课题八 合理选用非铁金属及其合金

1、课题八课题八 合理选用非铁金属及其合金合理选用非铁金属及其合金 任务一 掌握铝及其合金的性能与应用 任务二 掌握铜及其合金性能与应用 任务三 掌握锌及锌合金的性能与应用 任务四 了解钛及钛合金的性能与选用 任务五 了解轴承合金的性能与选用 任务六 了解粉末冶金的特点与制造过程 任务七 熟悉硬质合金的特点与应用 有色金属有色金属黑色金属以外的金属，也称非铁非铁 金属金属。 轻轻 金金 属属密度小于3.5 g/cm3（铝、镁、铍 等）的有色金属。 重重 金金 属属密度大于3.5g/cm3（铜、镍、铅 新等）的有色金属。 导言 任务一 掌握铝及其合金的性能与应用 一、铝及铝合金的性能特点 二、铝及铝

2、合金的分类、代号、牌号和用途 铝是一种具有良好的导电、传热性及延展性的 轻金属。铝中加入少量的铜、镁、锰等，形成坚硬 的铝合金。 铝及铝合金的应用 1、纯铝的性能特点、纯铝的性能特点 1密度小（2.7103kg/m)，熔点低(660） 2.导电性（为铜的62，以质量比较是铜的2倍）与 导热性好，磁化率低。 3抗大气腐蚀性能好。 4塑性好（50，80）， 加工性能好。 可加工成各种型材，丝、线、箔、片、棒、管等。 一、工业纯铝一、工业纯铝 2、纯铝的牌号和用途、纯铝的牌号和用途 铝及铝合金的分类 按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝。 高纯铝：高纯铝：99.93%9

3、9.996%，用于科研， 代号L01L04。 工业高纯铝：工业高纯铝：99.85%99.9%，用于作铝合金的原料、特殊化 学器械等，代号L00、L0。 工业纯铝：工业纯铝：98.0%99.0%， 用作管、线、板材和棒材，代号 L1L6。 高纯铝后的编号数字越大，纯度越高；工业纯铝代号后的 编号数字越大，纯度越低。 应用 纯铝的牌号：1四位字符（以1开头，第二位表示 纯铝的成分状况（0或A），第三、四位表示铝的质量分数 小数点后两位数。如1A99表示99.99纯铝 2、纯铝的牌号和用途、纯铝的牌号和用途 l铝合金的用途铝合金的用途 二、铝合金二、铝合金 向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，

4、制成 较高强度的铝合金。 1. 铝合金的分类 根据成分特点和生产方式不同分：压力加工铝合金压力加工铝合金 （形变铝合金形变铝合金）和铸造铝合金铸造铝合金。 2.铝合金的强化方法 1）不可热处理的形变铝合金（冷轧、压延加工） 2）可热处理的形变铝合金（水中快冷淬火） 3）铸造铝合金（变质处理，使其强化） 形变铝合金根据性能不同分：防锈铝、硬铝、超硬铝和锻防锈铝、硬铝、超硬铝和锻 铝铝。 代号分别用LF、LY、LC、LD等字母及一组顺序号表示，如 LF5、LY1、LC4、LD5。 参见表81 按国家标准（按国家标准（GB3190GB319019821982）规定：）规定： 铸造铝合金按加入的主要合

5、金元素的不同分为: AlSi系、 AlCu系、 AlMg系 AlZn系合金 其代号用ZL3个数字表示，其中第一位数字表示合金的类 别（1为AlSi系，2为AlCu系，3为AlMg系，4为AlZn 系），后两位为合金的序号。如ZL102(ZAlSi2），ZL401 参见表82 按国家标准（按国家标准（GB3190GB319019821982）规定：）规定： 3 3铝合金的强化铝合金的强化 在铝合金的相图中，将B溶质含量在DF之间的变形铝合 金加热到相区，经保温后迅速水冷（这种淬火称固溶处 理），在室温下得到过饱和的固溶体。这种组织是不稳定 的，在室温下放置或低温加热时，有分解出强化相过渡到稳 定

6、状态的倾向，而使强度和硬度明显提高，这种现象称为时时 效效。 在室温下进行的时效称为自然时效自然时效。 在加热条件下进行的时效称为人工时效人工时效。 含铜4%的铝合金的自然时效曲线 铝合金的应用 变形铝合金的应用 铸造铝合金的应用 任务二 掌握铜及其合金性能与应用 一、纯铜（Cu） 二、铜合金 铜及铜合金的分类 一、纯铜（一、纯铜（Cu） 铜丝 呈紫红色，故又称为紫铜 （纯度99.799.95）； 密度：8.96 103 kg/m3； 熔点：1083； 导电性和导热性仅次于银。 按化学成分不同：工业纯铜工业纯铜和无氧铜无氧铜。 我国工业纯铜：未加工产品和加工产品 未加工产品代号：Cu-1、 C

7、u-2、 Cu-3 加工产品代号： 一号铜（99.95%Cu），代号T1 二号铜（99.90%Cu），代号T2 三号铜（99.70%Cu），代号T3。 无氧铜含氧量极低，不大于0.003%，其代号有TU1、TU2， “U”是“无”字汉语拼音字首。 纯铜的牌号、化学成分和纯铜的牌号、化学成分和用途用途 纯铜的应用实例纯铜的应用实例 二、铜合金二、铜合金 为了满足制作结构件的要求，工业上广泛采用 在铜中加入合金元素而制成性能得到强化的铜合 金，常用的铜合金可分为： 1 1黄铜黄铜 2 2白铜白铜 3 3青铜青铜 1 1黄铜黄铜 黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，具有良好的机械性 能，易加工成形，对

8、大气、海水有相当好的抗蚀能力。 按所含合金元素的种类可分为普通黄铜普通黄铜和特殊黄铜特殊黄铜；按生 产方式可分为压力加工黄铜压力加工黄铜和铸造黄铜铸造黄铜。 （1 1）普通黄铜）普通黄铜 普通黄铜是CuZn的二元合金。普通黄铜又分为单 相黄铜和双相黄铜： 单相黄铜单相黄铜当锌含量小于39时，锌全部溶于铜中 形成固溶体。 双相黄铜双相黄铜当锌含量大于等于39时，除了有固 溶体外，组织中还出现了以化合物CuZn为基体的固溶体。 锌含量对黄铜力学性能的影响 （2 2）特殊黄铜）特殊黄铜 在普通黄铜的基础上加入Sn、Si、Mn、Pb、Al等元素， 形成的铜合金。 根据加入元素不同，分别称为锡黄铜、硅黄

9、铜、锰黄铜、锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、 铅黄铜和铝黄铜铅黄铜和铝黄铜等。 普通压力加工黄铜牌号：H+ 平均含铜量。例如：H62表 示含铜62%，其余为Zn的普通黄铜。 特殊压力加工黄铜牌号：H + 主加元素符号（除锌外）+ 平均含铜量 + 主加元素平均含量。例如：HMn582，表 示含铜量为58%、含锰量为2%的特殊黄铜。 铸造黄铜（包括普通黄铜和特殊黄铜）牌号：ZCu+主加 元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量 组成。例如：ZCuZn38，ZCuZn40Mn2等。 黄铜应用实例黄铜应用实例 2 2白铜白铜 白铜是以镍为主加合金元素的铜合金。具有很好的冷热 加工性能，不能进行热处

10、理强化，只能用固溶强化和加工 硬化来提高强度。 牌号：B镍含量。 三元以上的白铜牌号：B第二个主添加元素符号及除 基元素铜外的成份数字组表示。例如： l B30表示含Ni量为30%的白铜。 l BMn312表示含Mn为3%，含Ni为12%的锰白铜。 白铜应用实例白铜应用实例 3 3青铜青铜 除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为青 铜。按主加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、 铝青铜、硅青铜和铍青铜等。按生产方式也可分 为压力加工青铜和铸造青铜两类。 古代青铜文化古代青铜文化 酒器酒器 黄觚 鸟纹爵 食器食器 司母戊鼎 镶嵌狩猎纹豆 兵器兵器 人面纹钺 燕王职戈 秦始皇陵铜车马 一一 号号 铜

11、铜 车车 马马 二二 号号 铜铜 车车 马马 青铜的应用青铜的应用 压力加工青铜牌号：压力加工青铜牌号：Q主加元素的元素符号及含量 其他加入元素的含量。例如：例如： l QSn43表示含锡量为4，含锌量为3 %，其余为铜的 锡青铜。 l QAl7表示含铝量为7%，其余为铜的铝青铜。 铸造青铜的牌号和铸造黄铜的牌号：铸造青铜的牌号和铸造黄铜的牌号：ZCu+主加元素符 号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。 例如：例如： ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl9Mn2。 （1 1）锡青铜）锡青铜 锡青铜是以锡为主要合金 元素的铜合金，是人类历史上 应用最早的金属。 铸态锡青铜的力学性

12、能与含锡量的关系 （2 2）铝青铜）铝青铜 含铝量为5%12%。 （3 3）铍青铜）铍青铜 含铍量为1.7%2.5%。 （4 4）硅青铜）硅青铜 任务三 掌握锌及锌合金的性能与应用 一、锌及锌合金一、锌及锌合金 1. 锌的基本性质锌的基本性质 密排六方晶体，密度8.6，熔点较低，塑性好，易型形。 2.2.锌合金基本特性锌合金基本特性 锌中加入Cu、Mg、Al、Ti元素，形成Zn- Cu， Zn- Mg， Zn- Al等。 特性：特性：摩擦系数低，耐磨性高；成本低；生产周期短； 较高的导电导热性；良好的铸造性；抗火花性。 锌合金的牌号、性能和锌合金的牌号、性能和用途用途参见表参见表88 锌与锌合

13、金的应用锌与锌合金的应用 任务四任务四 了解钛及钛合金的性能与选用了解钛及钛合金的性能与选用 1、纯钛（Ti） 2、钛合金 1、纯钛（、纯钛（Ti） 纯钛是一种银白色具有同素异构转变现象的金属； 在882以下为密排六方晶格，称为钛（Ti）， 在882以上为体心立方晶格，称为钛（Ti）。 密度小（4.58g/cm3） ，熔点高（1677），热膨 胀系数小，塑性好，容易加工成形；在550以下有 很好的耐蚀性，不易氧化，在海水和蒸汽中的抗蚀能 力比铝合金、不锈钢和镍合金好。 、钛合金、钛合金（型、型、+型、型、型）参见表型）参见表9 9 1 1钛合金钛合金 主要合金化元素有Al和Sn。在室温或较高温

14、度 时均为单相固溶体组织，不能热处理强化。常温 下，它的硬度低于其他钛合金，但高温（500600 ）条件下其强度最高，钛合金组织稳定，焊 接性良好。 2 2钛合金钛合金 钛合金中主要加入铜、铬、铝、钒和铁等 促使相稳定的元素，它们在正火或淬火时容易将 高温相保留到室温组织，得到较稳定的相组织。 具有良好的塑性，在540以下具有较高的强 度，但其生产工艺复杂，合金密度大，故在生产 中用途不广。 3 3+钛合金钛合金 除含有铬、钼、钒等相稳定元素外，还含有 锡、铝等相稳定元素。在冷却到一定温度时发 生相转变，室温下为+两相组织。 +钛合金的强度、耐热性和塑性都比较 好，并可以热处理强化，应用范围较

15、广。 l钛与钛合金的应用钛与钛合金的应用 任务5 了解轴承合金的性能与选用 滑动轴承一般由轴承体和轴瓦构成，轴瓦直接支承 转动轴，如图所示。与滚动轴承相比，滑动轴承具有 制造、修理和更换方便，与轴颈接触面积大，轴承载 荷均匀且能承受重载，工作平稳，无噪声等优点，广 泛应用于机床、汽车发动机、各类连杆、大型电动机 等动力设备上。滑动轴承合金具有良好的耐磨性和减 摩性，是制造滑动轴承轴瓦及其内衬的优先选择。 任务5 了解轴承合金的性能与选用 1. 熟悉滑动轴承合金的性能 （1）具有足够的强度、塑性、韧性和一定的耐磨性， 以抵抗冲击和振动。 （2）具有较低的硬度，以免轴的磨损量加大。 （3）具有较小

16、的摩擦因数和良好的磨合性，并能在磨 合面上保存润滑油，以保持轴和轴瓦之间处于正常的 润滑状态。 任务5 了解轴承合金的性能与选用 1. 熟悉滑动轴承合金的性能 （4）具有良好的导热性与耐蚀性。保证轴瓦在高温下 不软化或熔化，又能耐油的腐蚀。 （5）具有良好的抗咬合性。在摩擦条件不好时，轴瓦 材料与轴不会粘合或熔合。 （6）具有良好的工艺性，易于铸造与切削成形，且制 造成本低廉。 任务5 了解轴承合金的性能与选用 滑动轴承合金理想的组织状态是在软的基体上分布 着硬质点，或是在硬的基体上分布着软质点。滑动轴 承在工作时，软的显微组织部分很快地被磨损，形成 下凹区域并储存润滑油，使磨合表面形成连续的

17、油膜， 硬质点则凸出并支承轴颈，使轴与轴瓦的实际接触面 积减少，从而减少对轴颈的摩擦和磨损。 任务5 了解轴承合金的性能与选用 2. 了解常用滑动轴承合金的用途 常用滑动轴承合金有锡基、铅基、铜基、铝基等滑动 轴承合金。铸造滑动轴承合金牌号由“字母Z基体金 属元素十主加合金元素符号及含量辅添加合金元素 符号及含量”组成。若合金元素的质量分数不小于1， 该数字用整数表示，如果合金元素的质量分数小于1， 不标数字，或用一位小数表示。例如，ZSnSb11Cu6表 示平均wSb=11，wCu=6%，wSn=83的铸造锡基轴 承合金。常用滑动轴承合金性能见表810。 任务5 了解轴承合金的性能与选用 常

18、用滑动轴承合金性能见表810。 类型牌号 抗咬 合性 耐磨 性 耐蚀 性 耐疲 劳性 硬度 HBW 轴硬度 HBW 允许压力 /MPa 允许 温度 锡基滑 动轴承 合金 ZSnSb12Pb10Cu4 ZSnSb8Cu4 ZSnSb11Cu6 ZSnSb4Cu4 优优优劣20301506001000150 铅基轴 承合金 （巴氏 合金） ZPbSb16Sn16Cu2 ZPbSb15Sn10 ZPbSb15Sn5 ZPbSb10Sn6 优优中劣1530150600800150 锡青铜 ZCuSn10Pb1 ZCuSn5Pb5Zn5 中劣优优50100 300 400 7002000200 铅青铜

19、ZCuPb30 ZPb1Sn16Cu2 中差差良4080300 2000 3200 220 250 铝基滑 动轴承 合金 ZAlSn6Cu1Ni1 ZAlSn20Cu 劣中优良4550300 2000 2800 100 150 铸铁灰铸铁差劣优优160180 200 250 300600150 任务六任务六 了解粉末冶金的特点与制造过程了解粉末冶金的特点与制造过程 粉末冶金粉末冶金：以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压 制成型后经高温烧结而成。生产效率高，零件精度高，表面制成型后经高温烧结而成。生产效率高，零件精度高，表面 粗糙度值小，一般可不再进行精加

20、工，但金属粉末成本较高，粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高， 适于大批大量生产中压制形状较简单的小型零件。适于大批大量生产中压制形状较简单的小型零件。 任务六任务六 了解粉末冶金的特点与制造过程了解粉末冶金的特点与制造过程 粉末冶金与陶瓷生产有相似之处，故又称为金属陶瓷法。粉末冶金与陶瓷生产有相似之处，故又称为金属陶瓷法。 粉末冶金生产过程包括生产粉末、粉末配料混合、成形（制粉末冶金生产过程包括生产粉末、粉末配料混合、成形（制 坯）、烧结及烧结后处理等。坯）、烧结及烧结后处理等。 粉末冶金生产工艺过程粉末冶金生产工艺过程 任务六任务六 了解粉末冶金的特点与制造过程了解粉末冶金

21、的特点与制造过程 2. 2. 熟悉粉末冶金的特点熟悉粉末冶金的特点 采用粉末冶金方法制造的零件尺寸精确（采用粉末冶金方法制造的零件尺寸精确（IT6IT6IT8IT8）、表）、表 面粗糙度值小（面粗糙度值小（Ra0.8pmRa0.8pm），实现少切削加工或无屑加工，），实现少切削加工或无屑加工， 节约金属材料，提高生产率，显著降低产品的加工成本。由节约金属材料，提高生产率，显著降低产品的加工成本。由 于粉末冶金在技术上和经济上的优越性，粉末冶金应用广泛。于粉末冶金在技术上和经济上的优越性，粉末冶金应用广泛。 缺点是制品内部空隙不能完全消除，强度比相同化学成分的缺点是制品内部空隙不能完全消除，强度

22、比相同化学成分的 铸件或锻件低铸件或锻件低20203030，韧性也较低；成形过程中粉末的，韧性也较低；成形过程中粉末的 流动性远不如金属液，因此制品的大小和形状都受到一定限流动性远不如金属液，因此制品的大小和形状都受到一定限 制，制品的质量通常小于制，制品的质量通常小于10kg10kg；粉末冶金适用于大批量生产。；粉末冶金适用于大批量生产。 任务六任务六 了解粉末冶金的特点与制造过程了解粉末冶金的特点与制造过程 3. 3. 掌握粉末冶金的应用掌握粉末冶金的应用 采用粉末冶金技术可以制造铁基或铜基合金的含油轴承；采用粉末冶金技术可以制造铁基或铜基合金的含油轴承； 制造铁基合金的齿轮、凸轮、滚轮、

23、模具；在铜基或铁基合制造铁基合金的齿轮、凸轮、滚轮、模具；在铜基或铁基合 金中加人石墨、二硫化钼、氧化硅、石棉粉末等制造摩擦离金中加人石墨、二硫化钼、氧化硅、石棉粉末等制造摩擦离 合器、制动片；用碳化钨、碳化钛、碳化铌和钴粉末制成硬合器、制动片；用碳化钨、碳化钛、碳化铌和钴粉末制成硬 质合金刀具、模具和量具；用氧化铝、氮化硼、氮化硅及合质合金刀具、模具和量具；用氧化铝、氮化硼、氮化硅及合 金粉末制成金属陶瓷刀具；用人造金刚石与合金粉末制成金金粉末制成金属陶瓷刀具；用人造金刚石与合金粉末制成金 刚石工具等；制成一些具有特殊性能的元件，如铁镍钴永磁刚石工具等；制成一些具有特殊性能的元件，如铁镍钴永

24、磁 材料、继电器上的铜钨、银钨触点及一些极耐高温的火箭和材料、继电器上的铜钨、银钨触点及一些极耐高温的火箭和 宇航零件、核工业零件等；用于制造难熔金属材料，如钨丝、宇航零件、核工业零件等；用于制造难熔金属材料，如钨丝、 高温合金、耐热材料等。高温合金、耐热材料等。 任务六任务六 了解粉末冶金的特点与制造过程了解粉末冶金的特点与制造过程 掌握粉末冶金的应用掌握粉末冶金的应用 任务七任务七 熟悉硬质合金的特点与应用熟悉硬质合金的特点与应用 一、硬质合金的性能特点 二、常用的硬质合金 硬质合金硬质合金：将一种或多种难熔金属硬碳化物和黏结剂 金属，通过粉末冶金工艺生产的一类合金材料。即将高 硬度、难熔

25、的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽 （TaC）等和钴（Co）、镍（Ni）等黏结剂金属，经制粉、 配料（按一定比例混合）、压制成形，再通过高温烧结 制成。 1. 1. 了解硬质合金生产过程了解硬质合金生产过程 硬质合金是由作为主要组元的一种或几种难熔金属碳化 物和金属粘结剂组成的烧结材料，属于粉末冶金生产工艺 。将高硬度、难熔的碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳 化钽（TaC）、碳化铌（NbC）等粉末为主要成分，金属粘 结剂主要以钴（Co）粉末为主，混合均匀后放入压模中压 制成形，最后经高温（14001500左右）烧结后形成硬 质合金材料。 硬质合金刀片及刀具硬质合金刀片及刀具 2.

26、2. 掌握硬质合金的性能特点与应用掌握硬质合金的性能特点与应用 1）硬度高、红硬性高、耐磨性好的硬质合金，在室温下的 硬度可达8693 HRA，在9001000温度下仍然有较高的硬 度，故硬质合金刀具在使用时，其切削速度、耐磨性及寿命 均比高速钢显著提高。 2）抗压强度比高速钢高，但抗弯强度只有高速钢的1/31/2， 韧性差，约为淬火钢的30%50%。 2. 2. 掌握硬质合金的性能特点与应用掌握硬质合金的性能特点与应用 1）硬度高、红硬性高、耐磨性好的硬质合金，在室温下的 硬度可达8693 HRA，在9001000温度下仍然有较高的硬 度，故硬质合金刀具在使用时，其切削速度、耐磨性及寿命 均

27、比高速钢显著提高。 2）抗压强度比高速钢高，但抗弯强度只有高速钢的1/31/2， 韧性差，约为淬火钢的30%50%。 刀具材料的硬度和热硬性比较刀具材料的硬度和热硬性比较 2 2、常用的硬质合金、常用的硬质合金 1 1）钨钴类硬质合金（）钨钴类硬质合金（K K类硬质合金）类硬质合金） 主要成分为碳化钨及钴。其牌号用“YG数字”表示， 数字表示含钴量的百分数。例如YG8表示钨钴类硬质合金， 含钴量为8%。 主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。牌号用“YT数字” 表示，数字表示碳化钛的百分数。例如YT5表示钨钴钛类 硬质合金，含碳化钛5。 2 2）钨钴钛类硬质合金（）钨钴钛类硬质合金（P P类硬质合金）

28、类硬质合金） 硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少，则合金的硬 度、热硬性及耐磨性越高，合金的强度和韧性越低。含钴量 相同时，YT类硬质合金由于碳化钛的加入，合金具有较高的 硬度及耐磨性，同时，合金的表面会形成一层氧化薄膜，切 削不易粘刀，具有较高的热硬性；但其强度和韧性比YG类硬 质合金低。 3 3）钨钛钽（铌）类硬质合金（）钨钛钽（铌）类硬质合金（M M类硬质合金）类硬质合金） 以碳化钽或碳化铌取代YT类硬质合金中的一部分碳化钛 制成。由于加入碳化钽（碳化铌），显著提高了合金的热硬 性，常用来加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的材料。 牌号用“YW顺序号”表示。如YW1、YW2等。 3 3） 耐磨零件用硬质合金应用实例耐磨零件用硬质合金应用实例 地质、