4-3_常用金屬材料-有色金屬及其合金詳解課件

1、有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比4-3 有色金屬及其合金1.定義 : 除黑色金屬 ( 鋼、鐵 ) 以外的所有 金屬。 2.性能特點:具有獨特的性能。3.分類重金屬(密度3.5): Cu、Ni 等。輕金屬(密度3.5): Al、Mg 等。貴重金屬: Au、Ag、Pt 等。稀有金屬: W、Ti、Ra、Nb 等。半金屬: Si、Te、B 等。（一） 鋁及鋁合金 鋁及鋁合金

2、性能特點 純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72 )，熔點低(660.4), 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良。耐大氣腐蝕，易于加工成形 。具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。塑性高;強度低鋁合金制造的機翼鋁合金既具有高強度又保持純鋁的優(yōu)良特性。鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Cr、Ni、Ti、Zr 等輔加元素。 鋁合金型材鋁鑄件分類高純鋁 L0104工業(yè)高純鋁 L0、L00工業(yè)純鋁 L15牌號：鋁錠：Al順序號順序號越大，鋁的純度越低，性能越差如：Al2鋁材：L順序號順序號越大，鋁的純度越低，性能越差如：L1，L21、純鋁純鋁應(yīng)用導(dǎo)線電器儀表零件裝飾件可將鋁合金分為

3、形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類.2、鋁合金鋁合金一般具有有限固溶型共晶相圖。牌號表示方法 形變鋁合鋼GB 3190-82表示方法為: 防銹鋁合金：LF +順序號 硬鋁合金： LY +順序號 超硬鋁合金：LC +順序號 鍛鋁合金： LD +順序號鋁是可以回收利用的金屬常用變形鋁合金 防銹鋁合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是衛(wèi)星天線（LF2） 提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用。防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。 汽化器(熱交

4、換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蝕性和強度高于純鋁，焊接性和塑性良好，但切削加工性較差。用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比純 鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。 硬鋁合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn?？蛇M行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造沖壓件、模鍛件和鉚接件，如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?

5、 飛機翼梁(腹板為硬鋁合金) 超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。室溫強度最高的鋁合金熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結(jié)構(gòu)件, 如飛機大梁、起落架等.飛機主起落架 鍛鋁合金Al-Cu-Mg-Si系合金 可鍛性好，力學(xué)性能高，用于形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導(dǎo)風(fēng)輪等.壓氣機葉片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金 常用牌號有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150 225下工作的零件，如壓氣機葉片、超音速飛機蒙皮等。美

6、F-117隱身戰(zhàn)斗機(所用材料大部分是鋁合金)高比強鋁合金機翼鑄造鋁合金 包括：Al- Si系： 代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號Al-Mg系：代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號Al-Zn系： 代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號 Al-Si系鑄造鋁合金 又稱硅鋁明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明.鑄造鋁合鋼在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到細小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。未變質(zhì)處理 經(jīng)變質(zhì)處理 ZL102

7、的鑄態(tài)組織加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。 活塞(裙部為鋁硅合金)用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風(fēng)機葉片、發(fā)動機活塞等。 Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。汽缸頭常用代號有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。 Al-Mg系鑄造鋁合金這類合金的耐蝕性好，強度高，密度小；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlM

8、g10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風(fēng)機密封件等(ZL102、301) Al-Zn系鑄造鋁合金這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。銅及銅合金性能特點1、純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無磁性。 純銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能極好，無磁性，且具有優(yōu)良的耐蝕性和塑性、韌性。用于制造電線、電纜

9、、導(dǎo)熱及耐蝕器材、電器元件等，一般不用于結(jié)構(gòu)零件熱軋銅合金（二）銅及銅合金 2、銅合金銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性.銅合金分為黃銅、青銅。銅管銅與黃銅帶黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學(xué)成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。 黃銅鑄件黃銅棒銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：H (黃) + 表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H62。單相黃銅 兩相黃銅 普通黃銅單相黃銅塑性好。常用牌號：H80、H70、 H68。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好

10、, 強度高.常用牌號：H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、銷釘、鉚釘、導(dǎo)管、散熱器等。冷凝器管汽車機油泵襯套在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。 特殊黃銅的牌號為：H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量, 如HPb59-1. 特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能改善。黃銅制品黃銅棒特殊黃銅常用牌號：HPb63-3（鉛黃銅）、HAl59-3-2（鋁黃銅）、ZHAl67-2.5、ZHPb59-1等。主要用于：熱沖壓及切削加工零件，船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。 青銅除黃銅和白

11、銅（Cu-Ni二元合金）外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。 青銅的牌號：Q +主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青銅有錫青銅、硅青銅、鋁青銅、鉛青銅等。 青銅制品是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為314%。 錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。質(zhì)量分數(shù)小于7%：塑性良好，可壓力加工質(zhì)量分數(shù)大于10%：塑性低，強度高，可用于鑄造，體積收縮率小，適于 鑄造形狀復(fù)雜、對尺寸精度要求較 高的鑄件。錫青銅錠普通青銅常用牌號：QSn4-3、QSn6.5-0.4等。主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等

12、。 錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)與普通青銅相比，特殊青銅具有更高的強度、硬度、抗蝕性與耐磨性。鑄造流動性很好，可得到致密鑄件，但收縮率大。硅青銅：QSi3-1用途：彈簧、耐蝕零件以及蝸輪、蝸桿、齒輪、制動桿鉛青銅：ZQPb30用途：航空發(fā)動機、柴油機發(fā)動機曲軸和連桿軸承特殊青銅鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為511%。強度、硬度、耐大型水力發(fā)電設(shè)備中的抗磨環(huán) 磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。 常用牌號：ZQAl9-2、ZQAl10-3-1.5等。用途：形狀簡單的大型鑄件；船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套

13、、螺旋槳等。第五節(jié) 其他工程材料一、高分子材料基本概念高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。常稱聚合物或高聚物。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工業(yè)用高分子材料主要是人工合成的。高分子化合物的組成由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2- , CH2CH2 n可簡寫成 n CH2=CH2 。 組成聚合物的低分子化合物稱為單體。聚合物的分子為很長的鏈條，稱為大分子鏈。 CH2CH2 n大分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(如聚乙烯中 )稱為鏈節(jié)。 聚乙烯分子鏈高分子材料的分類 按用途分塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。 按

14、聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物 1、工程塑料 塑料在一定溫度、壓力下可塑制成型，在常溫下能保持其形狀不變。塑料的組成 塑料是以合成樹脂為主要成分，加入各種添加劑。樹脂是塑料的主要成分，對塑料性能起決定性作用。添加劑是為了改善塑料的使用性能或成型工藝性能塑料制品添加劑是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。填料主要起增強作用；增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；固化劑用于使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延長其使用壽命；潤滑劑用于防止塑料加工時粘在模具上, 使制品光亮；著色劑用于塑料制品著色。其他還有發(fā)泡劑、催化 劑、阻燃劑、抗靜電劑等。 添加劑分類按樹脂受熱

15、時行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 按使用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。通用塑料產(chǎn)量大、價格低、用途廣。 工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價格貴，只用于特殊需要的場合。 熱固性塑料制品性能特點塑料的優(yōu)點：相對密度小(一般為0.9 2.3)；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。塑料的缺點：剛性差(為鋼鐵材料的1/1001/10)，強度低；耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的10倍）、導(dǎo)熱系數(shù)小(只有金屬的1/2001/600)；易老化。 常用工程塑料一般結(jié)構(gòu)用塑料：包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PV

16、C)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機械零件。ABS塑料 “堅韌、質(zhì)硬、剛性” ，應(yīng)用廣泛。 PE波紋管PP方向盤ABS閥門PS管聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強度較高，耐磨、自潤滑性好，廣泛用作機械、化工及電氣零件。聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機床、化工、電氣儀表、農(nóng)機等工業(yè) 。尼龍管件PC擋風(fēng)板聚碳酸酯具有優(yōu)良的機械性能，透明無毒，應(yīng)用廣泛。摩擦傳動零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)

17、越的電性能，幾乎不受任何化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有0.04。缺點是強度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料。 熱固性塑料熱固性塑料是在樹脂中加入固化劑壓制成型而形成的體形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，加入填料及其他添加劑而制成。廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品（如插座、開關(guān)等），耐熱絕緣部件及各種結(jié)構(gòu)件。 電器配件2、合成橡膠 橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的具有高彈性的材料。橡膠的組成和性能特點：工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無配合劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進劑、防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)泡劑、著色劑等。橡膠最

18、大的特點是高彈性。其他特點：優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐蝕、耐磨、吸振、密封、隔音、絕緣等性能。較高的韌性，能很好地與金屬、線織物、石棉等材料相聯(lián)結(jié)。常用合成橡膠合成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠，前者主要用于制作輪胎、運輸帶、膠管、膠板、墊片、密封裝置等；后者主要用于高低溫、強腐蝕、強輻射等特殊環(huán)境下工作的橡膠制品。 密封圈膠管輪胎二、復(fù)合材料基本概念由基體材料與增強材料兩部分組成基體：強度較低、韌性較好的零件增強體：高強度、高彈性模量材料典型應(yīng)用：鋼筋混凝土、汽車輪胎（橡膠中加入鋼絲增強）特點：密度小、比強度高；抗疲勞性能、高溫性能好；具有隔熱、耐磨、耐蝕、減振性以及特殊光、電、磁方面的特性特點比強度和比模量高 其中纖維增強復(fù)合材料的最高。 抗疲勞性能好 碳纖維增強材料-1可達b的7080%。因纖維對疲勞裂紋擴展有阻礙作用。減振性能良好 復(fù)合材料中的大量界面對振動有反射吸收作用，不易產(chǎn)生共振。高溫性能好。 比強度比較碳纖維樹脂硼纖維樹脂玻璃纖維樹脂鈦鋼鋁分類按基體材料分類，可分為聚合物基、陶瓷基和金屬基復(fù)合材料。按增強相形狀分類，可分為纖維增強復(fù)合材料、粒子增強復(fù)合材料和層狀復(fù)