《工程材料及成形技术基础》课件 第7章 有色金属与硬质合金

工程材料及成形技术主讲人：Email:电话：本章学习要求第7章有色金属与粉末冶金材料本章主要介绍Al、Cu及其合金的分类、牌号及用途,对硬质合金也作简要介绍。第7章有色金属与粉末冶金材料钢铁材料有色金属材料材料Material金属材料有机材料无机非金属材料第7章有色金属与粉末冶金材料非铁金属材料定义指除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属，也称其为有色金属。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。非铁金属材料镁Mg12燃烧时不能被水熄灭，只能用沙子扑灭铝Al13坚硬且轻的金属，常用于制作可乐罐钛Ti22几乎不引起过敏反应，常用于人体植入物第7章有色金属与粉末冶金材料非铁金属材料6铜Cu29一种红色的金属，是非常好的导体锌Zn30钢管表面镀的锌可保护钢铁不被腐蚀第7章有色金属与粉末冶金材料第一节铝第一节铝一、纯铝-Al物理性质银白色，密度2.7g/cm3，熔点660℃；导电、导热性好，抗氧化性好；不耐酸、碱、盐腐蚀；fcc结构；无同素异晶转变。力学与加工性能强度低（80-100MPa）；硬度低（20HBS）；塑性好，适合各种冷热塑性加工。纯铝不能热处理强化，只能靠冷变形强化。铝制品铝颗粒牌号高纯铝（99.93-99.99%）：L01、L02、L03、L04（编号越大，纯度越高），主要用于科学研究及制作电容器等。工业纯铝（98.0-99.0%）：L1、L2、L3、L4、L5（编号越大，纯度越低），用来配置铝合金和制作电线、电缆，以及生活器皿。工业高纯铝（99.85-99.9%）：L0、L00等，用于制作铝箔、包铝及冶炼铝合金的原料。第一节铝二、铝合金的分类合金元素：Si、Cu、Mg、Zn、Mn等。按化学成分和生产特点可分：1.变形铝合金可热处理强化铝合金不可热处理强化铝合金2.铸造铝合金二元铝合金的一般相图第一节铝三、铝合金的热处理1.退火：消除应力和偏析，提高塑性。2.固溶、时效处理：类似于钢铁材料的淬火回火工艺，是部分有色合金强化的重要手段。时效:在固溶处理后的合金随时间延续而发生进一步强化的现象。种类自然时效人工时效第一节铝3.回归处理：目的在于使经过固溶时效强化后的金属变软，便于加工。※一般情况下，人工时效后的铝合金没有回归现象。四、变形铝合金1防锈铝合金2硬铝合金3超硬铝合金4锻铝合金不可热化处理强化可热化处理强化第一节铝牌号3A11改型：0-原始纯铝

A-原始合金铝合金组别标识同一系列的不同合金1011:表示最低铝含量为99.11%的工业纯铝。第一节铝组别牌号系列纯铝1xxx以铜为主要合金元素2xxx以锰为主要合金元素3xxx以硅为主要合金元素4xxx以镁为主要合金元素5xxx以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相6xxx以锌为主要合金元素7xxx以其他合金为主要合金元素8xxx变形铝合金的牌号系列（GB/T16474-1996）1、防锈铝合金（LF）成分：主要是Al-Mn系和Al-Mg系；性能：良好塑性加工和焊接性能；强化手段：不能热处理强化，只能冷变形强化；用途：受力小、耐蚀的制品与结构件；牌号举例：5A05（LF5）。第一节铝升降晾衣架Al-Mg合金Al-Cu合金2、硬铝合金（LY）成分：Al-Cu-Mg系；性能：强化相θ相(CuAl2)和S相(CuMgAl2)；耐蚀性差；分类（按强度和用途）：铆钉硬铝中强硬铝高强硬铝耐热硬铝；强化手段：固溶时效强化；牌号：2A12（LY12）在航空工业中应用广泛。第一节铝硬铝合金外壳飞机螺旋桨叶片3、超硬铝合金（LC）成分：Al-Zn-Mg-Cu系；性能：较好热塑性和焊接性能，耐热和耐蚀性能差，是目前强度最高的铝合金；强化手段：固溶处理后人工时效；牌号：7A04（LC4）重量轻、受力较大的结构件。第一节铝超硬铝合金轮圈型材飞机起落架超硬铝合金球棒4、锻铝合金（LD）成分：Al-Mg-Si-Cu系（普通），Al-Cu-Mg-Ni-Fe系（耐热）；性能：良好热塑性和可锻性；强化手段：固溶处理后人工时效；牌号：2A50（LD5）形状复杂和承受中等载荷的锻件及模锻件。第一节铝刹车把手油箱盖定义：用来制造铸件的铝合金。成分：Al-Si（1）系、Al-Cu（2）系、Al-Mg（3）系、Al-Zn（4）系四类。代号“ZL”加三位数字；牌号表示法：ZAl+合金元素符号和合金质量分数(%)牌号举例：ZAlSi7Mg(代号ZL101)ZAlCu4(代号ZL203)ZAlMg5Si1(代号ZL303)ZAlZn10Si7(代号ZL401)五、铸造铝合金第一节铝1、Al-Si铸造合金-硅铝明性能：铸造性能最好，中等强度，良好耐蚀性；用途：应用广泛，如发动机气缸、仪表外壳；+Mg+Cu后，耐热性和耐磨性良好，可制造内燃机活塞。第一节铝星型发动机涡扇发动机仪器壳体2、其它铸造铝合金Al-Cu：最高强度和耐热性；铸造性能差，耐蚀性差；Al-Mg：强度高，耐蚀性好，相对密度小，韧性好；铸造性能和耐热性差；Al-Zn：便宜，铸造性能良好，自淬火效应，强度高；密度大，耐蚀性差，热裂倾向大。第一节铝汽缸头（Al-Cu）鼓风机用密封件（Al-Mg）大型空压机活塞（Al-Zn）第二节铜一、纯铜-Cu物理性质纯Cu又称紫铜，密度8.96g/cm3，熔点1083℃；导电、导热性好，化学稳定性好；抗大气和水腐蚀性强；抗磁性金属；fcc结构；无同素异晶转变。第二节铜Cu2(OH)2CO3纯铜力学和加工性能塑性好；强度低（230-250MPa）；硬度低（40-50HBS）；不能热处理强化，只能冷变形强化。第二节铜铜像散热器十二生肖铜首工业纯铜的代号：T1、T2、T3三个，纯度依次降低。用途：导线、电缆、传热体、防磁器械等。二、铜合金-黄铜通常按化学成分以及表现出的色泽：黄铜Cu-Zn普通黄铜特殊黄铜青铜锡青铜铍青铜铜合金白铜Cu-Ni铝青铜第二节铜纯铜黄铜青铜白铜1、普通黄铜（Cu-Zn）机械性能：当ωZn<33%时，形成单相α固溶体，Zn↑，强度↑，塑性↑，适用于冷加工变形。当ωZn=33%~45%时，形成(α+CuZn)双相组织。强度↑，塑性↓，适用于热压力加工。当ωZn

＞45%时，组织为脆性相CuZn，强度塑性↓↓↓第二节铜锌含量对黄铜的组织和力学性能的影响牌号：加工普通黄铜：“H”+数字，数字为平均铜的质量分数。例：H62黄铜ωCu=62%例：ZCu

Zn38铸造黄铜ωZn=38%铸造普通黄铜：“Z”+铜、合金元素符号及该元素含量百分比组成。H65黄铜丝第二节铜Cu-ZnCu-Zn钢芯镀铜2、特殊黄铜定义：普通黄铜+其它元素。如锡黄铜、锰黄铜、硅黄铜和铅黄铜等。加工特殊黄铜牌号：“H”+主加元素+Cu及合金元素的质量分数(%)。如HPb59-1表示ωCu=59%、ωPb=1%、余量为Zn的铅黄铜。例：

HPb59-1主加元素为铅的黄铜ωCu=59%ωPb=1%第二节铜铸造特殊黄铜：“Z”+铜、合金元素符号及该元素含量百分比组成。（如：ZCuZn40Mn3Fe1）性能：由于合金元素加入，强度提高。其他性能也优于普通黄铜。黄铜棒黄铜铸件法兰阀子弹壳第二节铜加工青铜牌号：Q+主加元素的化学符号及其质量分数+辅加元素及质量分数(%)。三、铜合金-青铜Zn含量为3%Sn含量4%青铜余量为Cu如：QSn4-3铸造青铜牌号：“Z”+铜、合金元素符号及该元素含量百分比组成。（如：ZCuAl10Fe3）第二节铜1、锡青铜工业用锡青铜：Sn(wt.%)3%-14%；性能：耐蚀（优于铜和黄铜）、耐磨和弹性好；应用：轴承、轴套、弹性元件、以及耐蚀、抗磁零件。2、铝青铜工业用铝青铜：Al(wt.%)5%-12%性能：高强度、抗蚀性和耐磨性，并能热处理强化。ωAl=5%~7%，适宜冷变形加工；ωAl≈10%，适宜铸造。应用：仪器中的耐蚀零件和弹性元件(ZCuAl10Fe3)。第二节铜3、铍青铜工业用铍青铜：Be(wt.%)1.7%-2.5%；性能：强度大、疲劳抗力高、弹性好、耐磨耐蚀、导电导热、无磁性、冲击无火花等很多优点。可进行冷、热加工和铸造成形；应用：成本较高，用于制造精密仪器或仪表的弹性元件等(QBe2)。引线框架第二节铜Cu-Ni性质：银白色，有金属光泽，故名白铜。Ni(wt.%)≈25%；性能：耐蚀性优异，且易于塑型、加工和焊接；工业用途：造船、石油、化工、建筑、电力、精密仪表、医疗器械、乐器等耐蚀结构件；非工业用途：装饰工艺品。四、铜合金-白铜第二节铜第三节滑动轴承合金工件体轴轴瓦轴承合金：用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。滚动轴承第三节滑动轴承合金性能要求：高的抗压强度和疲劳强度，高耐磨和较小摩擦系数；足够塑性与韧性；良好耐蚀性和热导性；制造简单、价格低廉。组织特点1软基体上均匀分布着硬质点：润滑油空间轴硬质点软基体轴瓦第三节滑动轴承合金组织特点2硬基体上均匀分布着软质点：润滑油空间轴硬质点硬基体轴瓦①锡基轴承合金（软基体硬质点）②铅基轴承合金（软基体硬质点）③铜基轴承合金（硬基体软质点）④高锡铝基轴承合金（硬基体软质点）常用轴承合金巴氏合金锡基轴承合金（锡基巴氏合金）牌号：Z+基体元素符号+主加元素符号及含量、辅加元素符号及含量。ZChSnSb11–6其它元素的含量为6%主加元素Sb含量为11%基本元素锡轴承铸造第三节滑动轴承合金巴氏合金轴瓦内燃机轴瓦第三节滑动轴承合金第四节硬质合金定义：以一种或几种高熔点碳化物粉末为硬质相，加入起粘结作用的金属粉末，经混合加压成形，再经烧结而成的一种粉末冶金产品。第四节硬质合金常用硬质合金：钨钴类硬质合金；钨钴钛类硬质合金；钨钛钽（铌）类硬质合金。性能特点：高硬度(69-81HRC)，高热硬性(900-1000℃)，高耐磨性；高的弹性模量、高的抗压强度，但抗弯强度较低；良好的耐蚀性和抗氧化性，导热性差；脆性大，加工性能差。1、WCo类硬质合金成分：WC+Co牌号：“YG”+Co的质量分数（%）例：YG6WCo类硬质合金ωC