《工程材料》第八章 有色金属及其合金

1、工程材料机械制造基础 - 第八章 有色金属及其合金 第八章 有色金属及其合金 ( Colored Metal and Alloy )概述铝及铝合金铜及铜合金滑动轴承合金 第一节 概述1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有 金属。 2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度3.5); Cu、Ni 等。轻金属(密度3.5); Al、Mg 等。贵重金属; Au、Ag、Pt 等。稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。半金属; Si、Te、B 等。 第二节 铝及铝合金一.铝的性能特点: 密度小;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性;无打击火花;加工工艺 性好

2、等。二.纯铝的分类高纯铝 L0104工业高纯铝 L0、L00工业纯铝 L15三.铝合金的分类铝合金的分类形变铝合金铸造铝合金不能热处理强化铝合金 能热处理强化铝合金四.铝合金的热处理退火 ( anneal )时效强化 ( ageing strengthening ) 回归 ( regression )一) 退火 ( anneal ) 1.形变铝合金的退火: *消除应力,硬度 不变。 *消除加工硬化, 降低硬度,便于 冷塑性加工。2.铸造铝合金的退火 : 消除应力; 均匀成分;二) 时效强化 ( ageing strengthening ) 1.定义: 在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一步

3、强化的现象。2.背景资料: 1906年德国 Duralumin首次发现。 1910年德国A Welmer 发明并获专利。 1916年用于制造飞机。 1938年 Guinier Preston 建立学说。3.原理 ( G P 学说 ): G P 区 ( Guinier Preston zone )也 称“富铜区”, 即: 在铝合金表面第一层的 铜原子成为小片状,含量增加。4.种类自然时效人工时效 含4%Cu的铝合金自然时效曲线含4%Cu的铝合金在不同温度下的 人工时效曲线 Al Cu 合金部分相图三) 回归 ( regression )时间温度 加热200270水 淬时效组织原淬火组织 人工时效

4、后的铝合金没有回归现象。五.常用的铝合金形变铝合金 ( deformation aluminum alloy )铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )一) 形变铝合金 ( deformation aluminum alloy )1.防锈铝合金 ( LF ) : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝好 )。 例如:LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻 )。 例如:LF2、LF6等。 飞机翼梁(腹板为硬铝合金)2.硬铝合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通过时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。LY1、LY1

5、1、LY12。3.超硬铝合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu 通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。LC4、LC9。 飞机主起落架4.锻铝合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。压气机叶片二) 铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )铸造铝 硅合金铸造铝 铜合金铸造铝 镁合金铸造铝 锌合金1.铸造铝 硅合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞(裙部为铝硅合金) ZL102合金铸造组织 ( 化染 ) 552.铸造铝 铜合金 ( Z

6、L201ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性,但铸 造性能和耐蚀性较差。 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210汽缸头3.铸造铝 镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸 造性能和耐热性较差。 铝镁合金铸造组织 (化染) 150鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)4.铸造铝 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。大型空压机活塞(ZL401) 第三节 铜及铜合金一.铜的性能特点:密度大;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性;无打击火花;加工工艺

7、 性好等。二.纯铜的分类工业纯铜 T1T4无氧铜 TU2 纯铜组织金相图三.铜合金的分类黄铜 : Cu Zn 白铜 : Cu Ni 青铜 : 除黄铜和白 铜外的所有 铜合金。一.黄铜 ( brass )普通黄铜 ( common brass )特殊黄铜 ( special brass )一) 普通黄铜 ( common brass )50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB+bb(Mpa)(%)HB 1.黄铜的力学性能与含锌量的关系2.黄铜的牌号( Z ) H 90含铜量 WCu = 90%黄铜铸造3.常用的黄铜

8、金奖黄铜 - H90弹壳黄铜 - H70 ( H68 )日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀闸阀冷凝器管二) 特殊黄铜 ( special brass )1.定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。2.牌号:H Al 59 - 3含铝量WAl = 3%含铜量WCu = 59%3.常用的特殊黄铜海军黄铜 - HSn62 - 1易切削黄铜 - HPb59 - 1 H62 1 海军黄铜金相组织图62Cu 37Zn Sn 海军黄铜铸造组织 ( 化染 ) 600 硅黄铜铸造组织金相图 硅黄铜铸造组织 ( 化染 ) 50 铅黄铜退火组织金相图 铅黄铜铸造组织

9、 ( 化染 ) 70 锰黄铜铸造组织金相图 锰黄铜铸造组织 ( 化染 ) 254.黄铜的自裂与脱锌:自裂 - 应力腐蚀 : 黄铜在塑性变形后产 生较大应力,在潮湿空气中或在微 量氨的气份中发生应力腐蚀。含 锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。脱锌 - 锌的电极电位远低于铜 , 所以在 盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。5.黄铜的热处理 :去应力退火 : 在200300左右退 火,提高塑性和弹性极 限,消除应力腐蚀。再结晶退火 : 在500700左右退 火,消除加工硬化,恢复 塑性。二.青铜 ( bronze )普通青铜 ( 锡青铜 ) ( tin bronze ) 特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin

10、 free bronze ) 青铜牌号的表示方法Z Q Sn10 1 其它合金元素含量为1%主加元素锡其含量为WSn = 10%青铜铸造一) 锡青铜 ( tin bronze )3 710 14压力加工铸造成形b+ 锡青铜铸造组织金相图 锡青铜铸造组织 ( 真空镀膜 ) 53二) 特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin free bronze )1.硅青铜 : QSi3 1 2.铝青铜 : QAl73.铍青铜 : QBe2; 具有非常好的力学 性能。用于制造重要、精 密、高温、高速下工作的 零件。 第四节 滑动轴承合金 ( bearing alloy )一. 定义 :工件体轴轴瓦二.性能要求 :1.在工作温度下,应具有足够的抗压强 度、疲劳强度和高的耐磨性。2.具有足够的塑性与韧性。3.具有较小的摩擦系数。4.具有良好的磨合性。5.具有良好的抗蚀性。6.具有良好的导热性。7.具有较小的膨胀系数。8.具有良好的抗咬合性。各类型轴瓦三.组织要求:1.在高速中、低载荷情况下,用软基体 上分布硬质点组织的材料。润滑油空间轴硬质点软基体轴瓦锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金 )Z Ch Sn Sb11 6 其它元素的含量为6%主加元素锑其含量为11%基本元素锡轴承铸造 锡基轴承合金组织金相图锡基轴承合金组织 ( SnSb+Cu Sb+基体,溅射 ) 52 铅基轴承合金组