工程材料机械制造基础 第8章 有色金属.ppt

1,工程材料机械制造基础,第8章有色金属,2,第8章有色金属及其合金ColoredMetalandAlloy,铝及铝合金铜及铜合金滑动轴承合金,3,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。,,4,第一节铝及铝合金,一.纯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L05～L01电容器片、特殊化学机械、科研等,工业高纯铝L0～L00铝箔、冶炼原料,工业纯铝L1～7L1、L2、L3用于高导电体、电缆等L4、L5、L6用于器材、管型材、铆钉等L7用于日用品,,5,三.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,一般可热处理强化,6,四.铝合金的热处理,退火anneal淬火（固溶处理）时效强化ageingstrengthening,7,一退火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;,8,二）淬火（固溶处理）,将铝合金加热到α单相区，保温后快冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一α固溶体。淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。,,Al–Cu合金部分相图,,9,三时效强化ageingstrengthening,1.定义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。,2.种类,,自然时效,人工时效,10,含4Cu的铝合金自然时效曲线,,,含4Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线,时效温度越高，强化进行越快，但达到的强度值越低,11,3.时效强化原理G–P学说G–P区Guinier–Prestonzone也称“富铜区”淬火后，过饱和的α固溶体的晶格内，铜原子的分布比较均匀，晶格畸变不严重。在自然时效过程中，铜原子在α固溶体晶格内进行聚集，形成了许多体积很小的“富铜区”，在G–P区内铜原子的浓度高，引起α固溶体晶格的严重畸变，位错运动受阻，强度明显增高,12,五.常用的铝合金,形变铝合金deationaluminumalloy防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）超硬铝合金（LC）、锻铝合金（LD）铸造铝合金castaluminumalloyA1Si系、AlCu系、AlMg系、AlZn系,13,一形变铝合金deationaluminumalloy,1.防锈铝合金LFAl–Mn、Al–Mg系耐蚀性很高，有良好的塑性和焊接性能，不能热处理强化，通过冷加工变形强化。如LF5、LF21,14,2.硬铝合金LY,硬铝包括Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类，通过时效强化提高铝合金强度,但耐蚀性不高。Cu和Mg的作用是形成强相。LY1、LY11、LY12。常用Al-Cu-Mg系分为低强度硬铝铆钉硬铝Mg、Cu含量低，强度较低，但有很高的塑性；如LY1、LY3、LY10等，中强度硬铝（标准硬铝）强度和硬度较高，经退火或淬火后有良好的塑性，如LY11；高强度硬铝强度和硬度很高，耐热性好，塑性较低。如LY12。缺点耐蚀性差；淬火温度范围窄。,15,,3.超硬铝合金LCAl–Cu–Mg–Zn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,16,4.锻铝合金LDAl-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；Al–Cu–Mg–Si系具有良好的热塑性,通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。Mg和Si的作用是形成强化相Mg2Si。LD2、LD5、LD6、LD10。,压气机叶片,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系Fe和Ni的作用是形成耐热强化相Al9FeNi。此类合金耐热性较好，主要用于250℃温度下工作的零件，如叶片、超音速飞机蒙皮等。LD7、LD8、LD9,17,二铸造铝合金castaluminumalloy,分类铸造铝–硅合金“1”－合金系代号铸造铝–铜合金“2”－合金系代号铸造铝–镁合金“3”－合金系代号铸造铝–锌合金“4”－合金系代号牌号ZL三位数字（第一位表示合金系，二、三位表示合金的顺序号）如ZL102,18,1.铸造铝–硅合金ZL101～ZL111,Al-Si10-13系铸造铝合金俗称硅铝明铸造性能好，密度小，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性；用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪表壳体等；制造低、中强度的形状复杂的铸件，如电机壳体、气缸体、风机叶片、发动机活塞等。,19,2.铸造铝–铜合金ZL201～ZL203有较高的强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。,汽缸头,20,3.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。主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件，如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机用密封件ZL102及抗空架件ZL301,21,4.铸造铝–锌合金ZL401、ZL402具有良好的铸造性能,在铸造冷却时能“自动淬火”，经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。主要用于制造受力较小、形状复杂的汽车、飞机、仪器零件。,大型空压机活塞ZL401,22,第二节铜及铜合金,一.纯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;无打击火花;加工工艺性好，不能热处理强化，只能冷变形强化等。,二.纯铜的代号,工业纯铜T1～T4（数字越大，纯度越低）,23,,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。,,24,一.黄铜brass,具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性。分类普通黄铜commonbrass特殊黄铜specialbrass按生产方式分压力加工黄铜和铸造黄铜,25,一普通黄铜commonbrass,Cu-Zn二元合金，产品代号H＋Cu％，如H68单相黄铜wZn39，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、线材、管材等，常用H68、H70、H80，主要用作弹壳和精密仪器；两相黄铜wZn3945，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用H59、H62等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。普通黄铜具有良好的耐蚀性，但冷加工后的黄铜在海水、湿气、氨的环境中容易产生应力腐蚀开裂，应进行去应力退火。,26,黄铜的力学性能与含锌量的关系,,,,27,二特殊黄铜specialbrass,1.定义在黄铜中加入Al、Si、Pb、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所形成的合金。称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。合金元素能提高合金的强度，Al、Sn、Mn、Ni能提高耐蚀性和耐磨性，Mn提高耐热性，Si改善铸造性能，Pb改善切削性能。主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。,28,二特殊黄铜specialbrass,2.牌号,HAl59-3,29,3.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腐蚀。,30,二.青铜bronze,青铜除Zn以外，所有Cu合金的总称。根据所加主要合金元素Sn、Al、Be、Si、Pb等，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。按加工方式分压力加工青铜和铸造青铜,31,青铜牌号的表示方法,ZQSn10–1,32,一锡青铜tinbronze,,,33,,锡青铜的性能良好的耐蚀性、减磨性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性较差。铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件致密度低，但合金体积收缩率小，适于铸造外形及尺寸要求精确的铸件。常用锡青铜QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。,34,二）铝青铜,性能强度、硬度、耐磨性、耐热性、并能进行热处理强化。耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。常用铝青铜低铝和高铝两种。低铝青铜如QAl5、QAl7等，具有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压力加工状态使用，主要用于制造高耐蚀弹性元件；高铝青铜如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有较高的强度、耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨等。,35,三）鈹青铜,铜合金性能最好的一种铜合金，可固溶强化的铜合金；具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；常用代号QBe2、QBe2.5等；用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。,36,第三节滑动轴承合金bearingalloy,一.定义,工件体,轴,轴瓦,37,二.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,38,三.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。,39,锡锑轴承合金锡基巴氏合金,ZChSnSb11–6,40,2.在高速重载荷情况下,用硬基体上分布软质点组织的材料。,41,铝基轴承合金ZChAlSb4–1,铜基轴承合金ZCuPb30ZCuSn10P1,42,巴氏合金轴瓦,内燃机轴瓦,,