非铁金属材料与粉末冶金材料课件

1、5.1铝及铝合金 5.2铜及铜合金 5.3其他非铁金属材料 5.4滑动轴承合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5粉末冶金材料 docin/sundae_meng5.1铝及铝合金 5.2铜及铜合金 5.3其本章重点内容学习目的通过本章的学习，了解粉末冶金方法及滑动轴承合金的组织特征；掌握常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。docin/sundae_meng本章重点内容学习目的通过本章的学习，了解粉末冶金方法及滑动轴5.1 铝及铝合金 5.1.1 工业纯铝 名称纯度用途高纯铝99.93%-99.99%科学研究、制

2、作电器工业高纯铝98.85%-99.9%铝箔、铝合金原料工业纯铝98.0%-99.0%电线、电缆、配置合金纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时，会使性能下降。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1铝及铝合金 1第5章docin/sundae_meng5.1 铝及铝合金 5.1.1 工业纯铝 铝（铝合金）的特点 密度低、比强度高，纯铝的密度只有2700kg/m仅为铁的1/4。优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、耐腐蚀等。加工性能好，铸造性能好，易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.1工业纯 铝 2纯铝的强度低，不能用作结构材料铝合金纯

3、铝通常制成管、棒、箔等型材，配制合金和脱氧剂 、电线、电缆等。3第5章docin/sundae_meng铝（铝合金）的特点 密度低、比强度高，纯铝的密度只 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金 3 5.1.2 铝合金 1.铝合金的分类 根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。请点击 （1）变形铝合金不可热处理强化铝合金防锈铝可热处理强化铝合金硬铝、超硬铝和锻铝 （2） 变形铝合金 铸造铝合金 具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好第5章docin/sundae_meng 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.(1)铝合金的时效强化 第

4、5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金 4 2.铝合金的热处理 固溶处理+时效处理强度不高，塑性好 孕育期冷变形加工将铝合金加热到相区，经保温，使第二相溶入固溶体中，然后水冷，得到过饱和的固溶体固溶处理。第5章将铝合金加热到相区，经保温，使第二相溶入固溶体中，然后水冷，得到过饱和的固溶体固溶处理。将经过固溶热处理的合金，在常温放置（自然时效）或在较高温度保温（人工时效），第二相从过饱和固溶体中缓慢析出，使铝合金的强度、硬度明显提高。这种固溶处理后的铝合金随时间延长而发生硬化的现象，称为时效（时效强化）。docin/sundae_meng(1)铝合金的时效强化 第5章 非铁金属材料与

5、(2)回归处理 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金 5将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态，这种处理方法叫回归处理。可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。 (3)退火 铸造铝合金退火消除内应力及成分偏析，稳定组织。变形铝合金退火消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。 时效规律请点击 第5章docin/sundae_meng(2)回归处理 第5章 非铁金属材料与粉末冶 (1)变形铝合金的分类、代号与牌号3.变形铝合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金 6分类：防锈铝合金(LF)、硬铝合金(LY)、 超硬铝合

6、金(LC)及锻铝合金(LD)。 四位数字体系和四位字符体系：如3A21 、2A01等 请点击代号与牌号：(2)常用的变形铝合金 不能热处理强化的铝合金用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字母 “L”和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5 (5A05)表示。 防锈铝 第5章docin/sundae_meng (1)变形铝合金的分类、代号与牌号3.变形铝合金 Al-Mn系合金 如3A21(LF21) Al-Mg系合金 如5A05(LF5)、5A11(LF11) Al-Zn-Mg-Cu系合金 能热处理强化的铝合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金 7 防锈铝 优良的抗腐蚀，良

7、好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。力学性能较低 ，可用冷加工方法使其强化。切削加工工艺性能差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。 硬铝 用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母“L”和“Y”加顺序号表示， 如12号硬铝用LY12 (2A12)表示。（铝-铜-镁系合金）第5章docin/sundae_mengAl-Mn系合金 如3A21(LF21) Al-Mg系合 硬铝有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在航空，汽车和机械中。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金

8、8铆钉硬铝 典型牌号2A01(LY1)、2A10(LY10) 标准硬铝 典型牌号2A11(LY11) 高强度硬铝 典型牌号2A12(LY12) 超硬铝 用“铝”和“超”二字的汉语拼音首字母“L”和“C”加顺序号表示，如4号超硬铝用LC4(7A04)表示。（铝-锌-铜系合金）第5章docin/sundae_meng 硬铝有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高 超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500700MPa，超过高强度的硬铝LY12合金(400-430 MPa)。 应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字母“L”和“D”加顺序号表示

9、， 如5号锻铝用LD5(2A50)表示。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金 9 锻铝 （铝-镁-硅-铜系合金）锻铝合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外 形复杂的锻件。 第5章docin/sundae_meng超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其应用在航空飞机大 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金 104.铸造铝合金 铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首写字母“ZL”加三位数字表示 第一位数表示合金系别：1为铝硅系合金； 2为铝铜系合金；3为铝镁系合金；4为铝锌系合金。 第二、三位数字表示合金的顺序号。如ZL111表示11号铝硅系铸造铝

10、合金。 (1)铸造铝合金的分类、代号及牌号 铸造铝合金的牌号是由“Z+基体金属的化学元素符号+合金元素符号+数字”组成 。如ZA1Si12表示wsi12%的铸造合金。 第5章docin/sundae_meng 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.ZL101 、 ZL104、 ZL105、 ZL107、ZL109 优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的机械性能 ，但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。 铝-硅铸造合金 ZL201 ZL202 ZL203 耐热性高，其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的铸缩率和形成裂纹的趋向则减小。但由于铜含量增加，使合金的脆性

11、增加,故铜含量一般不超过14。 铝-铜铸造合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合 金 11(2)常用的铸造铝合金第5章docin/sundae_mengZL101 、 ZL104、 ZL105、 ZL107、ZL 比重最小(2 .55)、耐蚀性最好、强度最高 (抗拉强度可达350MPa)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差,形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝-硅合金好。 ZL301 ZL302 ZL303 有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金。其主要缺点是抗蚀性差。 ZL401 ZL402 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1.2铝合金 12 铝-镁铸造合金

12、铝-锌铸造合金 第5章docin/sundae_meng 比重最小(2 .55)、耐蚀性最好、强度最高 (抗拉5.2 铜及铜合金 5.2.1 工业纯铜 纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。工业纯铜除配制铜合金和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器等。纯铜的强度低，不宜用作结构材料 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2铜及铜合金 13第5章docin/sundae_meng5.2 铜及铜合金 5.2.1 工业纯铜 铜及铜合金的特点 优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀

13、等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。色泽美观。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.1工业纯 铜 14第5章docin/sundae_meng 铜及铜合金的特点 优良的物理、化学铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。按化学成分 黄铜 青铜 白铜 以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。 第5章 非

14、铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 15 5.2.2 铜合金 1.铜合金的分类 第5章docin/sundae_meng铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，按 按生产方式 加工铜合金 铸造铜合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 162.黄铜 (1)普通黄铜(铜锌二元合金) Zn的质量分数的影响Zn32%时，塑性下降；Zn=40%45%时，强度最高；Zn45%时，塑性和强度均急剧下降。第5章docin/sundae_meng 按生产方式 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 17普通黄铜的代号及牌号 H62表示Cu的平均质量分数为62%，其余

15、为Zn的普通加工黄铜。ZCuZn38，其含义是wZn38%，其余为Cu的铸造黄铜。H80 金色黄铜， 装饰件，薄管。H62 、H59 强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件。H96 冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。 H70 “三七黄铜” 弹壳、套管和复杂深冲零件(H68)。 普通黄铜的用途第5章docin/sundae_meng 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2(2)特殊黄铜 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 18合金元素的影响 Pb改善切削加工性和耐磨性；Si改善铸造性能，提高强度和耐蚀性；A1提高强度、硬度和耐蚀性；Sn、Al、Si、Mn提高耐蚀

16、性，减少应力腐蚀破裂。 特殊黄铜的代号、牌号与应用 HSn62-1表示wCu62%，wSn1%，其余为Zn的加工锡黄铜。 ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn40%、wMn3%wFe1%、其余为Cu的铸造特殊黄铜。 第5章docin/sundae_meng(2)特殊黄铜 第5章 非铁金属材料与粉末冶Pb黄铜：HPb60-1 切削性能好，耐磨性好钟表零件 Sn黄铜：HSn90-1 HSn62-1 耐蚀性好 船舶零件。海军黄铜 Al黄铜 ：HAl 77-2 HAl60-1-1耐蚀性好，强度和硬度高船舶零件，机械及电机零件。 Si 黄铜 HSi80-3 耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好船舶

17、零件，机械及化工零件其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 19第5章docin/sundae_mengPb黄铜：HPb60-1 切削性能好，耐磨性好钟表零件消除加工黄铜的加工硬化现象。(3)黄铜的热处理 去应力退火 ：将黄铜制件加热到200300，保温后缓冷。消除应力，防止应力腐蚀破裂及切削加工后的变形。 再结晶退火：一般是将黄铜制件加热到500700， 保温后缓冷. 3.青铜 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 20 (1)青铜的代号及牌号 加工青铜的代号如QSn4-3表示平均wSn4%、wZn3%，其余

18、为Cu的加工锡青铜。第5章docin/sundae_meng消除加工黄铜的加工硬化现象。(3)黄铜的热处理 去应力退火 铸造青铜的牌号如ZCuSn10Zn1，表示平均wSn10%、wZn1%，其余为Cu的铸造锡青铜。(2)普通青铜(锡青铜) 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 21Sn的质量分数的影响Sn7%以后，强度继续升高， 塑性急剧下降；wSn20%时，合金变脆， 强度显著降低第5章docin/sundae_meng 铸造青铜的牌号如ZCuSn10Zn1，表锡青铜的性能及用途 QSn4-3, QSn6.5-0.1, 耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性用于造船、

19、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。(3)特殊青铜(无锡青铜) 铝青铜 QAl9-4 QAl7 耐蚀性优于黄铜和锡青铜 ，铸造性和耐磨性优于锡青铜，力学性能好。 QAl10-3-1.5 飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件 QAl9-4 船舶及电气零件，耐磨件 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合 金 22第5章docin/sundae_meng锡青铜的性能及用途 QSn4-3, QSn6 铍青铜 耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。 QBe2 重要的弹簧及弹性元件、耐磨件、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。 硅青铜 耐蚀件、弹簧 、

20、涡轮、蜗杆等。QAl7 重要的弹簧及弹性元件。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 23第5章docin/sundae_meng 铍青铜 耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲 QB5.3 其他非铁金属材料密度低、比强度高。耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。加工条件复杂，成本较高。 5.3.1 钛及钛合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 2.2铜合金 24特点第5章docin/sundae_meng5.3 其他非铁金属材料密度低、比强度高。耐高温、耐腐蚀性 纯钛 钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱

21、中的抗腐蚀性能好。 纯钛的晶体结构 882.5度以上：密排六方结构，称为Ti。882.5度以下：体心立方结构，称为Ti。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.1钛及钛合 金 25第5章docin/sundae_meng 纯钛 钛合金的种类 钛合金 钛中加铝、硼等稳定元素获得Ti合金。这种合金的室温强度较低，但高温（500600度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及焊接性能良好。钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得Ti合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并可通过淬火和时效获得强化。这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的强度可提高50100。 钛合金 钛

22、合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.1钛及钛合金 26第5章docin/sundae_meng 钛合金的种类 密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m仅为铁的1/4、铝的2/3。镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。 5.3.2 镁及镁合金 镁的特点3 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合 金 27第5章docin/sundae_meng密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m镁的电极电位 镁合金的特点 低比重：工业用材料中最轻量材料(铝的2/3重)。高比强度：优于钢和铝。 振动吸收性好：可将振动能吸收并转化

23、成热放出。易机械加工。 耐冲击性好。电磁屏蔽性好。可再生利用：有利于环境优化。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合金 28第5章docin/sundae_meng 镁合金的特点 镁合金的种类 变形镁合金 铸造镁合金 各种型材复杂形状的铸件等 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 3.2镁及镁合金 29第5章docin/sundae_meng 镁合金的种类 5.4 滑动轴承合金 5.4.1轴承合金的工作条件及性能要求 较高的抗压强度和疲劳强度；高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦数；足够的塑性和韧性；良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数和良好的工艺性。强烈的摩擦，并承受

24、周期性载荷。并要考虑使轴磨损最小 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4滑动轴承合金 30第5章docin/sundae_meng5.4 滑动轴承合金 5.4. 1.软基体上均匀分布着硬质点 2.硬基体上均匀分布着软质点 具有较好的磨合性，耐冲击与振动，但承载能力不高。摩擦系数低，承载能力高，但磨合性差。 5.4.2 轴承合金的组织特征 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.2轴承合金的组织特征 31软基体贮存润滑油；承受冲击和振动，嵌藏外来小硬物。 硬质点支撑轴颈，承受载荷，抵抗磨损。 软质点贮存润滑油，硬基体承受载荷并抵抗磨损。 第5章docin/sundae_meng 1.

25、软基体上均匀分布着硬质点 2.硬基体上均匀分布着软质点 牌号：“Z+基体合金元素符号+主添加合金元素符号+数字+辅添加元素符号+数字”组成。元素符号后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。 如ZSnSb11Cu6表示wsb11%、wCu6%，余量为锡的铸造锡基轴承合金。 5.4.3 轴承合金的分类及牌号 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.3轴承合金的分类及牌号 32分类：锡基、铅基、铝基、铜基等第5章docin/sundae_meng 牌号：“Z+基体合金元素符号+主添加合金元素符号+数字+辅 5.4.4 常用的轴承合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 4.4常用的

26、轴承合金 33 1.锡基轴承合金制作航空发动机、汽轮机、内燃机等大型机器的高速轴瓦。典型牌号ZSnSb11Cu6。 2.铅基轴承合金(铅基巴氏合金)制造汽车、拖拉机、轮船、减速器等承受中、低载荷的中速轴承。典型牌号有ZPbSb16Sn16Cu2。 3.铜基轴承合金铅青铜制造高速、重载轴承。典型牌号ZCuPb30。 锡青铜适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。典型牌号ZCuSn10Pb1。第5章docin/sundae_meng 5.4.4 常 4.铝基轴承合金高锡铝基轴承合金，制造高速、重载汽车、拖拉机和内燃机车上的发动机轴承。典型牌号ZAlSn6Cu1Ni1。 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材

27、料 5. 4.4常用的轴承合金 34第5章docin/sundae_meng 4.铝基轴承合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5 粉末冶金材料 粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料。生产粉末冶金材料的方法称为粉末冶金法。 5.5.1 粉末冶金法的特点及粉末冶金材料的应用 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5粉末冶金材料 35 1.粉末冶金法的特点 生产减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、特殊电磁性能材料、过滤材料、无偏析高速钢等；少屑或无屑精密加工方法、生产率高、材料利用率高。第5章do

28、cin/sundae_meng5.5 粉末冶金材料 粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属 5. 5.1粉末冶金的特点及粉末冶金材料的应用 36 2.粉末冶金材料的应用 (1)粉末冶金减摩材料滑动轴承(含油轴承) (2)粉末冶金摩擦材料 铁基摩擦材料：承受较大压力，在高温、高载荷下摩擦性能优良，多用于各种高速重载机器的制动器。 铜基摩擦材料：工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、抗卡性好，湿式工作条件下耐磨性优良 ，常用于汽车、拖拉机、锻压机床的离合器与制动器 。(3)粉末冶金结构材料 铁基结构材料：零件精度较高，粗糙度值小，无屑和少屑加工，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声。 第5章do

29、cin/sundae_meng 5. 5.1粉末冶金的特点及粉末冶金材料 铜基结构材料比铁基结构材料抗拉强度低，但塑性、韧性较高，具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，可进行各种镀涂处理。 1.常用硬质合金的类别、成分和牌号 5.5.2 硬质合金 一种或几种难熔碳化物(如碳化钨、碳化钛等)粉末，加入起粘接作用的金属粉末，用粉末冶金法制得的材料。成分：WC+Co。牌号：如 YG6表示wCo6%， 余量为WC的钨钴类硬质合金。(1)钨钴类硬质合金 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2硬质合金 37第5章docin/sundae_meng 铜基结构材料比铁基结构材料抗拉强度低，但塑性、韧性较

30、成分：WC+TiC+Co牌号：如 YT15表示wTiC15%的钨钛钴类硬质合金。 (3)钨钛钽(铌)类硬质合金(万能硬质合金或通用硬质金) 第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5. 5.2硬质合金 38 高的抗压强度、耐蚀性和抗氧化性，常温下硬度可达8693HRA(相当于6981HRC)；热硬性高，可达9001000；耐磨性好。2.硬质合金的性能 (2)钨钛钴类硬质合金成分： WC+TiC+ TaC +Co 或WC+TiC+ NbC +Co 牌号：如YW1表示是1号万能硬质合金。第5章docin/sundae_meng成分：WC+TiC+Co (3)钨钛钽(铌 其切削速度比高速工具钢高47倍，