《鋁及鋁合金》ppt課件

1、第三章 有色金屬及其合金,第一節(jié) 鋁及鋁合金,1.材料分類(lèi)。2.金屬分類(lèi)。,作業(yè)1 ：整理第二章各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，要求分類(lèi)明確，調(diào)理清晰。,第一節(jié) 鋁及鋁合金,工業(yè)純鋁的純度99.7%~98%，純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72 )，熔點(diǎn)低(660.4℃), 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，易于加工成形 。具有面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)磁性。,鋁合金制造的機(jī)翼,1.1 工業(yè)純鋁,良好的低溫性能、無(wú)低溫脆性：在攝氏零

2、度以下隨著溫度的降低，其強(qiáng)度和塑性提高。高的導(dǎo)電性：位于銀、銅、金之后。高的導(dǎo)熱性：熱交換器。無(wú)磁性：沖擊不產(chǎn)生火花，用于制作如儀表材料、電氣設(shè)備的屏蔽材料，易燃、易爆物的生產(chǎn)器材等。低強(qiáng)度、高塑性：強(qiáng)度為 80MPa~130MPa， 延伸率30~50 % 。,鋁耐蝕原因： 表面會(huì)生成一層致密的Al2O3薄膜(厚度約為50～100 Å ），可阻止其進(jìn)一步氧化，故鋁的抗大氣腐蝕能力強(qiáng)。但是鋁不耐酸、堿、鹽

3、的腐蝕。,參考標(biāo)準(zhǔn)：GB/T3190-1996、GB/T16474-1996,,純鋁應(yīng)用：1.代替較為貴重的銅合金制作電線，配制各種鋁合金，以及制作一些質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐大氣腐蝕而強(qiáng)度不高的器具。2.在汽車(chē)上用于制作空氣壓縮機(jī)墊圈、排氣閥墊片、汽車(chē)銘牌等。,純鋁的強(qiáng)度低，提高強(qiáng)度的方法。 1.在鋁中加入硅、銅、鋅、錳等合金元素， 可以得到較高強(qiáng)度的鋁合金。 2.冷變形加工。 3.熱處理。,1.2 鋁合金,

4、鋁合金分類(lèi)：,,變形鋁合金,鑄造鋁合金,,能熱處理強(qiáng)化,不能熱處理強(qiáng)化,,鋁-硅系,鋁-銅系,鋁-鎂系,鋁-鋅系,D,o,變形鋁合金：成分位于D點(diǎn)以左。特點(diǎn)：當(dāng)加熱到固溶線OF線以上時(shí)，可得到單相α固溶體，其塑性很好，宜于進(jìn)行壓力加工，故稱(chēng)為變形鋁合金。,變形鋁合金又分為可熱處理強(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)化兩類(lèi).,鋁合金分類(lèi)示意圖,鋁合金的分類(lèi)鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。,鋁合金分類(lèi)示意圖,鋁合金的分類(lèi)鑄造鋁合金：鑄造鋁

5、合金的力學(xué)性能雖然不如變形鋁合金，但鑄造工藝性能優(yōu)良，可進(jìn)行各種成形鑄造。,三.常用鋁合金,1.變形鋁合金a.防銹鋁合金。b.硬鋁合金。c.超硬鋁合金。d.鍛造鋁合金。,防銹鋁合金 鋁-錳系，牌號(hào)：3xxx 錳的作用是提高抗蝕能力，并且大部分錳溶于固溶體，可產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。 鋁-鎂系，牌號(hào)：5xxx 鎂也可以產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，且可降低合金密度。,防銹鋁合金特點(diǎn)：1.鍛造退火后是單相固溶體組織，抗蝕性

6、能高，塑性好，故稱(chēng)防銹鋁合金。 2.不能進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，屬于不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的鋁合金。 3.可進(jìn)行冷變形，利用加工硬化，提高其強(qiáng)度。 應(yīng)用：負(fù)荷輕的沖壓件和要求耐腐蝕、保光澤的零件。如客車(chē)裝飾件、客車(chē)外皮、鉚釘、油箱、油管及其它零件。,硬鋁合金：硬鋁合金屬于鋁-銅-鎂系合金，其牌號(hào)：2xxx表示。強(qiáng)化相：CuAl2和Al2CuMg等。這類(lèi)合金可進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，屬于能熱處理強(qiáng)化的鋁合金，也可

7、進(jìn)行變形強(qiáng)化。缺點(diǎn)：耐腐蝕性比純鋁差。解決辦法：在表面包一層純鋁。應(yīng)用：飛機(jī)構(gòu)架、螺旋槳、葉片等。,超硬鋁合金:鋁-銅-鎂-鋅系合金，其牌號(hào)：7xxx。第二相強(qiáng)化：固溶處理和人工時(shí)效后，可產(chǎn)生MgZn2， Al2CuMg等，具有高的強(qiáng)度和硬度。缺點(diǎn)：耐蝕性差，高溫下軟化快，包鋁法提高其抗蝕性。,鍛造鋁合金：鋁-銅-鎂-硅系合金 牌號(hào)2xxx。強(qiáng)化相：Mg2Si，性能與硬鋁相似，主要通過(guò)固溶強(qiáng)化和人工時(shí)效來(lái)強(qiáng)化。特點(diǎn)：耐蝕性和

8、熱塑性好，適于鍛造。應(yīng)用：制造外形復(fù)雜的鍛件和模鍛件。,2.鑄造鋁合金：牌號(hào)：ZL+加三位數(shù)字，優(yōu)質(zhì)合金后面加A。ZL102,合金類(lèi)別,順序號(hào),,1：鋁-硅系,2：鋁-銅系,3：鋁-鎂系,4：鋁-鋅系,合金類(lèi)別：,1.鋁-硅（Al-Si）系鑄造合金：俗稱(chēng)（硅鋁明）目前工程上應(yīng)用最廣泛的鑄造合金。硅的作用：減小膨脹系數(shù)，提高耐磨性、耐蝕性、硬度和強(qiáng)度。,ZL102 特點(diǎn)：1.流動(dòng)性好、收縮小、不易產(chǎn)生裂紋、適宜進(jìn)行鑄造。

9、 2.導(dǎo)熱性好，密度小，耐腐蝕型性好應(yīng)用：澆注或壓鑄密度小而重量輕的具有一定強(qiáng)度和形狀復(fù)雜的零件。應(yīng)用：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)殼、缸體及工作溫度200 ℃以下。,鋁-銅（Al-Cu）系鑄造合金：耐熱性好，具有較高的高溫強(qiáng)度，又能通過(guò)熱處理來(lái)強(qiáng)化，缺點(diǎn)：是耐蝕性差， Wcu高，耐蝕性降低。應(yīng)用：制造汽車(chē)、摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞和飛機(jī)的附件等。,鋁-鎂（Al-Mg）系鑄造合金： 優(yōu)點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度高、耐蝕性好、能耐大氣

10、和海水腐蝕。缺點(diǎn)：鑄造性能差，耐熱性低。 200 ℃以下工作的零件。在一定場(chǎng)合可以替代不銹鋼。,鋁-鋅（Al-Zn）系鑄造合金特點(diǎn)：由于Zn的固溶度較大，可經(jīng)變質(zhì)處理和時(shí)效處理，顯著提高合金的強(qiáng)度，而且價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：耐蝕性差，熱裂傾向大。應(yīng)用：用于制造形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的汽車(chē)、飛機(jī)的零件和儀表零件等。,舉例：小型汽車(chē)（BJ1040）發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋用鑄造鋁合金制造。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、導(dǎo)熱性好，提高壓縮機(jī)的壓縮比，提高能源利用率。缺點(diǎn)：

11、使用過(guò)程中易變形；維修時(shí)不能用堿水洗；擰緊缸蓋螺栓、螺母時(shí)應(yīng)考慮鋁合金的熱膨脹。,1.固溶處理2.時(shí)效3.退火,1.消除應(yīng)力; 2.均勻成分;,三、鋁合金的熱處理,固溶處理：將鋁合金加熱到稍高于固溶線，保溫適當(dāng)時(shí)間，可得到均勻的單相α 固溶體，然后在水中快速冷卻，使第二相來(lái)不及析出，在室溫下獲得過(guò)飽和的α 固溶體單相組織。此時(shí)鋁合金的強(qiáng)度和硬度并沒(méi)有明顯升高，而塑性卻得到改善。,作業(yè)2：鋁合金的固溶處理與鋼的淬火處理區(qū)別？,以

12、上，保溫并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處理。,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D~F之間的合金加熱到固溶線,2. 固溶時(shí)效處理,由于過(guò)飽和的α固溶體不穩(wěn)定，隨著時(shí)間延長(zhǎng)其中將形成很多溶質(zhì)原子富集區(qū)（G-P區(qū)），進(jìn)而析出細(xì)小彌散分布的與母相共格的第二相，引,起晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)將使合金的強(qiáng)度硬度明顯升高，塑性明顯下降，這就是時(shí)效強(qiáng)化。,時(shí)效： 1.固溶處理后應(yīng)及時(shí)進(jìn)

13、行時(shí)效。由于固溶處理后獲得的過(guò)飽和固溶體是不穩(wěn)定的組織，有分解出第二相過(guò)渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。 2.如果在一定溫度下保持一定時(shí)間，使第二相從過(guò)飽和固溶體中緩慢析出，導(dǎo)致晶格畸變，從而使鋁合金的強(qiáng)度和硬度得到顯著提高，塑性明顯下降。,在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱(chēng)自然時(shí)效；在100 ℃ ~200 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行的時(shí)效稱(chēng)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(guò)

14、峰值時(shí)間，析出相聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度下降，為過(guò)時(shí)效。時(shí)效溫度越高，時(shí)效過(guò)程越短，效果越差。超過(guò)200 ℃，晶格畸變消失，就不具備強(qiáng)化效果了。,3. 鋁合金的回歸處理,自然時(shí)效后的鋁合金，在230~250℃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，則由發(fā)生自然時(shí)效，這種現(xiàn)象稱(chēng)為回歸。,回歸處理的實(shí)際意義在于使時(shí)效強(qiáng)化的鋁合金重新變軟，便于加工。,一切能時(shí)效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。,退火： 變形鋁合金

15、的退火是為了消除加工硬化，便于再加工。例如：飛機(jī)蒙皮等形狀復(fù)雜的鈑金件，加熱到350~450 ℃，保溫后空冷。 不恩那個(gè)熱處理強(qiáng)化的鋁合金零件，為了保持較高的強(qiáng)度，可進(jìn)行去應(yīng)力退火，在180~300 ℃加熱后空冷。鑄造鋁合金的退火可以消除鑄造時(shí)產(chǎn)生的偏析和內(nèi)應(yīng)力，并使組織穩(wěn)定，提高塑性。,1 防銹鋁合金主要是Al-Mn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

16、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。,四、變形鋁合金,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（ 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

17、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。,常用硬鋁合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?,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(guò)硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有

18、 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)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，

19、如壓氣機(jī)葉片、超音速飛機(jī)蒙皮等。,目前，國(guó)際通用的變形鋁合金的牌號(hào)有兩種，一種為四位數(shù)字體系，一種為四位字符體系，區(qū)別在于牌號(hào)的第二位。,1 0 6 0,鋁合金組別,純鋁或鋁合金的改良情況,最低鋁含量中小數(shù)點(diǎn)后兩位,用1……9分別代表純Al，Cu，Mn，Si，Mg，Mg和Si，Zn，其他鋁合金,0或A表示原始純鋁和原始合金,,1060是最低鋁含量為99.60%的工業(yè)純鋁,五、鑄造鋁合金 包括：Al- Si系： 代號(hào)為Z

20、L1+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(chēng)硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱(chēng)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

21、?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(chēng)復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。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(lèi)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 (ZAlC

22、u4)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(chē)活塞等。,⑶ Al-Mg系鑄造鋁合金這類(lèi)合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度小；但鑄造性能差,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(lèi)合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自

23、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ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車(chē)、飛機(jī)、儀器零件。,2 鑄造鋁合金生產(chǎn),一般用坩堝或電爐熔煉，熔點(diǎn)低，較好的流動(dòng)性，適合注重各種形狀復(fù)雜的薄、厚壁鑄件。,鋁合金的高溫氧化能力很強(qiáng)，易與氧形成Al2O3薄膜，薄膜懸浮在鋁液中，熔煉和澆注過(guò)程中很難去掉，易形成夾渣，降低鑄件的力學(xué)性能。此外，鋁

24、合金的吸氣能力強(qiáng)，吸入鋁液中的氣體在凝固時(shí)被表面的Al2O3薄膜阻礙，會(huì)形成許多分散的氣孔，降低鑄件的氣密性和力學(xué)性能。,第三章：有色金屬及其合金 2016.10.21,1.鋁的物理、化學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性能。2.鋁合金分類(lèi)。,第二節(jié) 銅及銅合金,一、銅及銅合金在汽車(chē)工業(yè)中是不可或缺的材料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛載貨汽車(chē)需要20kg左右的銅。銅是較為貴重的有色金屬，全世界的產(chǎn)量?jī)H次于鋼和鋁。純銅中銅的

25、質(zhì)量分?jǐn)?shù)：99.7~99.95%。熔點(diǎn)1083 ℃, 密度8.96g/cm3,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(chēng)紫銅，具有面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)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。,熱軋銅合金,純銅力學(xué)性能：面心立方晶格，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。強(qiáng)度低，塑性好，可進(jìn)行冷變形強(qiáng)化，但塑性下降顯著。如：當(dāng)變形率50%時(shí)，強(qiáng)度從230~250MPa提

26、高到400~430MPa。塑性由40~50%下降到1~2%。純銅的焊接性能良好，但強(qiáng)度低，不宜做結(jié)構(gòu)材料。,雜質(zhì)元素的對(duì)性能的影響： 1.Si、Mn可引起銅的“熱脆”。 2.S、P可引起銅的“冷脆”。所以必須控制雜質(zhì)含量。,根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，工業(yè)純銅分四種：,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、硬度，韌性好，，又保持了純銅特性.銅合金分為黃銅、青銅、白銅三大類(lèi)。,二

27、、黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱(chēng)為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。,1、普通黃銅α銅與鋅的二元合金稱(chēng)為普通黃銅。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。,從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有? 和?+?’ 兩種組織,分別稱(chēng)單相黃銅和兩相黃銅。,Wzn32%，合金組織中開(kāi)始出現(xiàn)?相。以金屬化合物CuZn為基的無(wú)序固溶體，呈體心立方結(jié)構(gòu)，塑性好，可進(jìn)

28、行熱加工。,當(dāng)溫度下降到456~468 ℃時(shí)， ?相發(fā)生有序化，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w? ˋ。 ? ˋ相很脆，不易進(jìn)行冷加工。此時(shí)合金的塑性隨著鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加開(kāi)始下降，而強(qiáng)度任然在上升，，因?yàn)樯倭? ˋ相存在對(duì)強(qiáng)度并無(wú)不利的影響。當(dāng)Wzn>45%之后? ˋ相已占合金組織的大部分至全部，強(qiáng)度急劇降低，塑性繼續(xù)下降，所以黃銅中鋅含量一般不喊=超過(guò)47%。,普通黃銅的顯微組織,單相黃銅塑性好。常用牌號(hào)有H80、H70、 H 6

29、8。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。,黃銅 ：具有良好的耐海水和耐大氣腐蝕能力，并且單相黃銅優(yōu)于雙相黃銅。冷加工的黃銅制品存在殘余應(yīng)力，如果在潮濕大氣或海水中，特別是含氨的介質(zhì)中，容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，使黃銅開(kāi)裂，這種現(xiàn)象叫做應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，或季裂冷加工后的黃銅應(yīng)1.進(jìn)行去應(yīng)力退火（250~300 ℃進(jìn)行加熱，保溫1~3h）

30、，消除內(nèi)應(yīng)力；2.加入適量錫、硅、鋁、錳、鎳等元素降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性。,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。 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. 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、ZC

31、uZn38Mn2Pb2、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。,三、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱(chēng)為青銅。 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，

32、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(wú)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、ZCuSn10Pb1等。,主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。,錫含量與組織力學(xué)性能之間的關(guān)系 1.WSn 5~6% 時(shí) 合金組織中出現(xiàn)硬而脆的δ相（Cu31Sn8為基的固溶體），合金塑性急劇下降，但強(qiáng)度繼續(xù)增高。3.WSn &g

33、t;20%以上時(shí)，大量的δ使強(qiáng)度顯著下降，合金變的硬而脆，無(wú)實(shí)用價(jià)值。所以錫含量一般為3~14%。,wSn10%，塑性差只適用于鑄造，鑄造錫青銅流動(dòng)性差，易形成疏松，組織不致密的組織。但在凝固時(shí)尺寸收縮小， 適于鑄造對(duì)外形尺寸要 求嚴(yán)格的鑄件。,應(yīng)用：錫青銅的抗蝕性?xún)?yōu)于純銅與黃銅，特別是在大氣、海水等環(huán)境中，優(yōu)越性更為明顯，但在酸類(lèi)及氨水中，耐蝕性差。錫青銅耐磨性好，多用于制造軸瓦、軸套等耐磨零件。,2、鋁青銅以鋁

34、為主加元素的銅合金，鋁含量為5~11%。強(qiáng)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。,鋁含量對(duì)鋁青銅力學(xué)性能的影響： 1.鑄造狀態(tài)下，當(dāng)WAl7%~8%，塑性急劇下降。 4. WAl>12，塑性很差，加工困難。因此實(shí)際應(yīng)用的鋁青銅在

35、5%~12%之間。,鋁青銅的結(jié)晶溫度范圍很小，流動(dòng)性好，縮孔集中，易獲得致密的鑄件，并且不形成枝晶偏析。鋁青銅的耐蝕性?xún)?yōu)良，在大氣、海水及大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性均比黃銅和錫青銅高。耐磨性也比黃銅和錫青銅好。常用來(lái)制造強(qiáng)度及耐磨性要求較高的零件。 如：齒輪，蝸輪、軸承等。,3、鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%。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.,

36、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(pán)等重要機(jī)件。,,1.鈹在銅中的溶解度隨溫度變化很大，866 ℃，最大溶解度2.7%，室溫時(shí)只有0.2%，故鈹青銅進(jìn)行固溶時(shí)效處理后，可獲得很高的硬度和強(qiáng)度，強(qiáng)度σb最大可達(dá)1500MPa，硬度可達(dá)350~400HBS.力學(xué)性能與鈹含量及熱處理有關(guān)系。2.隨著WBe的增加，鈹青銅的強(qiáng)度和

37、硬度急劇增高，而塑性下降不多；3.當(dāng)WBe>2%后，強(qiáng)度和硬度少量增加，但塑性顯著降低。,1.性能：鈹青銅不僅強(qiáng)度高、疲勞抗力高、彈性好，而且抗蝕、耐熱、耐磨等性能均好于其它銅合金。導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性?xún)?yōu)良，而且具有抗磁、受沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等特殊性質(zhì)。2.應(yīng)用：制造精密儀器、儀表中重要的彈性元件，如鐘表齒輪、電焊機(jī)電機(jī)及防暴工具、航海羅盤(pán)等重要零件。3.缺點(diǎn)：鈹青銅工藝復(fù)雜，價(jià)格較高。,3、白銅以鎳為主要合金元素的

38、銅合金。普通白銅：代號(hào)：B+鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，例如：B19，WNi=19%,余量為銅的普通白銅。加入其它合金元素： 鋅白銅、錳白銅、鐵白銅 代號(hào)：B+其他元素符號(hào)+鎳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)+其它元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 如：BZn15-20表示wNi=15%、wzn=20%、wCu=65%,3、白銅在固態(tài)下：銅與鎳無(wú)限固溶，組織為α單相固溶體，有較好的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性，能進(jìn)行冷、熱變形。冷變形能提高強(qiáng)度和硬度。抗蝕性好，電阻率較

39、高。應(yīng)用：主要用于制造船舶儀器零件、化工機(jī)械零件及醫(yī)療器械等。錳含量高的錳白銅可制作熱電偶絲。,第三節(jié) 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(chēng)為軸承合金?；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(wú)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。對(duì)軸承合金的性能要求：

40、 ⑴ 足夠的強(qiáng)韌性，以承受軸頸施加的交變沖擊載荷.⑵ 較小的熱膨脹系數(shù)，良好的導(dǎo)熱性和耐蝕性，以防止軸與軸瓦之間咬合。⑶ 較小的摩擦系數(shù)，良好的耐磨性和磨合性，以減少軸頸磨損，保證軸與軸瓦良好的跑合。,為滿(mǎn)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

41、頸，起承載和耐磨作用.軟基體 (或質(zhì)點(diǎn))還能起嵌藏外來(lái)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(lèi)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(chēng)巴氏合金。,典型牌號(hào)為ZChSnSb11Cu6。(其組織為?基體+白亮塊狀SnSb+星狀Cu3Sn),ZSnSb11Cu6合金的顯微組織,軟基體硬質(zhì)點(diǎn)合金,錫基軸承合金具有較高

42、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(guò) 150 ℃，價(jià)格高。,巴氏合金軸瓦,廣泛用于重型動(dòng)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

43、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(chē)、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。,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。,硬基體軟質(zhì)點(diǎn)合金,1. 銅基軸承合金（鉛青銅）,是以鉛為基本元素的銅基合金。常見(jiàn)牌號(hào)：ZCuPb30合金組織：Cu+Pb，Cu為基體，粒

44、狀Pb為軟質(zhì)點(diǎn)。特點(diǎn)：高耐磨性，高耐疲勞性，高導(dǎo)熱性，低的摩擦系數(shù)，工作溫度高（300~320℃）適于在高速，重載，高溫下工作的滑動(dòng)軸承,2. 高錫鋁基合金,wSn=20%， wCu=1%，其余Al合金中鋁為硬基體，其上均勻分布著軟的球狀錫質(zhì)點(diǎn)。特點(diǎn)：常與低碳鋼板一起軋制成雙金屬材料后使用，均勻承載能力較強(qiáng)，工作壽命長(zhǎng)。,第四節(jié) 硬質(zhì)合金與粉末冶金,一、粉末冶金成形工藝,定義：是直接采用金屬粉末或金屬與非金屬粉作原料，通過(guò)配料、

45、壓制成形、燒結(jié)和后處理等工藝過(guò)程而制成的材料。,特點(diǎn)：不熔煉，少、無(wú)切削的精密零件成形加工技術(shù),原料粉末制取,坯體燒結(jié),壓 制,原料準(zhǔn)備：粉末退火，混合，篩分，制粒，加潤(rùn)滑劑,粉末退火的作用：①還原氧化物；②降低碳和其他雜質(zhì)的含量；③提高粉末純度。,退火溫度選在金屬粉末熔點(diǎn)的0.5~0.6倍處。,混合有機(jī)械法和化學(xué)法，常用的是機(jī)械法。,篩分的目的是將不同顆粒大小的原始粉末進(jìn)行分級(jí)，而使粉末能夠按照粒度分成大小范圍更窄的若干等級(jí)。,制

46、粒是將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒。目的是改善粉末的流動(dòng)性，使粉末能夠順利地充填模腔。制粒的方法有普通造粒，加壓造粒和噴霧干燥法。,壓制成形：是將配置好的粉末原料放入模具中加壓使之變形甚至顆粒破碎，借助原子力與機(jī)械咬合作用使制件結(jié)合為一定尺寸、形狀并具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的壓坯。,壓制成形,,普通模壓法：將金屬粉末或混合粉末裝在壓模內(nèi)，通過(guò)壓機(jī)成形,特殊方法成形：指各種非模壓成形，包括靜壓成形，擠壓成形，注漿及熱壓鑄成形。,,壓坯要放入保護(hù)氣

47、氛爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，使其具有最終的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。有時(shí)為了改善制件的力學(xué)性能，還要進(jìn)行一些后處理，如表面淬火，浸漬、熔碳等。,燒結(jié)時(shí)要注意的是燒結(jié)溫度要低于主要組員的熔點(diǎn)，并適當(dāng)進(jìn)行保溫。,二、粉末冶金的應(yīng)用,在普通機(jī)器制造業(yè)中用作減摩材料，結(jié)構(gòu)材料，摩擦材料及硬質(zhì)合金；在其他工業(yè)中用來(lái)制造難熔金屬（高溫合金，鎢絲），特殊電磁性能材料（硬、軟磁材料，電器觸頭），過(guò)濾材料（空氣，水，液體燃料等）等；當(dāng)個(gè)組員的密度相差懸殊的時(shí)候，用粉

48、末冶金法來(lái)制取合金；還有一些材料用其他方法很難制取，如活性金屬。,三、硬質(zhì)合金,定義：硬質(zhì)合金是一種或幾種高熔點(diǎn)碳化物粉末為主要成分，加入起粘結(jié)作用的金屬粉末，經(jīng)混合加壓成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉末冶金產(chǎn)品。,主要用來(lái)制造高速切削的刃具、冷作或熱作模具、量具以及不受沖擊與振動(dòng)的高耐磨零件。,刃具,量具,1、性能特點(diǎn)：,1）高硬度，高熱硬性，高耐磨性。,2）高彈性模量，高抗壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度低。,3）好的耐蝕性和抗氧化性，較小的線膨脹系數(shù)，

49、導(dǎo)熱性差,2、分類(lèi)及表示方法,（1）鎢鈷類(lèi)：主要成分是WC及鈷，牌號(hào)表示用“硬”、“鈷”拼音首字母YG+wCo%，如YG6表示Co含量為6%，其余為WC的鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金。,（2）鎢鈷鈦類(lèi)：主要成分是WC、TiC及鈷，牌號(hào)表示用“硬”、“鈦”拼音首字母YT+wTiC%，如YT5。,（3）鎢鈷鉭（鈮）類(lèi)：主要成分是WC、TiC、TaC（NbC）及鈷，牌號(hào)表示用“硬”、萬(wàn)能硬質(zhì)合金的“萬(wàn)”拼音首字母YW+順序號(hào)，如YW1。,GB/T2075-

50、1998規(guī)定切削加工用硬質(zhì)合金按切屑排出形式及加工對(duì)象的范圍可分為P、M、K三類(lèi)。此外根據(jù)被加工材料的材質(zhì)及適應(yīng)的加工條件不同，再將各合金分組，由P、M、K加一組數(shù)字，同類(lèi)中，數(shù)字越大其耐磨性越差韌性越高。見(jiàn)教材P148表6-7.,由各種鋼粉末與粘結(jié)劑制作的硬質(zhì)合金稱(chēng)為鋼結(jié)硬質(zhì)合金。,特點(diǎn)：碳化物粉末的含量少得多，韌性好，是一種介于鋼與一般硬質(zhì)合金直接按的工程材料。淬火和低溫回火后硬度達(dá)66~77HRC，具有高耐磨性、高強(qiáng)度、抗氧化性和