非鐵金屬

1、6.1　鋁及其合金6.2　銅及其合金6.3　滑動(dòng)軸承合金6.4　粉末冶金與硬質(zhì)合金,第6章　非鐵金屬材料與硬質(zhì)合金,,在工業(yè)生產(chǎn)中，通常把鐵及其合金稱為黑色金屬，把其他非鐵金屬及其合金稱為有色金屬。,有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具,有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.,鑄造有色金屬及其合金牌號(hào)表示方法統(tǒng)一如下:① 鑄造有色純金屬的

2、牌號(hào)為Z +該金屬元素符號(hào)+ 純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號(hào))。如ZAl99.5和ZTi-1。,,鋁錠,② 鑄造有色合金的牌號(hào)為Z+基體元素符號(hào)+主要合金元素符號(hào)及其名義百分含量數(shù)字+其他合金元素符號(hào)及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。混合稀土元素符號(hào)用RE表示。優(yōu)質(zhì)合金在牌號(hào)后標(biāo)注字母“A”。,第一節(jié) 鋁及鋁合金,一、鋁及鋁合金性能特點(diǎn) 純鋁具有銀白色金屬光澤，密

3、度小(2.72 )，熔點(diǎn)低(660.4℃), 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，不耐酸、鹽、堿腐蝕σb≈ 80~100 MPa，δ≈50%, 易于加工成形 。具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。,鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性 。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr 等輔加元素。,可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強(qiáng)化和不可熱處理

4、強(qiáng)化兩類.,鋁合金分類示意圖,二、鋁合金的分類鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。,三、鋁合金的熱處理,退火　200～300 ℃　去應(yīng)力　350～450 ℃　再結(jié)晶軟化,可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱處理方法：固溶處理 + 時(shí)效。,固溶處理是指將合金加熱到固溶線以上，保溫并淬火后獲得過飽和的單相固溶體組織的處理。固溶處理后得到的組織是不穩(wěn)定的，有分解出強(qiáng)化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。在室溫下放置或低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高。這種現(xiàn)象

5、稱為時(shí)效或時(shí)效硬化。在室溫下進(jìn)行的稱自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的稱人工時(shí)效。,時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。 溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰,值，超過峰值時(shí)間，析出相聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度下降，為過時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。,時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。 溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰,值，超過峰值時(shí)間，析出相聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度下降，為過時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值

6、強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。,回歸 自然時(shí)效后的鋁合金, 在200 ℃～280 ℃短時(shí)間(幾秒至幾分鐘)加熱后, 快速水冷至室溫時(shí), 可以重新變軟。如再在室溫下放置, 則又能發(fā)生正常的自然時(shí)效。這種現(xiàn)象稱為回歸。一切能時(shí)效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。自然時(shí)效后的鋁合金在反復(fù)回歸處理和再時(shí)效時(shí)強(qiáng)度有所降低。時(shí)效后的鋁合金可在回歸處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行各種冷變形。利用這種現(xiàn)象，可隨時(shí)進(jìn)行飛機(jī)的鉚接和修理等。,四、鋁合金的牌號(hào)、性能及用途

7、,1、變形鋁合金⑴ 變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法 根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定 ，變形鋁及鋁合金可直接引用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)(1070A)或采用國(guó)標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號(hào)(1A85)。,GB 3190-82中的舊牌號(hào)仍可繼續(xù)使用，表示方法為: ? 防銹鋁合金：LF+序號(hào) ? 硬鋁合金： LY +序號(hào) ? 超硬鋁合金：LC +序號(hào) ? 鍛鋁合金： LD +序號(hào),⑵ 常用變形鋁合金① 防銹鋁合金主要是Al-M

8、n和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是,衛(wèi)星天線（LF2）,提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強(qiáng)化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，常利用加工硬化提高其強(qiáng)度。,汽化器(熱交換管為L(zhǎng)F21),常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蝕性和強(qiáng)度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5

9、（ 5A05 ），其密度比純,鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。,② 硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。合金中的Cu、Mg可形成強(qiáng)化相θ 及s 相; Mn主要提高抗蝕性, 并起一定固溶強(qiáng)化作用, 因其析出傾向小, 不參與時(shí)效過程; 少量鈦或硼可細(xì)化晶粒, 提高合金強(qiáng)度。

10、,低合金硬鋁 LY1、LY10等, Mg、Cu含量較低, 塑性好, 強(qiáng)度低。采用固溶處理和自然時(shí)效提高強(qiáng)度和硬度，時(shí)效速度較慢。主要用于制作鉚釘，常稱鉚釘硬鋁。 標(biāo)準(zhǔn)硬鋁 LY11等，合金元素含量中等，強(qiáng)度和塑性屬中等水平。退火后變形加工性能良好，時(shí)效后切削加工性能也較好。主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋漿葉片及大型鉚釘?shù)戎匾慵?。高合金硬鋁  LY12、LY6等，合金元素含量較多，強(qiáng)度和硬度較高，塑性及變形加工性能較

11、差。用于制作航空模鍛件和重要的銷、軸等零件。,③ 超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。時(shí)效強(qiáng)化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差, 耐熱性低。常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件, 如飛機(jī)大梁、起落架等.,飛機(jī)主起落架,④ 鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金 可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)

12、葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等.,壓氣機(jī)葉片,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金 常用牌號(hào)有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150 ~225℃下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。,美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)(所用材料大部分是鋁合金),高比強(qiáng)鋁合金機(jī)翼,2、鑄造鋁合金 包括：Al- Si系： 代號(hào)為ZL1+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Cu系：代號(hào)為ZL2+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Mg系：代

13、號(hào)為ZL3+兩位數(shù)字順序號(hào)Al-Zn系： 代號(hào)為ZL4+兩位數(shù)字順序號(hào)⑴ Al-Si系鑄造鋁合金,又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡(jiǎn)單硅鋁明.,在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和?固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加一次?固溶體組織，以提高性能。,加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。

14、Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。,活塞(裙部為鋁硅合金),用于制造飛機(jī)、儀表、電動(dòng)機(jī)殼體、汽缸體、風(fēng)機(jī)葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等。,⑵ Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于Al-Si系合金。,汽缸頭,常用代號(hào)有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。,⑶

15、 Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度?。坏T造性能差,耐熱性低。,常用代號(hào)為ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡(jiǎn)單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。,鼓風(fēng)機(jī)密封件等(ZL102、301),⑷ Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差。,大型空壓機(jī)活塞(ZL401),常用代號(hào)為ZL4

16、01(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機(jī)、儀器零件。,第二節(jié) 銅及銅合金,一、銅及銅合金性能特點(diǎn)純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。 純銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在大氣、淡水和冷凝水中有良好的耐蝕性。塑性好。強(qiáng)度低。,熱軋銅合金,銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強(qiáng)度，又保持了純銅

17、特性.銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類。,二、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。,1、普通黃銅銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。壓力加工普通黃銅的牌號(hào)為：H (黃) + 表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。鑄造黃銅 ZCuZn38，含38%Zn。,從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有? 和?+?’ 兩種組織,分別稱單相黃銅和兩相黃銅。,普通黃銅的顯微組

18、織,單相黃銅塑性好。常用牌號(hào)有H80、H70、 H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好, 強(qiáng)度高.常用牌號(hào)有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導(dǎo)管、散熱器等。,2、特殊黃銅在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。 壓力加工特殊黃銅的牌號(hào)為：H(黃)+主加元素符號(hào)(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量, 如HPb59-1

19、. 鑄造特殊黃銅 ZCuZn38Mn2Pb2特殊黃銅強(qiáng)度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。,常用牌號(hào)有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。,① 鉛黃銅 HPb63-3   鉛改善切削加工性能，提高耐磨性，對(duì)強(qiáng)度影響不大，略微降低塑性。用于要求良好切削性能

20、及耐磨性能的零件(如鐘表零件等)，鑄造鉛黃銅可制作軸瓦和襯套。 ② 錫黃銅  HSn62-1  錫顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的抗蝕性，并使強(qiáng)度有所提高。壓力加工錫黃銅廣泛用于制造海船零件。 ③ 鋁黃銅 HAl60-1-1  鋁提高黃銅的強(qiáng)度和硬度(但使塑性降低)，改善在大氣中的抗蝕性。制作海船零件及其它機(jī)器的耐蝕零件。鋁黃銅中加入適量的鎳、錳、鐵后，還可得到高強(qiáng)度、高耐蝕性的復(fù)雜黃銅，制造大型蝸

21、桿、海船螺旋漿等重要零件。 ④ 硅黃銅 HSi65-1.5-3  硅顯著提高黃銅的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進(jìn)行焊接和切削加工，主要用于制造船舶及化工機(jī)械零件。,三、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。 壓力加工青銅的牌號(hào)為：Q +主加元素符號(hào)及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。,青銅制

22、品,1、錫青銅是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為3~14%。 錫青銅鑄造流動(dòng)性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小 。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機(jī)鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。,常用牌號(hào)有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。,主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。,2、鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為5~12%。強(qiáng)

23、度、硬度、耐,大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán),磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。 常用牌號(hào)有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機(jī)及儀器中的高強(qiáng)、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。,3、鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。固溶強(qiáng)化效果好，具有高的強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、冷熱加工及鑄造性能，但價(jià)格較貴

24、.,鈹青銅制品,常用牌號(hào)有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等 。用于重要的彈性件、耐磨件，如精密彈簧、膜片，高速、高壓軸承及防爆工具、航海羅盤等重要機(jī)件.,普通白銅是Cu-Ni二元合金，具有較高的耐蝕性和抗腐蝕疲勞性能及優(yōu)良的冷熱加工性能。 普通白銅牌號(hào)：B+鎳的平均百分含量，如B5。常用牌號(hào)有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水環(huán)境下工作的精密機(jī)械,儀表零件及冷凝器,蒸餾器,熱交換器等.,白銅件,四、白銅以鎳為主要合金元素的

25、銅合金稱白銅。分普通白銅和特殊白銅。,特殊白銅是在普通白銅基礎(chǔ)上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分別稱鋅白銅、錳白銅、鋁白銅等。其耐蝕性、強(qiáng)度和塑性高，成本低。常用牌號(hào)如BMn40-1.5(康銅)、BMn43-0.5(考銅)。用于制造精密機(jī)械、儀表零件及 醫(yī)療器械等。,第三節(jié) 滑動(dòng)軸承合金,制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及其內(nèi)襯的耐磨合金稱為滑動(dòng)軸承合金?；瑒?dòng)軸承是許多機(jī)器設(shè)備中對(duì)旋轉(zhuǎn)軸起支撐,作用的重要部件，由軸承體和軸瓦兩部分

26、組成。與滾動(dòng)軸承相比滑動(dòng)軸承具有承載面積大，工作平穩(wěn)，無噪音及拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。,一、組織性能要求當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦與軸頸發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，承受軸頸施加的交變載荷和沖擊力。 (1) 足夠的強(qiáng)度和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。 (2) 足夠的塑性和韌性，高的疲勞強(qiáng)度，以承受軸頸的周期性載荷，并抵抗沖擊和振動(dòng)。 (3) 良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。 (4) 高的耐磨性，與軸的摩擦系數(shù)小，并能保留潤(rùn)滑油，

27、減輕磨損。 (5) 良好的耐蝕性、導(dǎo)熱性、較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。,為滿足上述性能要求，軸承合金的組織應(yīng)是軟的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)或硬的基體上分布著軟的質(zhì)點(diǎn).當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軟的基體（或質(zhì)點(diǎn)）被磨損而凹陷，減少了軸頸與軸瓦的接觸面積，有利于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油,和軸與軸瓦間的磨合，而硬的質(zhì)點(diǎn) (基體)則支撐著軸頸，起承載和耐磨作用.軟基體 (或質(zhì)點(diǎn))還能起嵌藏外來硬雜質(zhì)顆粒的作用, 以避免擦傷軸頸。,1、錫基軸承合金 是以

28、錫為主并加入少量銻、銅等元素組成的合金，熔點(diǎn)較低，是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)組織類型的軸承合金。,二、常用軸承合金工業(yè)上常用的是錫基、鉛基軸承合金, 又稱巴氏合金。,典型牌號(hào)為ZSnSb11Cu6。(其組織為?基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3Sn),ZSnSb11Cu6合金的顯微組織,錫基軸承合金具有較高的耐磨性、導(dǎo)熱性、耐蝕性和嵌藏性，摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小，但疲勞強(qiáng)度較低，工作溫度不超過 150 ℃，價(jià)格高。,巴氏合金軸瓦,廣泛用于重型動(dòng)

29、力機(jī)械，如氣輪機(jī)、渦輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。,2、鉛基軸承合金是以鉛為主加入少量銻、錫、銅等元素的合金，也是軟基體硬質(zhì)點(diǎn)型軸承合金。典型牌號(hào)為ZPbSb16Sn16Cu2。,ZPbSb16Sn16Cu2合金的顯微組織[(?+?)共晶基體+方塊狀SnSb+針狀Cu3Sn],鉛基軸承合金的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性和導(dǎo)熱性都不如錫基軸承合金，但其成本低，高溫強(qiáng)度好，有自潤(rùn)滑性。,常用于低速、低載條件下工作的設(shè)備,如汽車、拖拉機(jī)曲軸的

30、軸承等。,錫基和鉛基軸承合金強(qiáng)度比較低，為提高其承載能力和使用壽命，生產(chǎn)上常采用離心澆注法，將它們鑲鑄在低碳鋼軸瓦上，形成一層薄而均勻的內(nèi)襯，成為雙金屬軸承。,第四節(jié) 　硬質(zhì)合金與粉末冶金,,,,一、粉末冶金成形工藝簡(jiǎn)介,工藝過程,原 料粉 末,燒結(jié),成型,,,金屬制品,,原料粉末：金屬粉末，或金屬與非金屬粉末混合物。成型：模具壓制。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,硬質(zhì)相（固態(tài)）,,粘接相（熔化）,,燒結(jié)：,燒結(jié)示意圖

31、,在基體金屬熔點(diǎn)以下保溫，通過原子擴(kuò)散、固溶、化合、熔接，使坯料強(qiáng)化。,,,,金屬陶瓷燒結(jié)爐,,,,二、粉末冶金的應(yīng)用,,,,工具、減摩和功能材料,硬質(zhì)合金銑刀,硬質(zhì)合金模具,三、硬質(zhì)合金,,,,金屬陶瓷復(fù)合材料：　　粘接相，Co、Ni 。　　強(qiáng)化相，WC、TiC等。,硬質(zhì)合金組織(Co+WC),1. 硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn),,,,硬度高（69~81HRC），熱硬性高（900~1000℃），耐磨，脆性大。,2. 硬質(zhì)合金的分類　 鎢