大學(xué)工程材料課件第九章有色金屬及其合金

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院Engineering Materials第八章鑄鐵第八章鑄鐵鑄鐵是含碳量大于鑄鐵是含碳量大于2.11%2.11%的鐵碳合金。的鐵碳合金。鑄鐵是人類使用最早的金屬材料之一，具有鑄鐵是人類使用最早的金屬材料之一，具有生產(chǎn)方法簡便，成本低廉，生產(chǎn)方法簡便，成本低廉，性能優(yōu)良性能優(yōu)良等特點(diǎn)，至今仍使用廣泛。缺點(diǎn)：硬脆，不易加工，只能鑄造。等特點(diǎn)，至今仍使用廣泛。缺點(diǎn)：硬脆，不易加工，只能鑄造。典型零件：典型零件：機(jī)床床身、汽缸體和缸套、凸輪軸、曲軸。機(jī)床床身、汽缸體和缸套、凸輪軸、曲軸。鑄鐵的類別：鑄鐵的類別：白口鑄鐵：白口鑄鐵：碳主要以滲碳體（碳主要以滲碳體（F

2、eFe3 3C C）形式存在的鑄鐵。）形式存在的鑄鐵?；铱阼T鐵：灰口鑄鐵：碳主要以石墨（碳主要以石墨（G G）形式存在的鑄鐵。）形式存在的鑄鐵。麻口鑄鐵：麻口鑄鐵：介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間鑄鐵。介于白口鑄鐵和灰口鑄鐵之間鑄鐵。本章介紹灰口鑄鐵本章介紹灰口鑄鐵。硬而脆，很少用做零件，作原料用（生鐵）硬而脆，很少用做零件，作原料用（生鐵）。猜想分類依據(jù)是猜想分類依據(jù)是？第九章第九章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金 ( Colored Metal and Alloy )l鋁及鋁合金鋁及鋁合金l銅及銅合金銅及銅合金l滑動軸承合金滑動軸承合金l鈦及鈦合金鈦及鈦合金概概 述述1 1、定義、定義 : :

3、 除黑色金屬除黑色金屬 ( (鐵錳鉻，多指鐵錳鉻，多指鋼、鐵鋼、鐵 ) ) 以外的所有金屬。以外的所有金屬。 2 2、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn): :具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性能。具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性能。3.3.分類分類重金屬重金屬( (密度密度3.5); Cu3.5); Cu、Ni Ni 等。等。輕金屬輕金屬( (密度密度3.5); Al3.5); Al、Mg Mg 等。等。貴重金屬貴重金屬; Au; Au、AgAg、Pt Pt 等。等。稀有金屬稀有金屬; W; W、TiTi、RaRa、Nb Nb 等。等。半金屬半金屬; ; SiSi、TeTe、B B 等。等。一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁特點(diǎn)特點(diǎn):密度小

4、；導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好；抗大氣腐密度?。粚?dǎo)電及導(dǎo)熱性能好；抗大氣腐蝕性好；塑性高蝕性好；塑性高;強(qiáng)度低；無磁性；無打強(qiáng)度低；無磁性；無打擊火花；加工工藝擊火花；加工工藝 性好等。性好等。牌號：牌號：舊代舊代 號：號： L1 L2 L3 四位數(shù)字牌號：四位數(shù)字牌號：1070 1060 1050第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金二、鋁合金的分類二、鋁合金的分類鋁合金鋁合金的分類的分類變形鋁合變形鋁合金金鑄造鋁合金鑄造鋁合金不能熱處理強(qiáng)化不能熱處理強(qiáng)化能熱處理強(qiáng)化能熱處理強(qiáng)化三、鋁合金的熱處理三、鋁合金的熱處理l時效強(qiáng)化時效強(qiáng)化 ( ageing strengthening ) n退火退火 ( anne

5、al )n回歸回歸 ( regression )1. 固溶、時效固溶、時效 在固溶處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)在固溶處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象。生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象。背景資料背景資料: 1906年德國年德國 Duralumin首次發(fā)現(xiàn)。首次發(fā)現(xiàn)。 1910年德國年德國A Welmer 發(fā)明并獲專利。發(fā)明并獲專利。 1916年用于制造飛機(jī)。年用于制造飛機(jī)。 1938年年 Guinier Preston 建立學(xué)說。建立學(xué)說。固溶處理：固溶處理： 時效處理時效處理自然時效自然時效人工時效人工時效 將鋁合金加熱至將鋁合金加熱至單相區(qū)恒溫保持，然單相區(qū)恒溫保持，然后快速冷卻。后快速冷卻。

6、固固溶溶處理后的鋁合金強(qiáng)度隨時間而變處理后的鋁合金強(qiáng)度隨時間而變化的現(xiàn)象?；默F(xiàn)象。 含含4%Cu的鋁合金自然時效曲線的鋁合金自然時效曲線*過時效：時效溫度過高合金軟化過時效：時效溫度過高合金軟化2、 退火退火 ( anneal )形變鋁合金的退火形變鋁合金的退火: *消除應(yīng)力消除應(yīng)力,硬度不變。硬度不變。 *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。鑄造鋁合金的退火鑄造鋁合金的退火 : *消除應(yīng)力消除應(yīng)力; *均勻成分均勻成分;3、 回歸回歸 ( regression )回歸：人工時效的鋁合金再經(jīng)固溶后性能恢回歸：人工時效的鋁合金再經(jīng)固溶后性能恢得現(xiàn)象

7、（塑性改善，強(qiáng)度下降）得現(xiàn)象（塑性改善，強(qiáng)度下降）*人工時效后的鋁合金沒有回歸現(xiàn)象。人工時效后的鋁合金沒有回歸現(xiàn)象。時間溫度 加加熱熱200270水水 淬淬時效組織時效組織原原淬火組織淬火組織 常用的鋁合金常用的鋁合金l變形鋁合金變形鋁合金 ( deformation aluminum alloy )l鑄造鋁合金鑄造鋁合金 ( cast aluminum alloy )1.防銹鋁合金防銹鋁合金 ( LF ) : Al Mn 通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的 強(qiáng)度和抗蝕性強(qiáng)度和抗蝕性 ( 比純鋁好比純鋁好 )。 例如例如:LF21。 Al Mg 通過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的通過固溶強(qiáng)

8、化提高鋁合金的 強(qiáng)度和抗蝕性強(qiáng)度和抗蝕性 ( 比純鋁輕比純鋁輕 )。 例如例如:LF2、LF6等。等。 飛機(jī)翼梁飛機(jī)翼梁( (腹板腹板為硬鋁合金為硬鋁合金) )2.硬鋁合金硬鋁合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通過通過時效強(qiáng)化提鋁合金強(qiáng)度時效強(qiáng)化提鋁合金強(qiáng)度,但耐蝕性不高。但耐蝕性不高。LY1、LY11、LY12。3.超硬鋁合金超硬鋁合金 ( LC ) : Al Zn Mg Cu 通過通過時效強(qiáng)化和形成的強(qiáng)化相時效強(qiáng)化和形成的強(qiáng)化相,使鋁合金達(dá)到最高的硬度和使鋁合金達(dá)到最高的硬度和強(qiáng)度。但耐蝕性較差。強(qiáng)度。但耐蝕性較差。LC4、LC9。 飛機(jī)主起落架飛機(jī)主起落架4.鍛鋁合金鍛鋁合金 (

9、 LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的熱塑性具有良好的熱塑性, 通過固溶處理和人工時效通過固溶處理和人工時效 來提高鋁合金的力學(xué)性能。來提高鋁合金的力學(xué)性能。 LD5、LD6、LD10。壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)葉片四位字符：如：2A11：11號鋁銅合金l鑄造鋁鑄造鋁 硅合金硅合金l鑄造鋁鑄造鋁 銅合金銅合金l鑄造鋁鑄造鋁 鎂合金鎂合金l鑄造鑄造鋁鋁 鋅合金鋅合金1.鑄造鋁鑄造鋁 硅合金硅合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金) )特點(diǎn)：鑄造性能好特點(diǎn)：鑄造性能好 是最常用的鑄鋁合金是最常用的鑄鋁合金l變質(zhì)劑： 2/3NaF+1/3NaCll組織變化

10、： 細(xì)化硅晶體細(xì)化硅晶體l性能變化： 強(qiáng)度提高、塑性改強(qiáng)度提高、塑性改善善ZL102未變質(zhì)ZL102變質(zhì)2.鑄造鋁鑄造鋁 銅合金銅合金 ( ZL201ZL203 ) : 有較高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性有較高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性,但鑄但鑄 造性能和耐蝕性較差。造性能和耐蝕性較差。 鋁銅合金鑄造組織 ( 化染 ) 210汽缸頭汽缸頭3.鑄造鋁鑄造鋁 鎂合金鎂合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性,但鑄但鑄 造性能和耐熱性較差。造性能和耐熱性較差。 鋁鎂合金鑄造組織 (化染) 150鼓風(fēng)機(jī)用密封件鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)(ZL102)及抗空架件

11、及抗空架件(ZL301)(ZL301)4.鑄造鋁鑄造鋁 鋅合金鋅合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的鑄造性具有良好的鑄造性,經(jīng)變質(zhì)處理和經(jīng)變質(zhì)處理和時效處理后時效處理后,強(qiáng)度高強(qiáng)度高,但耐蝕性差。但耐蝕性差。大型空壓機(jī)活塞大型空壓機(jī)活塞(ZL401)(ZL401)一、純銅一、純銅 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn):密度大密度大;導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好; 抗大氣腐蝕性好抗大氣腐蝕性好;塑性高塑性高;強(qiáng)度低強(qiáng)度低; 無磁性無磁性;無打擊火花無打擊火花;加工工藝性好加工工藝性好分類：分類：工業(yè)純銅工業(yè)純銅 T1T4無氧銅無氧銅 TU2二、銅合金的分類二、銅合金的分類黃銅黃銅 : Cu Zn

12、 白銅白銅 : Cu Ni 青銅青銅 : 除黃銅和白除黃銅和白 銅外的所有銅外的所有 銅合金。銅合金。l普通黃銅普通黃銅 ( common brass )l特殊黃銅特殊黃銅 ( special brass )50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB + b b(Mpa) (%)HB1、 普通黃銅普通黃銅 ( common brass )H 90含銅含銅量量 WCu = 90%黃銅黃銅v金獎黃銅金獎黃銅 - H90v彈殼黃銅彈殼黃銅 - H70 ( H68 )v日用黃銅日用黃銅 - H62 ( H59 )法蘭閥法蘭

13、閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管定義定義:在黃銅中加入在黃銅中加入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。牌號牌號:H Al 59 - 3含鋁量含鋁量WAl = 3%含銅量含銅量WCu = 59%海軍黃銅海軍黃銅 - HSn62 - 1易易切削黃銅切削黃銅 - HPb59 - 1l普通青銅普通青銅 ( 錫青銅錫青銅 ) ( tin bronze ) l特殊青銅特殊青銅 ( 無錫青銅無錫青銅 ) ( tin free bronze )Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量為素含量為1%主主加元素錫其含加元素錫其含量為量為WSn = 10%青銅青銅鑄造鑄造3 710 14壓力加工壓力加工鑄造成形鑄造成形b+ 耐磨性耐磨性 耐蝕性耐蝕性 收縮小收縮小 無磁性無磁性 不致密、易滲漏不致密、易滲漏 流動性差流動性差錫錫青銅的應(yīng)用青銅的應(yīng)用：彈簧、軸承、軸瓦 強(qiáng)度高強(qiáng)度高硅青銅硅青銅 : QSi3 1 鋁青銅鋁青銅 : QAl7鈹青銅鈹青銅 : QBe2; 具有非常好的力學(xué)具有非常好的力學(xué) 性能。用于制造重要、精性能。用于制造重