工程材料第九章有色金屬及其合金 (2)

1、 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 )n鋁及鋁合金鋁及鋁合金n銅及銅合金銅及銅合金n滑動(dòng)軸承合金滑動(dòng)軸承合金n粉末冶金材料粉末冶金材料概概 述述1.定義定義 : 除黑色金屬除黑色金屬 ( 鋼、鐵鋼、鐵 ) 以外的所以外的所 有金屬。有金屬。 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.分類分類重金屬重金屬(密度密度3.5); Cu、Ni 等。等。輕金屬輕金屬(密度密度3.5); Al、Mg 等。等。貴重金屬貴重金屬; Au、Ag、Pt 等。等。稀有金屬稀有金屬; W、Ti、Ra、Nb 等。等。半

2、金屬半金屬; Si、Te、B 等。等。 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁特點(diǎn)特點(diǎn):密度小；導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好；抗大氣腐蝕性好；塑性高;強(qiáng)度低；無(wú)磁性；無(wú)打擊火花；加工工藝 性好等。牌號(hào)：牌號(hào)：舊 代 號(hào)： L1 L2 L3 四位數(shù)字牌號(hào)：1070 1060 1050二、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金變形鋁合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n時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化 ( ageing strengthening ) n退火退火 ( anneal )三、鋁合金的熱處理三、鋁

3、合金的熱處理 并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處理。并淬火后獲得過(guò)飽和的單相固溶體組織的處理。l時(shí)效時(shí)效是指將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，是指將過(guò)飽和的固溶體加熱到固溶線以下某溫度保溫，以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。以析出彌散強(qiáng)化相的熱處理。 l可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金的熱處理方法：的熱處理方法：固溶處理固溶處理 + 時(shí)效。時(shí)效。l固溶處理固溶處理是指將合金加熱是指將合金加熱到固溶線以上，保溫到固溶線以上，保溫加熱固溶淬火過(guò)飽和時(shí)效析出n在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)；在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱行的時(shí)效稱人工時(shí)效人工時(shí)效

4、。n時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。時(shí)效強(qiáng)化效果與加熱溫度和保溫時(shí)間有關(guān)。 n溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰溫度一定時(shí)，隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，時(shí)效曲線上出現(xiàn)峰值，超過(guò)峰值時(shí)間，析出相聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度下降，值，超過(guò)峰值時(shí)間，析出相聚集長(zhǎng)大，強(qiáng)度下降，為為過(guò)時(shí)效過(guò)時(shí)效。隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)隨時(shí)效溫度提高，峰值強(qiáng)度下降，出現(xiàn)峰值的時(shí)間提前。峰值的時(shí)間提前。 含含4%Cu的鋁合金自然時(shí)效曲線的鋁合金自然時(shí)效曲線含含4%Cu的鋁合金的人工時(shí)效曲線的鋁合金的人工時(shí)效曲線*過(guò)時(shí)效：時(shí)效溫度過(guò)高合金軟化過(guò)時(shí)效：時(shí)效溫度過(guò)高合金軟化2、 退火退火 ( anneal ) 形變鋁合金的退火

5、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;常用的鋁合金常用的鋁合金n變形鋁合金變形鋁合金 ( deformation aluminum alloy )n鑄造鋁合金鑄造鋁合金 ( cast aluminum alloy )三、三、 變形鋁合金變形鋁合金 ( deformation aluminum alloy )1.防銹鋁合金防銹鋁合金 ( LF ) : Al Mn 通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋁合金的通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋁合金的 強(qiáng)

6、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(guò)固溶強(qiáng)化提高鋁合金的通過(guò)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(guò)通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化提鋁合金強(qiáng)度時(shí)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(guò)通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化和形成的強(qiáng)化相時(shí)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)

7、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 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的熱塑性具有良好的熱塑性, 通過(guò)固溶處理和人工時(shí)效通過(guò)固溶處理和人工時(shí)效 來(lái)提高鋁合金的力學(xué)性能。來(lái)提高鋁合金的力學(xué)性能。 LD5、LD6、LD10。壓氣機(jī)葉片壓氣機(jī)葉片變形鋁合金牌號(hào)表示方法：GB/T 16474-1996四位字符：如：2A11：11號(hào)鋁銅合金四、四、 鑄造鋁合金鑄造鋁合金 ( cast aluminum alloy )n鑄造鋁鑄造鋁 硅合金硅合金n鑄造鋁鑄造鋁 銅合金銅合金n鑄造鋁鑄造鋁 鎂合金鎂合金n鑄造鋁

8、鑄造鋁 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鋁硅合金變質(zhì)處理n變質(zhì)劑： 2/3NaF+1/3NaCl ZL102未變質(zhì)ZL102變質(zhì)在普通鑄造條件下，在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和的硅晶體和 固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加一次鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，得到細(xì)小均勻的共晶體加

9、一次 固固溶體組織，以提高性能。溶體組織，以提高性能。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)及抗空架件及抗空架件(ZL301)(ZL301)4.鑄造鋁鑄

10、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(shí)效處理后時(shí)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)鑄鋁合金牌號(hào)表示：例：ZAlCu5Mn 第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金一、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(wú)磁性無(wú)磁性;無(wú)打擊火花無(wú)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(wú)氧銅無(wú)氧銅 TU2 純銅組織金相圖純銅組織金相圖二

11、、銅合金的分類二、銅合金的分類黃銅黃銅 : Cu Zn 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。三、黃銅三、黃銅 ( brass )n普通黃銅普通黃銅 ( common brass )n特殊黃銅特殊黃銅 ( special brass )50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB + b b(Mpa) (%)HB（1）黃銅的力學(xué)性能與含鋅量的關(guān)系）黃銅的力學(xué)性能與含鋅量的關(guān)系1、 普通黃銅普通黃銅 ( common brass )（2）黃銅的牌號(hào)）黃銅的牌

12、號(hào)H 90含銅量含銅量 WCu = 90%黃銅黃銅（3）常用的黃銅）常用的黃銅v金獎(jiǎng)黃銅金獎(jiǎng)黃銅 - H90v彈殼黃銅彈殼黃銅 - H70 ( H68 )v日用黃銅日用黃銅 - H62 ( H59 )法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管2、 特殊黃銅特殊黃銅 ( special brass )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(hào)牌號(hào):H Al 59 - 3含鋁量含鋁量WAl = 3%含銅量含銅量WCu = 59%常用的特殊黃銅常用的特殊黃銅海軍黃銅海軍黃銅 - HSn62 - 1易切削黃銅易切削黃銅 - HP

13、b59 - 1四、青銅四、青銅 ( bronze )n普通青銅普通青銅 ( 錫青銅錫青銅 ) ( tin bronze ) n特殊青銅特殊青銅 ( 無(wú)錫青銅無(wú)錫青銅 ) ( tin free bronze ) 青銅牌號(hào)的表示方法青銅牌號(hào)的表示方法Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量為素含量為1%主加元素錫其含主加元素錫其含量為量為WSn = 10%青銅青銅鑄造鑄造1、 錫青銅錫青銅 ( tin bronze )3 710 14壓力加工壓力加工鑄造成形鑄造成形b+錫青銅的性能特點(diǎn)：錫青銅的性能特點(diǎn)： 耐磨性耐磨性 耐蝕性耐蝕性 收縮小收縮小 無(wú)磁性無(wú)磁性 不致密、易滲漏不致密、易滲漏 流動(dòng)性差流動(dòng)性差錫青銅的應(yīng)用錫青銅的應(yīng)用：彈簧、軸承、軸瓦 強(qiáng)度高強(qiáng)度高2、 特殊青銅特殊青銅 ( 無(wú)錫青銅無(wú)錫青銅 ) ( tin free bronze )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。用于制造重要、精 密