第六章非铁金属

1、概述概述第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 第三节第三节 轴承合金轴承合金 第四节第四节 钛及其钛合金钛及其钛合金 第五节第五节 粉末冶金粉末冶金 1.定义定义 : 除黑色金属除黑色金属 ( 钢、铁钢、铁 ) 以外的所有以外的所有金属。金属。2.性能特点性能特点:具有独特的性能。具有独特的性能。3.分类分类本章将分别介绍一些工程上常用的非铁金属材料及本章将分别介绍一些工程上常用的非铁金属材料及其应用。其应用。 重金属重金属(密度密度3.5); Cu、Ni 等。等。轻金属轻金属(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。贵重金属贵重金属; Au、Ag、Pt 等。

2、等。稀有金属稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。等。半金属半金属; Si、Te、B 等。等。一、工业纯铝一、工业纯铝1.铝的性能特点铝的性能特点: 密度小密度小;导电及导热性能好导电及导热性能好;抗大气抗大气腐蚀性好腐蚀性好;塑性高塑性高;强度低强度低;无磁性无磁性;无打击火花无打击火花;加加工工艺性好等。工工艺性好等。v高纯铝高纯铝 L0104;工业高纯铝工业高纯铝 L0、L00;工工业纯铝业纯铝 L15v工业纯铝的代号表示为L1、L2、L3-。代号中的“L”为“铝”字汉语拼音字首，其后的数字表示序号。序号数字越大，纯度越低。v工业纯铝的新牌号可参阅表6-1，代号L1、L2、L3所对应的新

3、牌号分别为1070、1060、1050。 2.纯铝的分类纯铝的分类二、铝合金二、铝合金 一).铝合金的分类形变铝合金形变铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理不能热处理强化铝合金强化铝合金 能热处理能热处理强化铝合金强化铝合金铝合金铝合金的分类的分类二).常用铝合金v1变形铝合金的分类、代号和牌号表示变形铝合金的分类、代号和牌号表示v变形铝合金按其成分和特征分为防锈铝合金、硬变形铝合金按其成分和特征分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻铝合金。铝合金、超硬铝合金和锻铝合金。v铝合金可用代号或牌号表示。代号按原国家标准铝合金可用代号或牌号表示。代号按原国家标准GB/T 3190198201982

4、所规定的方法表示；牌号按所规定的方法表示；牌号按（GB/T164741996GB/T164741996）变形铝合金及铝合金牌变形铝合金及铝合金牌号表示方法规定的方法表示。在过渡期间，代号表示方法规定的方法表示。在过渡期间，代号可继续使用。号可继续使用。v1）变形铝合金的代号 用“铝”和“合金类别”的汉语拼音字首及后面的序号数字表示。变形铝合金有防锈铝（LF）、硬铝（LY）、超硬铝（LC）、锻铝（LD）四种类别。例如LF21表示序号为21的防锈铝合金；LY11表示序号为11的硬铝合金。v2）变形铝及铝合金的牌号 按照（GB/T164741996）变形铝及铝合金牌号表示方法的规定，我国变形铝及铝合

5、金牌号采用国际四位数字体系和四位字符体系表示。凡按照化学成分在国际牌号注册命名的铝及铝合金，直接采用四位数字体系（即采用四位阿拉伯数字表示）；未在国际牌号注册的，则按照四位字符体系表示（采用阿拉伯数字和英文大写字母表示），如表6-1。2 常用的变形铝合金v1）防锈铝合金v2）硬铝合金v3）超硬铝合金v4）锻铝合金1).防锈铝合金防锈铝合金 ( LF ) :是在大气是在大气、水和石油等、水和石油等介质中具有良好抗腐蚀性能的变形铝合金介质中具有良好抗腐蚀性能的变形铝合金. .主要主要有两大系列有两大系列: : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性

6、( 比纯铝好比纯铝好 )。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻比纯铝轻 )。 2).硬硬铝铝合金合金 ( LY ) : 在在A l Cu 系合金基础上发展系合金基础上发展起来的具有较高力学性能的变形铝合金起来的具有较高力学性能的变形铝合金.主要有主要有两大系列两大系列: : Al Cu Mg 和和Al Cu Mn Al Cu Mg 通过通过时效强化时效强化提铝合金强度提铝合金强度,但但耐蚀性不高耐蚀性不高。LY1、LY11、LY123).超硬铝合金超硬铝合金 ( LC ) :工业上使用的室温力学性能工业上使用的室温力学性能最高的

7、变形铝合金最高的变形铝合金. Al Zn Mg Cu 通过通过时效强化和形成的强化相时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和使铝合金达到最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。强度。但耐蚀性较差。LC4、LC9。 4).锻锻铝铝合金合金 ( LD ) :在锻造范围内具有优良在锻造范围内具有优良的塑性的塑性,可以制造复杂锻件的一种变形铝合可以制造复杂锻件的一种变形铝合金金. Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性,通过通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。性能。 v3铸造铝合金v（1）铸造铝合金的分类、代号和牌号v根据主加元素的不同，

8、铸造铝合金分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四类，其中Al-Si系合金是工业中应用最广泛的铸造铝合金。v 铸造铝合金的代号用“铸铝”两字汉语拼音字首“ZL”加三位数字表示。在三位数字中，第一位数字表示合金类别：1表示Al-Si系，2表示Al-Cu系，3表示Al-Mg系，4表示Al-Zn系，第二、第三位表示顺序号。v铸造铝合金的牌号用“铸”字汉语拼音字首“Z”基本元素（铝元素）符号主要合金元素符号主要添加合金元素的百分含量表示。优质合金在牌号后面标注“A”，压铸合金在牌号前面冠以字母“YZ”。如ZAlSi12表示含硅量为12，余量为铝的铸造铝合金。 （2）常用的铸造铝合金

9、 v铸造铝铸造铝 硅合金硅合金v铸造铝铸造铝 铜合金铜合金v铸造铝铸造铝 镁合金镁合金v铸造铝铸造铝 锌合金锌合金1).铸造铝铸造铝 硅合金硅合金 ( ZL101ZL111 ) : 铸造性能好，但强度、塑性较低。经变质处理可提高其铸造性能好，但强度、塑性较低。经变质处理可提高其力学性能力学性能。2).铸铸造造铝铝 铜铜合金合金 ( ZL201ZL203 ) : 有较高的强度、塑性、有较高的强度、塑性、切削加工性能切削加工性能及耐及耐热性热性,但铸但铸 造性能和耐蚀性较差。造性能和耐蚀性较差。多用于制造内多用于制造内燃活塞和气缸盖等。燃活塞和气缸盖等。铝铜合金铸造组织铝铜合金铸造组织3).铸造铝

10、铸造铝 镁合金镁合金 ( ZL301、ZL302 ) 有较高的强度、韧性、有较高的强度、韧性、质量轻质量轻及耐蚀性及耐蚀性,但铸但铸 造性能和耐热性较差。造性能和耐热性较差。多用于承受冲击载荷及在多用于承受冲击载荷及在腐蚀条件下工作的零件。腐蚀条件下工作的零件。铝镁合金铸造组织铝镁合金铸造组织鼓风机用密封件鼓风机用密封件4).铸铸造造铝铝 锌锌合金合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理经变质处理和时效处理后后,强度高强度高,但耐蚀性差。但耐蚀性差。一般用于制造汽车发动一般用于制造汽车发动机配件，仪表元件等机配件，仪表元件等。大型空压机活

11、塞大型空压机活塞一.纯铜 通常呈紫红色,又称紫铜.密度8960kg/m3,熔点1083,面心立方晶格,无同素异构转变. 纯铜分为工业纯铜和无氧纯铜两大类. 工业纯铜牌号有T1 、 T2 、 T3 、 T4四种,序号越大,纯度越低.无氧纯铜含氧量低于0.003%,有Tu1 、 Tu2 两种.二.铜合金 铜合金安按加入元素,可分为黄铜、青铜和白铜、青铜和白铜.其其中黄铜和青铜在机械生产中用的最为普遍中黄铜和青铜在机械生产中用的最为普遍.1.黄铜 由铜和锌组成的合金,称为黄铜.不含其它合金元素的黄铜称为普通黄铜;含其它合金元素的黄铜称为特殊黄铜. 1).普通黄铜 按退火后组织普通黄铜分为单相黄铜和双

12、相黄铜. 2).特殊黄铜 在铜锌合金的基础上加入铅、铝、锡、镍、硅等、铝、锡、镍、硅等元元素后形成的铜合金素后形成的铜合金. 特殊黄铜代号为特殊黄铜代号为H+主加元素符号主加元素符号+铜及合金元素含量铜及合金元素含量如如HPb59-1表示含铜表示含铜59%,含铅含铅1%的铅黄铜的铅黄铜.铸造黄铜用表示铸铜的符号铸造黄铜用表示铸铜的符号Zcu加上合金元素的化学符号及含量数表示其牌号.v如ZCuZn38表示平均含锌量为38%，其余为铜的铸造普通黄铜。v 2、青铜 v 青铜原指铜锡合金，又叫锡青铜。但目前已将含铝、硅、铅、铍、锰等合金元素的铜合金都包括在青铜内，统称为无锡青铜。v 按生产方法，青铜分

13、为压力加工青铜和铸造青铜两类。压力加工青铜用表示青铜的符号“Q”加合金元素的化学符号及含量数表示代号，如QSn4-3表示平均含锡量为4%，含锌量为3%，其余为铜的锡青铜。铸造青铜则与铸造黄铜的牌号表示方法相同，以“ZCu”加合金元素的化学符号及其含量数来表示。如ZCuSn10Pb5。（1）锡青铜 以锡为主加元素的铜合金称为锡青铜.按照生产方法,锡青铜分为压力加工锡青铜和铸造锡青铜.前者适易于冷热压力加工,后者适易于铸造的方法获得零部件. (2)无锡青铜 无锡青铜是指不含锡的青铜. 几种常见青铜的牌号、成分、性能及用途见表6-4所示.滑动轴承中用于制作轴瓦和轴衬的合金称为轴承合金.轴承合金应具有

14、如下性能要求:1)足够的强度和硬度;2)足够的塑性和韧性,以承受轴颈所施加的较大的单位应力;3)与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数,并能保持住润滑油;4)有良好的导热性耐蚀性;5)有良好的工艺性,容易制造且价格低廉.最常用的轴承合金是锡基和铅基“巴氏合金”.牌号以“Z”表示.一.锡基轴承合金锡基轴承合金是工业上广泛应用的轴承材料,它是以锡为基加入锑、铜等元素组成的合金.典型锡基轴承合金的组织是在软相固溶体的基体上均匀分布着起抗磨作用的硬相质点.二.铅基轴承合金典型铅基轴承合金的组织是在铅的软基体上均匀分布着硬相颗粒.工作中受冲击力不大.无论是锡基或铅基轴承合金,它们的强度都比较低,不能承

15、受较大的压力,固均须将其镶铸在钢的轴瓦上.这种工艺称为“挂衬”.三.其它轴承合金 1.铜基轴承合金 以铅为主加元素的铜合金称铜基轴承合金,其组织为硬基体软质点,硬基体为铜,独立的铅颗粒为软质点.这类合金摩擦系数小,耐疲劳耐热性好,承载能力强.2.铝基轴承合金以锑或锡为主加元素的铝合金称铝基轴承合金,其组织为硬基体软质点.应用较广.钛及其合金由于具有比强度高、耐热性好、抗蚀性优良等性能,因此在航空、航天、造船及化工工业中是重要的结构材料.一.工业纯钛 钛的力学性能与纯度有关.钛中常存的O 、 N 、 H 、 C等元素能与钛形成间隙固溶体,显著提高钛的强度和硬度,降低其塑性和韧性.工业纯钛按纯度分

16、为三个等级,其代号为TA1 、 TA2 、 TA3.序号越大,纯度越低.工业纯钛常用于制造350以下工作,且受力不大的零件和冲压件,如飞机骨架等.二.钛合金 工业用钛合金按其退火组织可分为 、 和 + 三类.其代号分别为TA 、 TB 、 TC. 1. 钛合金 组织全部为相的钛合金,具有良好的焊接性和铸造性.只能用退火进行热处理.长期工作温度可达450 .主要用于制造发动机压气机盘和叶片.2. 钛合金 钛合金中加入钼、铬、钒等合金元素后,可获得亚稳组织的相,这类合金强度高、塑性韧性好.适于制造形状复杂、强度要求高的板材及零件.3. + 钛合金 钛中加入稳定相元素钼、铬、钒后,再加入稳定相元素,

17、在室温下既可获得 + 双相钛合金,这类合金的热强度和加工性能处于 和 之间. 可通过淬火和时效进行强化,且塑性较好,具有总和性能好的特点.主要用在400 长期工作的零件,如火箭发动机外壳.4.低温用钛合金 钛中加入鋯、锡、铪所形成的合金,组织均匀,晶格畸变和内应力很小,具有极高的低温稳定性,在低温下能保持鋯的塑性和韧性. 钛合金用作低温结构材料,比强度高,可减轻构件的重量,强度随温度的降低而提高,又能保证良好的塑性.在低温下冷脆敏感性小.此外,铝合金的导热性低,膨胀系数小.适宜制造火箭和导弹的燃料储箱和管道等结构件. 粉末冶金法同熔炼法一样是生产工程材料的基本方法之一.粉末冶金材料是用金属粉末

18、或非金属粉末作原料,通过配料、压制、成型、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料. 粉末冶金在技术上和经济上具有一系列的特点. 一.工具材料 粉末冶金工艺是制造工具材料的主要手段之一.目前常用的工具材料有硬质合金、超硬材料及陶瓷、 粉末高速钢等. 1.硬质合金 硬质合金是由一种或几种难熔碳化物粉末作为主要成分再加入金属粘接剂组成.硬质相保证合金的高硬度和高耐磨性,粘接相使合金具有一定的强度和韧性. （1）硬质合金的性能特点 1)硬度高 2)具有高的抗压强度,但抗弯强度低. 3)良好的耐蚀性和抗氧化性.v 1）钨钴类硬质合金 它的主要化学成分为碳化钨及钴。代号为“YG+数字”，“YG”为“硬”、“钴”两字的汉语拼音字首，数字表示钴的百分含量。如YG8表示含钴量为8%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。该类硬质合金主要用来作切削加工产生断续切屑的脆性材料（如铸铁、非铁金属及合金、胶木及其它非金属材料等）的刀具。v v2）钨钴钛类硬质合金 它