【力学性能及工程材料】第八章-有色金属及其合金

1、第八章 有色金属及其合金 ( Colored Metal and Alloy ),概述 铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金,第一节 概述,1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有 金属。,2.性能特点:具有独特的性能。,3.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。,第二节 铝及铝合金,一.铝的性能特点: 密度小;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性;无打击火花;加工工艺 性好等。,二.纯铝的分类,高纯铝 L0

2、104,工业高纯铝 L0、L00,工业纯铝 L15,三.铝合金的分类,铝合金 的分类,形变铝合金,铸造铝合金,不能热处理 强化铝合金,能热处理 强化铝合金,四.铝合金的热处理,退火 ( anneal ) 时效强化 ( ageing strengthening ) 回归 ( regression ),一) 退火 ( anneal ),1.形变铝合金的退火: *消除应力,硬度 不变。 *消除加工硬化, 降低硬度,便于 冷塑性加工。,2.铸造铝合金的退火 : 消除应力; 均匀成分;,二) 时效强化 ( ageing strengthening ),1.定义: 在固溶处理后的合金随时间延 续而发生进一

3、步强化的现象。,2.背景资料: 1906年德国 Duralumin首次发现。 1910年德国A Welmer 发明并获专利。 1916年用于制造飞机。 1938年 Guinier Preston 建立学说。,3.原理 ( G P 学说 ): G P 区 ( Guinier Preston zone )也 称“富铜区”, 即: 在铝合金表面第一层的 铜原子成为小片状,含量增加。,4.种类,自然时效,人工时效,含4%Cu的铝合金自然时效曲线,含4%Cu的铝合金在不同温度下的 人工时效曲线,Al Cu 合金部分相图,三) 回归 ( regression ),时效组织,原淬火组织,人工时效后的铝合金没

4、有回归现象。,五.常用的铝合金,形变铝合金 ( deformation aluminum alloy ) 铸造铝合金 ( cast aluminum alloy ),一) 形变铝合金 ( deformation aluminum alloy ),1.防锈铝合金 ( LF ) : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝好 )。 例如:LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻 )。 例如:LF2、LF6等。,2.硬铝合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通过 时效强化提铝合金强度, 但耐蚀性不高。LY1、 LY11、LY12。,3.超

5、硬铝合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu 通过 时效强化和形成的强化相, 使铝合金达到最高的硬度和 强度。但耐蚀性较差。LC4、 LC9。,飞机主起落架,4.锻铝合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。,压气机叶片,二) 铸造铝合金 ( cast aluminum alloy ),铸造铝 硅合金 铸造铝 铜合金 铸造铝 镁合金 铸造铝 锌合金,1.铸造铝 硅合金 ( ZL101ZL111 ) :,活塞(裙部为铝硅合金),ZL102合金铸造组织 ( 化染 ) 55,2.铸造铝 铜合金

6、 ( ZL201ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性,但铸 造性能和耐蚀性较差。,铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210,汽缸头,3.铸造铝 镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸 造性能和耐热性较差。,铝镁合金铸造组织 (化染) 150,鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301),4.铸造铝 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性,经变质处理和 时效处理后,强度高,但耐蚀性差。,大型空压机活塞(ZL401),第三节 铜及铜合金,一.铜的性能特点:密度大;导电及导热 性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强 度低;无磁性

7、;无打击火花;加工工艺 性好等。,二.纯铜的分类,工业纯铜 T1T4,无氧铜 TU2,纯铜组织金相图,三.铜合金的分类,黄铜 : Cu Zn,白铜 : Cu Ni,青铜 : 除黄铜和白 铜外的所有 铜合金。,一.黄铜 ( brass ),普通黄铜 ( common brass ) 特殊黄铜 ( special brass ),一) 普通黄铜 ( common brass ),1.黄铜的力学性能与含锌量的关系,2.黄铜的牌号,( Z ) H 90,3.常用的黄铜,金奖黄铜 - H90,弹壳黄铜 - H70 ( H68 ),日用黄铜 - H62 ( H59 ),冷凝器管,二) 特殊黄铜 ( spe

8、cial brass ),1.定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。,2.牌号:,H Al 59 - 3,3.常用的特殊黄铜,海军黄铜 - HSn62 - 1,易切削黄铜 - HPb59 - 1,H62 1 海军黄铜金相组织图,62Cu 37Zn Sn 海军黄铜铸造组织 ( 化染 ) 600,硅黄铜铸造组织金相图,硅黄铜铸造组织 ( 化染 ) 50,铅黄铜退火组织金相图,铅黄铜铸造组织 ( 化染 ) 70,锰黄铜铸造组织金相图,锰黄铜铸造组织 ( 化染 ) 25,4.黄铜的自裂与脱锌: 自裂 - 应力腐蚀 : 黄铜在塑性变形后产 生较大应力,在潮湿空

9、气中或在微 量氨的气份中发生应力腐蚀。含 锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。,脱锌 - 锌的电极电位远低于铜 , 所以在 盐水中黄铜极易发生电化学蚀。,5.黄铜的热处理 :,去应力退火 : 在200300左右退 火,提高塑性和弹性极 限,消除应力腐蚀。,再结晶退火 : 在500700左右退 火,消除加工硬化,恢复 塑性。,二.青铜 ( bronze ),普通青铜 ( 锡青铜 ) ( tin bronze ) 特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin free bronze ),青铜牌号的表示方法,Z Q Sn10 1,一) 锡青铜 ( tin bronze ),锡青铜铸造组织金相图,锡青铜铸造组织

10、( 真空镀膜 ) 53,二) 特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin free bronze ),1.硅青铜 : QSi3 1,2.铝青铜 : QAl7,3.铍青铜 : QBe2; 具有非常好的力学 性能。用于制造重要、精 密、高温、高速下工作的 零件。,第四节 滑动轴承合金 ( bearing alloy ),一. 定义 :,工件体,轴,轴瓦,二.性能要求 : 1.在工作温度下,应具有足够的抗压强 度、疲劳强度和高的耐磨性。 2.具有足够的塑性与韧性。 3.具有较小的摩擦系数。 4.具有良好的磨合性。 5.具有良好的抗蚀性。 6.具有良好的导热性。 7.具有较小的膨胀系数。 8.具有良好的抗咬合性。,各类型轴瓦,三.组织要求:,1.在高速中、低载荷情况下,用软基体 上分布硬质点组织的材料。,锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金 ),Z Ch Sn Sb11 6,锡基轴承合金组织金相图,锡基轴承合金组织