第5章 非铁金属及粉末冶金.ppt

1、第5章 非铁金属及粉末冶金,5.1 铝及铝合金,5.2 铜及铜合金,5.3 滑动轴承合金,5.4 钛及钛合金,5.5 镁及镁合金,5.6 粉末冶金,铜、铝、铅、锌、钛、镁等非铁金属（又称为有色金属）及其合金与钢铁材料相比，具有许多特殊性能，比如密度小、比强度大、耐热、耐腐蚀和良好的导电性等，是现代工业中不可缺少的金属材料。 广泛应用的非铁金属有铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金、钛及钛合金、镁及镁合金等。,5.1 铝及铝合金,铝在地壳中含量第一，居四大金属（Al、Fe、Mg、Ti）之首，约占地壳总重量的8.2%。铝及铝合金在工业中是应用最广的非铁金属，仅次于钢铁材料。,5.1.1 纯铝,纯铝按纯

2、度可分高纯铝、纯铝，其中纯铝又分为工业高纯铝和工业纯铝。 高纯铝主要用于科研、化学工业及制作电容器等特殊用途；工业高纯铝主要用作铝合金原料、铝箔等；工业纯铝主要用作电线、电缆及配制合金等。,5.1.2 铝合金,在纯铝中适当加入一些其他元素配制成铝合金，可使其机械性能显著提高。铝合金的密度小，熔点低，导电、导热性不如纯铝。通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到500600MPa，比强度高。,1铝合金分类,形变铝合金,铝合金分类,铸造铝合金,防锈铝合金,硬铝合金,超硬铝合金,锻铝合金,铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金,铝锌合金,铝合金应用实例,铸造铝活塞裙部常用材料为铝硅合金ZL109,图52ZL109

3、活塞,固溶强化 时效强化 细晶强化 过剩相强化,飞机主起落架- 超硬铝合金时效强化,2提高铝合金强度的主要途径,5.2 铜及铜合金,铜的密度大;导电及导热性能好;抗腐蚀性好;塑性高;强度低;无磁性;加工工艺性好。铜合金具有特殊优异性能，如良好的铸造性、减摩性，以及较高疲劳极限等。 铜及铜合金在电气仪表、造船及机械制造工业部门获得了广泛的应用。,纯铜强度低，价格昂贵，不宜直接用作结构材料，主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金。 工业纯铜中含有锡、铋、氧、硫、磷等杂质，使铜的导电能力下降。铅和铋易使铜发生脆性断裂（热裂），硫、氧易使铜在冷加工时促进破裂（冷脆）。,5.2.1 纯铜（紫铜）,1、纯

4、铜性质,纯铜分工业纯铜和无氧铜两类。 工业纯铜分未加工产品和加工产品两种。未加工产品代号有Cu-1和Cu-2两种。加工产品分为T1、T2、T3三种。 无氧铜，其含氧量极低，牌号有TU0、TU1、TU2。,2、纯铜的牌号,以锌为主要合金元素（含锌量低于50%）的铜锌合金称为黄铜。 黄铜具有良好的塑性、耐腐蚀性、变形加工性能和铸造性能，应用较广。 黄铜可分为普通黄铜和特殊黄铜两类。,5.2.2 黄铜,普通黄铜是铜锌二元合金，分为单相黄铜和双相黄铜两种类型。常用的单相黄铜牌号有H80、H70、H68等（数字表示平均含铜量）。 常用双相黄铜的牌号有H62、H59等。,1、普通黄铜,普通黄铜应用实例,法

5、兰阀,闸阀,为了获得更高的强度、抗蚀性和良好的铸造性能，在铜锌合金中加入铝、铁、硅、锰、镍等元素，形成各种特殊黄铜。其编号方法是：“H主加元素符号铜含量主加元素含量”。例如：HPb60-1表示平均成分为60%Cu，1%Pb，余为Zn的铅黄铜。,2、特殊黄铜,图53黄铜炉具,特殊黄铜应用实例,青铜包含锡青铜、铝青铜、铍青铜和硅青铜等，可分为压力加工青铜（以青铜加工产品供应）和铸造青铜两类。 青铜的编号规则是：“Q主加元素符号主加元素含量（其它元素含量）”，如QSn4-3表示成分为4%Sn、3%Zn、其余为铜的锡青铜。铸造青铜编号前加“Z”。,5.2.2 青铜,工业上用的锡青铜的含锡量一般为3%1

6、4%，Sn含量5%时宜于冷加工使用，含锡量5%7%时宜热加工，含Sn量大于10%的锡青铜适合铸造。,1、锡青铜,铝青铜的强度和抗蚀性比黄铜和锡青铜还高，它是锡青铜的代用品，常用来制造弹簧、船舶零件等。,2、铝青铜,铍青铜热处理强化后的抗拉强度可高达12501500MPa，HB可达350400，因此常用来制造各种重要弹性元件、耐磨零件。,3、铍青铜,铍青铜应用实例,图54铍青铜带材,铜合金应用实例,零 件,铜火盖,5.3 滑动轴承合金,滑动轴承合金是指用于制造滑动轴承轴瓦及内衬的材料。 滑动轴承在工作时承受交变载荷，温度高、磨损大，故对用作轴承的合金有很高要求。,在工作温度下,应具有足够的抗压强

7、度、疲劳强度和高的耐磨性。 具有足够的塑性与韧性。 具有较小的摩擦系数。 具有良好的磨合性。 具有良好的抗蚀性。 具有良好的导热性。 具有较小的膨胀系数。 具有良好的抗咬合性。,5.3.1 滑动轴承合金性能要求,轴承合金在软的基体上分布着硬质点，或者在硬基体上分布着软质点。软基体受磨损而凹陷，硬质点就凸出于基体上，减小轴与轴瓦间的摩檫系数，软基体能承受冲击和振动，并使轴与轴瓦很好地磨合。采取硬基体上分布软质点，也可达到上述目的。,图56各类轴瓦材料,锡基轴承合金（锡基巴氏合金）； 铅基轴承合金（铅基巴氏合金）； 铝基轴承合金 ； 铜基轴承合金 ； 多层轴承合金 .,5.3.2 滑动轴承合金主要

8、类型,锡基轴承合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金，以锡、锑为主，并加入少量其它元素的合金。 常用的牌号有ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4、ZSnSb4Cu4等。 锡基轴承合金磨擦系数小，线膨胀系数小，具有良好的磨合性、抗咬合性、耐蚀性，浇注性能也很好，普遍用于浇注汽车发动机、气体压缩机、汽轮机、涡轮机等的轴承和轴瓦。,1、锡基轴承合金（锡基巴氏合金）,铅基轴承合金是铅锑合金的基础上，加入其它合金元素，如Sn、Cu、Cd等，防止产生枝晶偏析引起硬质点不均匀分布。 铅基轴承合金的硬度、强度、韧性都比锡基轴承合金低，摩檫系数较大，价格较便宜，铸造性能好。 常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆

9、轴承及电动机轴承，但其工作温度不能超过120。,2、铅基轴承合金（铅基巴氏合金）,铝基轴承合金比重小、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好，广泛用在高速高负荷条件下工作的轴承。 按化学成分可分为铝锡系（Al-20%Sn-1%Cu）、铝锑系（Al-4%Sb-0.5%Mg）和铝石墨系（Al-8%Si合金基体3%6%石墨）三类。,3、铝基轴承合金,4、铜基轴承合金,常用的铜基轴承合金有ZCuPb30和ZCuSn10P1，有良好的保持润滑油膜和减摩性能，有较高的疲劳极限和承载能力，导热性高，能在高温下工作，但强度较低。,滑动轴承合金应用实例,巴氏合金轴瓦,内燃机轴瓦,5.4 钛及钛合金,钛资源丰富，在地球各

10、种元素中储量位居第九。而按金属结构材料计，则仅次于铝、铁、镁，位居第四。 钛比重小，比强度和比刚度高，塑性好，耐热性高，抗腐蚀性能优异，使钛在现代工业中占有极其重要的地位。在航空、化工、导弹、航天及舰艇等方面，钛及其合金得到广泛的应用。,纯钛是银白色金属，熔点为1668，相对密度为4.54，比钢轻43%。钛有很好的强度，约为铝的6倍，所以钛的比强度（强度/相对密度）在结构材料中是很高的。 纯钛分为高纯钛和工业纯钛两种。高纯钛强度不高，塑性好。工业纯钛按杂质含量不同可分为三个等级，即TA1、TA2、TA3。,5.4.1 纯钛,根据使用状态的组织，钛合金可分为三类：型钛合金、型钛合金、型钛合金。

11、牌号分别以TA、TB、TC加上编号表示。,5.4.2 钛合金,1、钛合金,钛合金具有很好的强度、韧性及塑性，在冷态也能加工成半成品。在高温下组织稳定，抗氧化能力较强，热强性较好。钛合金有TA1到TA8共8个牌号。,2、钛合金,全部是相的钛合金较少应用，其比重较大，耐热性差及抗氧化性能低，生产工艺复杂。但全钛合金具有良好的塑性，目前有一种介稳定的相钛合金，易于加工成型，经时效处理能获得很高的强度。型钛合金有TB1、TB8两个牌号。,3、型钛合金,型钛合金兼有型和型钛合金的优点，耐热性和塑性都比较好，并可进行热处理强化，生产工艺也比较简单，因此型合金的应用比较广泛。其牌号为“TC”加序号，共有10

12、个，其中以TC4（Ti-6Al-4V）合金应用最广。,5.5 镁及镁合金,镁的储量仅次于铝和铁，居第三位。镁合金是工业应用中最轻的结构材料。 纯镁的强度较低，实际应用时常加入其他元素，如Al、Zn、Mn、Zr以及稀土元素等，通过固溶强化、时效强化、细晶强化等，形成具有优良性能的镁合金，强度较高，具有良好的切削加工性能和铸造性能。,镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。,5.5.1 镁合金分类,1、变形镁合金,按化学成分将变形镁合金分为Mg-Mn系合金、Mg-Al-Zn系合金和Mg-Zn-Zr系合金三类。 我国变形镁合金牌号用字母MB及数字表示。,2、铸造镁合金,铸造镁合金的牌号用ZM及数字表

13、示，分为高强度铸造镁合金和耐热铸造镁合金两大类。 属于高强铸造镁合金的有Mg-Al-Zr系、Mg-Zn-Zr系的ZM1、ZM2、ZM5、ZM7和ZM8. 耐热铸造镁合金属于Mg-Re-Zr系合金，牌号有ZM3、ZM4和ZM6.,铸造镁合金在汽车、飞机、通讯、电子等领域内应用越来越多。 变形镁合金主要集中在国防军工方面，如穿甲弹、诱饵鱼雷壳体，以及雷达、卫星上的井字梁，重量与塑料壳体相当，但刚度很高。 目前，镁合金的应用正以高达25%的年增长速度增长，显示出了诱人的发展前景。,5.5.2 镁合金的应用,镁合金的应用实例,图5-8 宝马汽车发动机镁合金壳体,5.6 粉末冶金,粉末冶金是指直接得用金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成型、烧结和后处理等制作成品或半成品生产工艺过程。,能够生产出其他工艺方法不能或很难制造的制品。可制取难熔、极硬和特殊性能的材料；又能生产少切削或无切削的优质机械零件，如多孔含油轴承、精密齿轮、摆线泵内外转子、活塞环等。 材料的利用率很高，接近100。 有些制品用其他方法