金属材料第三单元课件

1、第三单元非铁金属及其合金第三单元非铁金属及其合金课题一铝及铝合金课题一铝及铝合金一、铝及铝合金的性能特点1.密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低 纯铝的密度为2.72103kg/m3，仅为铁的1/3左右，熔点为660.34，导电性仅次于铜、金、银。铝合金的密度也很低，熔点更低，但导电性、导热性不如纯铝。铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。2.抗大气腐蚀性能好 铝和氧的化学亲和力大，在空气中铝及铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，可防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐溶液和碱溶液。一、铝及铝合金的性能特点1.密度小，熔点低，导电性

2、、导热性3.加工性能好 纯铝具有较高的塑性(A=3050，Z=80)，易于压力成形加工，并有良好的低温性能。纯铝的强度低，虽经冷变形强化，但也不能直接用于制造受力的结构件，而铝合金通过冷成形和热处理，具有低合金钢的强度。 金属材料因此，铝及铝合金被广泛应用于电气工程、航空航天、汽车制造及生活等各个领域。铝及其铝合金的种类情况如图3-1所示。3.加工性能好 纯铝具有较高的塑性(A=3二、纯铝1.纯铝的分类 按铝含量分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类，其纯度、用途及代号见表3-1。其中牌号中的“L”为“铝”的汉语拼音之首。二、纯铝1.纯铝的分类 按铝含量分为高纯铝2.工业纯铝 工业纯铝有银白色光

3、泽，密度小(2.72103kg/m3)，熔点低(660)，导电导热性优良(仅次于Ag、Cu)，为非磁性材料。纯铝化学性质活泼，在空气中极易氧化形成一层牢固致密的氧化膜表面，从而使其在空气及淡水中具有良好的抗蚀性；铝具有良好的塑性和韧性，可以很容易通过压力加工成型；且在低温下也有很好的塑性和韧性。纯铝还易于铸造和切削，具有良好的工艺性能。三、铝合金 纯铝的强度低，因而在纯铝中常加入硅、铜、镁、锰等合金元素配制成铝合金。铝合金不仅能保持纯铝密度小、耐蚀性和导热性好的优点，而且强度比纯铝更高。铝合金常用于制造质量轻、强度要求较高的零件，在汽车、航空制造等部门得到广泛的应用。 目前铝合金中主要加入的合

4、金元素有铜、镁、硅、锰、锌和锂等，它们可单独加入，也可配合加入。2.工业纯铝 工业纯铝有银白色光泽，密度小1.铝合金的强化固态铝无同素异构转变，其热处理与钢不同。而铝合金中，由于加入了合金元素，可改变铝的组织结构，提高其力学性能。合金元素对铝的强化作用主要表现为固溶强化、时效强化和细化组织强化。(1)固溶强化铝中的合金元素与铝形成有限固溶体，导致晶格畸变，提高了铝合金的强度，但其强化效果有限。进行固溶强化时，往往采用多元、少量的复杂化合物原则，即多种合金元素同时加入；但每种元素加入量要少，使固溶体的成分复杂化，可使固溶体的强化效果更高，并保持较高硬度。(2)时效强化经淬火(或固溶处理)后再进行

5、时效处理，可大大提高铝合金的强度。时效处理中铝合金的合金元素应在铝中有较高的极图3-2wCu=4%的铝合金的自然时效曲线限溶解度，并且该溶解度随温度降低而显著减少，使淬火后形成过饱和固溶体。(3)细化组织强化细化组织强化是指在铝合金中加入微量合金元素，细化铝合金固溶体基体或过剩相组织(铝中加入合金元素含量超过其溶解度时。1.铝合金的强化固态铝无同素异构转变，其热处理与钢不同。而金属材料第三单元课件2.铝合金的分类 根据铝合金的化学成分及生产工艺不同，可分为变形铝合金和铸造铝合金两类，如图3-3所示为铝合金相图。 (1)变形铝合金铝合金中溶质B的含量小于最大溶解度D，在加热时形成单相固溶体。它具

6、有良好的塑性，适合于各种压力加工，称为变形铝合金。2.铝合金的分类 根据铝合金的化学成分及生金属材料第三单元课件 (2)铸造铝合金铸造铝合金是指适宜于铸造成型的铝合金。一般含较多的合金元素B(总量为8%25)，具有良好的铸造性能，可直接铸造成各种形状复杂的零件；并有足够的力学性能和其他性能，且生产工艺和设备简单，成本低。尽管其力学性能不如变形铝合金，但在许多工业领域仍然有着广泛的应用。(3)压力铸造工艺把液态金属以高压注入金属铸型中并保持压力一段时间，用于获得高质量、高精度、形状比较复杂的铸造零件，这种方法称为压力铸造，简称压铸。 (2)铸造铝合金铸造铝合金是指适宜于铸造成型的铝合金四、铝合金

7、的热处理 热处理是提高铝合金综合力学性能和组织稳定性的重要工艺方法，铝合金在使用前主要进行的热处理强化方法有淬火(固溶处理)和时效。 淬火，即铝合金的固溶处理，是将合金加热到固溶线以上的特定温度保温后快冷，以得到不稳定的过饱和固溶体组织，为后续合金的时效强化处理做好准备。淬火后铝合金的强度和硬度不高，且有良好的塑性，可以进行一定的压力加工。固溶处理后，铝合金都要进行时效强化处理。这种处理可以是自然时效，也可以是 人工时效。时效过程可以根据铝合金的组织转变特征和性能需求确定。四、铝合金的热处理 热处理是提高铝合金综合五、车用铝合金的前景 随着汽车工业的迅速发展，减轻汽车重量、降低油耗、改善对环境

8、的污染等要求，使汽车轻量化设计变得越来越重要。减轻汽车自重的关键是使用轻质材料，能够大幅度减轻重量的铝合金等材料的应用越来越广泛。从1992年到2000年非铁合金铸件产量逐年上升，铝合金铸件增长了近80，取得了很大的发展，特别是铝及其合金由于具有质轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、比强度和比刚度高、抗冲击性能好、易表面着色，并具有良好的加工成形性以及极高的再回收、再生等一系列优良特性，已成为汽车轻量化最理想的材料。由于能源、环境问题普遍受到人们的重视，汽车用铝合金的开发和应用得到广泛关注，铝合金在汽车上的应用逐年扩大。表3-4所示为发达国家每辆汽车使用的铝合金量。五、车用铝合金的前景 随着汽车工业的迅

9、速金属材料第三单元课件课题二铜及铜合金课题二铜及铜合金 铜是重金属，其产量仅次于钢和铝。铜及其合金是人类最早使用的且应用最广泛的金属材料之一。铜的导电、导热性好，耐腐蚀，有优良的塑性，可以焊接或冷热压力加工成型。铜及铜合金的分类情况如图3-4所示。 铜是重金属，其产量仅次于钢和铝。铜及其合金是人类最早一、工业纯铜及其性能和用途 纯铜的颜色为紫红色。纯铜的含铜量wCu=99.599.95，熔点为1083，相对密度为8.96103kg/m3，无磁性，在固态时具有面心立方晶格结构，无同素异构转变现象。二、常用铜合金及其性能特点和应用 按铜合金的成形方法可将其分为变形铜合金及铸造铜合金。除专用铸造铜合

10、金外，大部分的铜合金既可用于变形铜合金，又可用于铸造铜合金。 工业中常按主要合金元素及化学成分特点对铜合金分类，分为黄铜、白铜和青铜三大类。一、工业纯铜及其性能和用途 纯铜的颜色为紫红1.黄铜 黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，根据其成分特点又分为普通黄铜和特殊黄铜两大类。(1)普通黄铜普通黄铜是指铜-锌二元合金，其锌wZn50，牌号以“H+数字”表示，“H”为“黄” 字的汉语拼音字首，数字代表铜的质量百分含量。如H62表示wCu=62和wZn=38的普通黄铜。1.黄铜 黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金(2)特殊黄铜特殊黄铜是在普通黄铜的基础上又加入铝、锰、硅、铅等元素的黄铜，其牌号以“H+主

11、加元素的化学符号(除锌外)+铜的质量分数-主加元素的质量分数”表示。如HMn58-2表示含wCu=58和wMn=2，其余为Zn的特殊黄铜。(2)特殊黄铜特殊黄铜是在普通黄铜的基础上又加入铝、锰、硅2.青铜 青铜是指除Zn和Ni以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。 其牌号为“Q+主加元素符号+主加元素的质量百分含量”(若后面还有数字，则为其他辅加元素的百分含量)；“Q”为“青” 字的汉语拼音字首。 青铜合金中，工业用量最大的为锡青铜和铝青铜，强度最高的为铍青铜。(1)锡青铜锡含量是决定锡青铜性能的关键，锡的质量分数为57的锡青铜塑性最好，适用于冷热加工；而锡的质量分数大于10时，合金强度升高，

12、但塑性却很低，只用于铸造。(2)铝青铜根据合金的性能特点，铝青铜中铝的质量分数一般控制在12%以内。工业上压力加工用铝青铜的铝的质量分数一般为57；铝的质量分数在10左右的合金，强度高，可用于热加工或铸造用材。(3)铍青铜指铍的质量分数为1.7%2.5的铜合金，其时效硬化效果极为明显，通过淬火时效，可获得很高的强度和硬度，抗拉强度12501500MPa，HBW达350400，远远超过了其他铜合金，且可与高强度合金钢相媲美。铍青铜易于成形加工，可直接制成零件后再时效强化。2.青铜 青铜是指除Zn和Ni以外的其他元金属材料第三单元课件3.白铜 白铜是指以镍为主要合金元素(质量分数低于50)的铜合金

13、。白铜主要用于制造海水和蒸汽环境中精密仪器仪表零件，热交换器和高温高压下工作的管道，以及电阻器、低温热电偶及其补偿线、变阻器和加热器等电工器件。3.白铜 白铜是指以镍为主要合金元素(质量三、铜及其合金在汽车上的应用 纯铜在汽车上的应用，一是利用它的导电性，制造电线、电缆、电气接头等电器零件；二是利用它的导热性，制造散热器等需要热传导的零部件。此外也用作轿车内外装饰件、气管油管管子、垫片垫块甚至密封材料。但由于其强度和硬度低，不宜作结构件。常用铜合金在汽车上的应用情况见表3-8。三、铜及其合金在汽车上的应用 纯铜在汽车上课题三滑动轴承合金课题三滑动轴承合金一、滑动轴承工作条件及对组织性能的要求

14、滑动轴承是汽车、拖拉机及机床等机械制造工业中用以支承轴进行工作的零件。滑动轴承由轴承体和轴瓦组成，轴瓦可直接用耐磨合金制成，也可在钢背上浇注(或轧制)一层耐磨合金形成复合的轴瓦。这些用于制作轴瓦及其内衬的合金称轴承合金。 当轴高速旋转时，轴瓦表面要承受轴颈的周期性负荷，有时还会有冲击作用，这时滑动轴承的基本作用是要保证轴的准确定位，在载荷作用下支承轴颈不损坏。轴工作时，与轴瓦间的强烈摩擦和磨损是不可避免的；虽然工作时常注入润滑油进行理想的液体润滑，但在机器起动、停车、受冲击或重载和载荷变动时，还是常常出现边界润滑或半干摩状态，引起磨损。一、滑动轴承工作条件及对组织性能的要求 滑为满足上述基本性

15、能的要求，轴承合金的组织和结构应具备如下特征：1)轴承材料的组成基体采用对钢铁互溶性小的元素组成的合金，如锡(Sn)、铅(Pb)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)等合金，其对钢铁材料的粘着性和擦伤性小。2)轴承材料的组织应是软基体上分布有均匀硬质点或硬基体上分布有均匀的软质点。这样当其工作时，软基体(或质点)被磨损凹陷从而可保持润滑油，还可起到嵌藏外来硬质点磨粒的作用，以免划伤轴颈；而硬质点(或基体)耐磨且相对凸起，以支承轴的压力并使轴和轴瓦接触面积减小。3)轴承材料有适量低熔点元素。当轴承与轴的接触点由于工作而产生高温时，熔化的低熔点合金会在摩擦力作用下展平于摩擦面并形成塑性好的润滑层，减

16、少接触点处的压力和摩擦阻力。为满足上述基本性能的要求，轴承合金的组织和结构应具备如下特征二、常用轴承合金1.锡基轴承合金(锡基巴氏合金) 锡基轴承合金的成分是在锡-锑合金基础上添加铜、铅等元素形成，又称锡基巴氏合金，属软基体硬质点类材料。 锡基轴承合金牌号的意义：“Z”为“铸”字汉语拼音第一个字母，第一个元素为基体金属，其余为主要元素，其后数字为该元素的质量分数(%)。常用牌号主要有ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4、ZSnSb4Cu4等，如ZSnSb11Cu6表示基本元素为Sn，主要元素Sb、Cu的质量分数分别为11、6的锡基铸造轴承合金。2.铅基轴承合金(铅基巴氏合金) 该合金是在铅

17、-锑基合金基础上加入Sn和Cu元素形成，又称铅基巴氏合金，也为软基硬质点类合金。其牌号的表示方法与锡基轴承合金相同。常用牌号有ZChPbSn16-16-2，表示基本元素为Pb，主加元素Sb的质量分数为16、Sn的质量分数为16，辅加元素Cu的质量分数为2.0的铅基轴承合金。二、常用轴承合金1.锡基轴承合金(锡基巴氏合金) 3.铝基轴承合金 铝基轴承合金密度小、导热性好、疲劳强度高、抗蚀性和化学稳定性好，且价格低廉，适用于高速、高载荷下工作的汽车、拖拉机和柴油机的轴承。按化学成分可分为铝-锡系(Al-20Sn-10Cu)、铝-锑系(Al-4Sb-0.5Mg)和铝-石墨系(Al-8%Si合金+3%

18、6石墨)三类。4.铜基轴承合金 铜基轴承合金常用的牌号有ZCuSn10Pb1和ZCuSn5Pb5Zn5等锡青铜以及ZCuPb30等铅青铜。前者强度高，适合于制造中速、承受较大载荷的轴承，如电动机、发电机、起重机、减速机、机床等用的轴承；后者具有较高的耐磨性、疲劳强度、导热性和低的摩擦因数，工作温度可达350，适合于制造高速重载条件下工作的轴承，如航空发动机、高速柴油机、汽轮机上的轴承以及高速重载的汽车曲轴轴瓦。3.铝基轴承合金 铝基轴承合金密度小、导5.粉末冶金减摩材料 用于轴承的粉末冶金材料包括铁-石墨及铜-石墨多孔含油轴承材料及金属塑料减摩材料。与巴氏合金、铜基合金相比，这类材料减摩性好、

19、寿命高、成本低、效率高；且自润滑性优良，材料孔隙能贮存润滑油，使其工作时具有长期的润滑性。该类材料已广泛用于汽车、农机、冶金矿山和纺织机械中的轴承。6.其他轴承材料 除上述之外，还有锌基轴承合金以及充分利用不同材料的特性而制作的多层轴承合金(如将上述轴承合金与钢带轧制成的双金属轴承材料等)。还有非金属材料轴承，其所用材料为酚醛夹布胶木、塑料、橡胶等，它们主要用于不能采用机油润滑而只能采用清水或其他液体润滑的轴承，如自来水深井泵中的滑动轴承。5.粉末冶金减摩材料 用于轴承的粉末冶金材课题四其他非铁金属简介课题四其他非铁金属简介 随着汽车工业的不断发展，对汽车轻量化、减少排放污染的要求逐年提高，使

20、非铁金属在汽车上的应用越来越广泛。其中，钛、镁、锌等合金的应用越来越受到重视，它们在汽车上的用量也越来越多。一、钛及钛合金 钛在地球中的储藏量居铝、铁、镁之后占第四位，钛及其合金的主要特点是比强度高、耐腐蚀性好，在航空、化工、电力、医疗等领域得到广泛的应用。1.工业纯钛 钛是一种银白色金属，熔点为1725，密度为4.5103kg/m3，导热性差。钛具有同素异构转变特性，在882.5以下为密排六方晶格的-Ti相，在该温度以上为体心立方晶格的-Ti相。 随着汽车工业的不断发展，对汽车轻量化、减少排放污染的2.钛合金 在钛中加入合金元素，既可提高钛的强度，也会影响到钛的同素异构转变温度。根据钛在室温

21、下的组织，钛合金可以分为钛合金、钛合金和(+)钛合金。 (1)钛合金当钛中加入铝、氧、氮、碳等相稳定化合金元素时，可以提高钛的同素异构转变温度，扩大相区，使钛合金在室温时为单相固溶体组织，因而又称为钛合金。 (2)钛合金当钛中加入铬、钼、钒、铁、镍等稳定化合金元素时，可以降低钛的同素异构转变温度，扩大钛的相区，因合金在退火或淬火状态下的组织为单相的固溶体，故又称为钛合金。 (3)(+)钛合金其室温组织为固溶体和固溶体的混合组织，因而又称为(+)钛合金。这种合金具有较高的力学性能和优良的高温抗变形能力，并可进行淬火时效强化，是应用最广泛的一种钛合金。2.钛合金 在钛中加入合金元素，既可提高钛二、

22、镁及镁合金 镁是非铁金属，它比铝轻，其密度为1.74103kgm3，只有铝的23、钛的25、钢的14；镁合金比铝合金轻36、比锌合金轻73、比钢轻77。镁还有很多其他优异的物理特性：比铝高30倍的减振性能，有良好的减振阻尼和电磁屏蔽性能、易于加工成形、容易回收等优点，因此被誉为“21世纪绿色工程材料”。但长期以来，由于受价格昂贵和技术方面的限制，镁及镁合金只少量应用于航空、航天及军事工业，因而被称为“贵族金属”。自20世纪90年代以来，镁的需求量不断增加。据报道，西方金属镁的需求量以每年5的速度递增。镁是继钢铁、铝之后的第三大金属工程材料，被广泛地应用于航空航天、汽车、电子、移动通信、冶金等领域。二、镁及镁合金 镁是非铁金属，它比铝轻，其三、锌及锌合金 锌的熔点较低，抗大气腐蚀性良好，再结晶温度在室温以下，一般采用普通压力加工方式成形。 铝、铜、镁等为锌的主要合金元素，它们对锌合金产生明显的强化作用。锌合金可分为变形合金和铸造合金两大类。 随着我国汽车工业的迅速发展，镀锌产品和压铸合金产量日益扩大，对金属锌的需求将大幅度上升。据专家预测，在未来的几年时间，我国锌的消费需求将保持6