汽車材料之有色金屬培訓課件(ppt 37頁).ppt

1、第三章 有色金屬及其合金,有色金屬與鋼鐵比較，產(chǎn)量低、價格高，但由于有色金屬具有許多優(yōu)良的特性，從而決定了有色金屬在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。例如，鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，具有密度小，比強度高的特點，在飛機制造、汽車制造、船舶制造等工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。 鋁合金材料具有密度低、強度高和耐蝕性好的特性，在轎車的輕量化中占舉足輕重的地位。據(jù)統(tǒng)計，近10年來，轎車上的鋁及其合金用量已從占汽車總量的5左右上升至10左右。此外，采用新型鎂合金制造的凸輪軸蓋、制動器等零部件，可以減輕重量和降低噪聲。在轎車制造行業(yè)，采用鋁、鎂、鈦等輕金屬替代鋼鐵材料減輕自重，是轎車輕量化的一個重要手段。 本章將對鋁及其

2、合金、鎂及其合金、銅及其合金、鈦及其合金、軸承合金作介紹,3.1 鋁及鋁合金,鋁是元素周期表中排第三位的主族元素。純鋁是一種具有銀白色金屬光澤的金屬，具有如下獨特的性能和優(yōu)點： 密度小塑性好 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能很好 在大氣和淡水中具有良好的耐蝕性。 強度很低。 工業(yè)純鋁主要用途是代替銅制作導(dǎo)線，配制不同的鋁合金，制作強度不高的器皿。在汽車上，純鋁主要用于制作空氣壓縮機墊圈、排氣閥墊片、汽車銘牌等,一、工業(yè)純鋁,3.1 鋁及鋁合金,鋁是元素周期表中排第三位的主族元素。純鋁是一種具有銀白色金屬光澤的金屬，具有如下獨特的性能和優(yōu)點： 密度小塑性好 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能很好 在大氣和淡水中具有良好的耐蝕性。 強

3、度很低。 工業(yè)純鋁主要用途是代替銅制作導(dǎo)線，配制不同的鋁合金，制作強度不高的器皿。在汽車上，純鋁主要用于制作空氣壓縮機墊圈、排氣閥墊片、汽車銘牌等,二、鋁合金及其分類,二、鋁合金及其分類,三、鋁合金的熱處理,當鋁合金加熱到相區(qū)，保溫后在水中快速冷卻，其強度和硬度并沒有明顯升高，而塑性卻得到改善，這種熱處理稱為固溶熱處理。由于固溶熱處理后獲得的過飽和固溶體是不穩(wěn)定的，有分解出強化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。如在室溫放置相當長的時間，強度和硬度會明顯升高，而塑性明顯下降。 固溶處理后鋁合金的強度和硬度隨時間而發(fā)生顯著提高的現(xiàn)象，稱為時效強化或沉淀硬化。在室溫下進行的時效為自然時效，在加熱條件下進行的時

4、效為人工時效。 在不同溫度下進行人工時效時，其效果也不同，時效溫度愈高，時效速度愈快，但其強化效果愈低。 鋁合金之所以產(chǎn)生時效強化，是由于鋁合金在淬火時抑制了過飽和固溶體的分解過程。這種過飽和固溶體極不穩(wěn)定，必然要分解。在室溫與加熱條件下都可以分解，只是加熱條件下的分解進行得更快而已,四、變形鋁合金,五、鑄造鋁合金,1、常用鑄造鋁合金 （1）鋁硅系合金（又稱硅鋁明） 復(fù)雜鋁硅合金的強度比簡單鋁硅合金高，且可通過熱處理進一步提高其力學性能。一般用作形狀復(fù)雜、強度要求高，并可在高溫下工作的機器零件，如內(nèi)燃機汽缸體、汽缸蓋、活塞等。 （2）鋁銅系合金 鋁銅系鑄造合金的特點是加入鎳、錳后耐熱性大大提高

5、、具有較高的高溫強度，能通過熱處理來強化。最大缺點是耐蝕性差，隨含銅量增加耐蝕性降低。常用于制造高強度或高溫條件下工作的零件，如高速內(nèi)燃機活塞、缸體和缸蓋等,五、鑄造鋁合金,3）鋁鎂系合金 鋁鎂系鑄造合金的特點是密度小、強度高、耐蝕性較好，能耐大氣和海水腐蝕。但鑄造性能較差，鑄件組織疏松，熱強性也差，一般僅適用于200以下工作的零件。因此，常用來制造耐腐蝕的鑄件，如海輪配件、氨用泵體、泵蓋等。在一定場合可以替代不銹鋼。 （4）鋁鋅系合金 由于能溶入大量的鋅（極限溶解度為32)，所以合金的強度顯著提高，而且價格比較便宜。在合金中加入適量的錳，鐵和鎂，可以提高耐熱性。缺點是耐蝕性能較差。主要用于制

6、造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車、飛機零件和醫(yī)療器械、儀表零件、日常用品等,五、鑄造鋁合金,3.2 銅及銅合金,在汽車工業(yè)所用有色金屬材料中，銅合金用量僅次于鋁合金。汽車上各類熱交換器、散熱器、耐磨減摩零件、電器元件、油管等，均選用了銅合金材料。 純銅是用電解法獲得的，也稱“電解銅”，外觀呈紫紅色，故又稱紫銅。工業(yè)純銅的強度、硬度低(b=230240MPa，4050HBS)，不宜制作結(jié)構(gòu)零件，廣泛用于制造電線、電纜、銅管以及配制銅合金,一、工業(yè)純銅,二、銅的合金化,純銅強度不高，用加工硬化方法雖可提高銅的強度，但塑性大大下降。因此常用合金化來獲得強度較高的銅合金，作為結(jié)構(gòu)材料。加入合金元素使銅的強度提高，

7、主要通過以下方式。 1、固溶強化：最常用的固溶強化元素為Zn、Si、Al、Ni等，形成置換固溶體。 2、熱處理強化：Be、Si等元素在銅中的溶解度隨溫度的降低而減小。因而，合金元素加入銅中后，可使合金具有時效強化的性能。 3、過剩相強化：當合金元素超過最大溶解度后，便會出現(xiàn)過剩相。過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。數(shù)量少時，可使強度提高，塑性降低；數(shù)量多時，會使強度和塑性同時降低,三、黃銅,2、黃銅的牌號、分類及用途,四、青銅,1、錫青銅,錫青銅是銅錫合金。呈青黑色，具有良好的強度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性。常制成板材、帶材等半成品供貨。適用于制造儀器上要求耐腐蝕及耐磨零件、彈性零件、抗磁零件及機

8、器中的軸承、軸套等。含錫量Sn10%的錫青銅塑性差，稱為鑄造錫青銅只能用于鑄造。這類合金鑄造收縮率小，但鑄造流動性差。具有良好的耐磨性，抗磁性和低溫韌性，多用來制造耐磨零件（如齒輪、蝸輪、軸承、軸套等）和在酸、堿蒸汽中工作的零件。但不適用作致密度和密封性要求高的零件,2、無錫青銅,無錫青銅是指不含錫而含鋁、硅、鉛、鈹、錳元素的銅合金。 （1）鋁青銅 （2）鈹青銅和鈦青銅 （3）硅青銅 （4）鉛青銅,五、白銅,以鎳為主要添加元素的銅合金稱為白銅。僅由銅、鎳組成二元合金稱為普通白銅，含有錳的銅鎳合金稱為錳白銅。 根據(jù)含錳量不同工業(yè)上將錳白銅分為錳銅，康銅和考銅。錳白銅具有極高的電阻率，非常小的溫度

9、系數(shù)，是制造電工儀器、變阻器、熱電偶合器等的良好材料,六、選擇銅合金的原則,銅及其合金的性能特點是：高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、無磁性，中等強度、塑性優(yōu)良，較好的工藝性等，這些都是選用合金的依據(jù)。 1、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性 2、力學性能 沖壓加工后的銅合金，經(jīng)過適當?shù)南龖?yīng)力退火,可以在保持較高強度的情況下，改善塑性，尤其可以獲得較高的彈性極限，這對于用作彈性元件是極為重要的。 銅合金的疲勞強度較高，特別是鈹青銅、磷錫青銅和白銅。由于這些合金具有高的疲勞強度，適合制造儀表、彈簧,六、選擇銅合金的原則,3、工藝性 （1）沖壓性：銅合金一般具有極高的塑性，適于沖壓成形。例如三七黃銅就具有優(yōu)良的冷沖壓性，但變

10、形量大時，要進行中間退火。 （2）鑄造性：黃銅結(jié)晶溫度區(qū)間很小，其熔點隨含鋅量的增加而降低。因此，黃銅的流動性好，形成疏松的傾向小；熔點低，熔煉方便。 （3） 切削加工性：銅合金的切削加工性較好，切削后表面粗糙度高。其中以含鉛合金的切削性為最好(如易削黃銅)；其次是具有兩相組織的銅合金(如錫青銅及高錫青銅)。對于大量切削成形的零件，采用易削黃銅是十分合適的。 除此以外，銅合金能抵抗大氣及海水的腐蝕（尤其是錫青銅），且色澤美麗，需鍍鉻或鍍鎳時，也不用墊層,3.3 鈦及其合金,鈦及其合金具有質(zhì)量輕、比強度高、良好的耐蝕性。鈦及其合金還有很高的耐熱性，實際應(yīng)用的熱強鈦合金工作溫度可達400500，因

11、而鈦及其合金已成為航空、航天、機械工程、化工、冶金工業(yè)中不可缺少的材料。但由于鈦在高溫中異?；顫姡埸c高，熔煉、澆注工藝復(fù)雜且價格昂貴，成本較高，因此使用受到一定限制,一、純鈦,二、鈦合金的主要特性,鈦合金有以下幾方面引人注目的優(yōu)點： 1、比強度高 2、熱強度高 3、抗蝕性高 鈦合金存在一些缺點使其應(yīng)用受到一定限制。它的主要缺點如下： 切削加工性能差 熱加工工藝性能差 冷壓加工性能差 硬度較低，抗磨性較差，不宜用來制造承受磨損的零件,三、鈦合金,3.4 滑動軸承合金,軸承合金應(yīng)具有以下性能： （1）具有足夠的強度和硬度，以承受較高的周期性載荷； （2）塑性和韌性好。以保證軸承與軸的配合良好，并

12、耐沖擊和振動； （3）與軸之間有良好的磨合能力及較小的摩擦系數(shù)，并能保留潤滑油，減少磨損； （4）有良好的導(dǎo)熱性和抗蝕性； （5）有良好的工藝性，容易制造且價格低廉,一、對軸承合金的性能要求,二、錫基軸承合金,錫基軸承合金膨脹系數(shù)小，減摩性好，并具有良好的導(dǎo)熱性、塑性和耐蝕性，適于制造汽車、拖拉機、汽輪機等高速軸瓦，但其疲勞強度差。錫是稀缺元素應(yīng)盡量少用。 為了提高錫基軸承合金的強度和壽命，可以把它用離心澆注法鑲鑄在鋼質(zhì)軸瓦上，形成薄而均勻的一層內(nèi)襯，這步工藝稱為“掛襯。,三、鉛基軸承合金,鉛基軸承合金的硬度、強度和韌性比錫基軸承合金低，但由于價格便宜，鑄造性能好，常作低速、低負荷的軸承使用。

13、如汽車、拖拉機的曲軸軸承及電動機軸承等,四、銅基軸承合金,銅基軸承合金有鉛青銅(如ZCuPb30)、錫青銅(如ZCuSn10Pbl)。 鉛青銅ZCuPb30具有高的疲勞強度和承載能力，優(yōu)良的耐磨性、導(dǎo)熱性和低的摩擦系數(shù)，能在較高溫度(250)下正常工作，因此可以制造承受高載荷、高速度的重要軸承，如航空發(fā)動機、高速柴油機等的軸承。鉛青銅的強度較低，因此也需在鋼瓦上掛襯，制成雙金屬軸承。 錫青銅ZCuSnl0Pbl能承受較大的載荷，廣泛用于中等速度及受較大的固定載荷的軸承，如電動機、泵、金屬切削機床的軸承,五、鋁基軸承合金,鋁基軸承合金是一種新型減摩材料，具有密度小，導(dǎo)熱性好，疲勞強度高和耐蝕性好

14、等優(yōu)點，并且原料豐富，價格低廉。但其膨脹系數(shù)大，運轉(zhuǎn)時容易與軸咬合。常用的鋁基軸承合金有如下兩類。 1、鋁銻鎂軸承合金 該合金與08鋼板一起熱軋成雙金屬軸承，生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，并具有良好的疲勞強度和耐磨性，但承載能力不大。 2、鋁錫軸承合金 這種合金也以08鋼為襯背、軋制成雙合金帶。它具有較高的疲勞強度和較好的耐熱性、耐磨性及耐蝕性。生產(chǎn)工藝簡單，成本低。目前用它代替其它軸承合金，廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機和內(nèi)燃機車等,3.5 鎂及鎂合金,鎂的密度很?。?.74gcm3），耐蝕性很差，強度和塑性均不高，一般不直接用作結(jié)構(gòu)材料。和鋁合金類似，在鎂中加入Al、Zn、Mn等合金元素并利用固溶和時效

15、強化后，其合金的強度可達300350MPa，并且，鎂合金比強度與鋁合金相比更高，能承受較大的沖擊載荷和具有更高疲勞極限；耐蝕性好（特別耐煤油、汽油等礦物油和堿類的腐蝕），有良好的切削加工性。因此在航空、無線電通信、儀表等行業(yè)獲得廣泛的應(yīng)用。特別是近年來手機和筆記本電腦的逐漸普及，使鎂合金的應(yīng)用前景更為廣闊。同時，鎂合金是最有發(fā)展前景的汽車輕量化材料之一，用鎂合金替代鋁合金制造汽車零部件以減輕汽車自重，在當前世界汽車生產(chǎn)中逐步得以應(yīng)用。用鎂合金制造操縱桿托架、離合器殼和變速器殼等,3.6 粉末冶金材料,將幾種金屬或非金屬粉末混勻，壓制成型，然后燒結(jié)成為零件或材料的生產(chǎn)方法，稱為粉末冶金。 （1）

16、粉末制取 （2）粉末混料 （3）粉末壓制成型 （4）燒結(jié),一、粉末冶金生產(chǎn)過程,二、常用的粉末冶金材料,1.含油軸承材料 含油軸承材料是由粉末冶金材料制成的軸承。含油軸承材料常用鐵基和銅基兩種。鐵基含油軸承材料常用鐵石墨粉末冶金材料和鐵硫石墨粉末冶金材料；銅基含油軸承常由ZCuSn5Zn5青銅粉末與石墨粉末制成。 使用前先浸入潤滑油中，由于粉末冶金的多孔性，可吸附大量潤滑油（一般含油率為12%30%），故稱含油軸承。工作時，由于軸承發(fā)熱，使金屬粉末膨脹，孔隙容積縮小將潤滑油壓到工作表面，起到潤滑作用。停止工作時，潤滑油又滲入到孔隙中。由于含油軸承具有自動潤滑作用，因此含油軸承用作中速、輕載，特

17、別是不經(jīng)常加油的軸承。目前已廣泛用于汽車、工程機械和電動機中,二、常用的粉末冶金材料,2.粉末冶金摩擦材料 粉末冶金摩擦材料是具有高摩擦系數(shù)和高耐磨性能的金屬和非金屬復(fù)合材料。通常由強度高、導(dǎo)熱性好、熔點高的金屬（常用銅、鐵）作為基體，并加入能提高摩擦系數(shù)的摩擦組分（如Al2O3、SiO2、石棉等），以及能抗咬合，提高減摩性的潤滑組分（如Pb、Sn、MoS2、石墨等）組成。根據(jù)基體材料不同分為銅基摩擦材料和鐵基摩擦材料兩類。 銅基摩擦材料常用于汽車、工程機械的離合器和制動器等。在濕摩擦條件下工作，摩擦系數(shù)為0.10.12，摩擦表面溫度不超過7080。 鐵基摩擦材料多用各種高速重載機器的制動器，

18、如載重汽車、大型工程機械，也可用作汽車和工程機械的干式離合器。在干摩擦條件下工作，摩擦表面溫度可達1000，摩擦系數(shù)為0.350.45,二、常用的粉末冶金材料,3.硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金是以碳化鎢（WC），碳化鈦（TiC）等高熔點、高硬度的碳化物為基體，加入鈷（或鎳）作為粘合劑的一種粉末冶金材料。 硬質(zhì)合金具有硬度高（8693HRA），熱硬性高（9001000），耐磨性好的優(yōu)點，故主要用來制造刃具。其切削速度比高速鋼高410倍，使用壽命可提高58倍。而且還能加工硬度在50HRC左右的硬質(zhì)材料及難加工的不銹鋼等韌性材料。但本身硬度高、脆性大，很難進行機械加工，故經(jīng)常將其制成一定規(guī)格的刀片，鑲焊或裝夾在刀體上使用,常用硬質(zhì)合金有： （1）金屬陶瓷硬質(zhì)合金 （2）通