非铁金属及粉末冶金材料-工程材料及其热处理-10.ppt

工程材料及其热处理－色,1,第5章非铁合金及粉末冶金材料,工程材料及其热处理－色,2,教学基本要求,1.熟悉铝合金的性能,熟练掌握铝合金的分类与选用；2.熟悉铜合金的性能,熟练掌握铜合金的分类与选用；3.了解其他非铁合金的工作条件和必备的性能及常用非铁合金。4.了解滑动轴承合金的工作条件和必备的性能及常用轴承合金。,工程材料及其热处理－色,3,1铝及铝合金,一、纯铝1.纯铝性质纯铝是银白色的金属,熔点与其纯度有关,ωAl99.996％时为660.24℃,密度为2.7103kg/m3,面心立方晶格,无同素异构转变。纯铝含有Fe、Si、Cu、Zn等元素,使性能略微降低。铝与大气中氧作用,在表面生成一层Al2O3薄膜,保护内部的材料不受环境侵害。,工程材料及其热处理－色,4,牌号有L01、L02、L03、L1、L2、L3、L4、L5等,“L”是“铝”的汉语拼音字头,后面的数字表示顺序号,数字大，则纯度越低。2.纯铝按纯度分为三类高纯铝,纯度为99.93～99.99,用于科学研究及制作电容器等；工业高纯铝,纯度为98.85～99.9,用于制作铝箔、包铝及冶炼铝合金的原料；工业纯铝,纯度为98.0～99.0,制作电线、电缆、器皿及配制合金。,工程材料及其热处理－色,5,3.纯铝分类与牌号分为铸造）未压力加工产品及变形压力加工产品。按GB/T8063-1994规定,铸造纯铝牌号由“Z”和铝的化学元素符号及表明铝含量的数字组成,例如ZAl99。5表示ωAl99.5％的铸造纯铝；变形铝按GB/T16474-1996规定,其牌号用四位字符体系的方法命名。用1XXX表示,牌号最后两位数字表示最低铝百分含量X100质量分数,工程材料及其热处理－色,6,X100后，小数点后面两位数字。牌号第二位的字母表示原始纯铝的改型情况,如字母为A,表示为原始纯铝。例如,牌号1A30的变形铝表示ωAl99.30的原始纯铝,其他字母,为原始纯铝的改型。按GB/T3190-1996规定,我国变形铝的牌号有1A50、1A30等。高纯铝的牌号有1A99、1A97、1A93、1A90、1A85等。,工程材料及其热处理－色,7,工业纯铝的Rm90～120MPa,硬度24～32HBW,纯铝因其强度较低,不宜用来制造承受载荷的结构零件。延伸率A32～40,断面收缩率Z70～90,高适宜压力加工型材,铝资源丰富,成本相对低。二、铝合金及其强化处理若在铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等元素,配制成铝合金,可得到较高强度的铝合金。,工程材料及其热处理－色,8,铝合金不仅可以通过冷变形强化的方法提高其强度,大多数铝合金还是可以像钢铁一样借助于热处理“时效硬化”的方法进行强化。目前工业上使用的某些铝合金强度已高达600MPa以上,且仍保持着密度小、耐蚀性好的持点。制造承受较大载荷的机器零件和构件,铝合金能胜任1.固溶强化,工程材料及其热处理－色,9,合金元素加入纯铝中后,形成铝基固溶体,导致晶格发生畸变,增加了位错运动的阻力,由此提高铝的强度。合元的固溶强化能力同其本身的性质及固溶度有关,在简单的二元合金中,如Al-Zn、Al-Ag合金系,组元间常有相似的物理化学和原子尺寸,固溶体晶格畸变程度低,导致固溶强化效果不高。因此,铝的强化不能单纯依靠合金元素的固溶强化作用。,工程材料及其热处理－色,10,2.时效强化时效强化又称为沉淀强化,是强化铝合金的重要手段。所谓时效,是指类似于淬火的固溶处理后在室温或者较高的环境温度下,随着停留时间的延长其强度、硬度升高,塑性和韧性下降的现象。一般把合金在室温放置过程中发生的时效称为自然时效；而把合金在加热条件下发生的时效称为人工时效。,工程材料及其热处理－色,11,铝合金的时效强化与钢的淬火、回火根本不同,钢淬火后得到含碳过饱和的M组织,强度、硬度显著升高而塑性韧性急剧降低。回火时M发生分解,强度、硬度降低,塑、韧性提高；铝合金固溶处理淬火后虽然得到的也是过饱和固溶体,强、硬度未得到提高,塑、韧性却较好,它是在随后的过饱和固溶体发生分解的过程中出现时效现象的。,工程材料及其热处理－色,12,3.细化组织强化铸造铝合金中加入微量元素变质剂进行变质处理来细化合金组织,既能提高合金强度,又会改变其塑性和韧性。例如在铝硅合金中加入微量钠、钠盐或锑作变质剂来细化组织,合金性能显著提高。在变形铝合金中添加微量钛、铍以及稀土等元素,能形成难溶化合物,在合金结晶时作为非自发晶核,起细化晶粒作用,提高合金强度和塑性。,工程材料及其热处理－色,13,4.冷变形强化对合金进行冷变形,能增加其内部的位错密度,阻碍位错运动,提高合金强度。是不能热处理强化的铝合金的强化途径和方法。Al-Cu合金为例,对于ωCu4的Al-Cu合金加热到550℃保温一段时间淬火并在水中快冷时,θ相CuAl2来不及析出,得到过饱和的固溶体,强度仅为250MPa,在室温下放置,随时间延长合金强度逐渐升高,4～5天以后,强度可升至400MPa。,工程材料及其热处理－色,14,淬火后开始放置数小时内,合金的强度基本不变化这段时间称为孕育期。时效时间超过孕育期后,强度迅速升高。所以一般均在孕育期内对铝合金进行铆接、弯曲、矫直、卷边等冷变形成形。自然时效铝合金,加热到230～250℃短时间几秒至几分种,快速水冷至室温时,能重新变软。在室温下放置,则又能发生正常的自然时效,这种现象称为回归。,工程材料及其热处理－色,15,能时效硬化的合金都有回归现象。时效后的铝合金可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。例如,利用这种现象,可随时进行飞机的铆接和修理等。三、铝合金分类及其应用如图中成分为D点左边的铝合金,加热到高温时能形成单相固溶体,具有良好的塑性,适于变形加工,称为变形铝合金。,工程材料及其热处理－色,16,成分位于F点左边的变形铝合金,在加热冷却过中,α固溶体不发生成分的改变,热处理不能强化,称为不可热处理强化的变形铝合金。成分位于F和D之间的铝合金,在一定的温度区间内改变条件,会析出第二相提高强度,称为可热处理强化的形变铝合金。成分位于D点以右的合金,组织里有共晶组织,液态流动性较好,适于铸造成形,称为铸造铝合金。,工程材料及其热处理－色,17,1.变形铝合金根据国标GB/T16474-1996规定,变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号。未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金,应采用四位字符牌号命名。两种编号方法如附表所示由化学成分和性能不同,变形铝合金分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金四类,其主要牌号、成分、力学性能用途见表P114,工程材料及其热处理－色,18,变形铝合金旧代号以汉语拼音字首顺序号表示,如防锈铝为LF,后跟顺序号（如LF2等）；而硬铝、超硬铝和锻铝则分别表示为LY、LC和LD,后跟顺序号,如LY122A12、LC47A04和LD52A50等⑴防锈铝合金防锈铝合金主要是Al-Mn系及Al-Mg系合金。锰的作用是提高抗蚀能力,并起固溶强化作用。镁亦有固溶强化作用,同时降低密度。,工程材料及其热处理－色,19,因其时效硬化效果不明显,不宜热处理强化,可通过加工硬化来提高强度和硬度。这类合金性能特点是耐蚀性好,故称为防锈铝合金。这类合金还有良好的塑性和焊接性,适宜制造需深冲、焊接和在腐蚀介质中工作的零部件。如,3A21LF21Al-Mn合金的抗蚀性和强度均比纯铝高,并有良好的塑性和焊接性能,但因太软而切削性能不良。,工程材料及其热处理－色,20,⑵硬铝合金Al-Cu-Mg系合金,由于强度和硬度高,故称为硬铝,又称杜拉铝。Cu与Mg在铝中可形成固溶体起固溶强化作用外,更主要的是形成强化相θCuAl2和S（Al2CuMg）。在淬火后的时效中能形成一种过渡相,引起基体晶格畸变而显著提高合金的强度和硬度,因此该合金具有明显的热处理强化能力。,工程材料及其热处理－色,21,硬铝按所含合金元素的质量分数以及时效强化效果的不同，分为三类①低强度硬铝Mg和Cu的含量较低,而且Cu/Mg比值较高,强度低,塑性高。用淬火和自然时效可强化,时效速度较慢.适于作铆钉,故又称铆钉硬铝.有2A01LY1,2A10,LY10等。硬铝合金有两个特点值得注意,工程材料及其热处理－色,22,其一耐蚀差,尤其是在海水等环境中,通常需进行阳极化处理,使其表面形成包覆一层纯铝,称为包铝。其二淬火加热温度区间狭窄,如2A12LY12的为495～503℃。加热温度稍低,固溶体中Mg和Cu等溶入量较少,强化效果较差；加热温度稍高,存在较多低熔点组成物的晶界会熔化。操作时加热温度应严格控制在工艺范围内。,工程材料及其热处理－色,23,②标准硬铝合金Mg和Cu的含量较高,Cu/Mg比值较高,强,塑性在硬铝中属中等,称中强度硬铝,如2A11LY11。合金淬火和退火后有较高的塑性,可进行压力加工。时效处理后能改善切削性能。③高强度硬铝合金Mg和Cu的含量高,Cu/Mg比值较低,强度和硬度高,塑性低,变形加工能力差,有较好的耐热性。,工程材料及其热处理－色,24,适宜航空模锻件和重要销轴等如2A12LY12等。⑶超硬铝合金超硬铝属于Al-Zn-Mg-Cu系列合金。比硬铝多含了一些Zn,强化相除θ相和S相外,还形成多种复杂强化相,如η相MgZn2、T相Al2Mg3Zn3等。这些相在Al中溶解度很高,随着温度下降而显著减小,使这类合金有强烈的时效强化效果。其强度超过硬铝,是变形铝合金中强度最高,工程材料及其热处理－色,25,的一类铝合金，故称超硬铝合金。超硬铝合金耐蚀性低,故也需要包铝保护。由于超硬铝电位比纯铝低,故采用电位更低的含Zn量为1的Al-Zn合金作包铝层。⑷锻铝合金有Al-Cu-Mg-Si系普通锻铝合金及Al-Cu-Mg-Ni-Fe系耐热锻铝合金,特点都是热塑性、耐蚀性较好,经锻造形状复杂的大型锻件和模锻件。普通锻铝合金包括6A02LD2、2A50LD5、,工程材料及其热处理－色,26,2A14LD10等,主要强化相为Mg2Si。2A20的抗蚀性接近防锈铝,2A14的强度与硬铝相近。2.铸造铝合金铸铝合金加入合金元素主要有Si、Cu、Mg、Mn、Ni、Cr、Zn、RE等。依主加元素种类的不同,铸造铝合金可分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-RE系和Al-Zn系五类,其中Al-Si系应用最为广泛。,工程材料及其热处理－色,27,铸铝牌号用“铸”字的汉语拼音字首“Z”后加上”Al”,再加所含主元素符号及该元素含量平均百分数,如ZAlSi12,表示ωSi10～13,余为Al的Al-Si系的铸造铝合金。铸铝代号用“铸”、“铝”两字的汉语拼音字首“ZL”后加上三位数字表示。第1位数为合金类别数字1指Al-Si系、2是Al-Cu系、3为Al-Mg系、4表示Al-Zn系,后两位数字表示合金顺序号,顺序号不同,化学成分也不一样。,工程材料及其热处理－色,28,表5-2P116列出了常用铸造铝合金的牌号、力学性能及用途。⑴Al-Si系铸造铝合金Al-Si系铸铝通称硅铝明,按合元的种类和组元数目不同,可分为简单硅铝明Al-Si二元合金和特殊硅铝明Al-Si-Mg系、Al-Si-Cu-Mg系等。看Al-Si二元合金相图。硅含量为10～13％的简单硅铝明ZL102铸造后可全部得到共晶组织,具有良好的流动性、较小的热裂倾向。,工程材料及其热处理－色,29,二元Al-Si共晶组织由固溶体粗大的针状硅晶体组成,铸件因针状硅晶体的存在,强度和塑性都很差,脆性较大,不能应用。生产中通过变质处理来改变共晶组织的形态,在浇注前向820～850℃的合金液中投入质量为合金液2～3的变质剂多为钠盐混合物2/3NaF＋1/3NaCl,十余分钟后浇注,组织明显细化,得到树枝状初生固溶体细小均匀共晶体,强度和塑性得到了提高。,工程材料及其热处理－色,30,经变质处理后的ZL102属于简单硅铝明是不能热处理的,但其铸造性能良好,还具有良好的耐热、抗蚀和焊接性。只是强度仍较低。ZL101和ZL104中含有少量镁,能生成Mg2Si相,就构成了复杂硅铝明,在变质处理和时效强化的综合作用下,使复杂硅铝明强度提高很大。如ZL104热处理工艺为530℃～540℃加热,保温5h,热水中淬火,后再170℃～180℃时效6h～7h。,工程材料及其热处理－色,31,经热处理后,合金的强度Rm可达200MPa～230MPa。⑵Al-Cu系铸造铝合金Al-Cu系铸铝是Al-Cu为基的二元或多元合金。由于合金中只含有少量共晶体,故铸造性能不好,耐蚀性及比强度也较一般优质硅铝明为低,目前大部分已为其它铝合金所代替。常用的Al-Cu铸造合金有ZL201、ZL202、ZL203等。,工程材料及其热处理－色,32,⑶Al-Mg系铸造铝合金Al-Mg合金有较高的强度,良好的耐蚀性和机加工性,密度很小,但是铸造性、耐热性较差,可进行时效处理.常用的Al-Mg合金有ZL301、ZL302等。⑷Al-Zn系铸造铝合金Al-Zn合金铸造性能优良,价格低廉。铸态下有“自行淬火”现象,锌原子被固溶在过饱和固溶体中。,工程材料及其热处理－色,33,经变质和时效处理后,有较高的强度,但是耐蚀性较差,热裂倾向较大。常用Al-Zn合金有ZL401、ZL402等。铸铝制造的铸件形状复杂,组织较粗大,并有严重偏析,因此与变形铝合金热处理相比,淬火温度应高些,保温时间要长些,以使粗大析出物尽量溶解,并使固溶体成分均匀化。淬火一般用水冷却,且多采用人工时效。,工程材料及其热处理－色,34,2铜及铜合金,一、纯铜纯铜呈玫瑰红色,因为表面氧化呈紫红色,俗称紫铜。纯铜的密度为8.9103kg/m3,熔点为1083℃,无同素异晶转变,无磁性。纯铜导电好、导热性好,仅次于银。纯铜具有很高的化学稳定性,在大气、淡水中具有良好的抗蚀性。,工程材料及其热处理－色,35,纯铜具有面心立方晶格,塑性优良（A50，Z70）,易冷热压力加工。工业纯铜中常含有0.1～0.5的杂质,如铅、铋、氧、硫、磷等,它们不仅降低了铜的导电、导热性，铅、铋还会与铜形成低熔点（＜400℃＝的共晶体分布再铜的晶界上,使其在进行热加工时产生“热脆”。而氧、硫与铜形成的共晶体使铜产生“冷脆”。工业纯铜分为未加工产品铜锭、电解铜和,工程材料及其热处理－色,36,加工产品铜材两种。未加工产品代号有Cu-1,Cu-2两种。加工产品代号以铜的汉语字头“T”加数字表示,依纯度将工业纯铜分为三种T1,T2,T3。顺序数字越大,纯度越低。纯铜除配置铜合金和其它合金外,主要用于制作导电,导热及兼具抗蚀性的器材,如电线,电缆,电刷,铜管,散热器和冷凝器零件等。二、铜合金,工程材料及其热处理－色,37,1.铜合金的强化纯铜的强度硬度不高,利用冷变形加工可使Rm提高到400～500Mpa,硬度达100～120HBW,但塑性会相应降低至变形前的4左右。导电性也大为降低。为了保持其高塑性等特性,对Cu实行合金化是提高其强度的有效途径。铜的合金化通过添加Zn、Al、Sn、Mn、Be、Si等合元进行固溶强化、时效强化和过剩相强化等作用达到强化的目的。,工程材料及其热处理－色,38,2.铜合金的分类按化学成分分黄铜,青铜和白铜三类。⑴黄铜黄铜是以Zn为主加元素的铜合金,有较高的强,塑性,良好导电性、导热性和铸造性能,耐蚀性与纯铜相近。黄铜价格低廉,色泽明亮美丽。按化学成分可分为普通黄铜及特殊黄铜或复杂黄铜.,工程材料及其热处理－色,39,按生产方式分压力加工黄铜及铸造黄铜。普通黄铜牌号以“黄”的汉语拼音字首“H”数字表示,数字表示铜的含量,如H62表示ωCu62％，其余为Zn的普通黄铜。特殊黄铜的代号表示形式是“H第一合金元素符号铜含量-第一合金元素含量第二合金元素含量”,数字之间用“-”分开。如如HPb59-1,表示含ωCu59、ωPb1,其余为Zn的特殊黄铜。,工程材料及其热处理－色,40,常用黄铜的牌号,成分,性能等见表5-3P119。1普通黄铜普通黄铜是铜锌二元合金。α相是锌溶入铜中形成的固溶体,锌的溶解度随温度变化而变化,在456℃（溶解度最大为39Zn）以下降温,溶解度略有下降。β相是以电子化合物CuZn为基的固溶体,具有体心立方晶格,当温度降至456～468℃以下时,,工程材料及其热处理－色,41,发生有序化转变,β相转化为有序固溶体β’相,硬且脆,难以进行冷加工变形。γ相是以电子化合物CuZn3为基的固溶体,具有六方晶格,更脆,强度和塑性极差。其退火组织可以是单相α或双相αβ’,并分别称为α黄铜或单相黄铜和双相黄铜。黄铜的锌质量分数对力学性能有很大的影响在ωZn＜32以下,随锌质量分数的增加强度和延伸率升高,工程材料及其热处理－色,42,超过ωZn＞32后,组织中出现β’相,塑性开始下降,但少量β’相的存在对强度无坏影响,合金强度仍然很高。ωZn45后,组织全部为β’相,强度急剧下降,塑性继续降低。αβ’双相黄铜具有良好的热变形能力,较高的强度和耐蚀性。牌号有H59、H62等,用于散热器、水管、油管、弹簧等。这类黄铜也可以用铸造成形。,工程材料及其热处理－色,43,2特殊黄铜特殊黄铜是在铜锌二元合金基础上加入Pb、Al、Mn等合金元素形成的多元铜合金。Al、Sn、Si、Mn主要是提高抗蚀性,Pb、Si能改善耐磨性,Ni能降低应力腐蚀敏感性,合金元素一般都能提高强度。有铅黄铜、铝黄铜、锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铁黄铜、镍黄铜等。,工程材料及其热处理－色,44,①铅黄铜铅改善加工性能,提高耐磨性,对强度影响不大,略微降低塑性。压力加工铅黄铜用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件,铸造铅黄铜可制作轴瓦和衬套。②铝黄铜铝提高黄铜的强度和硬度（但使塑性降低），改善抗蚀性。铝黄铜可制海船零件及其他机器的耐蚀零件。,工程材料及其热处理－色,45,铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁后,还可得到高强度、高耐蚀性的复杂黄铜,用于制造大型蜗轮、海船用螺旋桨等重要零件。③硅黄铜硅显著提高黄铜力学性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄铜具有良好的铸造性能,并能进行焊接和切削,主要用于制造船舶及化工机械零件。3铸造黄铜铸造黄铜含较多的Cu及少量合金元素,如Pb、Si、Al等。,工程材料及其热处理－色,46,熔点比纯铜低,液固相线间隔小,流动性较好,铸件致密,偏析较小,耐磨性,耐大气,海水的腐蚀性能也较好,良好的铸造成形能力。铸造黄铜的牌号则以“铸”字汉语拼音字首“Z”铜锌元素符号“ZCuZn”表示。是“ZCuZn锌含量第二合金元素符号第二合金元素含量”;如ZCuZn40Pb2表示含ωZn40,ωPb2,余量为Cu的铸造黄铜。,工程材料及其热处理－色,47,铸造黄铜的牌号及用途见表5-5。2青铜的分类及编号生产中将黄铜,白铜以外铜合金都称为青铜。青铜是铜合金中综合性能最好的合金。按主加合元不同分为锡青铜、铝青铜、铍青铜及硅青铜等；按生产方式不同可分为压力加工青铜、铸造青铜。,工程材料及其热处理－色,48,压力加工青铜牌号以“青”字汉语拼音字首“Q”开头,后面是主加元素符号及含量,其后是其它元素的含量,数字间以“-”隔开;如QAl10-3-1.5表示主加元素为Al且含Fe为3,含Mn1.5,余量为Cu的铝青铜。铸造青铜表示方法是“ZCu第一主加元素符号含量合金元素含量”如ZCuSn5Pb5Zn5表示主加元素为Sn且含Sn5、Pb5、Zn5,余量为Cu的铸造锡青铜。,工程材料及其热处理－色,49,常用青铜的牌号及用途见表5-4P122。1锡青铜以Sn为主加元素的铜基合金称锡青铜。Sn在铜中可形成固溶体,或形成金属化合物。根据Sn的含量不同,锡青铜的组织和性能也不同。锡的质量分数ωSn5～6的锡青铜室温下为Sn溶入到Cu中时,有良好的塑性。,工程材料及其热处理－色,50,锡的质量分数ωSn＞5～6,合金组织中出现硬而脆的电子化合物Cu31Sn8为基的固溶体,虽然强度还继续升高,但塑性开始下降。当锡的质量分数ωSn＞20时,合金完全变脆，强度也急剧下降。常用锡青铜的ωSn3～14之间。压力加工锡青铜中锡的ωSn7～8,锡ωSn≥10的合金适宜铸造成形。,工程材料及其热处理－色,51,锡青铜铸造流动性较差,易形成分散缩孔,降低铸件致密度,合金线收缩率小,适于铸造形状复杂、尺寸要求精确但对致密度要求不太高的铸件。为改善锡青铜的铸造性能,力学性能,耐磨性能、弹性性能和切削性,常加入Zn、P、Ni等元素形成多元锡青铜。2铝青铜铝青铜是以铝为主要合金元素的铜合金,其,工程材料及其热处理－色,52,强度和塑性同样受到铝的质量分数的影响,铝青铜中铝ωAl12。宜于冷加工的铝青铜ωAl5～7,塑性最好；铝ωAl7～12时,强度最高,但塑性很低,宜于铸造等热加工成形。实际应用的铝青铜ωAl5～12。铝青铜具有良好的力学性能,耐蚀性和耐磨性,并能进行热处理强化。,工程材料及其热处理－色,53,铝青铜铸造性能好,在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中具有比黄铜和锡青铜更高的抗蚀性,此外还有冲击时不发生火花等特性。宜作机械、化工、造船及汽车工业中的轴套、齿轮、蜗轮、管路配件等零件。铝青铜缺点是体积收缩率比锡青铜大,铸件内容易产生难熔的氧化铝,钎焊性能差,在过热蒸汽中不稳定。常用铝青铜有QAl9-2等。,工程材料及其热处理－色,54,用作重要的耐磨耐蚀的齿轮、轴套等零件。3铍青铜铍青铜是以铍为基本合金元素的铜合金。工业用铍青铜中的铍ωBe1.7～2.5之间。强度和硬度随含铍量的增加而很快提高,但超过2后逐渐变缓,塑性却显著降低。通过固溶加热随即冷却,获得单相固溶体后,经成形或切削,再进行时效处理能获得超过其它铜合金的强度。,工程材料及其热处理－色,55,铍青铜还具有很好的耐磨、耐蚀及耐低温等特性,且导电、导热性能优良、无磁性、受冲击时不产生火花。工业上用来制造高级弹簧、膜片等弹性元件的重要材料,还可用于制作耐磨、耐蚀零件,航海罗盘仪中的零件及防爆工具等。铍青铜的生产工艺复杂,价格昂贵,因而又限制了它的应用。常用铍青铜有QBe2、QBe25等。,工程材料及其热处理－色,56,3白铜的分类及编号白铜是以Ni为主加元素的铜合金。白铜是镍的质量分数ωNi＜50的Cu-Ni合金。铜与镍可任意比例互溶,是罕见的冶金现象,故白铜的组织均呈单相,白铜不能热处理强化强化方式主要是固溶强化和加工硬化。白铜具有较高的强度和塑性,可进行冷、热变形加工,具有很好的耐蚀性、电阻率较高。,工程材料及其热处理－色,57,由性能,应用分耐蚀用白铜和电工用白铜；按成分和组元数分普通白铜或简单白铜和特殊白铜或复杂白铜。特殊白铜又按加入Zn、Mn、Al等不同合金元素,称作锌白铜、锰白铜和铝白铜等。普通白铜的牌号以“白”字汉语拼音字首“B”数字表示,数字代表Ni的含量.如B30表示含Ni30的普通白铜。,工程材料及其热处理－色,58,特殊白铜的代号表示形式是“B第二合金元素符号镍的含量第二合金元素含量”,数字之间以“-”隔开,如BMn3-12表示含Ni3、Mn12、Cu85的锰白铜。简单白铜特点在有机酸和盐溶液中有高的化学稳定性,优良的冷、热加工性能。用于制造蒸汽和海水环境中工作的精密仪器、仪表零件、冷凝器和热交换器.常用合金的代号为B5、B19和B30等。,工程材料及其热处理－色,59,特殊白铜主要为锌白铜和锰白铜。锰白铜具有电阻高和电阻温度系数小的特点,是制造低温热电偶、热电偶补偿导线及变阻器和加热器的理想材料。最常用的特殊白铜是称为康铜的锰白铜BMn40-1.5和称为考铜的锰白铜BMn43-0.5等。,工程材料及其热处理－色,60,3其他非铁合金简介,一、钛及其合金1.纯钛纯钛是灰白色轻金属，钛的密度为4.54g/cm3,熔点约为1668℃,热膨胀系数小,导热性差。纯钛塑性好、强度低，容易加工成形,可制成细丝和薄片。钛在大气和海水中有优良的耐蚀性,在硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠等介质中都很稳定。,工程材料及其热处理－色,61,钛的抗氧化能力优于大多数奥氏体不锈钢。按杂质含量不同,工业纯钛可分为TA1、TA2、TA3三个牌号,其中“T”为“钛”字的汉语拼音字头,数字为顺序号,数字越大,杂质含量越多,强度越高,塑性降低。工业纯钛塑性高,具有优良的焊接性能和耐蚀性能,长期工作温度可达300℃,可制成板材、棒材、线材、带材、管材和锻件等。,工程材料及其热处理－色,62,2.钛合金根据使用状态的组织,钛合金可分为三类α钛合金、β钛合金和αβ钛合金。牌号以TA、TB、TC加上编号来表示。⑴α钛合金钛中加入Al、B等稳定化元素获得α钛合金。α钛合金高温强度高,并且组织稳定,抗氧化性和抗蠕变性好,焊接性能也很好。α钛合金依靠固溶强化,热处理只退火。,工程材料及其热处理－色,63,α钛合金的典型的牌号是TA7,成分Ti-5Al-2.5Sn。制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣等。⑵β钛合金钛中加入Mo、Cr、V等稳定化元素得到β钛合金。β钛合金有较高的强度、优良的冲压性能,并可通过淬火和时效进行强化。β钛合金典型牌号TB1,成分Ti-3Al-13V-11Cr,造压气机叶片,轴,轮盘等回转件及飞机构件等。⑶αβ钛合金,工程材料及其热处理－色,64,钛中加αβ稳定化元素所得到的αβ钛合金,塑性好,易于形变加工,可淬火和时效而强化。热处理后强度可提高50～100。TC4是典型的αβ钛合金,成分为Ti-6Al-4V,经淬火及时效处理后,适于制造在400℃以下长期工作的零件,一定高温强度的发动机零件,低温下使用的火箭、导弹的液氢燃料箱部件等。3.钛及钛合金的热处理略,工程材料及其热处理－色,65,二、镁及其合金1.纯镁纯镁为银白色,其密度为1.74g/cm3,熔点为650l℃,沸点为l10010℃。镁在地壳储量占地壳的2.5,仅次于铝和铁。纯镁的电极电位很低,因此抗蚀性较差。容易脆断,但高温塑性较好,易于热变形加工。2.镁合金在纯镁中加入合金元素,制成镁合金。,工程材料及其热处理－色,66,镁的合金化原理与铝相似,通过合元产生固溶、时效、细晶强化作用,提高合金性能。3.工业常用镁合金牌号以汉语拼音字头和合金顺序号表示,常用变形镁合金有MB1、MB2、MB8、MB15。常用铸造镁合金有ZM1、ZM2、ZM5。它们具有较高的常温强度和良好的铸造工艺性,镁合金主要用于制造各种飞行器中的零件。4.镁合金的热处理,工程材料及其热处理－色,67,热处理方式与铝合金基本相同,有几个特点⑴淬火加热温度较低；⑵淬火加热时间较长；⑶淬火加热速度采用分级加热的方式；⑷镁合金需用人工时效处理；⑸镁合金的氧化倾向大要密封。镁合金常用的热处理工艺有铸造或锻造后的直接人工时效、退火、淬火不时效及淬火加人工时效等。,工程材料及其热处理－色,68,三、锌及其合金锌的熔点419℃较低,抗腐蚀性好,再结晶温度在室温以下。易用普通压力加工方式成形。铝,铜,镁等对锌合金产生明显强化作用。分变形锌合金、铸造锌合金和热镀锌合金。应用最广的锌合金是ZZnAl4-1,用作压铸小尺寸的高强度,高耐蚀性零件,如汽车汽化器,机油泵体,仪器仪表外壳及零件。,工程材料及其热处理－色,69,4铸造轴承合金与粉末冶金,一、铸造轴承合金轴承合金是制造滑动轴承轴瓦及内衬的材料。当轴旋转时,轴瓦和轴发生强烈的摩擦,并承受轴颈传给的周期性载荷。因此轴承合金应具有以下性能⑴足够的强度和硬度。⑵足够的塑性和韧性,高的疲劳强度。⑶良好的磨合能力。,工程材料及其热处理－色,70,⑷高的耐磨性,减轻磨损。⑸好的耐蚀性,导热性,较小的膨胀系数。轴瓦材料不能选用高硬度的金属,以免轴颈受到磨损；也不能选用软的金属,防止承载能力过低。轴承合金应既软又硬,组织特点是,在软基体上分布硬质点,或者在硬基体上分布软质点.若轴承合金的组织是软基体上分布硬质点,则运转时软基体受磨损而凹陷,硬质点将凸出于,工程材料及其热处理－色,71,基体上,使轴和轴瓦的接触面积减小,而凹坑能储存润滑油,降低轴和轴瓦之间的摩擦系数,减少轴和轴承的磨损。另外,软基体能承受冲击和震动,使轴和轴瓦能很好的结合,并能起嵌藏外来小硬物的作用,保证轴颈不被擦伤。1.滑动轴承合金的分类及牌号按成分不同,轴承合金分为锡基、铅基、铜基、铝基轴承合金等。,工程材料及其热处理－色,72,使用中,常称锡基、铅基为“巴氏合金”。轴承合金常在铸态下使用,牌号以“铸”字汉语拼音字首“Z”开头,表示方法为“Z基本元素符号主加元素符号主加元素质量分数辅加元素符号辅加元素质量分数”。如ZSnSb12Pb10Cu4，锡基轴承合金。2.常用滑动轴承合金⑴锡基轴承合金（锡基巴氏合金）,工程材料及其热处理－色,73,锡基轴承合金是以锡为基础合金的软基体硬质点类型的轴承合金。最常用的牌号是ZSnSb11Cu6。⑵铅基轴承合全铅基巴氏合金铅基轴承合金是以铅为基本元素,也是软基体分布硬质点类型的轴承合金。常用牌号是ZPbSb16Cu2.这合金价格较便宜⑶铜基轴承合金,工程材料及其热处理－色,74,铜基轴承合金包括铅青铜、锡青铜等.常用合金牌号为ZCuPb30、ZCuSn10P1等。铅青铜的强度低,实际使用时也常和铅基巴氏合金一样在钢轴瓦上浇铸成内衬,进一步发挥其特性。⑷铝基轴承合金铝基轴承合金是以铝为基本元素,主加元素为锑、锡、铜等形成的合金。,工程材料及其热处理－色,75,与其他轴承合金相比,它不但是一种新型的减摩材料，还具有生产成本低、密度小、导热性、耐蚀性好、疲劳强度高等优点。①铝锑镁轴承合金铝锑镁轴承合金多用于小载荷的柴油机轴承。②高锡铝基轴承合金高锡铝基合金一般是与钢复合制成双金属结构使用,常用在高速大功率的重型机床、内燃机车和滑动轴承上。,工程材料及其热处理－色,76,③铝石墨轴承合金石墨减震能力较强,自润滑作用明显,在较高温度有减摩作用,用于活塞和机床的滑动轴承。轴承合金的牌号,成分,性能和用途见表5-62.粉末冶金粉末冶金是将极细的金属粉末或金属与非金属粉末混合并于模具中加压成形,然后在低于材料熔点的某个温度下加热烧结而得到所需材料。,工程材料及其热处理－色,77,粉末冶金主要用于难熔材料和难冶炼材料的生产,如硬质合金、含油轴承、铁基结构零件等的制备。硬质合金可分为以下两大类。1.金属陶瓷硬质合金将一些高硬难熔金属碳化物粉末如WC、TiC等和黏结剂Co、Ni等混合加压成形,再经高温烧结而成,其与陶瓷烧结成形方法相似。,工程材料及其热处理－色,78,金陶硬合金特点热硬性好,工作温度可达900～1000℃,硬度极高69～81HRC,耐磨性优良。制成的硬制合金刀具,适宜加工难切削合金材料,如奥氏体耐热钢、奥氏体不锈钢以及高硬度50HRC左右的硬质材料。但硬质合金质硬性脆,不能进行机械加工,常将其制成一定规格的刀片使用。金属陶瓷硬质合金根据GB/2075-2007规定,按被加工材料分了六个大（类）组；,工程材料及其热处理－色,79,分别用字母P、M、K、N、S、H（这些字母完全是习惯性,本身无其他含义）后加一组数字表示,识别颜色为蓝、黄、红、绿、褐、灰。具体应用⑴P类蓝色相当于旧牌号YT类硬质合金。适宜加工长切屑的黑色金属,如钢、铸钢等。其代号P01、P10、P20、P30、P40、P50等，数字越大,耐磨性越低而韧性越高,工程材料及其热处理－色,80,如,在切削中精车用P01,粗车选用P30。⑵M类黄色相当于旧牌号YW类硬质合金。适宜加工长切屑或短切屑的金属材料，如钢、铸钢、不锈钢、灰铸铁、有色金属等。其代号有M10、M20、M30、M40等,数字越大,耐磨性低而韧性大。⑶K类红色相当于旧牌号YG类硬质合金.,工程材料及其热处理－色,81,适宜加工短切屑的金属或非金属材料,如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等.其代号有K01、K10、K20、K30等.数字大,耐磨性低而韧性大,在切削时精车宜选K01；粗车时可选用K30。⑷N类绿色适宜加工非铁金属铝等或非金属材料,其代号有N01、N10、N20、N30等,数字越大，耐磨性越低，韧性越大。,工程材料及其热处理－色,82,⑸S类褐色适宜加工超级合金和钛,基于铁的耐热特种合金如镍、钴、钛及钛合金。其代号有S01,S10,S20,S30等,数字越大,耐磨性越低,韧性越大。⑹H类灰色适宜加工硬材料,如硬化钢、硬化铸铁材料及冷硬铸铁。其代号有H01、H10、H20、H30等,数字越大,耐磨性越低,韧性越大。,工程材料及其热处理－色,83,2.钢结硬质合金钢结硬质合金的硬化相仍为TiC、WC等,但黏结剂则以各种合金钢如高速钢、铬钼钢代替了Co、Ni，制作方法与上述硬质合金类似；但钢结硬质合金经退火后可切削，还可进行淬火、回火等工艺处理，可锻造、焊接，具有更好的使用和工艺性能，适用于制造各种形状复杂的刀具，如麻花钻头、铣刀等，也可制作高温下工作的模具或零件等。,工程材料及其热处理－色,84,,工程材料及其热处理－色,85,,工程材料及其热处理－色,86,,工程材料及其热处理－色,87,,未变质处理,经过变质处理,,工程材料及其热处理－色,88,,工程材料及其热处理－色,89,,,a单相黄铜b双相黄铜,,工程材料及其热处理－色,90,,工程材料及其热处理－色,91,,