工程材料第九章有色金属及其合金 (2)

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1、 第九章第九章 有色金属及其合金有色金属及其合金 ( Colored Metal and Alloy )n铝及铝合金铝及铝合金n铜及铜合金铜及铜合金n滑动轴承合金滑动轴承合金n粉末冶金材料粉末冶金材料概概 述述1.定义定义 : 除黑色金属除黑色金属 ( 钢、铁钢、铁 ) 以外的所以外的所 有金属。有金属。 2.性能特点性能特点:具有独特的物理、化学性能。具有独特的物理、化学性能。3.分类分类重金属重金属(密度密度3.5); Cu、Ni 等。等。轻金属轻金属(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。贵重金属贵重金属; Au、Ag、Pt 等。等。稀有金属稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。等。半

2、金属半金属; Si、Te、B 等。等。 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金一、工业纯铝一、工业纯铝特点特点:密度小；导电及导热性能好；抗大气腐蚀性好；塑性高;强度低；无磁性；无打击火花；加工工艺 性好等。牌号：牌号：旧 代 号： L1 L2 L3 四位数字牌号：1070 1060 1050二、铝合金的分类二、铝合金的分类铝合金铝合金的分类的分类变形铝合金变形铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理强化不能热处理强化能热处理强化能热处理强化三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理n时效强化时效强化 ( ageing strengthening ) n退火退火 ( anneal )三、铝合金的热处理三、铝

3、合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。l时效时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。以析出弥散强化相的热处理。 l可热处理强化变形铝合金可热处理强化变形铝合金的热处理方法：的热处理方法：固溶处理固溶处理 + 时效。时效。l固溶处理固溶处理是指将合金加热是指将合金加热到固溶线以上，保温到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出n在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进；在加热条件下进行的时效称行的时效称人工时效人工时效

4、。n时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 n温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为为过时效过时效。随时效温度提高，峰值强度下降，出现随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。峰值的时间提前。 含含4%Cu的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线含含4%Cu的铝合金的人工时效曲线的铝合金的人工时效曲线*过时效：时效温度过高合金软化过时效：时效温度过高合金软化2、 退火退火 ( anneal ) 形变铝合金的退火

5、形变铝合金的退火: *消除应力消除应力,硬度不变。硬度不变。 *消除加工硬化消除加工硬化, 降低硬度降低硬度, 便于冷塑便于冷塑 性加工。性加工。铸造铝合金的退火铸造铝合金的退火 : 消除应力消除应力; 均匀成分均匀成分;常用的铝合金常用的铝合金n变形铝合金变形铝合金 ( deformation aluminum alloy )n铸造铝合金铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )三、三、 变形铝合金变形铝合金 ( deformation aluminum alloy )1.防锈铝合金防锈铝合金 ( LF ) : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强

6、度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝好比纯铝好 )。 例如例如:LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻比纯铝轻 )。 例如例如:LF2、LF6等。等。 飞机翼梁飞机翼梁( (腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金) )2.硬铝合金硬铝合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通过通过时效强化提铝合金强度时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。但耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。3.超硬铝合金超硬铝合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu 通过通过时效强化和形成的强化相时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和使铝合金达

7、到最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。强度。但耐蚀性较差。LC4、LC9。 飞机主起落架飞机主起落架4.锻铝合金锻铝合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。压气机叶片压气机叶片变形铝合金牌号表示方法：GB/T 16474-1996四位字符：如：2A11：11号铝铜合金四、四、 铸造铝合金铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )n铸造铝铸造铝 硅合金硅合金n铸造铝铸造铝 铜合金铜合金n铸造铝铸造铝 镁合金镁合金n铸造铝

8、铸造铝 锌合金锌合金1.铸造铝铸造铝 硅合金硅合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )特点：铸造性能好特点：铸造性能好 是最常用的铸铝合金是最常用的铸铝合金铝硅合金变质处理n变质剂： 2/3NaF+1/3NaCl ZL102未变质ZL102变质在普通铸造条件下，在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加

9、一次 固固溶体组织，以提高性能。溶体组织，以提高性能。2.铸造铝铸造铝 铜合金铜合金 ( ZL201ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性有较高的强度、塑性及耐热性,但铸但铸 造性能和耐蚀性较差。造性能和耐蚀性较差。 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210汽缸头汽缸头3.铸造铝铸造铝 镁合金镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸但铸 造性能和耐热性较差。造性能和耐热性较差。 铝镁合金铸造组织 (化染) 150鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及抗空架件及抗空架件(ZL301)(ZL301)4.铸造铝铸

10、造铝 锌合金锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性具有良好的铸造性,经变质处理和经变质处理和时效处理后时效处理后,强度高强度高,但耐蚀性差。但耐蚀性差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)铸铝合金牌号表示：例：ZAlCu5Mn 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金一、纯铜一、纯铜 性能特点性能特点:密度大密度大;导电及导热性能好导电及导热性能好; 抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好;塑性高塑性高;强度低强度低; 无磁性无磁性;无打击火花无打击火花;加工工艺性好加工工艺性好分类：分类：工业纯铜工业纯铜 T1T4无氧铜无氧铜 TU2 纯铜组织金相图纯铜组织金相图二

11、、铜合金的分类二、铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青铜青铜 : 除黄铜和白除黄铜和白 铜外的所有铜外的所有 铜合金。铜合金。三、黄铜三、黄铜 ( brass )n普通黄铜普通黄铜 ( common brass )n特殊黄铜特殊黄铜 ( special brass )50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB + b b(Mpa) (%)HB（1）黄铜的力学性能与含锌量的关系）黄铜的力学性能与含锌量的关系1、 普通黄铜普通黄铜 ( common brass )（2）黄铜的牌号）黄铜的牌

12、号H 90含铜量含铜量 WCu = 90%黄铜黄铜（3）常用的黄铜）常用的黄铜v金奖黄铜金奖黄铜 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管2、 特殊黄铜特殊黄铜 ( special brass )定义定义:在黄铜中加入在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。等元素所形成的合金。牌号牌号:H Al 59 - 3含铝量含铝量WAl = 3%含铜量含铜量WCu = 59%常用的特殊黄铜常用的特殊黄铜海军黄铜海军黄铜 - HSn62 - 1易切削黄铜易切削黄铜 - HP

13、b59 - 1四、青铜四、青铜 ( bronze )n普通青铜普通青铜 ( 锡青铜锡青铜 ) ( tin bronze ) n特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 ) ( tin free bronze ) 青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量为素含量为1%主加元素锡其含主加元素锡其含量为量为WSn = 10%青铜青铜铸造铸造1、 锡青铜锡青铜 ( tin bronze )3 710 14压力加工压力加工铸造成形铸造成形b+锡青铜的性能特点：锡青铜的性能特点： 耐磨性耐磨性 耐蚀性耐蚀性 收缩小收缩小 无磁性无磁性 不致密、易渗漏不致密、易渗漏

14、 流动性差流动性差锡青铜的应用锡青铜的应用：弹簧、轴承、轴瓦 强度高强度高2、 特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 ) ( tin free bronze )硅青铜硅青铜 : QSi3 1 铝青铜铝青铜 : QAl7铍青铜铍青铜 : QBe2; 具有非常好的力学具有非常好的力学 性能。用于制造重要、精性能。用于制造重要、精 密、高温、高速下工作的密、高温、高速下工作的 零件。零件。本课小结n铝合金分类：变形铝合金、铸造铝合金铝合金分类：变形铝合金、铸造铝合金n铝合金强化：固溶处理铝合金强化：固溶处理+时效强化、变质处理时效强化、变质处理n常用铝合金代号应用（牌号）：例常用铝合金代号应用（牌号）：例LF5、ZL102n铜合金分类：黄铜、白铜、青铜铜合金分类：黄铜、白铜、青铜n常用铜合金代号应用（牌号）：例常用铜合金代号应用（牌号）：例H90、H62