度之比）可用于机构件；.良好的塑性加工性能可用于挤压件；.小的弹性模量可用于搞震性好的工件；.低温性能好可用于低温构件；等等。,（2）考虑其使用性能特点：熔点为600，使用温度不能过高；良好的耐蚀性，导电导热性及抛光性能，宜做腐蚀环境零件及导电及某些电器材料。,（3）考虑其工性能特点：熔点低、熔炼和铸造方便，以及好的加工性能和铸造性能等,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,5.1.2铜及铜合金,一、铜及铜合金的特性：,（1）优异的物理化学性能：导电性、导热性好；抗蚀能力高；铜（紫铜）抗磁性；,（2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能好；,（3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高的弹性极限和疲劳极限；,（4）色泽美观。,铜组织,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,二、铜及其合金的分类与牌号：,(一)紫铜（纯铜）：,Fcc无磁性，无同素异构转变，熔点1083。,据铜中的含氧量可将铜分为三类：,a.工业纯铜：O%=0.02-0.10%.牌号为T1,T2,T3,由13，含Cu为99.95-99.70%,b.磷脱氧铜：O%0.01%.牌号TP1(99.90%)，TP2(99.85%),c.无氧铜：O%0.003%.牌号为TU1(99.97%)，TU2(99.95%),紫铜丝,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,纯铜中杂质元素的影响：O、S、P、Bi、Pb等,(二)黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）,黄铜分普通黄铜和特殊黄铜两种。,2.复杂黄铜：在Cu-Zn二元合金基础上加入其它合金元素形成的。如Pb黄铜，Sn黄铜，Al黄铜，Mn黄铜等。,1.普通黄铜如：H96,H80,H70,H68,H59等。H70称：“三七黄铜”,b=300MPa,=55%,形变强化后,b660MPa，=3%。大量用于作弹壳、套管和复杂深冲零件。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,单相黄铜和双相黄铜,三）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）,编号为：B+镍的平均含量，“B”意指“白铜”如：B19表示含19%Ni的普通白铜。,易切削白铜,锌白铜,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,（四）青铜（含有Sn.Al.Si.Pb.Be,Mn等的铜基合金）,包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等等。,编号方法：Q+主加元素符号+主加元素含量+其它元素含量；如：QSn4-3,表示含4%Sn、3%Zn，其余为Cu的锡青铜。铸造青铜在编号前加“Z”字，如：ZQSn10-5。,分类：压力加工青铜（以压力加工产品的形式供应）和铸造青铜。,师趁鬲西周早期50.8X47厘米,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,三、铜合金选用原则：,（1）充分考虑其导电导热性能特点可制：导体及散热器片、线材、管材、薄板材、电缆等。,（2）考虑其机械性能及耐磨，耐蚀性能等对于一些耐蚀件、散热器件、减摩零件及弹性元件等，可选用铜合金。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,（3）考虑其工艺性能特点.塑性好：冲压或锻轧成型件可选用之；.铸造性能好：普通铸件和压铸件可用之；.切削加工性好和光洁度高：大量生产的切削成型件可用之；但是Cu的储量小，价格较贵，应节约使用,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,5.1.3镁及镁合金,一、纯镁,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,牌号：M+序号表示特性：银白色，密度1.74g/cm3，熔点650摄氏度；化学活性差，易腐蚀；强度低，塑形差；力学性能和加工性能差。,二、镁合金：在纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及RE等合金,分类：铸造镁合金和变形镁合金,1.变形镁合金：Mg-Mn系变形镁合金，Mg-Al-Zn系变形镁合金，Mg-Zn-Zr系变形镁合金,2.铸造镁合金：Mg-Al-Zn系铸造镁合金，Mg-Zn-Zr系铸造镁合金，Mg-RE系铸造镁合金,三、镁合金的热处理,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,目的：获得均匀的合金元素分布、合适的显微组织，调整相的构成及分布，最终获得良好的工艺性能和使用性能。,热处理工艺：退火、人工时效、淬火不时效和淬火+人工时效等。,与铝合金的热处理比较和特性：组织粗大，淬火加热温度较低；镁扩散较慢，淬火加热时间较长；采用分段加热方式；进行人工时效处理；避免氧化，热处理过程加入中性气体,5.1.4钛及钛合金,一、纯钛,钛在地壳中蕴藏量丰富，仅次于Al,Fe,Mg，居第四位。,在固态下有同素异构转变：.882.5以下为20%钛，是密排六方晶格；.882.5以上为钛，是体心立方晶格。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,二、钛合金,钛合金按其退火状态的组织可分为：20%型钛合金、合金牌号为TA；型钛合金、合金牌号为TB；（20%+）型钛合金，合金牌号为TC；与编号顺序数字结合起来表示。如：TA5,TB2,TC3等。,合金元素溶入20%-Ti中形成20%固溶体，溶入-Ti中，形成固溶体。,铝钛合金,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,三、钛及钛合金的热处理,其主要热处理方式：退火、淬火、时效，并分别用M、C、S表示。,（2）淬火、时效处理：20%型钛合金不能进行热处理强化；钛合金通过淬火得相（亚稳定相），再经400600时效，可析出弥散20%相，从而使提高，但塑性下降。,(1)退火：650850退火，可去加工硬化；450650退火可去内应力.（许多钛合金以退火状态供货。）,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,5.1.5轴承合金,滑动轴承是汽车、拖拉机、机床及其他机器中的重要部件，轴承合金是制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料。,一.轴承合金的性能组织要求：,A.性能要求：当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷，故需如下性能：,1)足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的单位压力。,2）足够的塑性和韧性，高的疲劳强度，以承受轴颈的周期性载荷，并抵抗冲击和振动。,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,A.性能要求：,3）良好的磨合能力，使其与轴能较快地紧密配合。,4）高的耐磨性，与轴的摩擦因数小，并能保留润滑油，减轻磨损。,5）良好的耐蚀性、导热性，较小的膨胀系数，防止因摩擦升温而发生咬合。,B.组织要求：最好是在软基体上分布着硬质点,轴在轴瓦中转动时:,.软基体(软质点)被磨损而凹陷,保持润滑油.硬质点(硬基体)耐磨相对凸起,支持轴的压力并使轴与轴瓦接触面积减小,-使轴与轴瓦接触面积减小保证近乎理想的摩擦条件和极低的摩擦因数,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,二.轴承合金的划分及介绍:,1)常用的轴承合金划分:锡基.铅基,铝基,铜基和铁基轴承合金(其中最常用的为:锡基和铅基轴承合金,又称巴氏合金),2)巴氏合金表示方法（一种软基体上分布着硬颗粒相的低熔点轴承合金）Z+基本元素符号+主加元素含量+辅加元素含量(其中Z是铸造的意思)如:ZSnSb11Cu6表示:主加元素地锑的成分为=11%,辅加元素铜的成分为=6%,余量为锡.,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,3)巴氏合金介绍:,a.锡基轴承合金:组成:软基体由锑在锡中的固溶体组成,硬质点由以锡,锑化合物SnSb为基的固溶体及锡与铜形成的化合物.,b.铅基轴承合金:组成:软基体由(+)工晶体组成,为锑溶于铅的固溶体,为铅溶于锑的固溶体,应质点的与锡基合金相同,制造成本低廉.性能:力学性能,导热,抗蚀,件摩等性能比锡基合金差应用:主要用于制作汽车,轮船,柴油机,减速器等中低运转的轴承,性能:导热性,耐腐蚀性,工艺性良好;摩擦因数与膨胀系数较小,抗咬合能力强应用:广泛应用于制作航空发动机,气轮机,内燃机等大型机器中的高速轴承,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,4)其它轴承合金:如:铜基轴承合金组成:硬基体软质点的组织特征性能:比巴氏合金高的承载能力,疲劳强度及耐磨性应用:可直接用作高速,高载荷的发动机轴承,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,第五章：非铁金属材料与粉末冶金材料,5.2粉末冶金材料,5.2.1粉末冶金材料