第六章有色金属[1].ppt

第六章有色金属,在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属，把其他非铁金属及其合金称为有色金属。,有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度（强度与密度之比）等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。,主要内容1铜及铜合金2铝及铝合金3轴承合金,第一节铜及铜合金,一、铜及铜合金的性能特点纯铜呈紫红色，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。,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。,二、黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。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。,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。,普通黄铜的显微组织,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。,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。特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,黄铜制品,常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe95-1-1、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。,三、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4Sn、3Zn。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,1、锡青铜是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314。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。锡青铜具有良好的耐蚀性，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。,常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蚀承载件，如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。,2、铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511。强度、硬度、耐磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。,大型水力发电设备中的抗磨环,3、铍青铜以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.72.5。具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等。用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件。,铍青铜制品,,白铜件,四、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。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。,特殊白铜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。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。,第二节铝及铝合金,一、铝及铝合金的性能特点纯铝具有银白色金属光泽，密度小（2.72），熔点低（660.4℃），导电、导热性能优良。抗大气腐蚀性能好，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。,铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。,二、铝合金的分类铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。,铝合金分类示意图,变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类。,三、铝合金的热处理,可热处理强化变形铝合金的热处理方法固溶处理时效。固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。,在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,析出相聚集长大,强度下降,为过时效。,随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。,四、变形铝合金1.变形铝及铝合金牌号表示方法根据国家标准GB/T16474-96规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。,GB3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为防锈铝合金LF序号硬铝合金LY序号超硬铝合金LC序号锻铝合金LD序号,2.常用变形铝合金①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg的主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。,卫星天线（LF2）,汽化器（热交换管为LF21）,常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比纯,铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。,②硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如LY112A11、LY122A12等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等。,③超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。,飞机主起落架,常用合金有LC47A04、LC97A09等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机的大梁、起落架等。,④锻造铝合金Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7（2A70）、LD8（2A80）、LD9（2A90）等。用于制造150225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。,压气机叶片,（五）铸造铝合金包括Al-Si系代号为ZL1两位数字顺序号Al-Cu系代号为ZL2两位数字顺序号Al-Mg系代号为ZL3两位数字顺序号Al-Zn系代号为ZL4两位数字顺序号1.Al-Si系铸造铝合金又称硅铝明。其中ZL102（ZAlSi12）是含12Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。,在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。,加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂或特殊硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。,活塞裙部为铝硅合金,2.Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201ZAlCu5Mn、ZL203ZAlCu4等。,主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。,汽缸头,3.Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为ZL301ZAlMg10、ZL303ZAlMg5Si1等。,主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机用密封件ZL102及抗空架件ZL301,4.Al-Zn系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。,大型空压机活塞ZL401,常用代号为ZL401ZAlZn11Si7、ZL402ZAlZn6Mg等。主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑作用的重要部件，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承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。,第三节轴承合金,一、组织性能要求当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。对轴承合金的性能要求⑴足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷。⑵较小的热膨胀系数，良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合。⑶较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。,为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油和轴与轴瓦间的磨合，而硬的质点（基体）则支撑着轴颈，起承载和耐磨作用。软基体或质点还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的作用,以避免擦伤轴颈。,ZSnSb11Cu6合金的显微组织（基体白亮块状SnSb星状Cu3Sn）,1、锡基轴承合金是以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低，是软基体硬质点组织类型的轴承合金。典型牌号为ZSnSb11Cu6。,二、常用轴承合金工业上常用的是锡基、铅基轴承合金，又称巴氏合金。,锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌藏性，摩擦系数和热膨胀系数小，但疲劳强度较低，工作温度不超过150℃，价格高。,巴氏合金轴瓦,广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦。,2、铅基轴承合金是以铅为主加入少量锑、锡、铜等元素的合金，也是软基体硬质点型轴承合金。典型牌号为ZPbSb16Sn16Cu2。,ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织[共晶基体方块状SnSb针状Cu3Sn],铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。,常用于低速、低载条件下工作的设备，如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。,锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的内衬，成为双金属轴承。,