模块十非铁合金.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,金属材料与热处理,2015,Apr,20th,Heat Treatment,大连理工大学出版社,金属材料与热处理,编写组,模块十 非铁合金,钢和铁通常称为铁合金，钢铁以外的其他金属材料统称为非铁金属材料或有色金属材料，它们的合金称为非铁合金，,非铁合金,是除了钢铁之外的其他金属与合金的总称。,非铁合金种类繁多，应用各异。非铁金属材料约占金属材料总产量的,5%,左右，处于补充地位，但非铁金属材料的作用却是其他材料无法代替的。近年来，随着航空、航海、汽车、石油 化工及空间技术等工业的发展，非铁金属材料的应用越来越多。,例如,在航空、航海等交通运输工业中，为了提高运载能力和速度，要求材料强度高、密度小。再如，目前的汽车工业正向着节能、高速的方向发展，这就要求汽车减轻自重。此外，铜合金、钛合金具有很好的耐腐蚀性，适于制造石油化工工业中的耐酸、耐碱的化工零件。非铁金属结构的焊接也引起人们越来越多的关注。机械制造工业中常用的铝合金、铜合金、轴承合金以及目前正大力发展的钛合金和镁合金都是非铁合金。,铝合金,铝具有一系列比其他非铁金属、钢铁和塑料等更优良的特性，如密度小，仅为,2.7g/cm3,，约为铜或钢的,1/3,；优良的导电性、导热性；良好的耐蚀性；优良的塑性和加工性能等。,但纯铝的力学性能不高，不适合做承受较大载荷的结构零件。为了提高铝的力学性能，在纯铝中加入某些合金元素，制成铝合金。,铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多，经热处理后铝合金的力学性能可以和钢铁材料相媲美。,铝合金,一、铝合金的分类,铝合金中常加入的元素为,Cu,、,Zn,、,Mg,、,Si,、,Mn,以及稀土（,RE,）等。这些合金元素在固态铝中的溶解度一般都是有限的，所以铝合金的组织中除了形成铝基固溶体外，还有第二相出现。以铝为基体的二元合金大都按共晶相图结晶。加入的合金元素不同，在铝基固溶体中的极限溶解度也不同，固溶度随温度变化以及合金共晶点的位置也各不相同。,铝合金,一、铝合金的分类,根据成分和加工工艺特点，铝合金可分为,变形铝合金,和,铸造铝合金,。,变形铝合金又可分为两类,:,不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金,1,变形铝合金,2,铸造铝合金,3,不能热处理强化的铝合金,4,能热处理强化的铝合金,铝合金分类示意图,铝合金,二、铝合金的热处理,将能热处理强化的铝合金加热到,相区，保温后在水中快冷，得到过饱和的,固溶体，这种热处理工艺称为铝合金的,固溶处理,。,固溶处理后的铝合金，其强度、硬度并没有明显提升，而塑性却显著改善。只有在室温下停留相当长的时间，它的强度、硬度才显著提高，同时塑性下降。,固溶处理后，铝合金的力学性能随时间而发生显著变化的现象称为,时效,或,时效强化,。,铝合金,室温下进行的时效称为,自然时效,，加热条件下进行的时效称为,人工时效,。,人工时效温度越高，时效强化过程越快，但温度过高，铝合金强化 后所得到的最高强度值越低，强化效果越差。,铝合金热处理强化的方法是固溶处理,+,时效。,铝合金,三、变形铝合金,1.,变形铝及铝合金的牌号表示方法（,GB/T 164742011,）,变形铝合金采用四位字符体系牌号命名。四位字符体系牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母 （,C,、,I,、,L,、,N,、,O,、,P,、,Q,、,Z,字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别：,1,：纯铝（铝含量,99.00%,）,2,：以铜为主要合金元素的铝合金,3,：以锰为主要合金元素的铝合金,4,：以硅为主要合金元素的铝合金,5,：以镁为主要合金元素的铝合金,6,：以镁和硅为主要合金元素 并以,Mg 2 Si,相为强化相的铝合金,7,：以锌为主要合金元素的铝合金,8,：以其他合金元素为主要合金元素的铝合金,9,：备用合金组,铝合金,牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅用来区别同一组中不同的铝合金。牌号第二位的字母表示原始铝合金的改型情况，,A,表示原始铝合金，,B,Y,表示原始铝合金的改型合金。,铝合金,2.,常用变形铝合金,（,1,）不能热处理强化的铝合金,又称为,防锈铝合金,，旧牌号为,LF,。防锈铝合金包括,Al-Mn,和,Al-Mg,两个合金系。防锈铝合金牌号用“,3A”,或“,5A”,加一组顺序号表示。常用的防锈铝合金有,3A21,（,LF21,）、,5A02,（,LF2,）、,5A03,（,LF3,）等。这类合金具有优良的抗蚀性，良好的焊接性和塑性，适合于压力加工和焊接。但这类合金只能用冷变形来强化。防锈铝合金切削性差，故适合于制作焊接管道、容器、铆钉、各种生活用具及其他冷变形零件。,铝合金,（,2,）能热处理强化的铝合金,能热处理强化的铝合金是通过淬火、时效等工艺提高其力学性能。铝合金经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊接性较差。熔化焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力学性能（主要是抗拉强度）严重下降。能热处理强化的铝合金包括硬铝合金（旧牌号为,LY,）、超硬铝合金（旧牌号为,LC,）、锻铝合金（旧牌号为,LD,）等,。,硬铝合金：,硬铝合金属于,Al-Cu-Mg,系合金，硬铝合金的牌号用“,2A”,加一组顺序号表示。这类铝合金具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的强度、硬度以及优良的加工性能和耐热性，但塑性、韧性低，耐蚀性差，常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨、铆钉及蒙皮等。常用硬铝合金有,2A01,（,LY1,）、,2A10,（,LY10,）、,2A11,（,LY11,）、,2A12,（,LY12,）等。其中,2A12,是使用最广泛的铝合金。,铝合金,超硬铝合金,：超硬铝合金属于,Al-Zn-Cu-Mg,系合金，其牌号用“,7A”,加一组顺序号表示。超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度值达,500,700 MPa,，超过高强度硬铝,2A12,合金，故称为超硬铝合金。这类铝合金强度高，具有良好的工艺性能，是飞机工业中重要的结构材料。但超硬铝合金耐蚀性差、疲劳极限低、塑性和焊接性差。为提高合金的耐蚀性能，一般在板材表面包铝。常用的超硬铝合金有,7A03,（,LC3,）、,7A04,（,LC4,）、,7A09,（,LC9,）等。,锻铝合金：,锻铝合金属于,Al-Mg-Si-Cu,系合金，这类合金具有良好的热塑性，主要用于制作外形复杂的锻件，故称为锻铝合金。锻铝合金的力学性能与硬铝合金相近，但热塑性及耐蚀性较高，更适合锻造，主要用于制造航空仪表工业中形状复杂、强度要求高的锻件。锻铝合金的牌号用“,6A”,或“,2A”,加一组顺序号表示。常用的锻铝合金有,6A02,（,LD2,）、,2A14,（,LD10,）等。,铝合金,3.,变形铝合金的热处理,退火,：为了消除冷变形产生的残余应力，铝合金可进行去应力退火，其加热温度一般为,200,300,。为了消除加工硬化，可进行再结晶退火，加热温度应在再结晶温度以上，一般为,350,415,。,淬火与时效：,淬火与时效是铝合金的最后热处理。变形铝合金的淬火温度较低，一般在,500,左右，且淬火温度范围很窄，波动范围为,5,15,。形状简单、尺寸小的零件用,10,30,水冷，形状复杂的零件用,60,80,的热水冷却。一般硬铝合金用自然时效，时间为,4,天以上；超硬铝合金及锻铝合金一般用人工时效。,回归处理：,对自然时效后的铝合金，为了恢复其塑性，以利于继续加工或适应返修的需要，可进行回归处理，即重新加热到,200,270,，短时保温，使强化相重新溶入,固溶体，然后在水中急冷，可使铝合金恢复塑性。,铝合金,四、铸造铝合金,1.,铸造铝合金的牌号（,GB/T1173-2013,铸造铝合金）,铸铝牌号由,ZAl+,合金元素符号,+,该元素百分含量组成。,当合金化元素多于两个时，合金化元素符号按其名义百分含量递减的次序排列，当名义百分含量相等时，则按元素符号字母顺序排列。,铝合金,除基体元素的名义百分含量不标注外，其他合金化元素的名义百分含量均标注于该元素符号之后。当合金化元素含量规定为大于或等于,1%,的某个范围时，采用其平均含量的修约化整值。必要时也可用带一位小数的数字标注。合金化元素含量小于,1%,时，一般不标注。,对杂质限量要求严、性能高的优质合金，在牌号后面标注大写字母“,A,”。,铝合金,铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首位字母“,ZL”,加三位数字表示，第一位数字表示合金的系别，第二位和第三位数字表示合金的顺序号。,ZL1,：,Al-Si,系合金,ZL2,：,Al-Cu,系合金,ZL3,：,Al-Mg,系合金,ZL4,：,Al-Zn,系合金,例如,ZL102,表示,2,号,Al-Si,系铸造合金。,铝合金,2.,常用铸造铝合金,（,1,）铸造铝硅合金：,ZL101,铸件强度较高，用于制作飞机仪器上的零件和工作温度低于,185,的汽化器等。,ZL104,合金在铸造铝硅合金中是强度最高的，经过金属铸造后,5355,固溶、,3,5 h,水冷、,1755,人工时效,3,10 h,后，其抗拉强度为,235MPa,，断后伸长率为,2%,。它可以制造工作温度低于,200,的高负荷、形状复杂的工件，如发动机气缸体、发动机机壳等,。,铝合金,ZL108,铸件致密，常温及高温强度高，常用于制造要求高温强度及低膨胀系数的零件，如高速内燃机活塞、耐热零件等。,ZL109,中的,Ni,可以提高合金的高温强度及热稳定性。体积稳定性好，是现在汽车发动机上应用最广泛的活塞材料。,铝合金,（,2,）其他铸造铝合金,铸造铝合金,的种类很多，除了铸造铝硅合金外，还有,Al-Cu,（,ZL201,）、,Al-Mg,（,ZL301,）、,Al-Zn,（,ZL401,）等合金。,ZL201,是典型的铸造铝铜合金，具有较高的耐热强度。它适于制造内燃机气缸盖、活塞 等高温（,300,以下）条件下工作的构件。,ZL301,是典型的铸造铝镁合金，具有较好的耐蚀性能。它适于制造泵体、船舰配件等大气或海水中工作的构件。,ZL401,是典型的铸造铝锌合金，具有较高的强度。它适于制造汽车、飞机上形状复杂的构件。,铝合金,3.,铸造铝合金的热处理,（,1,）退火：,不能通过热处理强化的铸造铝合金只进行消除铸造应力和机械加工过程中引起的加工硬化的退火。退火温度一般为,280,300,，保温,2,4 h,。经固溶处理和时效处理的铸造铝合金也可进行软化退火，一般加热到,29010,，保温,3,5 h,后出炉空冷。,（,2,）固溶处理,：温度选择要比最大溶解度温度略低一些，以防止合金过热。保温时间要比变形铝合金长，一般为数小时至数十小时，以防止粗大的过剩相不能完全溶解。冷却时水温应控制在,60,100,范围内，以防止冷却速度过快，导致零件变形或开裂。,铝合金,（,3,）时效,：自然时效,1,2,个月才能使合金的强度接近最大值，因此常采用人工时效，人工时效后均在空气中冷却。,出于不同的应用目的，人工时效工艺也有所区别。有完全人工时效，以获得最大的强化效果为目的,;,不完全人工时效，以获得较高的塑性、保持一定程度的强化效果为目的,;,稳定化时效，以获得良好的稳定组织和性能为目的。,铜合金,铜及铜合金是人类历史上使用最早的金属材料之一。由于铜具有优良的性能及美丽的色泽，而被广泛用于电缆、电器和电子设备的导电材料、各种热交换器的传热材料、建筑材料 以及装饰品等。随着科学技术的发展，其使用范围不断扩大。纯铜尽管有很多可贵的性能，但它的强度低，导电导热性、弹性和切削性能远远满足不了工业发展的需要。因此，铜合金得到了广泛的应用。铜合金按化学成分可分为黄铜、青铜 和白铜三大类。,铜合金,一、黄铜,黄铜,是以锌为主要元素的铜合金。,最简单的黄铜是铜锌二元合金，简称,普通黄铜,。,在铜锌二元合金基础上加入其他合金元素的黄铜，称为,特殊黄铜,。,黄铜按其生产工艺可分为,压力加工黄铜,和,铸造黄铜,。,铜合金,1,.,普通黄铜,（,1,）普通黄铜的牌号,普通黄铜的牌号,：,H+,数字，数字表示铜含量。例如，,H62,表示含,62%Cu,、,38%Zn,的普通黄铜。,（,2,）普通黄铜的组织,铜锌二元合金主要有,、,、,相,。,相是锌在铜中的固溶体，,固溶体有良好的力学性能和冷、热加工性。,相是以,CuZn,为基体的固溶体，当温度降到,456,468,时，,相发生有序化转变，得到,有序相。高温无序的,相塑性好，而有序的,相难以冷变形，所以含,相的黄铜只能采用热加工 成形。,相是以电子化合物,Cu5Zn8,为基体的固溶体，硬且脆，难以进行塑性加工。,铜合金,（,3,）普通黄铜的性能,随着,Zn,含量的增加，黄铜的导电、导热性及密度降低，而线膨胀系数提高。,当,Zn,含量小于,32%,时，锌完全溶于,固溶体中，起固溶强化作用。黄铜的强度和塑性随,Zn,含量的增加而升高，直到,30%,时，黄铜的断后伸长率达到最高值。当,Zn,含量超过,32%,时，由于合金组织中出现了脆性的,相，使塑性下降，而强度继续增高。在,Zn,含量为,45%,时强度达到最大值。再增加,Zn,含量，则全部组织为,相，导致脆性增加，强度急剧下降。所以，工业用黄铜的锌含量均小于,50%,。,铜合金,单相,黄铜,具有良好的塑性，能承受冷、热加工。但黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性，一般在,200,700,。因此，热加工时温度应高于,700,。,双相,(+),黄铜,，由于,相在室温下脆性很大，冷变形能力很差，但加热到有序化温度以上，,相转变为,相，具有良好的塑性变形能力。因此，双相,(+),黄铜适宜于热加工，故又称为热加工黄铜。,铜合金,2.,特殊黄铜,为了改善和提高黄铜的耐蚀性能、力学性能和切削加工性能等，可在普通黄铜中加入少量的,Si,、,Al,、,Pb,、,Sn,、,Mn,、,Fe,和,Ni,等元素形成特殊黄铜。,（,1,）特殊黄铜的牌号,特殊黄铜的牌号用字母“,H”+,主添加元素的化学符号,+,铜含量,+,添加元素的含量表示。例如，,HMn58-2,表示含,58%Cu,、,2%Mn,的特殊黄铜。,铜合金,（,2,）锡,黄铜,锡黄铜是在普通黄铜中加入,0.5%,1.5%,的,Sn,所形成的。,Sn,可提高合金的强度和硬度以及在海水中的耐蚀性，此外还能改善黄铜的切削加工性能。锡黄铜主要以管材、棒材、板材形式大量用于舰艇制造工业，如冷凝管、船舶零件、船舰焊接件的焊条等，故有海军黄铜之称。但其有应力腐蚀破裂倾向，可采用低温（,440,470,）退火提高应力腐蚀抗力。常用的锡黄铜有,HSn62-1,等。,铜合金,（,3,）硅黄铜,在普通黄铜中加入,1.5%,4%,的,Si,所形成的。硅黄铜能显著提高黄铜在大气及海水中的耐蚀性能以及应力腐蚀破裂抗力，改善合金的铸造性能，并能与钢铁焊接。,HSi80-3,硅黄铜显微组织为,+,，它具有较高的力学性能和优良的耐蚀性能，适宜冷、热加工或压铸，而且在超低温（,-183,）时仍具有较高的强度和韧性，主要用于舰船制造和其他工业中的耐蚀零件和接触蒸汽的配件的制造等。,（,4,）铅黄铜,铅黄铜分单相,及双相,+,两类，,HPb74-3,是单相,铅黄铜，,Pb,呈细小质点分布在晶界,;,，,铅黄铜有足够高的强度、耐磨性和耐蚀性以及良好的切削加工性能，因此，适用于冷变形和切削加工，可用于制造钟表机芯的基础部件以及汽车、拖拉机等机械零件，如衬套、螺钉、电器插座等。而,HPb59-1,是双相（,+,）铅黄铜。,HPb59-1,为易切削黄铜，其强度高、热加工性能好，适用于制造各种零件和标准件。,铜合金,（,5,）锰黄铜,锰黄铜是在黄铜中加入一定量的、有细化晶粒作用的锰所形成的。它能在不降低塑性的条件下提高合金的强度、硬度和在海水及热蒸汽中的耐蚀性。因而，锰含量为,1%,4%,的锰黄铜得到了广泛的应用。例如，,HMn58-2,用于制造海船零件及电信器材。,铜合金,3.,铸造黄铜,铸造黄铜的牌号,：,ZCu+,主加元素化学符号及其含量。,例如,，,ZCuZn38,表示,Cu,为基体元素，,Zn,为主要合金元素，“,38”,为锌的平均含量，即表示含,38%Zn,的铸造黄铜。,铸造黄铜有良好的铸造性能，即流动性高，偏析倾向小，适用于铸造复杂和精致的铸造制品。,常用铸造黄铜有,ZCuZn38,、,ZCuZn25Al6Fe3Mn3,、,ZCuZn40Mn3Fe1,。,ZCuZn38,用于制造一般结构件及耐蚀零件；,ZCuZn25Al6Fe3Mn3,、,ZCuZn40Mn3Fe1,广泛用于造船等工业，,ZCuZn40Mn3Fe1,锰黄铜可用于制造螺旋桨。,铜合金,4.,黄铜的热处理,由于铜无同素异构转变，且铜锌二元合金相图中铜的溶解度随温度降低而增大，故普通黄铜不能热处理强化。黄铜的热处理主要采用再结晶退火和去应力退火。,（,1,）再结晶退火：,可分为中间再结晶退火和最终再结晶退火。中间再结晶退火的目的是消除冷变形强化，恢复塑性，以利于下一道冷加工工序的进行。最终再结晶退火是指成品最终一次退火，其目的是使产品的性能满足使用条件和要求，改善再结晶组织及均匀性。,（,2,）去应力退火：,去应力退火通常是在制品加工完成后进行的，主要作用是去除铸件、焊接件及冷成形制 品的内应力，以防止制品变形与开裂及提高弹性。,铜合金,二、青铜,青铜是人类历史上最早应用的一种合金。青铜最早指的是铜锡合金，但在工业上应用了大量的含,Al,、,Si,、,Be,、,Mn,和,Sn,的铜基合金，这些也称青铜。为了加以区别，通常把铜锡合金称为锡青铜（普通青铜），其他称为无锡青铜（特殊青铜）。,1.,青铜的牌号及表示方法：,青铜牌号的表示方法：,Q+,第一个主加元素的化学符号及其含量,+,其他合金元素的含量。,例如,，,QSn4-3,表示含,4%Sn,、,3%Zn,的锡青铜，,QAl5,表示含,5%Al,的铝青铜。,铸造青铜牌号：牌号前加,ZCu,。如,ZCuPb30,表示铸造铅青铜，,Pb,的含量为,30,%,铜合金,2.,锡青铜,以,Sn,为主加元素的铜合金，有较高强度、耐蚀性、良好的铸造性。,（,1,）锡青铜的组织及性能,铜锡二元合金主要有,、,等相。,相是,Sn,溶于铜中所形成的固溶体，具有良好的塑性，适用于进行冷、热压力加工，,相是,Cu30Sn8,化合物，室温极硬脆，不能进行塑性加工。,在一般铸造条件下，,Sn,含量小于,5%,6%,时，锡青铜的室温组织是树枝状单相,固溶体。强度随,Sn,含量增加而增加，当,Sn,含量大于,5%,6%,时，则出现,相，锡青铜的室温组织是,+,（,+,）共析体组织，锡青铜的塑性开始降低。当,Sn,含量大于,10%,时，锡青铜的塑性显著下降，只适宜铸造。当,Sn,含量大于,20%,时，由于出现过多的,相，使锡青铜变得很脆，强度也迅速下降。因此，工业上使用的锡青铜,Sn,的含量一般均在,3%,14%,之间,。,铜合金,锡青铜在大气、淡水、海水及高压过热蒸汽中的耐蚀性比纯铜及黄铜都高，但锡青铜在亚硫酸钠、氨水和酸性介质中极易被腐蚀。此外，锡青铜还具有良好的减摩性、抗磁性及低温韧性。广泛用于制造蒸汽锅炉、海船的铸件。,为了提高锡青铜的某些性能，常加入,P,、,Zn,、,Pb,等元素。其中，,P,可增加耐磨性,;Zn,改 善流动性,;Pb,主要是改善切削加工性。,铜合金,（,2,）常用锡青铜,按生产方法，锡青铜可分为压力加工锡青铜与铸造锡青铜两类。,压力加工锡青铜：适宜制造仪表上要求耐蚀及耐磨的零件、弹性件、抗磁件及机械中的轴承、轴套等。常用的锡青铜有,QSn4-3,、,QSn4-4.2-2.5,、,QSn6.5-0.1,、,QSn7-0.2,等。,铸造锡青铜：适宜铸造形状复杂但致密程度要求不高的铸件。这类合金是良好的减摩材料，并有一定的耐磨性，适宜制造机床中滑动轴承、蜗轮、齿轮等零件。常用的铸造锡青铜有,ZCuSn3Zn11Pb4,、,ZCuSn5Pb5Zn5,、,ZCuSn10P1,、,ZCuSn10Zn2,等。,铜合金,（,3,）锡青铜的热处理：,锡青铜通常不进行热处理强化。根据锡青铜的使用目的和加工方法，通常进行均匀化退火、再结晶退火和去应力退火。一般铸件通常加热到,625,725,，保温,1,6 h,进行均匀化退火，压力加工锡青铜在冷变形工序之间要进行中间再结晶退火，消除形变强化；用作弹性零件的锡青铜，进行去应力退火，退火温度为,250,300,。,铜合金,3.,铝青铜,铝青铜是以,Al,为主加元素的铜合金。铝青铜是特殊青铜的一种，是应用最广泛的一种铜合金，也是锡青铜的重要代用品。由于铝青铜的结晶温度范围窄，故集中缩孔大，铸造性能和焊接性能比较差，但能获得致密的、偏析小的铸件，故其力学性能比锡青铜高。铝青铜的耐蚀性高于锡青铜和黄铜，并有较高的耐热性。,为进一步提高铝青铜的性能，常加入,Fe,、,Mn,、,Ni,等合金元素。其中，,Fe,能细化晶粒，提高强度、硬度和韧性；,Mn,因固溶强化提高强度；,Ni,可提高其耐蚀性,。,铜合金,铝青铜用来制造强度、耐磨性要求较高且在大气、淡水、海水中具有一定耐蚀性能的弹性元件、耐磨零件等，如耐蚀的弹簧、齿轮、摩擦轮、蜗轮机构、轴承、轴套等。,常用的铝青铜有,QAl7,、,QAl9-4,、,QAl10-3-1.5,。,铜合金,4.,铍青铜,以,Be,为主加元素的铜合金。铍青铜中,Be,的含量为,1.6%,2.5%,，还可能加入少量的,Ni,、,Ti,、,Mg,等合金元素。,铍青铜通过淬火和时效，可以具有很高的强度（,Rm=1200,1500 MPa,）、硬度（,350,400HBW,）和弹性极限。此外，铍青铜导热性、导电性、低温性能优良，同时还有抗磁、受冲击时不产生火花等特殊性能,。,铜合金,铍青铜在工业上主要用来制造精密仪表、仪器中各种重要的弹性件、耐蚀耐磨零件（如钟表中的齿轮）、航海罗盘中的零件及防爆工具。一般铍青铜是以压力加工后淬火状态供应的，在工厂制成零件后，只需进行时效即可。但铍青铜价格较贵、工艺复杂，限制了它的使用。,常用铍青铜有,QBe2,、,QBe1.7,、,QBe1.9,、,QBe1.9-0.1,等,滑动轴承合金,滑动轴承是汽车及机床等机械制造工业中用于支承轴进行工作的零件。滑动轴承是由轴承体和其内侧的轴瓦组成的。轴瓦是包在轴颈外面的套圈，它直接和轴颈相接触。当轴高速旋转时，轴瓦除了和轴颈发生强烈摩擦外，还要承受轴颈传给它的周期性负荷，因此必然造成轴和轴承的磨损。轴是机器上最重要的零件，价格较贵，经常更换是不经济的，选择满足一定性能要求的材料来制造轴瓦，可以确保轴的最小磨损。,滑动轴承具有承压面积大、工作平稳、无噪音以及装拆方便等优点，所以目前应用也很广泛。,滑动轴承合金,一、轴承合金,用于制造滑动轴承轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金。,1.,轴承合金的性能要求,轴承合金应当耐磨并具有较小的摩擦系数，以减少对轴的磨损。为抵抗轴颈所施加的巨大周期性负荷，轴瓦材料应当有足够的强度及疲劳极限。轴承合金应具有足够的塑性和韧性，以抵抗冲击和振动，并改善轴和轴瓦的磨合性。轴承合金还应有良好的导热性和耐蚀性，以防止轴瓦和轴因强烈摩擦升温而发生咬合，并能抵抗润滑油的侵蚀,。,滑动轴承合金,若选用高硬度的金属做轴瓦，虽有小的摩擦系数，但却使轴颈受到了严重磨损,;,若选用软质金属，则虽能与轴很好磨合，但强度、硬度低，摩擦系数大，工作过程中将产生很大的热量，甚至可使某些低熔点金属熔化。因此，轴承合金应当兼有硬金属与软金属的性质，既具有较小的摩擦系数，又具有足够的硬度和较高的塑性。,滑动轴承合金,2.,轴承合金的组织特点,在合金组织中，如果在软基体上均匀分布一定大小的硬质点或在硬基体上均匀分布一定的软质点，就能满足轴承合金的上述性能要求。,当轴在轴承中运转时，软基体易于磨损而凹陷，而硬质点则凸出在软基体之上。这样，轴和轴瓦的接触面积减小，其间空隙可贮存润滑油，降低了轴和轴承的摩擦系数，减少了轴和轴承的磨损。软的基体可以承受冲击和振动并使轴和轴瓦能很好地磨合，而且偶然进入的外来硬质点也能被压入软基体内，不致擦伤轴颈。,滑动轴承合金,3.,常用轴承合金,常用的轴承合金有锡基、铅基及铝基轴承合金。,（,1,）锡基轴承合金,锡基轴承合金是以锡为基础，加入锑、铜等元素组成的合金，这类合金直接浇注成形。具有良好的减摩性、耐蚀性、导热性与韧性,其代号表示方法为“,ZCh”+,基体元素和主加元素符号,+,主加元素与附加元素的含量。如,:ZChSnSb11-6,表示锡基轴承合金，主加元素锑的含量为,11%,，附加元素铜的含量为,6%,，其余为锡。,常用还有,ZChSnPb12-4-10,、,ZChSnSb11-6,、,ZChSnSb8-4,等。,锡基轴承合金常用于最重要的轴承，如汽轮机、发动机、压气机等巨型机器的高速轴承。,滑动轴承合金,（,2,）铅基轴承合金,以铅,-,锑为基体，加入锡、铜等元素组成的轴承合金。铅基轴承合金的硬度、强度、韧性均较锡基轴承合金低，且摩擦系数较大，但价格较便宜。,铅基轴承合金的牌号表示方法与锡基轴承合金相同。例如,ZChPbSb16-16-2,表示铅为基本元素，主加元素锑的含量为,16%,，附加元素锡的含量为,16%,，铜的含量约为,2%,，其余为铅。,常用铅基轴承合金还有,ZChPbSb15-10,、,ZChPbSb15-5-3,、,ZChPbSb15-5,等。,铅基轴承合金常用来制造承受中、低载荷的中速轴承，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆轴承及电动机轴承。,滑动轴承合金,（,3,）铝基轴承合金,铝基轴承合金是,20,世纪,60,年代发展起来的一种减摩材料。常用的铝基轴承合金的基本元素是铝，锡为主加元素。由于锡在铝中的溶解度极小，故其实际组织为硬的铝基体上分布着软的粒状锡质点。,特点是原料丰富，价格便宜，导热性好，疲劳极限与高温硬度较高，能承受较大的压力与速度，但它的膨胀系数较大，抗咬合性不如巴氏合金（锡基与铅基轴承合金）。由于它的一系列优良性能，我国已逐步推广用铝基轴承合金代替锡基、铅基及铜基轴承合金，,铝基轴承合金用于制造高速、重载的发动机轴承，目前已在汽车、拖拉机和内燃机车上广泛使用。,钛及其合金,钛是银白色金属，熔点,1668,，密度,4.5g/cm3,，钛固态下具有同属异构转变，,882,以下钛形成具有六方点阵的,-Ti,，,882,以上钛形成体心立方点阵的,-Ti,。,钛与氧和氮形成稳定性、致密性极高的氧化物和氮化物保护膜。因此，钛在低温和高温气体中具有极高的耐蚀性。钛在淡水和海水中具有极高的耐蚀性。钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢和镍基合金都好。钛在室温下对不同浓度的硝酸、铬酸均有极高的稳定性，在碱溶液和大多数的有机酸和化合物中耐蚀性也都很高。但钛在任何浓度的氢氟酸中，均能迅速溶解,。,钛及其合金,钛具有很高的强度和比强度，塑性很好，延伸率达,50,70%,，断面收缩率,85%,。,钛的化学活泼性极高，易与氧、氢、氮和碳等元素形成稳定的化合物，给钛的冶炼技术造成巨大的困难，因此，成为钛及钛合金应用的瓶颈。,钛及其合金,工业纯钛中含有氧、氢、氮和碳等杂质元素，工业纯钛的强度不高，但具有优良的塑性和冲击韧度，以及很好的耐蚀性，特别是抗海水腐蚀性好，在海水中工作五年基本上不被腐蚀。同时还具备优良的焊接性，可以进行各种焊接，其焊缝强度可达基体强度的,90%,。但钛的焊接应在惰性气体的保护下进行焊接，以免在高温下被氧、氮、氢、碳等杂质污染而变脆。,工业纯钛主要是以棒材、管材、板材和挤压型材供应，用于飞机、船舶、化工以及海水淡化方面，制造各种零部件以及制造在,350,以下工作的耐热零件，如热交换器等。,钛及其合金,一、钛合金的分类、牌号,一般钛合金按,稳定元素的含量和退火状态的组织不同，可分为三类：,1.,型钛合金,：这类钛合金不含或只含极少量的,稳定元素，退火状态的组织为单相的,固溶体或,固溶体加微量的金属化合物。,2.,型钛合金：,这类钛合金中含有,稳定元素，其总量大于,17%,。退火或淬火状态得到单相的,固溶体组织。,3.,型钛合金：,这类钛合金含,稳定元素较高，总量为,26%,，一般不超过,8%,。退火组织为,固溶体。,钛及其合金,钛合金的牌号,（,GB/T3620.1-2007,标准,）,1.,型钛合金：,牌号用“,TA+,序号”表示，如,TA1,、,TA8,等；如果要求杂质含量更低则按“,TA+,序号,+-1”,表示，如,TA1-1,、,TA8-1,、,TA9-1,、,TA24-1,等；如果要求杂质含量超低，即超低间隙钛合金则按“,TA+,序号,+EL1”,表示，如,TA1EL1,、,TA2EL1,、,TA3EL1,、,TA4EL1,等。,型钛合金是牌号最多的钛合金，共,35,个牌号。,2.,型钛合金,：牌号用“,TB+,序号”表示，如,TB2,、,TB3,、,TB4,、,TB5,、,TB6,、,TB7,、,TB8,、,TB9,、,TB10,、,TB11,共,10,个牌号，其中,TB10,是高强高韧钛合金；,TB11,是生物用钛合金。,3.,型钛合金,：牌号用“,TC”,加顺序号表示，如,TC1,、,TC4EL1,、,TC10,、,TC22,、,TC26,共,23,个牌号。其中,TC4EL1,是超低间隙钛合金；,TC26,生物用钛合金。,钛及其合金,二、常用钛合金,1,、,型钛合金：,型钛合金不能热处理强化，通常在退火状态下使用。具有良好的热稳定性、热强性、优良的焊接性，在惰性气体保护下可以进行各种方法的焊接。但室温强度较低，而且由于,型钛合金具有六方晶格构造，塑性变形时滑移系少，故塑性变形能力较其他类型钛合金差。,TA5,、,TA6,主要用作钛合金的焊丝材料。,TA7,合金的热塑性、焊接性、热强性和热稳定性较好，可制造在,500,以下长期工作的零件。,TA8,合金的室温及高温力学性能都比,TA7,合金高，能在,500,长期工作，可用于制造发动机压气机盘和叶片等零件,。,钛及其合金,2,、,型钛合金：,型钛合金在淬火状态具有很好塑性，可以冷成型，板材能连续生产，淬火时效后具有很高的强度，焊接性好以及在高的屈服强度下具有高的断裂韧性值，但热稳定性差。,型钛合金可制造螺栓、铆钉、冷轧板材、带材等，用作宇航工业结构材料。,钛及其合金,3,、,+,型钛合金：,具有较高的力学性能和优良的高温变形能力，可进行各种热加工，并能通过淬火和时效处理，使合金的强度大幅度提高。但热稳定性较差，焊接性能不如,钛合金。,TC1,和,TC2,合金热处理不能强化，通常只在退火状态下使用。强度比工业纯钛高，可作低温材料使用。,TC3,、,TC4,和,TC10,合金具有良好的综合力学性能，没有脆性的第二相，组织稳定性高，能在较宽的温度范围使用，应用广泛。如,TC4,合金用作火箭发动机外壳、航空发动机压气机盘和叶片、结构锻件和紧固件等,。,钛及其合金,4,、低温用钛合金：,钛和钛合金具有极高的低温稳定性，在低温下能保持高塑性、韧性，可用作低温和超低温工作的结构材料。专用的低温用钛合金有,TA7,（,Ti-5Al-2.5Sn,低氧,),和,TC4,（,Ti-6Al-4V,低氧）两个牌号，其中,TA7,合金使用温度可达,-253,，用于制作宇宙飞船中的液氢容器等。,TC4,使用温度低至,-196,，可用于制作低温高压容器，如导弹贮氦气的球状高压容器等。,镁合金,镁的密度只有,1.74g/cm3,，熔点为,6501,，镁具有密排六方点阵结构，无同素异构转变，所以冷塑性变形能力很差。纯镁的强度不高，为,115 MPa,左右，大致与纯铝差不多。镁具有很高的化学活泼性，室温下能与空气中的氧起作用形成很脆且不致密的氧化膜，故镁在潮湿的空气中，特别在盐水中的耐蚀性很差，但镁在氢氟酸水溶液和碱类以及石油产品中具有比较高的耐蚀性。,工业纯镁的牌号用“,Mg+,数字”表示，数字代表镁的质量分数。纯镁的主要用途是用于制造镁合金、合金添加剂以及用在烟火、化学和石油等部门。,镁合金,一、镁合金的分类、牌号,镁合金分为变形镁合金和铸造镁合金两类。,变形镁合金牌号以“字母,+,数字,+,字母”的形式表示，前面的字母是其最主要的合金组成元素代号，其后的数字表示其最主要的合金组成元素的大致含量。最后的字母为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的不同合金。例如,AZ91D,牌号，,A,代表含量最高元素为铝；,Z,代表含量次高元素为锌；,9,代表铝大致含量,9%,；,1,代表锌含量小于,1%,；,D,标识代号,。,镁合金,铸造镁合金牌号由“,ZMg+,合金元素符号及其名义百分比含量,+,合金元素符号及其名义百分比含量,+”,表示。如果合金元素的名义百分含量不小于,1,，该数字用整数表示；如果合金元素的名义百分含量小于,1,，一般不标数字。在牌号中主要合金元素按名义百分含量的递减次序排列：当名义百分含量相等时，按其化学符号字母顺序排列。,铸造镁合金的代号由字母“,ZM+,顺序号”表示。,镁合金,二、常用镁合金,常用的镁合金主要是镁,-,锰系，镁,-,铝,-,锌系和镁,-,钍系耐热镁合金。,1.,镁,-,锰系合金,该类镁合金具有优良的耐蚀性，无应力腐蚀倾向，焊接性能良好。,常用的有,M2M,和,ME20M,两种牌号。,M2M,合金只能用作在,150,以下工作的零件。主要用作生产板材、棒材、带材半成品及锻件，制造受力不大但要求高塑性、焊接性和耐蚀性的飞机零件。,ME20M,合金具有较高的高温强度，工作温度可达,200,，主要用于生产板材和带材以及冲压件，用作制造各种中等负荷的零件。,镁合金,2.,镁,-,铝,-,锌系合金,强度高，可以热处理强化，并具有良好的铸造性能。但耐蚀性不如镁,-,锰系合金好，屈服强度和耐热性较低，而且用作铸造合金时，铸件的壁厚对性能影响较大。,常用的有,AZ40,和,AZ41M,变形合金和,ZMgAl18Zn(ZM5),铸造合金三种牌号,。,镁合金,AZ40M,和,AZ41M,变形镁合金具有优良的热塑性变形能力和抗应力腐蚀性能，以及适中的焊接性，通常是在冷加工或退火状态下使用。主要用于生产形状复杂的锻件和热挤压棒材。,ZMgAl18Zn,具有较好的铸造性能和较高的力学性能，是目前广泛使用的一种铸造镁合金，由于铝含量较高，热处理强化效果较显著，故通常在热处理状态下使用。主要用作形状复杂的大型铸件和受力较大的飞机及发动机零件。,镁合金,3.,镁,-,锌,-,锆系合金,高强度镁合金，在室温下有很高的强度，特别是屈服极限很高，良好的耐蚀性、抗应力腐蚀稳定性、热加工工艺性。但铸造性不佳，焊接性较差。可以用作高强度铸造合金和变形合金。镁,-,锌,-,锆系合金均在热处理状态下使用。,常用的有,ZMgZn5Zr,、,ZMgZn4RE1Zr,和,ZK61M,等合金。,ZK61M,主要用于航空工业受力较大的零件，如机翼长桁,等,镁合金,ZMgZn5Zr,主要用在航空工业中，制造高强度、受冲击载荷大的零件，如飞机轮毂、轮缘、支架等。,ZMgZn4RE1Zr,主要用于航空工业中制造工作温度较高（,200,以下）的零件，如发动机机座、电机壳体等。,ZK61M,合金的热处理是在热加工后直接进行人工时效。铸造合金,ZMgZn5Zr,、,ZMgZn4RE1Zr,合金的热处理是在铸造后进行人工时效。,镁合金,4.,耐热高强度镁合金,随着喷气技术、宇宙航行、火箭以及导弹工业的发展，对镁合金提出了高耐热性、高强度、高耐蚀性以及优良的工艺性要求，耐热高强度镁合金得到了很大发展。,（,1,）,ZMgRE3ZnZr,合金,:,具有优良的耐热性，但室温强度低。加入少量的锆和锌提高了室温强度。,ZMgRE3ZnZr,合金具有良好的铸造性能，热裂倾向小，无显微疏松，气密性高，并且可用焊接。但室温力学性能仍然不高。一般在铸态或退火状态下使用。其退火目的是消除铸造应力，稳定铸件组织和尺寸而对力学能影响不大。主要用于制作在,250,以下工作的高气密性零件，如发动机增压机匣、压缩机匣及扩散器壳体等,。,