8第八章非铁金属及粉末冶金材料.ppt

1、第八章非铁金属和粉末冶金材料在工业生产中，通常将铁元素及其合金称为黑色金属，其他非铁金属及其合金称为非铁金属。 非铁金属的产量和使用量虽然不比黑色金属多，但由于其具有特殊的电、磁、热性能、耐腐蚀性以及高比刚度(强度与密度之比)等多种优异特性，是现代工业不可缺少的金属材料ZAl99.5和ZTi-1等，变形非铁金属及其合金的品牌表示方法是统一的铝锭、铸造非铁元素合金的牌号是z沉积基质元素符号主要合金元素符号及其名义百分比含量数字和其他合金元素符号及其百分比含量数字。 ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等等。 混合稀土类元素体的符号用RE表示。 优良合金在牌号后面有“a”

2、字。非铁金属种类繁多，本章仅对机械、修订器等工业中广泛使用的铝、铜、钛及轴承合金进行简单介绍。 第一节铝和铝合金，一、铝和铝合金的性能特点纯铝有银白色金属光泽，密度小(2.72 )，熔点低(660.4 )，导电、导热性能优异。 抗大气腐蚀，加工成型容易。 具有面心立方晶格，无同质瓦斯气体异构转移，无磁性。 铝合金翅膀，铝合金高强度，保持纯铝的优良特性。 铝合金中经常添加的元素体主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅助添加元素体。 可将铝合金分类为变形铝合金和铸造铝合金两种类型。 变形铝合金分为可热处理强化和不可热处理强化两种，铝合金分类示意图，二、铝合金分类铝合金

3、一般具有有限固溶型共晶相图。 三、铝合金热处理、淬火后得到过饱和单相固态溶液组织的处理。 时效是将过饱和的固态溶液加热至固溶线以下的某温度并保温，使弥散强化相析出的热处理。 热处理强化可变形铝合金的热处理方法：固溶热处理时效。 所谓固溶热处理，是将合金加热到固溶线以上并保温，将在室温下进行的时效称为自然时效的加热条件下进行的时效称为人工时效。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 当温度一定时，随时间效应时间延长，时效曲线出现峰值、值，超过峰值时间，析出相聚集生长，强度降低，成为过时效。 随时有效的温度上升，峰值强度下降，出现峰值的时间加快。 四、铝合金品牌、性能及用途，1、变形铝合金变形铝

4、及铝合金品牌的表示方法按照国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系品牌或采用国标规定的四位文字品牌。 1)1XXX系列工业纯铝2)2XXX系列Al-Cu、Al-Cu-Mn合金、3)3XXX系列Al-Mn合金； 4)4XXX系列Al-Si合金； 5)5XXX系列Al-Mg合金； 6)6XXX系列Al-Mg-Si合金； 7)7XXX系列Al-Mg-Si-Cu合金。 8)8XXX系列其他。 GB 3190-82的旧品牌可以继续使用。 表示方法为：防锈铝合金： LF号硬铝合金： LY号硬铝合金： LC号锻铝合金： LD号，常用变形铝合金防锈铝合金主要为Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和M

5、g的主要作用是卫星天线(LF2 )提高结账台试验能力和塑性，发挥固溶加强作用。 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固态溶液，结账台斯特性、焊接性能好，容易变形加工，但切削性能差。 不能强化热处理，多利用加工硬化来提高强度。 气化器(热交换管为LF21 )，常用的Al-Mn系合金为LF21(3A21 )，其结账台试验性和强度高于纯铝，用于制造滑油箱、滑油箱、管道、铝铆钉等需要弯曲、冲压加工的零配件。 常用的Al-Mg系合金有LF5(5A05 )，其密度纯，小于铝，强度高于Al-Mn合金，广泛应用于航空工业。 例如，制造承受配管、容器、铝铆钉和中负荷的零配件。硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，含有

6、少量的Mn。 时效强化和变形强化都是可能的。 强度硬度高，加工性好，耐腐蚀性比防锈铝低。LY11 (2A11 )、LY12 (2A12 )等硬铝合金用于冲压零配件、模锻件、螺旋桨、南朝梁、铝铆钉等铆接零配件的制造。 时效强化效果超过硬铝合金，热态塑性好，但耐腐蚀性差。 常用合金有LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作温度低、受力大的结构物，例如飞机的大梁、起落架等的Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金的常用品种有LD7 (2A70 )、LD8(2A80 )、ldd 用于制造在150 225下运行的零配件，如压缩机叶片、超音速飞机蒙皮等。美国F-117隐形作战飞机(

7、使用材料大部分为铝合金)、高比较铝合金翼、2、铸造铝合金为Al- Si系、符号为zl12位的数字序号Al-Cu系、符号为ZL2位的数字序号Al-Mg系：符号为ZL其中ZL 102 (zal ss 生产中通常用纳金属钍盐变质剂进行变质处理，在微细且均匀的共结晶中加入一次固态溶液组织，以提高性能。 添加了其他合金元素体的铝硅铸造合金被称为复杂(或特殊)硅铝。 Al-Si系铸造铝合金铸造性能好，具有优良的耐腐蚀性、耐热性和焊接性能。 活塞(半身裙部为铝硅合金)用于制造飞机、修正器、电滚子壳、气缸摇滾乐、风扇叶片、发动机活塞等。 像Al-Cu系铸造铝合金这样的合金耐热性好，强度高，但密度大，铸造性能、

8、耐腐蚀性差，强度比Al-Si系合金低。 气缸盖、常用符号有ZL201 (ZAlCu5Mn )、ZL203 (ZAlCu4)等。 主要用于制造内燃机的气缸盖、汽车活塞等在较高温度下工作的高强度零配件。 Al-Mg系铸造铝合金之类的合金耐腐蚀性好，强度高，密度小，但铸造性能差，耐热性低。 常用查询密码为ZL301(ZAlMg10 )、ZL303(ZAlMg5Si1 )等，主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐食性介质下工作的零配件，如舰船零配件、阿摩尼亚用泵体等。风机密封等(ZL102、301 )、Al-Zn系铸造铝合金之类的合金铸造性能好，强度高，可以强化自然时效，但密度大，耐腐蚀性差。 大型

9、压缩机活塞(ZL401 )、常用查询密码为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg )等，主要用于形状复杂且受力小的汽车、飞机、仪器零配件的制造。第二节铜及铜合金、一、铜及铜合金的性能特征纯铜呈紫红色，亦称紫铜，具有面心立方晶格，无异素异构转变，无磁性。 纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中具有良好的耐腐蚀性。 塑性好。 热轧铜合金、铜合金的常添加元素体为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，在提高强度的同时维持纯铜特性。 二、以黄铜亚金属铅为主的合金元素体的铜合金称为黄铜。 黄铜根据化学成分分为普通黄铜和特殊黄铜。 根据工艺分为

10、加工黄铜和铸造黄铜。 1、普通黄铜铜和亚金属铅的二元合金称为普通黄铜。 关于加工普通黄铜的品种，h (黄)是表示铜的平均含有率的数字，例如H68。 从铜压铸锌合金相图可以看出黄铜有两种组织，分别称为单相黄铜和二相黄铜。 普通黄铜的金相组织、单相黄铜塑性好。 常用品种为H80、H70、H 68。 适用于弹壳、冷凝机管等冷变形零配件的制造。两相黄铜热塑性好，强度高。 常用品种为H59、H62。 适用于瓦斯气体插座、弹簧、管道、散热器等受力部件的制造。 2、在特殊黄铜普通黄铜上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素体制成特殊黄铜。 加工特殊黄铜的品牌是h (黄)主添加元素符号(Zn除外)

11、铜的平均百分比含量主添加元素体的平均百分比含量，如HPb59-1 .特殊黄铜的强度、耐腐蚀性比普通黄铜好，铸造性能得到改善。 常用品种有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。 主要用于船舶及化工部件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。 三、除青铜黄铜和白铜以外的其他铜合金统称为青铜。 加工青铜的牌号是q主添加元素符号及其平均含有率和其他元素体的平均含有率，例如qsn4-3(包括3%Zn、3%Zn )，常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍铜、硅青铜、铅青铜等。 青铜制品、1、锡青铜是以锡为主要添加元素体的铜合

12、金，锡含量为314%。 锡青铜铸造虽然流变性差、铸造件密度低、容易泄漏，但体积收缩率在非铁金属中最小。 锡青铜耐腐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐腐蚀性优于纯铜和黄铜，但在硫酸、盐酸及阿摩尼亚水中的耐腐蚀性差。 常用品种为QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。 主要用于弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等的耐腐蚀性托架。 2、铝青铜是以铝为主加元素体的铜合金，铝含量为511%。 强度、硬度、耐、大型水力发电设备中的耐磨环，其磨损性、耐热性和耐腐蚀性均高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。 常用品种有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。 主要用

13、于船舶、飞机及仪器中的高强度、耐磨耗性、耐腐蚀性零配件，如齿轮、轴承、蜗轮、套筒、螺旋桨等的制造。 3、铍铜是以铍为主要元素体的铜合金，铍含量是1.72.5%。 具有高强度、弹性极限、耐磨性、耐腐蚀性，具有良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格高，铍铜制品，常用品种有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。 用于重要的弹性部件、耐磨部件如精密弹簧、隔膜、高速、高压轴承及防爆手工工具、航海罗盘等重要零配件，普通白铜为Cu-Ni二元合金，具有高耐腐蚀性和耐腐蚀性疲劳性能和优异的冷热加工性能。 普通白铜牌： b镍平均含量，如B5。 常用品种有B5、B19等。 用于在蒸汽和海水的环境下工作的

14、精密机械、校正器零配件和冷凝机、蒸馏器、热交换设备等.以白铜材料、四、白铜镍为主要合金元素体的铜合金被称为白铜。 普通白铜和特殊白铜分开。 特殊白铜是在普通白铜中添加Zn、Mn、Al等元素体而形成的，分别称为氧化锌、锰白铜、铝白铜等。 耐腐蚀性、强度、塑性高，成本低。 BMn40-1.5 (康铜)、BMn43-0.5 (试验铜)等常用品种。 用于精密机械、校正器零配件、医疗器械等的制造。 第三节钛及钛合金，一、工业纯钛纯钛密度小，熔点高。 发生882.5同系瓦斯气体转移-Ti-Ti、从体心立方-Ti向密排六方-Ti .转移的纯钛的比刚度高，塑性、低温韧性和耐腐蚀性好。 美国F-22作战飞机约3

15、6%重量的零配件为钛合金制，纯钛主要用于350以下的工作，强度要求不高的零配件，如石油化学工业用热交换设备、反应器、海水净化装置及舰船零配件。 二、钛合金纯钛加入合金元素体形成钛合金。 钛合金几乎都含有铝。 铝能提高钛合金的强度、比刚度和再结晶温度。 例如TA5、TB2、TC4等。 其中TA0TA3为工业纯钛。 钛合金泵，1，型钛合金的主添加元素体为铝，有锡、硼等。不能进行热处理强化，通常在退火状态下使用，组织为单相固态溶液，强度比其他两种钛合金低，但高温强度、低温韧性及耐腐蚀性优异，-Ti合金组织，2，型钛合金中添加的合金元素体为钼、铬、钒、铝等。 淬火时效处理后，组织在相基体上分布着微细的

16、相粒子。 此类合金强度高，但熔化期工艺复杂，焊接困难，应用受限。 型钛合金有TB2、TB3、TB4三个品种。 主要用于350以下作业的结构和紧固零配件，如飞机的压缩机翼、轴、弹簧、轮盘等。 3、型钛合金中添加的合金元素体有铝、钒、钼铬等。 可热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐腐蚀性和低温韧性。 钛合金列管式热交换设备，型钛合金共9个品种，其中TC4应用最广泛，用量最多，经淬火时效处理后，组织呈时效析出针状。 型钛合金主要用于制造400以下工作的航空器压缩机叶片、火箭推进器壳体、火箭和导弹的液态水燃料箱零配件及舰船耐压壳体等。 滑动轴承是许多机械设备中支撑和作用旋转轴的重要零配件，

17、由轴承体和轴瓦两部分组成。 与滚动轴承相比，滑动轴承具有负荷面积大、工作顺畅、无噪音、装卸容易等优点。 另一方面，组织性能要求轴高速旋转时，轴瓦和轴颈强烈摩擦，承受轴颈施加的交变负荷和冲击力。 对轴承合金性能的要求：承受施加在轴颈上的交变冲击载荷，具有一盏茶的强韧性，小的热胀冷缩系数，良好的导热性和耐腐蚀性，防止轴与金属的啮合。 小摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，减少轴颈磨损，保证轴瓦的良好行走。 当轴旋转时，软基体(或质点)磨损而凹陷，轴颈与金属的接触面积减少，润滑油的储存和轴与金属的融合，硬的质点(基体)变得有利，1、锡基轴承合金是以锡为主，加入了少量锑、铜等元素体的合金，熔点低二、常用轴承合金工业中常用的是锡基、铅基轴承合金，也被称为巴氏合金。 典型的品牌是ZSnSb11Cu6。 (其组织为基体白