[教育]有色金屬和粉末冶金_第1頁
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文檔簡介

1、xxx 主編,西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,《工程材料》,非鐵金屬(或稱有色金屬)是指含鐵金屬(或稱黑色金屬)之外的其他金屬材料,如鋁及其合金、銅及其合金、鈦及其合金等。,§9 有色金屬材料,① 具有銀白色金屬光澤,相對密度小(2.72),熔點低(660.4℃),沸點高(2477℃),導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良; ② 呈面心立方晶格,無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變; ③純鋁強度、硬度低,塑性很高; ④化學(xué)性質(zhì)活潑

2、,表面易生成致密的氧化膜,具有良好抗蝕性; ⑤具有優(yōu)良的工藝性能,易于鑄造,易于鑄造,易于切削。,§9.1 鋁及鋁合金 §9.1.1 純鋁1、工業(yè)純鋁的主要特性,2 、工業(yè)純鋁的牌號,舊牌號:按純度由高→底:L1、L2、L3…… 對應(yīng)新牌號:為1070、1060、1050……,3、用途 主要制作導(dǎo)線、電器元件、散熱片等。,根據(jù)成分和工藝性能鋁合金可分為:① 變形鋁合金:一

3、般通過壓力加工制成半成品或模鍛件。② 鑄造鋁合金:一般用于鑄成復(fù)雜的鑄件。,§9.1.2 鋁合金,1、鋁合金的分類,鋁中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素制成合金。,1)D點以左的合金加熱后能形成單相固溶體,其塑性好,適合壓力加工,故稱為形變鋁合金。 ① 成分在F點以左的合金為單相固溶體,為不能熱處理強化的鋁合金。 ② 成分位于F和D之間的合金會析出第二相,故為能熱處理強化的鋁合

4、金。,相圖分析:,2)成分在D點以右的合金有共晶體,適合鑄造,稱鑄造鋁合金。 應(yīng)注意:相圖中的D點僅是合金的最大飽和溶解度理論分界線。,①固溶強化 通過加入合金元素形成固溶體使合金強度提高的現(xiàn)象,稱為固溶強化。 銅、鎂、錳、硅、鋅等元素具有較大的固溶強化效果,是鋁合金的主加元素。 將含銅量在0.5~5.7%之間的鋁銅合金加熱到固溶線以上后快冷,所得的組織為α過飽和固溶體。,2、鋁合金的熱處理1)

5、鋁合金的強化 種類不同,其強化原理、途徑也不同。,因合金溶質(zhì)元子均勻分布,固溶體晶格畸變小,鋁合金的固溶強化效果并不明顯,過飽和固溶體隨時間增長會沉淀析出強化相,此過程若在室溫進(jìn)行,叫自然時效(圖9-3);若加熱在某一溫度進(jìn)行,叫人工時效(圖9-4)。,將經(jīng)固溶處理(或淬火)后得到過飽和固溶體的鋁合金放置在室溫或加熱到一定的溫度,其強度、硬度隨時間延長而提高,塑、韌性則降低,這一過程稱為時效。亦稱時效強化。,②時效強化,常用的

6、熱處理方法:①退火:對鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火,提高塑性。 對冷變形加工的制品退火,消除內(nèi)應(yīng)力,消除加工硬化。②時效強化處理:(前面已講)③回歸處理:可使自然時效的鋁合金重新軟化。一般不超過3~4次。 經(jīng)人工時效的鋁合金沒有回歸現(xiàn)象。,③細(xì)化組織強化,變質(zhì)處理是細(xì)化鑄造合金組織的常用方法。 變質(zhì)處理:在熔融的鋁合金中加入一種或數(shù)種經(jīng)過選

7、擇的元素或化合物,通過細(xì)化合金組織從而達(dá)到提高合金質(zhì)量和性能的操作方法。,2)鋁合金的熱處理,§9.1.3 鋁合金的分類、牌號及用途,根據(jù)成分和工藝性能鋁合金可分為:① 變形鋁合金:一般通過壓力加工制成半成品或模鍛件。② 鑄造鋁合金:一般用于鑄成復(fù)雜的鑄件。,4)鍛鋁合金 主要為Al-Mg-Si系,特點是強度高,熱態(tài)下有良好的塑性,用于形狀復(fù)雜強度要求較高的零件如活塞、航空發(fā)動機零件等。牌號如2A70(LD7)。

8、,1、變形鋁合金,表9—1 變形鋁合金分為以下四種:GB/T3190—96,1)防銹鋁合金(F點以左) 用于制造耐蝕容器(油箱)、防銹蒙皮、窗框等。主要為Al-Mg系和Al-Mn系,牌號如5A02(LF2)、3A21(LF21)等。,2)硬鋁合金 為F點以右的合金,可熱處理強化。主要為Al- Cu -Mg系,牌號如2A12( LY12 )。根據(jù)合金元素的多少硬鋁分為:①低合金(鉚釘)硬鋁如2B11(LY8)其強度低塑性好,

9、用于鉚釘。②標(biāo)準(zhǔn)硬鋁(中強度硬鋁)如2A11(LY11)用于中等強度的零件。③高強度硬鋁如2A12( LY12 )合金含量較多,強度硬度高塑性較低,加工性能差。用于航空模鍛件和重要銷、軸等。 硬鋁的耐蝕性差,通常(陽極化)包覆一層純鋁(稱為包鋁)。,3)超硬鋁合金 屬Al-Zn-Mg-Cu系,合金中的強化相作用強,抗拉強度高。用于航空工業(yè)如飛機大梁、起落架。牌號7A09(LC9)。,①鋁硅合金 (硅鋁明) 代

10、號:ZL102(簡單硅鋁明Al—Si系)強度較低,鑄造性能好,常采用變質(zhì)處理。用于形狀復(fù)雜受力較小的零件; ZL101、 ZL103、ZL104、ZL111(特殊硅鋁明Al—Si—Mg系) 強度較高。用作形狀復(fù)雜強度低的氣缸體、電動機殼體等。,2、鑄造鋁合金1)鑄造鋁合金的分類,鑄造鋁合金可分以下四種:表9—3,代號說明:“ZL”表示鑄鋁,其后第一位數(shù)字表示合金類別 “1”為鋁-硅系;

11、 “2”為鋁-銅系; “3”為鋁-鎂系; “4”為鋁-鋅系); 第二、三位數(shù)字為合金順序號。 化學(xué)成分、力學(xué)性能和熱處理工藝規(guī)范詳見GB/T1173—95、GB/T15115—94(新標(biāo)準(zhǔn)),④鋁鋅合金(鑄造性好)經(jīng)變質(zhì)處理和時效強化后強度較高,但耐蝕性差,熱裂傾向較大。

12、其價格最便宜,用于汽車、拖拉機的發(fā)動機零件和形狀復(fù)雜的儀器零件,也可用于制造日用品。 常用代號:ZL401、ZL402等。,②鋁銅合金(耐熱性好) 鑄造承受中等載荷和形狀簡單的零件。 常用代號:ZL201、ZL202、ZL203等。,③鋁鎂合金(耐蝕性好) 力學(xué)性能、耐蝕性、切削加工性能好,鑄造、耐熱性差。用于受沖擊、和腐蝕介質(zhì)中工作零件,艦船零件、氨用泵體。 常用代號:ZL301、ZL3

13、02等。,鋁硅基鑄造合金應(yīng)用較廣,但未經(jīng)變質(zhì)處理時,力學(xué)性能差,其鑄態(tài)組織如圖所示。如圖為用鈉鹽變質(zhì)處理后的顯微組織。,經(jīng)變質(zhì)處理后的鋁硅合金,力學(xué)性能明顯提高。,2)鑄造鋁合金的變質(zhì)處理,① 外觀呈紫紅色,故又稱紫銅; ② 相對密度為8.9,熔點為1083℃; ③ 導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良; ④ 具有面心立方晶格,無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,只能以冷作硬化的方式進(jìn)行強化。 ⑤ 塑性極好,并有良好的低溫韌性,可以進(jìn)

14、行冷、熱壓力加工。 雜質(zhì)元素對性能有一定影響: 有Pb、Bi易形成低熔點共晶體,造成熱脆。 S、O易形成脆性大的化合物Cu2S、Cu2O,造成冷脆。,§9.2 銅及銅合金,2、工業(yè)純銅牌號、成分、用途 表9—4,按純度高→低 有T1、T2、T3、T4 工業(yè)純銅一般不作結(jié)構(gòu)材料,主要用于制造電線、電纜、電器元件、導(dǎo)熱器件等。(見下頁),1、工業(yè)純銅的性質(zhì),&

15、#167;9.2.1 工業(yè)純銅,① 主要用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱及兼有耐蝕性的器材; ② 作為配制銅合金的原料,因為銅合金具有比純銅好的強度及耐蝕性。(常用的銅合金主要是黃銅和青銅)。,純銅用途,§9.2.2 銅合金的分類、牌號及用途,銅合金分類及主要用途: Cu—Ni合金:白銅。用于精密機械、電器儀表等。 Cu—Zn合金:普通黃銅。 再加入其

16、他合金元素可制成特殊黃銅。 除上述白、黃銅外的銅合金統(tǒng)稱為青銅。如Cu—Sn、Cu—Al、Cu—Pb合金。 銅合金中黃銅、青銅的應(yīng)用廣泛。材料類型: 經(jīng)壓力加工成形的——線、板、棒、管等。 鑄造成形的各種產(chǎn)品。,1)組織:是指銅與鋅的二元合金。 2)性能特點:隨鋅的增加強度、硬度增加。塑韌性下降。 具有良好力學(xué)性能,易加工成形, 另外它還具有價格低廉、色澤美麗等優(yōu)點,

17、應(yīng)用廣泛。經(jīng)冷塑性變形后易發(fā)生應(yīng)力腐蝕,開裂。,4)種類:表9—5 ①單相黃銅: Zn<32%;Cu+Zn→α(單相組織)如H70又稱三七黃銅,其強度高,塑性好,用作彈殼,故稱彈殼黃銅。 ②雙相黃銅:有較高的強度和耐蝕性,用作散熱器、油管等。 32%<Zn<45%; Cu+Zn→α+β(β是銅鋅為基的銅鋅電子化合物)。塑性低,室溫性脆。如H59、 H62等。,一)黃銅1.普通黃銅,

18、3)牌號: “H”+銅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示普通黃銅;鑄造普通黃銅則在前面冠以“Z”,如ZH62,表示含銅為62%的鑄造普通黃銅。,在普通黃銅中加入其他合金元素所組成的多元合金稱為特殊黃銅,或稱為復(fù)雜黃銅。,①成分:常加合金元素有Sn、Pb、Al、Si等,相應(yīng)地可稱為錫黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅、硅黃銅等。② 牌號: 用“H”+主加元素符號(除鋅以外)+銅含量(%)+主加元素含量(%)表示。如:HMn58-2。,2.特殊黃銅,③主要特殊性能:

19、每種性能差別較大。 加Si、Pb的黃銅抗磨性突出。 加Al、Mn、Si的黃銅強度較高。 加Al、Mn、Sn的黃銅耐腐蝕性好。 加Pb制得易切黃銅。 加0.7~1.1%Sn制得錫黃銅,耐海水腐蝕,稱海軍黃銅。還可作汽油接觸零件。 常用特殊黃銅。,青銅是指除白、黃銅以外的銅合金。包括錫青銅、鋁青銅、鉛青銅、硅青銅、鈹青銅等。,1.錫青銅

20、 是以Sn為主加元素的合金。,①性能:與Sn量有關(guān)。Sn≤5~6% Cu+ Sn →α(固溶體), Sn增加,強度增加,有好的塑性。Sn≥6%  Cu+ Sn →α+δ(硬脆相) ,Sn增加,強度增加,塑性大大     下降。Sn>20%  Cu+ Sn →α+(大量)δ(硬脆相),強度下降,變脆?! ⊥ǔn量在3~14%: Sn ≤8% 的材料適合壓力加工。             Sn >8%的材料 適合鑄造。

21、  錫青銅的鑄造收縮率小,致密性差,在氨水、鹽酸、硫酸中耐腐蝕差,但在大氣、海水和無機鹽類溶液中有極高的耐蝕性。用于鑄造形狀復(fù)雜、壁厚差較大的零件。 ② 牌號:如QSn4-3,表示含錫量4%,含鋅量3%,余為含銅量的錫青銅。,二、青銅,2 .鋁青銅 以Al為主加元素的青銅合金。 ① 性能:鋁青銅的性能較好。 Al<5% 塑性好,強度低。 Al達(dá)到12%后,塑性變差,且難加工

22、。 Al常在5%~10%: Al在5~7%時,塑性最好。適合冷變形加工。 Al在10%時,強度最高,可熱處理,適合鑄造。 鋁青銅易獲得致密的鑄件,耐蝕性比黃銅和錫青銅高。 應(yīng)用廣泛,常用來制造耐磨、耐蝕零件。② 牌號 :如QAl5,表示含鋁量5%,余為含銅量的鋁青銅。,3.鈹青銅 含Be量1.7%~2.5%的青銅

23、合金。,①性能:對Be的溶解度隨溫度變化而變化。 可進(jìn)行固溶處理,時效后強度達(dá)1200MP。超過40Cr。 鈹青銅可通過熱處理和加工硬化提高其力學(xué)性能和彈性,其強度、硬度較高,具有導(dǎo)電性、耐腐蝕性好,抗磨性、不起火花性、耐熱性比其他銅合金好的優(yōu)點,是制造彈性元件、電接觸器等的優(yōu)秀材料。② 牌號 :如QBe2,表示含鈹量2%、余為銅的鈹青銅。,1.鈦的性能 ① 鈦為銀白色,熔點為1680℃,相對密度

24、為4.54,比鋁大但比鋼輕43%; ② 具有很好的強度,約為鋁的6倍; ③ 具有很高的塑性,便于冷熱加工; ④ 其耐蝕性比不銹鋼優(yōu)良。2.鈦及合金在航空、化工、導(dǎo)彈航天及艦艇等方面的應(yīng)用較為廣泛。,§9.3 鈦及鈦合金 §9.3.1 純鈦,根據(jù)鈦合金熱處理的組織為三類:,1.α類鈦合金,① 組織為α固溶體和α固溶體加微量金屬間化合物。 ② 主要

25、特點是,具有良好的熱穩(wěn)定性和熱強度以及優(yōu)良的焊接性能。 ③ 典型的牌號有TA7,表示含鋁量7%,余為鈦。主要用于制造火箭、導(dǎo)彈的燃料儲箱等。,§9.3 .2 鈦合金,② 主要特點是,具有良好的變形加工性能,可熱處理強化。,③ 典型的牌號是TB1,其成份為3%Al、13%V、11%Cr,余為鈦。主要用于重載荷的旋轉(zhuǎn)體,如航空發(fā)動機的壓縮機葉片、軸等。,3.α+β類鈦合金 ① 退火狀態(tài)的組織為α+β。

26、 ② 主要特點是,綜合機械性能好,抗拉強度高,熱加工性能好,但焊接性能差。 ③ 典型的牌號是TC4,其成份為6%Al、4%V、余為鈦。主要用于制造在400℃長期工作的發(fā)動機零部件。,2.β類鈦合金① 退火和淬火狀態(tài)的組織為單相β固溶體。,§9.3 鎂及鎂合金 §9.3.1 純鎂(p191),§9.3.2 鎂合金(p191-192),1.滑動軸承的結(jié)構(gòu) 滑動軸承是支承

27、軸頸和其他轉(zhuǎn)動和擺動的支承件,一般由軸承體和軸瓦構(gòu)成。,§9.5 滑動軸承合金一、滑動軸承工作條件及對性能、組織的要求,2.軸承工作條件及要求,① 軸和軸承不可避免地會產(chǎn)生相互磨擦和磨損; ② 常出現(xiàn)所謂邊界潤滑狀態(tài)或半干磨擦甚至干磨擦狀態(tài); ③ 軸承合金應(yīng)具有足夠的抗壓強度和疲勞強度,良好的減磨性、磨合性、鑲嵌性。,3.對軸承組織的要求 ① 軸承材料的基體應(yīng)采用對鋼、鐵互溶性小的元素;

28、 ② 金相組織軟基體下有均勻的硬質(zhì)點或硬基體下分布有均勻的軟質(zhì)點; ③ 軸承中應(yīng)含有適量的低熔點元素。4.性能要求 P193,1.錫基軸承合金(錫基巴氏合金) 軟基體下有均勻的硬質(zhì)點 ① 牌號有ZChSnSb11-6、ZChSnSb4-4等。 ② 特點是磨擦系數(shù)小,順應(yīng)性和嵌藏性好,但抗疲勞強度差。用于制造汽車、拖拉機、汽輪機高速軸軸瓦。2.鉛基軸承合金(鉛基巴氏合金)

29、軟基體下有均勻的硬質(zhì)點 ① 常用牌號有ZChPbSn-16-16-1.8等。 ② 優(yōu)點是成本低、高溫強度好,有自潤滑性,適于潤滑較差的場合。用于制造低速低負(fù)荷軸承如汽車、拖拉機曲軸軸承。,二、常用軸承合金簡介(表9— 11),《鑄造軸承合金》牌號表示法GB1174—92;《鑄造有色金屬及其合金》牌號表示法GB/T8063—94,3.銅基軸承合金 有鉛青銅、錫青銅、鋁青銅等。用于制造高速重載軸承如飛機發(fā)

30、動機、高速柴油機軸承。,4.鋁基軸承合金,是一種新型的減磨材料。其特點是比重小、導(dǎo)熱性好,強度高。缺點是線膨脹系數(shù)大,運轉(zhuǎn)時易與軸頸咬合。常用的鋁基合金有: ① 鋁-銻-鎂軸承合金 成分一般為:3.5~4.5%Sb、0.3~0.7%Mg、余為鋁。可制成雙金屬板軸承,用于承受中等載荷的機器上。 ② 高錫鋁基軸承合金 硬基體下分布有均勻的軟質(zhì)點 成分是以鋁為基,加入20%Sn和1%Cu

31、。用于制造高速、重載的發(fā)動機軸承。5.多層軸承合金 是一種復(fù)合減磨材料,一般由二層或三層減磨材料制成。,7.粉未冶金減磨材料,6.非金屬材料軸承 一般由酚醛夾布膠木、塑料、橡膠等非金屬材料制成,主要用于與清水接觸的滑動軸承。,粉末冶金制品,包括鐵石墨和銅石墨多孔含油軸承和金屬塑料減磨材料。多孔含油軸承具有壽命高、成本低和自動潤滑的優(yōu)點。,粉未冶金材料種類: ①粉未冶金工具材料(硬質(zhì)合金);

32、 ②含油軸承合金; ③鐵基粉未冶金結(jié)構(gòu)材料; ④粉未冶金摩擦材料。,☆☆ 粉未冶金材料,粉未冶金材料生產(chǎn)過程 時間:22分,一、硬質(zhì)合金 p209,硬質(zhì)合金是將高熔點

33、、高硬度的金屬碳化物粉末與粘合劑(Co、Ni、鉻鉬鋼、高速鋼等)混合,經(jīng)加壓成型和燒結(jié)制成的一類粉末冶金材料。,1.性能特點 高的硬度,(相當(dāng)HRC69~81); 高的熱(紅)硬性,(1000℃硬度保持HRC50左右); 允許切削溫度800~1000℃,切削速度比高速鋼高4~10倍。刀具壽命長5~10倍; 抗壓強度高,抗拉強度和韌性比高速鋼低; 耐蝕性良好;

34、 線膨脹系數(shù)小。,2.分類 根據(jù)成分和性能不同分為四類: 鎢鈷(YG)類、鎢鈷鈦(YT)類、萬用(YW)、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。,3.牌號及用途,3.牌號及用途,1)鎢鈷(YG)類硬質(zhì)合金 主要成分:WC+Co 牌號:YG+鈷含量的百分?jǐn)?shù)+顆粒粗細(xì)。如YG8( C或X ) 強度韌性較高,用于加工脆性材料如鑄鐵、淬火鋼。2)鎢

35、鈷鈦(YT)類硬質(zhì)合金 主要成分:WC+TiC+Co 牌號:YT+ TiC含量的百分?jǐn)?shù) 。如YT15 硬度、耐磨性和熱硬性較YG類高,用于加工產(chǎn)生切削熱較多的塑性材料如結(jié)構(gòu)鋼材。3)萬用(YW)硬質(zhì)合金(鉭、鈮) 主要成分: WC+TaC(NbC)+Co 如YW1、YW2 抗彎強度提高,兼有上面兩類合金的優(yōu)點。用于加工難加工材料如不銹

36、鋼、耐熱鋼等。4)鋼結(jié)硬質(zhì)合金 是一種新型硬質(zhì)合金。成分中碳化物較少(30%~35%),粘合劑為鉻鉬鋼、高速鋼、不銹鋼等。耐磨性和熱硬性較低,韌性高,可進(jìn)行各種冷熱加工。用于制造復(fù)雜刀具、模具、耐磨零件等。,二、含油軸承材料,1、種類 常用含油軸承材料有鐵基和銅基兩類:1)鐵基含油軸承(鐵基粉末冶金) 是鐵+石墨(0.5%~3%)粉末冶金或鐵+硫(0.5%~1%)+石墨(1%~2%)粉末冶

37、金。 前者組織為:珠光體( >40% )+鐵素體+滲碳體(<5%)+石墨+孔隙。硬度HBS30~110。 后者組織為:除有前者組織外,還有硫化物,硬度HBS35~70。 組織中的石墨和硫化物起到固體潤滑作用。2)銅基含油軸承 常用錫青銅CuSn6Zn6Pb3粉末+石墨(0.5%~3%)粉末。與鐵基含油軸承比,強度較低,成本高。但導(dǎo)熱、耐蝕和抗咬合性較好。2、用途 一般用于中速、輕

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