航空工程材料课件 22-有色金属（二）

5-5有色金属（二）课前回顾任务实施1.金属通常分为哪两类？有色金属有哪些突出的优点？2.铝合金是如何分类的？铝合金的热处理方法是什么？3.变形铝合金可以分为哪几种类型，其性能特点和用途分别是什么？牌号如何表示？4.铸造铝合金可以分为哪几种类型，其性能特点和用途分别是什么？牌号如何表示？5.铝合金在飞机上有怎样的应用？知识目标1.掌握常用钛合金的性能、特点、分类及其牌号；2.了解常用铜合金的性能、特点、分类及其牌号；3.了解常用镁合金的性能、特点、分类及其牌号。能力目标会根据零件性能要求选择合适的材料。教学目标素质目标1.科学家精神；2.文化自信和工匠精神。1.工业纯钛纯钛密度小，熔点高（1800℃）。882.5℃发生同素异构转变

-Ti⇌

-Ti,由体心立方

-Ti转变为密排六方

-Ti（低温）。纯钛比强度高，塑性差，低温韧性和耐蚀性好。美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造一、钛及钛合金1.工业纯钛纯钛主要用于350℃以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。钛钢复合反应釜钛制蒸馏塔钛管换热器一、钛及钛合金2.钛合金钛钢复合反应釜根据预习课文内容，回答以下问题：（1）钛合金与铝合金相比，会有哪些特点？（2）钛合金为什么有“航空金属”之称？（3）钛合金又有什么缺点？一、钛及钛合金2.钛合金钛钢复合反应釜优点1）比强度高

其强度一般为600MPa~1110MPa，具有比各种合金都高的比强度。2）热强度高

熔点高，再结晶温度高，具有较高的热强度，能在600℃下长期工作。3）耐蚀性好能抵抗大气的腐蚀，海水中耐蚀性仅次于铂，在高温下仍具有良好的耐蚀性，耐蚀性超过不锈钢。一、钛及钛合金2.钛合金钛钢复合反应釜缺点1）工艺性能差，导热性小，摩擦系数大，切削加工异常困难，切削加工性差。2）高温易吸收氢、氧等而变脆，所以热加工只能在真空或保护气氛中进行。3）耐磨性差。4）生产工艺复杂，成本高。一、钛及钛合金2.钛合金钛钢复合反应釜纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。按退火组织，钛合金可分为

型钛合金、

型钛合金和

+

型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0-TA3为工业纯钛。钛合金泵一、钛及钛合金2.钛合金

型钛合金主加元素为铝，还有锡、硼等。不能热处理强化，通常在退火状态下使用，组织为单相

固溶体。强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越。钛合金氢泵诱导轮钛合金氢泵壳体一、钛及钛合金2.钛合金

型钛合金常用牌号有TA5、TA7等。主要用于制造500℃以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣及飞船上的高压低温容器等。钛合金卫星框架钛合金液下泵一、钛及钛合金2.钛合金

型钛合金加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。经淬火加时效处理后，组织为

相基体上分布着细小的

相粒子。这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接，应用受到限制。一、钛及钛合金2.钛合金

型钛合金

型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。主要用于350℃以下工作的结构件和紧固件，如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。钛合金棒β钛合金眼镜架钛离心泵一、钛及钛合金2.钛合金

+型钛合金加入的合金元素有铝、钒、钼、铬等。可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。钛合金列管式换热器一、钛及钛合金2.钛合金

+型钛合金

+

型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，TC4经过淬火加时效处理后，组织为

+

+时效析出的片状

。一、钛及钛合金2.钛合金

+型钛合金

+

型钛合金主要用于制造400℃以下工作的飞机压气机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等。生物医用材料飞机压气机叶片一、钛及钛合金钛合金的牌号、化学成分、用途及性能特点一、钛及钛合金1.铜及铜合金性能特点热轧铜合金纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。二、铜及铜合金1.铜及铜合金性能特点铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜与黄铜带二、铜及铜合金2.黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。黄铜铸件黄铜棒二、铜及铜合金2.黄铜（1）普通黄铜铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H(黄)+表示铜平均百分含量的数字，如H68。从铜锌合金相图可以看出黄铜有

和

+

’两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。二、铜及铜合金2.黄铜（1）普通黄铜单相黄铜两相黄铜二、铜及铜合金2.黄铜（1）普通黄铜单相黄铜塑性好：常用牌号有：H80、H70、H68。适于制造冷变形零件，如子弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好，

强度高：常用牌号有H59、H62：适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套二、铜及铜合金2.黄铜（2）特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。加工特殊黄铜的牌号为：H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量，

如HPb59-1。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承等。黄铜制品二、铜及铜合金2.黄铜（2）特殊黄铜常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。二、铜及铜合金3.白铜以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。分普通白铜和特殊白铜。（1）普通白铜普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。常用牌号有B5、B19等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械，仪表零件及冷凝器，蒸馏器，热交换器等。白铜件二、铜及铜合金3.白铜（2）特殊白铜常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。康铜热偶白铜型材是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。二、铜及铜合金4.青铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如：QSn4-3(含4%Sn、3%Zn)常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜制品二、铜及铜合金4.青铜（1）锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3-14%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。锡青铜锭Cu-Sn相图二、铜及铜合金4.青铜（1）锡青铜常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4等。主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、涡轮、垫圈等。（2）铝青铜；（3）铍青铜；（4）硅青铜；（5）铅青铜。船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)锡青铜管二、铜及铜合金中国古代铜兵器制造工艺文化自信和工匠精神中国各族人民在长期社会生活实践中共同创造的传统工艺，蕴含着中华民族的文化价值观念、思想智慧和实践经验，是非物质文化遗产的重要组成部分。振兴传统工艺，有助于传承与发展中华优秀传统文化，涵养文化生态，丰富文化资源，增强文化自信；有助于更好地发挥手工劳动的创造力，发现手工劳动的创造性价值，在全社会培育和弘扬精益求精的工匠精神。1.纯镁的性能

镁（Mg）的密度低，仅为1.74g/cm3，约相当于铝的2/3，是最轻的结构金属。

镁的电极电位很低，在潮湿大气、淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀。镁的化学活性强，在空气中也容易氧化，形成的氧化膜疏松多孔，无明显保护作用，所以镁的抗蚀性很差。用镁制造结构件时，需针对使用环境采取适当的防护措施。

力学性能方面，镁的强度低，且由于组织为密排六方晶格，滑移系少，导致塑性极低，加工成形困难，所以镁很少用作主要结构材料。三、镁及镁合金2.镁的合金化

经过合金化及热处理后，强度可以达到300--350Mpa。

主要合金元素是铝、锌和锰。这些元素在镁中都有溶解度变化，可以利用热处理方法（淬火加时效）来强化。

加入镁合金中的铝、锌，当含量不超过溶解度时起固溶强化作用。超过溶解度后分别与镁形成金属间化合物Mg17Al12和MgZn，在淬火、时效时能起到沉淀强化作用。

加入锰可以改善抗热性及抗蚀性。

加入锆（Zr）可以使镁合金的晶粒细化。三、镁及镁合金3.镁合金的分类与编号

按加工工艺可分为变形镁合金与铸造镁合金：

变形镁合金牌号以“MB”加数字表示，如MB1、MB2等；

铸造镁合金以牌号“ZM”加数字表示，如ZM1、ZM2等。三、镁及镁合金4.镁合金的性能特点（1）比强度高：镁合金强度虽然比铝合金低，但由于密度小，所以比强度高于铝合金。（2）减振性好：镁合金弹性模量小，受外力作用时弹性变形功较大，即吸收能量较多，所以能承受较大的冲击振动载荷。（3）塑性差：不宜作冲压零件。（4）切削加工性能好：可以采用高速切削，也易于进行研磨和抛光。（5）抗蚀性差：使用时要采取防护措施，如氧化处理、涂漆等。镁合金零件与其他高电位材料的零件（如钢、铜零件）组装时，在接触面上应采取绝缘措施，以防止产生电化学腐蚀。三、镁及镁合金三、镁及镁合金根据镁合金的性能特点，回答以下问题：（1）镁合金在航空工业中应有哪些优点？（2）镁合金的哪些缺点限制了它在航空工业中的应用？5.镁合金在航空工业中的应用（1）变形镁合金

航空工业上应用较多的为MB15，属Mg-Zn-Zr系合金。

它的性能特点：强度高，是常用变形镁合金中抗拉强度和屈服强度最高的；可以热处理强化：Zn在Mg中的溶解度随温度的变化大，时效处理时能形成强化相MgZn。三、镁及镁合金5.镁合金在航空工业中的应用（2）铸造镁合金ZM1（Mg-Zn-Zr）和ZM2（Mg-RE-Zn-Zr）属于高强度铸造镁合金，具有较高的常温强度和良好的铸造性能，但耐热性差，长期工作温度不能超过150℃。ZM3（Mg-Ce-Zn-Zr）属于耐热铸造镁合金，常温强度较低，耐热性好，可以在200~250℃长期工作。

航空工业上应用较多的是ZM5合金，属Mg-Al系。Al含量较高，能形成较多的Mg17Al12强化相，可以采用热处理强化。

三、镁及镁合金5.镁合金在航空工业中的应用在航空航天方面用作飞机的起落架、舱门、连杆结构、壁板、加强框、隔框、副翼蒙皮、战术航空导弹舱段等，尤其是密度最小的Mg-Li合金，兼有强度、热强性和可塑性方面的优势，备受航空航天业的青睐。应当说明的是，由于镁合金耐蚀性差，零件需要进行专门的表面防护处理，所以使用受到一定的限制。而且随着先进复合材料的发展，与之相比镁合金在比强度方面并无优势，所以在新型飞机上应用镁合金已经很少了。三、镁及镁合金重点内容1.常用钛合金的性能、特点、分类及其牌号；2.常用铜合金的性能、特点、分类及其牌号；3.常用镁合金的性能、特点、分类及其牌号；4.钛合金、镁合金在飞机上的应用钛合金的分类、牌号、化学组成、性能特点和用途举例类型牌号化学组成性能特点用途举例

钛合金TA5Ti-4Al-0.005B组织稳定，耐腐蚀性、焊接性、热强性好；但室温强化较低，不能热处理强化。在500℃以下工作的零件，导弹燃烧罐、超音速飞机的涡轮机匣。TA6Ti-5Al

钛合金TB2Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al强度较高，冲击性能优良，可热处理强化；但合金元素多，冶炼工艺复杂，影响它的应用。在350℃以下工作的零件，压气机叶片、轴、轮盘等重载荷旋转件、飞机构件。

+

钛合金TC1Ti-2Al-1.5Mn在室温下综合性能较好，能冷热加工变形，可热处理强化，应用最广。在400℃以下工作的零件，有一定高温强度的发动机零件、低温用部件。TC2Ti-6Al-4V铜合金的分类、牌号、化学组成、性能特点和用途举例分类类型常用牌号性能特点用途举例黄铜普通黄铜单相：H80、H70、H68塑性好制造冷变形零件，如子弹壳、冷凝器管等两相：H59、H62热塑性好，强度高制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等特殊黄铜H