机械工程材料-第六章非铁合金与粉末冶金材料

6.1铝及铝合金,6.2铜及铜合金,6.3滑动轴承合金,第6章非铁合金与粉末冶金材料,6.4粉末冶金材料,1,本章重点内容,学习目的,通过本章的学习，了解粉末冶金方法及滑动轴承合金的组织特征；掌握常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。,常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。,2,6.1铝及铝合金,6.1.1工业纯铝,纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时，会使性能下降,6.1铝及铝合金,3,第6章,铝（铝合金）的特点,密度低，只有2700kg/m3，是除镁和铍外最轻的金属。比强度、比刚度高，无低温脆性，无磁性。核辐射，受冲击不产生火花,优良的物理、化学性能。导电性导热性仅次于Au、Cu和Ag，磁化率低、耐腐蚀等。,加工性能好，铸造性能好，易于塑性变形，铝合金经热处理后还具有很高的强度。,6.1.1工业纯铝,4,纯铝的强度低，不能用作结构材料,铝合金,纯铝通常制成管、棒、箔等型材，配制合金和脱氧剂、电线、电缆等,第6章,6.1.2铝合金,5,6.1.2铝合金,1.铝合金的分类,根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。请点击,（1）,变形铝合金,不可热处理强化铝合金-防锈铝,可热处理强化铝合金-硬铝、超硬铝和锻铝,（2）,变形铝合金,铸造铝合金,具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好,第6章,（1）时效强化,6.1.2铝合金,6,2.铝合金的热处理,固溶处理+时效处理,将铝合金加热到相区，经保温，使第二相溶入固溶体中，然后水冷，得到过饱和的固溶体固溶处理,第6章,固溶处理后的铝合金，随时间延长而发生硬化的现象时效,固溶处理后，在自然时效初始阶段，铝合金的强度不高，塑性好，称这段时间为“孕育期”,强度不高，塑性好,孕育期,冷变形加工,请点击,（2）回归处理,6.1.2铝合金,7,将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态，这种处理方法叫回归处理。,可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。,（3）退火,铸造铝合金退火,消除内应力及成分偏析，稳定组织。,变形铝合金退火,消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。,时效规律请点击,第6章,（1）变形铝合金的分类、代号与牌号,3.变形铝合金,6.1.2铝合金,8,分类：防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）及锻铝合金（LD），,采用四位数字体系和四位字符体系：如3A21、2A01等。第一位数字表示铝及铝合金的组别请点击,代号与牌号：,第6章,第二组数字或字母表示纯铝或铝合金的改型情况，字母A表示原始纯铝，数字0表示原始合金，BY或19表示原始合金改型情况。牌号最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，纯铝则表示铝的最低质量分数（%）。,不能热处理强化的铝合金,用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字母“L”和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5(5A05)表示。,防锈铝,（2）常用的变形铝合金,6.1.2铝合金,9,第6章,Al-Mn系合金如3A21（LF21）,耐蚀性和强度比纯铝高，塑性和焊接性良好，切削加工性能不良（太软）。主要用于焊接件、容器、管道或需用深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。,能热处理强化的铝合金,6.1.2铝合金,10,硬铝,用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母“L”和“Y”加顺序号表示，如12号硬铝用LY12（2A12）表示。,（铝-铜-镁系合金）,第6章,Al-Mg系合金如5A05（LF5）、5A11（LF11）,Al-Zn-Mg-Cu系合金,密度比纯铝小，强度比Al-Mn系合金高，耐蚀性和塑性较高，焊接性能良好，切削加工性能较差。主要用于焊接容器、管道及承受中等载荷的零件及制品，也可作铆钉。,抗拉强度较高，具有优良的耐海水腐蚀性能，较高的断裂韧度，良好的成形工艺性能，适于制造水上飞机蒙皮及其它要求耐腐蚀的高强度钣金零件,6.1.2铝合金,11,铆钉硬铝典型牌号2A01（LY1）、2A10（LY10）,标准硬铝典型牌号2A11（LY11）,高强度硬铝典型牌号2A12（LY12）,超硬铝,用“铝”和“超”二字的汉语拼音首字母“L”和“C”加顺序号表示，如4号超硬铝用LC4（7A04）表示。,（铝-锌-镁-铜系合金）,第6章,淬火后冷态下塑性极好，时效强化速度慢，时效后切削加工性能也较好，可利用孕育期进行铆接制作铆钉。,强度较高、塑性较好，退火后冲压性能好。主要用于形状较复杂、载荷较轻的结构件。,强度、硬度高，塑性、变形加工性及焊接性较差。主要用于高强度结构件，例如飞机翼肋、翼梁等,超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500700MPa，超过高强度的硬铝LY12合金(400430MPa)。,应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。,用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字母“L”和“D”加顺序号表示，如5号锻铝用LD5（2A50）表示。,6.1.2铝合金,12,锻铝,（铝-镁-硅-铜系合金）,锻铝合金力学性能与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外形复杂的锻件。,第6章,6.1.2铝合金,13,4.铸造铝合金,铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首写字母“ZL”加三位数字表示,第一位数表示合金系别：1为铝硅系合金；2为铝铜系合金；3为铝镁系合金；4为铝锌系合金。第二、三位数字表示合金的顺序号。如ZL111表示11号铝硅系铸造铝合金。,（1）铸造铝合金的分类、代号及牌号,铸造铝合金的牌号是由“Z+基体金属的化学元素符号+合金元素符号+数字”组成。如ZA1Si12表示wSi12%的铸造合金,第6章,ZL101、ZL104、ZL105、ZL107、ZL109,优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的力学性能，塑性较差，变质处理可显著改善其塑性和强度。ZAlSi12（ZL102）（常称简单硅铝明），属于共晶成分，致密性较差，不能热处理强化。若加入Cu、Mg、Mn等合金元素获得多元Al-Si合金（也称特殊硅铝明），经固溶时效后强化效果更为显著。适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。,铝-硅铸造合金,6.1.2铝合金,14,（2）常用的铸造铝合金,第6章,ZL201ZL202ZL203,铝-铜铸造合金,6.1.2铝合金,15,第6章,室温、高温力学性能都很高，加工性能好，表面粗糙度小，耐热性好，可进行时效强化。在铸铝中强度最高，但铸造性能和耐蚀性差，主要用来制造要求较高强度或高温下不受冲击的零件。,铝-镁铸造合金,密度小(2.55)、耐蚀性最好、强度最高(抗拉强度可达350MPa)，塑性好，铸造性能差，耐热性低，时效硬化效果甚微，主要用于在腐蚀性介质中工作的零件。,ZL301ZL302ZL303,ZL401ZL402,6.1.2铝合金,16,铝-锌铸造合金,第6章,铸造性能好，变质处理和时效处理后强度较高，耐蚀性、耐热性差，是最便宜的一种铸造铝合金。主要用于制造工作温度不超过200、形状复杂的汽车、仪表、飞机零件等,知识就是财富,6.2铜及铜合金,6.2.1工业纯铜,纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。密度8.9g/cm3，熔点1083。导电性和导热性良好，并具有抗磁性，在大气和淡水中有良好的耐腐蚀性能。强度、硬度不高，塑性、韧性、低温力学性能及焊接性良好，适宜进行各种冷热加工电器工业，电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器，配制铜合金等。,纯铜的强度低，不宜用作结构材料,6.2铜及铜合金,17,第6章,铜及铜合金的特点,优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。,加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。,具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。,色泽美观。,6.2.1工业纯铜,18,第6章,铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能,按化学成分,黄铜,青铜,白铜,以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。,以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。,以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。,6.2.2铜合金,19,6.2.2铜合金,1.铜合金的分类,第6章,按生产方式,加工铜合金,铸造铜合金,6.2.2铜合金,20,2.黄铜,（1）普通黄铜（铜锌二元合金）,第6章,（2）特殊黄铜,铜锌的基础上加入Pb、Al、Sn、Mn、Si等元素,Zn32%时，塑性下降；Zn=40%45%时，强度最高；Zn45%时，塑性和强度均急剧下降。,Zn的质量分数的影响,6.2.2铜合金,21,第6章,6.2.2铜合金,22,普通黄铜的代号及牌号,H62表示Cu的平均质量分数为62%，其余为Zn的普通加工黄铜。,ZCuZn38，其含义是wZn38%，其余为Cu的铸造黄铜。,H80金色黄铜，装饰件，薄管。,H62、H59强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件,H96冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。,H70“三七黄铜”弹壳、套管和复杂深冲零件（H68）,普通黄铜的用途,第6章,（2）特殊黄铜,6.2.2铜合金,23,合金元素的影响,Pb改善切削加工性和耐磨性；Si改善铸造性能，提高强度和耐蚀性；Al提高强度、硬度和耐蚀性；Sn、Al、Si、Mn提高耐蚀性，减少应力腐蚀破裂。,特殊黄铜的代号、牌号与应用,HSn62-1表示wCu=61%63%，wSn=0.75%1.1%，其余为Zn的加工锡黄铜。ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn40%、wMn3%wFe1%、其余为Cu的铸造特殊黄铜。,第6章,消除加工黄铜的加工硬化现象。,（3）黄铜的热处理,去应力退火：将黄铜制件加热到200300，保温后缓冷。,消除应力，防止应力腐蚀破裂及切削加工后的变形。,再结晶退火：一般是将黄铜制件加热到500700，保温后缓冷.,6.2.2铜合金,24,第6章,Pb黄铜：HPb60-1切削性能好，耐磨性好钟表零件,Sn黄铜：HSn90-1HSn62-1耐蚀性好船舶零件。海军黄铜,Al黄铜：HAl77-2HAl60-1-1,耐蚀性好，强度和硬度高船舶零件，机械及电机零件。,Si黄铜HSi80-3,耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好,船舶零件，机械及化工零件,锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件,6.2.2铜合金,25,第6章,（4）黄铜的用途,3.青铜,加工青铜的代号如QSn4-3表示wSn=3.5%4.5%、wZn=2.7%3.3%，其余为Cu的加工锡青铜。,6.2.2铜合金,26,第6章,除黄铜和白铜以外的其他铜合金称为青铜。,按生产方式，还可分为加工青铜和铸造青铜。,含锡元素的称为普通青铜（锡青铜），不含锡元素的称为特殊青铜（也叫无锡青铜）。,（1）青铜的代号及牌号,铸造青铜的牌号ZCuSn10Pb1表示平均wSn=9.0%11.5%、wPb=0.5%1%，余量为Cu的铸造锡青铜。,6.2.2铜合金,27,Sn的质量分数的影响,wSn7%以后，强度继续升高，塑性急剧下降；wSn20%时，合金变脆，强度显著降低。,第6章,（2）普通青铜（锡青铜）,锡青铜的性能及用途,6.2.2铜合金,28,第6章,在大气、海水、淡水以及蒸气中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，在盐酸、硫酸和氨水中的耐蚀性较差；具有良好的减摩性，无磁性、无冷脆现象。,铸造锡青铜形状复杂，外形尺寸要求严格，致密性要求不高的耐磨、耐蚀件，如轴瓦、轴套、齿轮、蜗轮、蒸汽管等。,加工锡青铜仪表上要求耐磨、耐蚀的零件及弹性零件、滑动轴承、轴套及抗磁零件等。,（3）特殊青铜（无锡青铜）,铝青铜QAl9-4、QAl7耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，力学性能好。,QAl10-3-1.5飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件。,QAl9-4船舶及电气零件，耐磨件。,QSn4-3，QSn6.5-0.1,耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性，用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。,6.3.2镁及镁合金,29,第6章,QAl7重要的弹簧及弹性元件。,铍青铜,耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。,QBe2重要的弹簧及弹性元件、耐磨件、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。,硅青铜耐蚀件、弹簧、涡轮、蜗杆等。,6.2.2铜合金,30,第6章,6.3滑动轴承合金,6.3.1轴承合金的工作条件及性能要求,较高的抗压强度和疲劳强度；高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦数；足够的塑性和韧性；良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数和良好的工艺性。,制造轴承中的轴瓦及内衬。工作时，承受强烈的摩擦和周期性载荷。并要考虑使轴磨损最小。,6.3滑动轴承合金,31,第6章,1.软基体上均匀分布着硬质点,2.硬基体上均匀分布着软质点,具有较好的磨合性，耐冲击与振动，但承载能力不高。,摩擦系数低，承载能力高，但磨合性差。,6.3.2轴承合金的组织特征,6.3.2轴承合金的组织特征,32,软基体贮存润滑油；承受冲击和振动，嵌藏外来小硬物。,硬质点支撑轴颈，承受载荷，抵抗磨损。,软质点贮存润滑油，硬基体承受载荷并抵抗磨损。,第6章,牌号：“Z+基体合金元素符号+主添加合金元素符号+数字+辅添加元素符号+数字”组成。元素符号后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。如ZSnSb11Cu6表示wSb11%、wCu6%，余量为锡的铸造锡基轴承合金。,6.3.3轴承合金的分类及牌号,6.3.3轴承合金的分类及牌号,33,分类：锡基、铅基、铝基、铜基等,第6章,6.3.4常用的轴承合金,6.3.4常用的轴承合金,34,1.锡基轴承合金（锡基巴氏合金）摩擦系数和膨胀系数小，具有良好的塑性、减摩性、耐蚀性、导热性、耐冲击性和工艺性，抗咬合能力强制作航空发动机、汽轮机、内燃机等大型机器的高速轴瓦。典型牌号ZSnSb11Cu6。,第6章,2.铅基轴承合金（铅基巴氏合金）强度、硬度、韧性、导热性、耐蚀性及减摩性均比锡基轴承合金低，工作温度120，但价格较便宜制造汽车、拖拉机、轮船、减速器等承受中、低载荷的中速轴承。典型牌号有ZPbSb16Sn16Cu2。,4.铝基轴承合金密度小，导热性、耐热性、耐蚀性好，疲劳强度高，价格低，但膨胀系数大，抗咬合性差。高锡铝基轴承合金，制造高速、重载汽车、拖拉机和内燃机车上的发动机轴承。典型牌号ZAlSn6Cu1Ni1。,6.3.4常用的轴承合金,35,第6章,铅青铜疲劳强度、承载能力高，具有优良的耐磨性、导热性和低的摩擦因数，能在250左右温度下工作，制造高速、重载轴承。典型牌号ZCuPb30。,锡青铜适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。典型牌号ZCuSn10Pb1。,3.铜基轴承合金,6.4粉末冶金材料,粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料。生产粉末冶金材料的方法称为粉末冶金法。,6.4.1粉末冶金材料的应用,6.4粉末冶金材料,36,第6章,1、粉末冶金减摩材料,滑动轴承（含油轴承）,可实现自动润滑，一般用于中速、轻载荷的轴承，尤其适宜制造不能经常加油的轴承，如食品机械、电影机械、纺织机械、家用电器（如电风扇、电唱机）轴承等。,6.4.1粉末冶金材料的应用,37,2、粉末冶金摩擦材料,铁基摩擦材料：承受较大压力，在高温、高载荷下摩擦性能优良，多用于各种高速重载机器的制动器。铜基摩擦材料：工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、抗卡性好，湿式工作条件下耐磨性优良，常用于汽车、拖拉机、锻压机床的离合器与制动器。根据工作条件不同，还分为干式和湿式材料，湿式材料宜在油中工作。,3、粉末冶金结构材料,铁基结构材料：零件精度较高，粗糙度值小，无屑和少屑加工，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声。,第6章,铜基结构材料比铁基结构材料抗拉强度低，但塑性、韧性较高，具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，可进行各种镀涂处理。,1.常用硬质合金的类别、成分和牌号,6.4.2硬质合金,一种或几种难熔碳化物（如碳化钨、碳化钛等）粉末，加入起粘接