八有色金属.pptx

Contents8.1 铝及其合金铝及其合金18.2 铜及其合金铜及其合金28.3钛及其合金钛及其合金38.4 轴承合金轴承合金4l在工业生产中，通常在工业生产中，通常把铁及其合金称为把铁及其合金称为黑黑色金属色金属，把其他非铁，把其他非铁金属及其合金称为金属及其合金称为有有色金属色金属。l有色金属种类很多，有色金属种类很多，机械、仪表等工业中机械、仪表等工业中广泛使用铝、铜、钛广泛使用铝、铜、钛及轴承合金。及轴承合金。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼有色金属的产量和用有色金属的产量和用量不如黑色金属多，量不如黑色金属多，但由于其具但由于其具有许多优有许多优良的特性，如特殊的良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐电、磁、热性能，耐蚀性能和高的比强度蚀性能和高的比强度(强度与密度之比强度与密度之比)等，等，已成为现代工业中不已成为现代工业中不可缺少的金属材料可缺少的金属材料.材料材料材料材料占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比AlFe塑塑塑塑料料料料其其其其它它它它橡橡橡橡胶胶胶胶磁磁磁磁材材材材料料料料玻玻玻玻璃璃璃璃聚聚聚聚碳碳碳碳酸酸酸酸酯酯酯酯TiTi碳碳碳碳纤纤纤纤维维维维各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比l有色金属及其合金的牌号表示方有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一。法还不统一。l铸造有色金属牌号表示铸造有色金属牌号表示:Z+该金属元素符号该金属元素符号+纯度百分纯度百分含量数字。含量数字。如如ZAl99.5。l铸造有色合金的牌号为铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素主要合金元素符号及其名义百分含量数字符号及其名义百分含量数字+其其他合金元素符号及其百分含量数他合金元素符号及其百分含量数字。字。如如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6。铝铝锭锭铝及铝合金铝及铝合金的特点的特点：密度小，比强度高。密度小，比强度高。2.7g/cm3有优良的物理、化学性能有优良的物理、化学性能 导电性仅次于银、导电性仅次于银、铜、金。耐大气腐蚀，磁化率低。铜、金。耐大气腐蚀，磁化率低。加工性能良好：塑性好可冷成型；切削性加工性能良好：塑性好可冷成型；切削性能好；可热处理强化。铸造性能好。能好；可热处理强化。铸造性能好。8.1 铝及其合金铝及其合金8.1.1 工业纯铝工业纯铝l无同素异晶转变无同素异晶转变，f.c.c。l熔点熔点660，比重，比重2.7g/cm3，导电性和导热性好、抗蚀性，导电性和导热性好、抗蚀性好。好。l具有极好的塑性具有极好的塑性，延伸率达到，延伸率达到3050%，断面收缩率达到，断面收缩率达到80%，可进行各种加工、制成板材、箔材、线材、带材及，可进行各种加工、制成板材、箔材、线材、带材及型材，型材，l强度过低强度过低，适用于制造电缆、电器零件、装饰件及日常生，适用于制造电缆、电器零件、装饰件及日常生活用品。活用品。8.1.2 铝合金分类及时效强化 1.铝合金分类铝合金分类 铝合金常用：铝合金常用：AL-SiAL-CuAL-MgAL-MnAL-Zn等合金系。等合金系。主加元素：主加元素：Cu、Mn、Si、Mg、Zn辅加元素：辅加元素：Cr、Ni、Ti、Zr铝合金分类示意图铝合金分类示意图铝合金铝合金 淬火淬火固溶处理固溶处理固溶处理固溶处理仅造成过饱和仅造成过饱和无强化效果无强化效果 时效强化时效强化时效强化时效强化第第2 2相析出时强化相析出时强化钢钢淬火淬火马氏体强化马氏体强化固溶强化固溶强化 回火回火塑韧化塑韧化碳化物析出碳化物析出 2.铝合金的时效强化（热处理原理）铝合金的时效强化（热处理原理）固固固固 溶溶溶溶 处处处处 理理理理 将铝合金加热到固溶化温度，保温一将铝合金加热到固溶化温度，保温一定时间，迅速淬入水中，造成过饱和定时间，迅速淬入水中，造成过饱和强化。强化。时效时效时效时效 强化强化强化强化 将固溶处理后的铝合金，在室温或某将固溶处理后的铝合金，在室温或某一温度下放置一定时间，其机械性能一温度下放置一定时间，其机械性能随时间而发生显著变化。随时间而发生显著变化。Al4Cu合金合金固溶处理形成过饱和固溶处理形成过饱和相（相（相来不及相来不及析出，析出，相属于置换型固溶体，晶格畸相属于置换型固溶体，晶格畸变不严重，强化效果不明显）变不严重，强化效果不明显）加热固溶淬火过饱和时效析出1形成富铜区，且形成富铜区，且与与相共格，晶相共格，晶格畸变加剧，合格畸变加剧，合金强度、硬度开金强度、硬度开始升高始升高 2在富铜区中形成在富铜区中形成Cu原子有原子有序化析出过渡相序化析出过渡相相，此相，此时时仍与仍与相共格，在脱离相共格，在脱离共格过程中造成晶格畸形，共格过程中造成晶格畸形，位错运动受阻，宏观强度、位错运动受阻，宏观强度、硬度进一步提高。硬度进一步提高。3相成分达到相成分达到CuAl2，形成过，形成过渡相渡相，此时尚，此时尚未完全从母相中未完全从母相中脱离出来，强化脱离出来，强化达到峰值达到峰值4从从相过渡到稳相过渡到稳定的定的相，完全相，完全脱离母相，晶格脱离母相，晶格畸变消失，强化畸变消失，强化效果开始下降。效果开始下降。人工时效：加热，原子人工时效：加热，原子扩散能力强，第扩散能力强，第1、2阶阶段时间很短，可直接加段时间很短，可直接加入第入第3、4阶段阶段自然时效：原子扩散能自然时效：原子扩散能力不足常进行力不足常进行1、2阶阶段段Al-4Cu合金时效合金时效 自然时效自然时效不同温度的人工时效不同温度的人工时效l凡是具有时效强化的合金均有凡是具有时效强化的合金均有“回归回归”现象，现象，将时效强化后的铝合金，加热至将时效强化后的铝合金，加热至200280、短时间、短时间保温（几秒或几分），迅速入水冷却，时效强化效果保温（几秒或几分），迅速入水冷却，时效强化效果将消除，合金又重新软化，又可继续进行加工。将消除，合金又重新软化，又可继续进行加工。如再在室温下放置，则又能发生正常的自然时效，回如再在室温下放置，则又能发生正常的自然时效，回归现象可进行多次。归现象可进行多次。8.1.3 形变铝合金形变铝合金铝合金型材铝合金铆钉螺钉8.1.4 铸造铝合金铸造铝合金常用铸造铝合金常用铸造铝合金Al-Si ZL101 ZAlAl-Cu ZL201 ZAlAl-Mg ZL301 ZAlAl-Mn ZL401 ZAlAl-Si合金，合金，Si1013，其共晶点，其共晶点为为11.6%Si，铸造性能好，但共晶组，铸造性能好，但共晶组织粗大，加热变质剂，使相图共晶点织粗大，加热变质剂，使相图共晶点左移、获得初晶左移、获得初晶相细化共晶体相细化共晶体ZAL102变质前变质前ZAL102变质后变质后 发动机活塞常用铝合金制造，初始使用灰铸铁，发动机活塞常用铝合金制造，初始使用灰铸铁，1911年开始研制铝合金。年开始研制铝合金。1920年年Al-Cu-Ni-Mg系活塞研制成功投入使用，汽油机活塞系活塞研制成功投入使用，汽油机活塞11-16m/s、柴、柴油机活塞油机活塞6-8.5m/s。现在有四大系列，现在有四大系列，Al-Cu-Si系列（系列（Lautal）；）；Al-Cu-Ni-Mg（Y合金）；合金）；Al-Si-Ni-Mg（Lo-Ex合金）；过共晶合金）；过共晶Al-Si系（高硅合金）系（高硅合金）高铁铝硅合金铸造组织高铁铝硅合金铸造组织铝硅活塞合金铸造组织铝硅活塞合金铸造组织高硅活塞合金铸造高硅活塞合金铸造（热处理前）（热处理前）高硅活塞合金铸造高硅活塞合金铸造（热处理后）（热处理后）铝镁合金铸造组织铝镁合金铸造组织铝铜合金铸造组织铝铜合金铸造组织8.2 铜及其合金铜及其合金 铜及合金是应用广泛的有色金属之一，它具有以下特点：铜及合金是应用广泛的有色金属之一，它具有以下特点：（1）优异的物理、化学性能（）优异的物理、化学性能（2）良好的加工性（）良好的加工性（3）某些特殊机械）某些特殊机械性能（性能（4）色泽美观）色泽美观 8.2.1 纯铜（紫铜）纯铜（紫铜）纯铜呈紫红色，纯铜呈紫红色，f.c.c，熔点，熔点1083，无同素异晶转变，比重，无同素异晶转变，比重8.98g/cm3常用于制造导电体及配制合金。纯铜的强度不高（抗拉强度常用于制造导电体及配制合金。纯铜的强度不高（抗拉强度200-250Mpa）硬度低（硬度低（40-50HBS）；塑性好（延伸率）；塑性好（延伸率45-55%）不宜作结构材料。）不宜作结构材料。纯纯铜铜退退火火组组织织导电紫铜带厚壁紫铜管厚壁紫铜管薄壁紫铜管薄壁紫铜管紫铜管接头紫铜管接头紫铜镇尺紫铜镇尺紫铜香炉（大明宣德年制款）紫铜香炉（大明宣德年制款）8.2.2 铜合金铜合金 1 黄铜（黄铜（Cu-Zn合金）合金）压力加工黄铜和铸造黄铜压力加工黄铜和铸造黄铜压力加工黄铜：压力加工黄铜：H68、H70、H80等即七三黄铜（等即七三黄铜（Cu70%,Zn30%左右），为单相黄铜（左右），为单相黄铜（Zn39%），塑性好（），塑性好（Zn32%时延伸率最时延伸率最高），深冲性能好，适于冷冲、冷拉板材、线材等，有弹壳黄铜高），深冲性能好，适于冷冲、冷拉板材、线材等，有弹壳黄铜之称，也可热加工；之称，也可热加工；铸造黄铜：铸造黄铜：H62、H59等即六四黄铜，强度较好（等即六四黄铜，强度较好（Zn39-45时抗时抗拉强度最高），塑性差，在拉强度最高），塑性差，在456，塑性好，只适合热加工，常，塑性好，只适合热加工，常用作铆钉、螺帽、垫圈等。用作铆钉、螺帽、垫圈等。黄铜为铜和锌的合金，金属光泽由黄铜为铜和锌的合金，金属光泽由随锌含量增加由橙红色转为黄色。随锌含量增加由橙红色转为黄色。黄黄铜铜退退火火组组织织1980年年莫斯科莫斯科奥运会奥运会火炬火炬2000年年悉尼悉尼奥运会奥运会火炬火炬 8.2.2 铜合金 2、青铜（、青铜（Cu-Sn合金）合金）铸造、退火条件下，铸造、退火条件下，Sn5，（，（）共析体锡青铜。）共析体锡青铜。有一定强度、硬度、塑性，疲劳强度较高，耐磨、耐蚀性较好。有一定强度、硬度、塑性，疲劳强度较高，耐磨、耐蚀性较好。锡青铜机械性能随锡青铜机械性能随Sn含量变化，含量变化，Sn量增加，其强度增加。量增加，其强度增加。Sn7，出现，出现相，塑性下降相，塑性下降Sn20后，塑性、强度明显下降，失去应用价值。锡青铜在大气和海水后，塑性、强度明显下降，失去应用价值。锡青铜在大气和海水中耐蚀性较好。中耐蚀性较好。工业用锡青铜工业用锡青铜Sn314。Sn57为压力加工青铜，强度较高，塑性较好，为压力加工青铜，强度较高，塑性较好，HB180，用作弹簧、，用作弹簧、轴承衬、轴瓦等。轴承衬、轴瓦等。Sn1014为铸造锡青铜，强度、塑性较低，为铸造锡青铜，强度、塑性较低，HB90，青铜加入铅、铝，青铜加入铅、铝等还可构成铅青铜、铝青铜等多种青铜。等还可构成铅青铜、铝青铜等多种青铜。3、白铜（、白铜（Cu-Ni合金）合金）中间中间白色白色铜镍铜镍合金合金CU-Zn-Ni合金合金8.3 钛合金钛合金钛及其钛合金具有密度小，比强度高、耐高温、耐腐蚀以钛及其钛合金具有密度小，比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，应用广泛。但是及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，应用广泛。但是目前钛及钛合金加工条件复杂，成本较昂贵。目前钛及钛合金加工条件复杂，成本较昂贵。钛属于难熔稀有金属，熔点钛属于难熔稀有金属，熔点1672。1790年发现钛元素，年发现钛元素，20世纪世纪40年代末才建立钛生产工业。工业上采用镁或钠从金红石和钛铁矿中还年代末才建立钛生产工业。工业上采用镁或钠从金红石和钛铁矿中还原四氯化钛。这样的金属钛呈疏松多孔的海绵状，称为海绵钛。再经原四氯化钛。这样的金属钛呈疏松多孔的海绵状，称为海绵钛。再经自耗熔炼变成金属钛后再加工或铸造。自耗熔炼变成金属钛后再加工或铸造。金红石钛铁矿攀枝花钛矿钛的珍贵性在于比重小，强度高。钛比铁强韧的多，比重却仅为铁的一钛的珍贵性在于比重小，强度高。钛比铁强韧的多，比重却仅为铁的一半多点，而且不会生锈；钛比铝的比重大不足半多点，而且不会生锈；钛比铝的比重大不足2倍，但是强度是铝的倍，但是强度是铝的3倍，倍，而且耐热性远高于铝。钛合金的性能更加优良，钛合金的比强度（强度而且耐热性远高于铝。钛合金的性能更加优良，钛合金的比强度（强度/密度）是不锈钢的密度）是不锈钢的3.5倍，铝合金的倍，铝合金的1.3倍，镁合金的倍，镁合金的1.6倍。比强度是目倍。比强度是目前工业金属中最高的。钛合金在前工业金属中最高的。钛合金在540的比强度高于钢，这种优点首先应的比强度高于钢，这种优点首先应用于航空发动机。钛合金又能抗住用于航空发动机。钛合金又能抗住200低温而不破坏。钛合金是现代超低温而不破坏。钛合金是现代超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机等不可缺少的材料。音速飞机、火箭、导弹和航天飞机等不可缺少的材料。l美国美国F14A和和F15A飞机用钛及其它材料的比重：钛合金飞机用钛及其它材料的比重：钛合金25；铝合金铝合金3537.5；钢；钢175.5；复合材料；复合材料1.2；其它；其它30.2%。l钛合金作为耐热和耐蚀材料，在许多情况下可以替代镁合钛合金作为耐热和耐蚀材料，在许多情况下可以替代镁合金和铝合金，也可代替不锈钢。应用于化工、石油、发电、金和铝合金，也可代替不锈钢。应用于化工、石油、发电、冶金等部门。冶金等部门。l工业纯钛室温拉伸强度在工业纯钛室温拉伸强度在3570kg/mm2（Mpa）具有很高）具有很高的工艺塑性（延伸率的工艺塑性（延伸率30），适合冷态下加工成型为各种），适合冷态下加工成型为各种板材结构件和冲压件（飞机上受力不大的部件）。板材结构件和冲压件（飞机上受力不大的部件）。l焊接性能好。典型牌号是焊接性能好。典型牌号是TC1。工业上使用的钛合金具有。工业上使用的钛合金具有优良的塑性、容易锻造、压延和冲压，并可以淬火时效强优良的塑性、容易锻造、压延和冲压，并可以淬火时效强化。最常用的是化。最常用的是TC4（Ti6Al4V）等。）等。钛合金锻造模拟钛合金板、棒、线材钛合金生产各种钛合金零件钛合金与我们的生活8.4 轴承合金轴承合金 常用轴承：滚动轴承，承载能力较低，一般机械采用滑动轴承。常用轴承：滚动轴承，承载能力较低，一般机械采用滑动轴承。轴承合金是制造滑动轴承的轴瓦及内衬的材料。轴承支撑着轴，当轴旋轴承合金是制造滑动轴承的轴瓦及内衬的材料。轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。转时，轴瓦和轴发生摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。8.4.1 滑动轴承合金的性能要求与组织滑动轴承合金的性能要求与组织组织要求：软基体硬质点或硬基组织要求：软基体硬质点或硬基体软质点；体软质点；软基体上分布硬质点，其体积约占软基体上分布硬质点，其体积约占1530，轴工作时，软基体，凹，轴工作时，软基体，凹陷贮存润滑油，提高耐磨性，而硬陷贮存润滑油，提高耐磨性，而硬质点为凸出部分起支撑轴，承载的质点为凸出部分起支撑轴，承载的作用。作用。滑动轴承性能要求：滑动轴承性能要求：在常温和工作温度下，有一定的在常温和工作温度下，有一定的承载能力和疲劳强度，有足够的塑、承载能力和疲劳强度，有足够的塑、韧性，使轴与轴瓦之间配合良好，韧性，使轴与轴瓦之间配合良好，低的摩擦系数，良好的导热性，低低的摩擦系数，良好的导热性，低的膨胀系数，良好的耐蚀性，以防的膨胀系数，良好的耐蚀性，以防止温升和轴咬合。止温升和轴咬合。与轴配合基本原则：保轴不保瓦。与轴配合基本原则：保轴不保瓦。灰口铸铁：硬基体（珠光体等）软质点（石墨）；低速轴承灰口铸铁：硬基体（珠光体等）软质点（石墨）；低速轴承铝基黄铜轴瓦铝基黄铜轴瓦铅黄铜轴瓦铅黄铜轴瓦 8.4.2 锡基轴承合金（巴氏合金）锡基轴承合金（巴氏合金）锡基：锡基：ZCHSnSb11Cu6锑锑11铜铜6 软基体为软基体为相（相（Sb在在Sn中的固溶体）中的固溶体）HB30，硬，硬质点为质点为相（相（SnSb化合物）化合物）HB110，加入铜是形成，加入铜是形成Sb6Cu5化化合物，防止因合物，防止因轻上浮而引起的成分偏析。性能：摩擦系数小、轻上浮而引起的成分偏析。性能：摩擦系数小、膨胀系数小、导热性好、抗蚀性好、工业性好。主要轴承，大膨胀系数小、导热性好、抗蚀性好、工业性好。主要轴承，大型机器中的高速轴承，如内燃机、汽轮机等。型机器中的高速轴承，如内燃机、汽轮机等。锡基轴承合金组织锡基轴承合金组织剖分式轴瓦剖分式轴瓦铅基：铅基：ZCHPbSb16Sn16Cu2 16锑锑16锡锡2铜，软基体为（铜，软基体为（）共晶体）共晶体HB6-8，硬，硬质点为质点为SNSb化合物，化合物，HB30，加入铜的作用同上。性能：没有，加入铜的作用同上。性能：没有Sn基巴氏合金好，但铸造性能好，适用于中低速轴承，静载工基巴氏合金好，但铸造性能好，适用于中低速轴承，静载工作轴承，如汽车、拖拉机曲轴轴承。可在轴瓦内衬上加涂耐磨作轴承，如汽车、拖拉机曲轴轴承。可在轴瓦内衬上加涂耐磨层，比较经济实用。层，比较经济实用。铅基轴承合金组织铅基轴承合金组织整体式轴瓦8.4.3 铅基铅基 轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金）锡青铜锡青铜ZCuSn10P1，显微组织，显微组织+Cu3P。固溶体为软基固溶体为软基体，体，和和Cu3P为硬质点。该合金强度高，适合高速度、高载为硬质点。该合金强度高，适合高速度、高载荷的柴油机轴承。荷的柴油机轴承。铅青铜铅青铜ZCuPb30，硬基体软质点类型。可制造大载荷、高速，硬基体软质点类型。可制造大载荷、高速度的重要轴承，如航空发动机、高速柴油机的轴承。度的重要轴承，如航空发动机、高速柴油机的轴承。锡青铜、轴承套轴瓦锡青铜、轴承套轴瓦8.4.4 铜基轴承合金铜基轴承合金