第3章电子课件(有色金属)

1、3.3有色金属及其合金除钢铁以外的其他金属，如铝、铜、锌、镁、铅、钛、锡等及其合金统称为有色金属（或非铁金属）。 3.3.1铝及铝合金n主要包括以下内容：主要包括以下内容：n1.工业纯铝工业纯铝n2.铝合金的分类铝合金的分类 n.铝合金的强化处理铝合金的强化处理n.变形铝合金变形铝合金n.铸造铝合金铸造铝合金1.工业纯铝工业纯铝n工业纯铝的主要工业纯铝的主要性能是：纯铝的性能是：纯铝的导电性、导热性导电性、导热性很好。在大气中很好。在大气中具有良好的耐蚀具有良好的耐蚀性，但铝不耐酸、性，但铝不耐酸、碱、盐的腐蚀。碱、盐的腐蚀。纯铝塑性好。纯铝塑性好。n工业纯铝的主要工业纯铝的主要用途是：代替贵

2、用途是：代替贵重的铜合金，制重的铜合金，制作导线，配制各作导线，配制各种铝合金，制作种铝合金，制作质轻、导热或耐质轻、导热或耐大气腐蚀，但强大气腐蚀，但强度不高的器具度不高的器具。2.铝合金的分类n根据铝合金的成分及生产工根据铝合金的成分及生产工艺特点，将铝合金分为变形艺特点，将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金和铸造铝合金两大类。 图 铝合金分类示意图.铝合金的强化处理铝合金的强化处理n铝合金的热处理与钢不同。钢是通过控制同素异构转变来改变性能，铝合金是通过固溶时效处理来提高强度、硬度和其他性能，这种热处理也称为强化处理。铝合金的固溶时效强化 n当加热到当加热到相区，保温后在水中

3、快冷，其强相区，保温后在水中快冷，其强度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善，这种热处理称为固溶处理（或固溶改善，这种热处理称为固溶处理（或固溶淬火）。淬火后的铝合金，如在室温下停淬火）。淬火后的铝合金，如在室温下停留相当长的时间，它的强度、硬度才显著留相当长的时间，它的强度、硬度才显著提高，塑性下降。提高，塑性下降。n淬火后铝合金的强度和硬度，随时间而发淬火后铝合金的强度和硬度，随时间而发生显著提高的现象称为时效强化和时效硬生显著提高的现象称为时效强化和时效硬化。化。.变形铝合金（1）铝）铝-锰或铝锰或铝-镁系合金镁系合金 这类合金又叫防锈铝（2）铝）铝

4、-铜铜-镁系合金镁系合金 这类合金又叫硬铝 （3）铝）铝-铜铜-镁镁-锌系合金锌系合金 这类合金又叫超硬铝（4）铝）铝-铜铜-镁镁-硅系合金硅系合金 这类合金又叫锻铝 .铸造铝合金n铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝鎂系、铝锌系四种，其中以铝硅系合金应用最广。 （1）铝硅系铸造铝合金 n称为硅铝明，其特点是铸造性能好，线称为硅铝明，其特点是铸造性能好，线收缩率小，流动性好，热裂倾向小，具收缩率小，流动性好，热裂倾向小，具有较高的抗蚀性和足够的强度。有较高的抗蚀性和足够的强度。 n例如，例如，ZL108经过淬火和自然时效后，经过淬火和自然时效后，强度极限可提高到强度极限可提高到200260MPa，适

5、，适用于强度和硬度要求较高的零件。用于强度和硬度要求较高的零件。 （2）铝铜系铸造铝合金）铝铜系铸造铝合金n这类合金的铜含量不低于WCu=4%。这类合金可以通过时效强化提高强度，并且时效强化的效果能够保持到较高温度，使合金具有较高的热强性。由于合金中只含少量共晶体，故铸造性能不好，抗蚀性和比强度也较优质硅铝明低，此类合金主要用于制造在200300条件下工作、要求较高强度的零件，如增压器的导风叶轮等。（3）铝镁系铸造铝合金）铝镁系铸造铝合金n这类合金有ZL301、ZL302两种，其中应用最广的是ZL301。该类合金的特点是密度小，强度高，比其他铸造铝合金耐蚀性好。它一般用于制造承受冲击载荷，耐海

6、水腐蚀，外型不太复杂便于铸造的零件，如舰船零件。（4）铝锌系铸造铝合金）铝锌系铸造铝合金n与ZL102相类似，这类合金铸造性能很好，流动性好，易充满铸型，但密度较大，耐蚀性差。该合金可以在不经热处理的铸态下直接使用，常用于汽车、拖拉机发动机的零件。3.3.2铜及铜合金n铜是人类应用最早和最广的一种有色金属，由于具有某些优良的性能，使得铜及铜合金在电气仪表、造船及机械制造工业中得到了广泛的应用。1.工业纯铜工业纯铜 n主要性能：纯铜的导电性和导热性好，强度不高，硬度很低，塑性极好，并有良好的低温韧性，可以进行冷、热压力加工。n纯铜具有很好的化学稳定性，在大气、淡水及冷凝水中均有良好的抗蚀性。但在

7、海水中的抗蚀性较差，易被腐蚀。纯铜在含有CO2的湿空气中，表面将产生碱性碳酸盐的绿色薄膜，又称铜绿。n主要用途：纯铜主要用于导电、导热及兼有耐蚀性的器材，如电线、电缆、电刷、防磁器械、化工用传热或深冷设备等。纯铜是配制铜合金的原料，铜合金具有比纯铜好的强度及耐蚀性，是电气仪表、化工、造船、航空、机械等工业中的重要材料。2.铜合金铜合金n由于纯铜的强度低，加入适量合金元素制成铜合金。（1）铜合金的分类）铜合金的分类n按化学成分铜合金可分为黄铜、青铜及白铜三大类，在机器制造业中，应用较广的是黄铜和青铜。n按生产方法铜合金可分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。（2）铜合金牌号表示方法 n压力加工黄铜

8、：普通压力加工黄铜代号表示方法为“H”+铜元素含量（质量分数100）。压力加工青铜：代号表示方法是“Q” +第一主加元素的化学符号及含量+其他合金元素含量。例如，QA15表示WAl=5%、余量为铜的加工铝青铜。n铸造铜合金(铸造黄铜与铸造青铜)的牌号表示方法相同，是“Z”+铜元素化学符号+主加元素的化学符号及含量（质量分数100）+其他合金元素化学符号及含量（质量分数100）。常用的普通黄铜常用的普通黄铜n普通黄铜主要用于压力加工，按加工特点分为冷加工用单相黄铜与热加工用+双相黄铜两类。nH90（及H80等）属单相黄铜，有优良的耐蚀性、导热性和冷变形能力，并呈金黄色，故有金色黄铜之称。常用于镀

9、层及制作艺术装饰品、奖章、散热器等。nH68（及H70）属单相黄铜，按成分称为七三黄铜。它具有优良的冷、热塑性变形能力，适宜用冷冲压（深拉延、弯曲等）制造形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹壳、波纹管等，故又有弹壳黄铜之称。特殊黄铜特殊黄铜n在普通黄铜的基础上，加入其他合金元素组成的多元合金称为特殊黄铜。常加入的元素有锡、铅、铝、硅、锰、铁等。特殊黄铜也可依据加入的第二合金元素命名，如锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜等。 青铜青铜n青铜是人类应用最早的一种合金，原指铜锡合金。现在工业上把以铝、硅、铅、铍、锰、钛等为主加元素的铜基合金均称为青铜，分别称为铝青铜、铍青铜、硅青铜等，铜锡合金称为锡青铜。按照

10、生产方式不同，青铜分为压力加工青铜和铸造青铜两类。锡青铜锡青铜 锡青铜在大气、海水、淡水以及水蒸气中抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硫酸及氨水中的抗蚀性较差。 锡青铜中还可以加入其他合金元素以改善性能。加入铅可以使合金的组织中存在软而细小的黑灰色铅夹杂物，提高锡青铜的耐磨性和切削加工性。加入磷，可以提高合金的流动性，提高合金的耐磨性 。铝青铜铝青铜n铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，一般铝含量为5%10%。铝青铜的力学性能和耐磨性均高于黄铜和锡青铜，它的结晶温度范围小，不易产生化学成分偏析，而且流动性好，分散缩孔倾向小，易获得致密铸件。n可制造齿轮、轴套、蜗轮等高强度、耐磨的零件以及弹簧和其他耐

11、蚀元件。铍青铜n铍青铜的弹性极限、疲劳极限都很高，耐磨性、抗蚀性、导热性、导电性和低温性能也非常好，此外，尚具无磁性、冲击时不产生火花等特性。在工艺方面，它承受冷热压力加工的能力很好，铸造性能也好。但铍青铜价格昂贵。3.3.3滑动轴承合金n滑动轴承是指支承轴和其他转动或摆动零件的支承件。它是由轴承体和轴瓦两部分构成的。轴瓦可以直接由耐磨合金制成，也可在基体上浇铸一层耐磨合金内衬制成。用来制造轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金。1.对滑动轴承合金的性能要求对滑动轴承合金的性能要求n具有良好的减摩性；n具有足够的力学性能；n滑动轴承合金还应具有良好的导热性、小的热膨胀系数、良好的耐蚀性和铸造性能。2

12、.滑动轴承合金的组织特征n（1）轴承材料基体应与钢铁互溶性小）轴承材料基体应与钢铁互溶性小 n（2）轴承合金组织应软硬兼备）轴承合金组织应软硬兼备 金相组金相组织应由多个相组成，如软基体上分布着织应由多个相组成，如软基体上分布着硬质点，或硬基体上嵌镶软颗粒。硬质点，或硬基体上嵌镶软颗粒。3.常用的滑动轴承合金常用的滑动轴承合金n滑动轴承的材料主要是有色金属。常用的有锡基轴承合金、铅基轴承合金、铜基轴承合金、铝基轴承合金等。（1）锡基轴承合金）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）（锡基巴氏合金）n它是以锡为基体元素，加入锑、铜等元素组成的合金。锡基轴承合金摩擦系数小，塑性和导热性好，是良好的减摩材料，常

13、用作重要的轴承，如汽轮机、发动机等巨型机器的高速轴承。它的主要缺点是疲劳强度较低，且锡较稀少，因此这种轴承合金价格最贵。（2）铅基轴承合金）铅基轴承合金n它是铅-锑为基体的合金。铅基轴承合金的强度、塑性、韧性及导热性、耐蚀性均较锡基合金低，且摩擦系数较大，但价格较便宜。因此，铅基轴承合金常用来制造承受中、低载荷的中速轴承。如汽车、拖拉机的轴承及电动机轴承。n（3）铜基轴承合金）铜基轴承合金n（4）铝基轴承合金）铝基轴承合金3.3.4钛及钛合金n1.工业纯钛工业纯钛n工业纯钛的牌号用“TA”（“T”为“钛”的汉语拼音字首）及数字表示，数字越大，纯度越低。其牌号有TA1、TA2、TA3三种。工业纯

14、钛的力学性能与其纯度有很大关系，若存在氧、氮、铁、氢、碳等杂质元素，则可使强度、硬度增加，而塑性、韧性下降。n2.钛合金钛合金n为了进一步提高强度，可在钛中加入合金元素。合金元素溶入-Ti中，形成固溶体，溶入-Ti中，形成固溶体。因此可将钛合金分为钛合金、钛合金 、（+）钛合金三类，其符号分别用TA、TB、TC表示。3.3.5镁及镁合金n镁的储量仅次于铝和铁，居第三位，中国菱镁矿储量居世界首位。纯镁为银白色，其密度为1.74g/cm3，是铝的2/3，钢的1/4；以镁为基体的合金称为镁合金，也称为超轻质合金。镁合金是工业应用中最轻的结构材料。1.工业纯镁工业纯镁n工业纯镁的牌号用 “Mg”和序列

15、号表示，例如Mg1称为一号纯镁， Mg2称为二号纯镁。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。2.镁合金n镁合金在汽车、飞机、通信、电子等领域内的应用，以铸造镁合金居多。变形镁合金的应用较少，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、卫星上的井字架，重量与塑料壳体相当，但刚度很高。3.4粉末冶金材料 将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称做粉末冶金工艺。 粉末冶金制品被称做粉

16、末冶金材料。3.4.1粉末冶金的工艺特点1) 用粉末冶金方法可以生产出结构材料和具有多种特殊性能的材料。 如硬质合金、难熔金属、磁性材料、摩擦材料、高温耐热材料等。2）粉末冶金法可使压制品达到或极接近于零件要求的形状、尺寸精度与表面粗糙度，生产无切削或少切削的优质机械零件，材料的利用率高，接近100%。3.4.2粉末冶金的生产工艺n粉末冶金产品一般经过以下四个工序：1）粉料配制混匀2）压制成型3）烧结4）后处理2.4.3粉末冶金材料的应用粉末冶金材料的应用n在工业生产中利用粉末冶金法，在工业生产中利用粉末冶金法，可以制成多种机械零件和工具。可以制成多种机械零件和工具。 如：刀具、精密齿轮、含油

17、轴承、如：刀具、精密齿轮、含油轴承、衬套、摩擦片、过滤器等。衬套、摩擦片、过滤器等。1.含油轴承含油轴承n含油轴承材料是一种多孔性的粉末冶金材料。n浸油后成品的孔隙中含有润滑油，具有很高的耐磨性，用于制造中速、轻载荷的轴承，尤其是纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器等的轴承。2.摩擦材料摩擦材料 摩擦材料主要用于实现制动。 具有摩擦系数大、耐磨性高、抗咬合性好、合适的强度和良好的热导性，性能优于合成树脂、铸铁、青铜等摩擦材料。3.硬质合金硬质合金n硬质合金是以碳化钨（硬质合金是以碳化钨（WC）或）或碳化钨与碳化钛（碳化钨与碳化钛（TiC）等高熔）等高熔点、高硬度的碳化物为基体，并点、高硬度的

18、碳化物为基体，并加入钴（或镍）作为粘结剂而制加入钴（或镍）作为粘结剂而制成的一种粉末冶金材料。成的一种粉末冶金材料。常用的硬质合金常用的硬质合金1常用硬质合金的分类与牌号（1）钨钻类硬质合金其牌号是由“YG”（“硬、钻”两字汉语拼音字首）和平均含钻量的百分数组成，例如，YG8（2）钨钛钻类硬质合金其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成，例如，YT15（3）钨钛钽（铌）类硬质合金其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如 YW1。钨钴类硬质合金（1）钨钻类硬质合金主要成分主要成分：碳化钨和粘结剂钴性能特点性能特点：较好的强度和韧性；碳化钨含量较高，钴含量较低时，硬度较低，抗弯强度较低。主要用途主要用途：切削脆性材料，如铸铁