第十一章有色金屬及其合金-重慶科創(chuàng)學(xué)院課件

1、第十一章第十一章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金（Nonferrous metals and alloys)通常把所有的非鐵金屬及其合金統(tǒng)稱(chēng)為有色金屬。 n特點(diǎn)（與鋼鐵相比）：n（1）耐蝕性好（Corrosion resistance)，鋼鐵如果具有的話，需要加入昂貴的金屬：Cr，Ni等。n（2）容易加工（ease of fabrication）；n（3）高的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性（high electrical and thermal conductivity）（Cu、Al）；n（4）重量輕 （light in weight) 航空機(jī)械，飛機(jī)等（Al、Ti）；n（5）有色澤 （color)。n幾乎所

2、有的金屬都具有以上五條中的2條以上。目前，其消耗量占金屬材料的5左右。111 銅及其合金銅及其合金n銅的儲(chǔ)量少，價(jià)格高，是貴重稀有金屬。n銅及其合金分類(lèi)銅及其合金分類(lèi)：紫銅、黃銅（普通黃銅、特殊黃銅）、青銅（錫青銅、無(wú)錫青銅）、白銅。n一、紫銅（工業(yè)純銅）一、紫銅（工業(yè)純銅）（含0.10.5%雜質(zhì)Pb、O、S、P等），純銅外觀呈紫紅色，故稱(chēng)為紫銅。n1、一般特性n （1）熔點(diǎn)：1083；n （2）在固態(tài)下無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，面心立方；n （3）比重：8.9n （4）性能：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性（僅次于銀）、好的塑性、（在大氣和淡水中）耐蝕性好，但在海水中耐蝕性差。n2、牌號(hào)及用途n紫銅共有4個(gè)牌號(hào)：T1（

3、99.95%）；T2（99.90%）；T3（99.70%）；T4（99. 50%）。n用途：柴油機(jī)潤(rùn)滑油管路；小柴油機(jī)的高壓油管，密封墊片。不能作結(jié)構(gòu)材料。n3、熱處理n加工硬化：反復(fù)冷變形（錘擊等）后，會(huì)顯著硬化，強(qiáng)度從240 提高到400500，塑性由45下降到5。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：強(qiáng)度低，形變強(qiáng)化，塑性降低。n二、黃銅n銅與鋅的合金，或以鋅為主要合金元素的銅合金，按化學(xué)成分分兩類(lèi)：n1. 普通黃銅（普通黃銅（Cu-Zn合金）合金）n 1）成分與組織n 一般Zn%47%。 當(dāng)Zn%39%時(shí)，組織為相，單相黃銅；n 當(dāng)Zn%:3945%時(shí)，組織為+ （硬而脆）相，兩相黃銅；n2）牌號(hào)，性能及用途n

4、如屬壓力加工普通黃銅：用代號(hào)“H”+Cu的表示，如H62，表示含銅量為62的普通黃銅，用于制造墊圈、彈簧、各種銅網(wǎng)等。 n 若屬鑄造普通黃銅：用“Z”+CuZn+鋅的表示，如ZCuZn38，用于制造一般結(jié)構(gòu)件、耐蝕件、彈簧等。n性能性能:鑄造性好，塑性好，耐蝕性好，可切削加工性差。n缺陷缺陷: （1） 脫鋅:黃銅表面氧化膜破壞后，鋅被溶解，表面殘存一層多孔（海綿狀）的純銅。n （2）季裂(應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂):冷加工零件有殘余應(yīng)力，在海水( 氨)的情況下，造成晶間腐蝕，自動(dòng)開(kāi)裂。當(dāng)鋅含量超過(guò)20時(shí)，最易發(fā)生。 用低溫退火（260300，13小時(shí)）消除。n2 .特殊黃銅特殊黃銅:n 在普通黃銅的基礎(chǔ)上

5、加入合金元素(Al、Mn、Si、Pb等)。目的：提高機(jī)械性能和耐蝕性。n編號(hào)方法編號(hào)方法n 如屬壓力加工產(chǎn)品：n用代號(hào)“H”+主加元素符號(hào)主加元素符號(hào)Cu的表示主主加元素的加元素的，若后邊還有幾組數(shù)字，則表示其它合金元素的。例：n HMn5531，表示Cu%=55，Mn=3%，F(xiàn)e=1%的錳黃銅，用于制造螺旋槳。n HSn70-1，錫黃銅： Cu%=70%， Sn%=1%， Zn%=29%。耐海水腐蝕（加錫的原因）。 稱(chēng)為：海軍黃銅，與海水、油類(lèi)接觸的導(dǎo)管、冷凝器。n 若屬鑄造產(chǎn)品：用“Z”+Cu合金元素合金元素的+表示，如：n ZCuZn25Al6Fe3Mn3，表示Cu%=66、Zn%=25

6、%、Al%=6%、Fe%=3%、Mn=3%的鑄造鋁黃銅，用于制造重載螺母、蝸桿等。n ZCuZn40Mn3Fe1： 鑄造錳黃銅 Cu%=55%、Mn%=3%，F(xiàn)e%=1%。制造海船的螺旋槳及其它管配件。n三、青銅三、青銅n 其耐磨性、耐蝕性均好于黃銅和純銅。n1壓力加工青銅 n 牌號(hào)表示方法：牌號(hào)表示方法：“Q” 主加元素符號(hào)主主加元素符號(hào)主加元素；如果后面還有幾組數(shù)字，則為其加元素；如果后面還有幾組數(shù)字，則為其它元素。它元素。n如：QAl7，表示含鋁7的鋁青銅，可制造重要彈簧等。n2鑄造青銅n 牌號(hào)表示方法：ZCu+合金元素合金元素的。例:ZCuSn10Zn2 （名稱(chēng)：102錫青銅），鑄造錫

7、青銅：Sn%=10%， Zn%=2%， Cu%=88%。用途: 螺旋槳軸的軸套。nZCuSn10P1 (名稱(chēng)：名稱(chēng)：101錫青銅) 鑄造錫青銅: Sn%=10%， P%=1%(提高耐磨性)， Cu%=89%。用途:高速、高負(fù)荷的軸承。n ZCuAl14Mn8Fe3Ni2 , 鑄造鋁青銅 Al%=14%，Mn%=8%，F(xiàn)e%=3%，Ni%=2%，用于制造海水中耐蝕的高強(qiáng)度零件，如螺旋槳。n ZCuPb30 (30鉛青銅) 鑄造鉛青銅 ，高速發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦。n四、白銅（四、白銅（CuNi合金）合金）n 好的耐蝕性，高的電阻率，抗氧化。機(jī)器及儀器中使用的白銅有以下兩個(gè)牌號(hào)：nCuNi19（普通白銅），耐

8、蝕性好，耐海水腐蝕，適于船舶儀器中使用。nCuNi15Zn20（鋅白銅），機(jī)械性能稍有提高，具有美麗的銀白色，可用于船舶儀表的刻度盤(pán)等。11-2 鋁及其合金鋁及其合金n主要特點(diǎn)：比重小、優(yōu)良的理化性能和加工性能。主要特點(diǎn)：比重小、優(yōu)良的理化性能和加工性能。n一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁n1.主要特點(diǎn):n 比重小（2.7是鐵的三分之一）輕； 面心立方晶格：塑性好=8%； 導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性好（僅次于Cu，Ag，Au是銅的60），無(wú)磁性；熔點(diǎn)低。n 在大氣和淡水中耐蝕性好，易氧化形成Al2O3保護(hù)膜，不耐酸堿。n 缺點(diǎn)缺點(diǎn): 強(qiáng)度低。（抗拉強(qiáng)度為強(qiáng)度低。（抗拉強(qiáng)度為80MPa）不能做機(jī)械）不能做機(jī)械的結(jié)構(gòu)

9、零件。的結(jié)構(gòu)零件。 2 分類(lèi)及牌號(hào)工業(yè)純鋁的代號(hào)是依其中的雜質(zhì)的限量來(lái)編制的。冶煉產(chǎn)品用元素符號(hào)和數(shù)字表示（數(shù)字越大，純度越低）。 用途用途：電線、生活器皿；n二、鋁合金二、鋁合金n目的：提高強(qiáng)度。純AL的強(qiáng)度低（只有80MPa)，n 方法：在純AL中，加入適量的合金元素（Cu，Mg，Si，Mn等）通過(guò)合金化及冷加工和熱處理，可以使強(qiáng)度提高到：490588Mpa。此外，鋁合金的性能還可以通過(guò)熱處理來(lái)進(jìn)一步提高。鋁合金的相圖如右圖示：BLL 鑄造Al合金TDALFn 依據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，常把鋁合金分為兩類(lèi)：n1形變鋁合金形變鋁合金n成分：D點(diǎn)以左的合金。n特點(diǎn)：好的塑性，適合于壓力加

10、工，F(xiàn)點(diǎn)以左的合金，固溶體成分不隨溫度變化，不能熱處理強(qiáng)化。F，D之間的合金，可熱處理強(qiáng)化。分為4種：n牌號(hào)：防銹鋁合金：代號(hào)為“LF”，如：LF21，21號(hào)防銹鋁。n硬AL：代號(hào)為“LY”，如：LY11，11號(hào)硬鋁。n 超硬鋁：代號(hào)為“LC”；如；LC4 ，四號(hào)超硬鋁。硬AL與超硬鋁用于飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件，如大梁，起落架等。n 鍛AL： 代號(hào)為 “LD”，如：LD8，8號(hào)鍛鋁。航空機(jī)械中復(fù)雜的大型鍛件，活塞等。n熱處理工藝：淬火時(shí)效處理（合金的性能隨時(shí)間延長(zhǎng)而變化）n 淬火溫度：500水淬，得到過(guò)飽和固溶體。n2鑄造鋁合金鑄造鋁合金nD點(diǎn)以左的合金，具有共晶組織，流動(dòng)性好，適合于鑄造。n如：ZL1

11、01（代號(hào)，對(duì)應(yīng)牌號(hào)為ZAlSi7Mg）， （注；第一位數(shù)表示合金系，（注；第一位數(shù)表示合金系，1Al-Si;2-Al-Cu;3-Al-Mg;4-Al-Zn，后面的兩，后面的兩位表示序號(hào)）位表示序號(hào)）nZL108（牌號(hào)為ZAlSi12Cu2Mg1）和ZL109（牌號(hào)為ZAlSi12Cu1Mg1Ni1）又稱(chēng)特殊硅鋁明。是制造汽車(chē)及船用中、高中、高速柴油機(jī)或汽油機(jī)活塞的主要材料。113 鈦及其合金鈦及其合金n一、純鈦n鈦呈灰白色，熔點(diǎn)為1680，比重比鋁大，但比鋼輕43。鈦的強(qiáng)度是鋁的6倍。好的耐熱性（可用于500），也是優(yōu)良的低溫材料（在253仍有好的塑性和韌性）。有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。n鈦的性能極易

12、受雜質(zhì)的影響。根據(jù)雜質(zhì)的含量，工業(yè)純鈦分三個(gè)等級(jí)：TA1、TA2、TA3，號(hào)越大，純度越低。用途：如TA1可用于制造船用板式換熱器的傳熱板。n一、 鈦合金n根據(jù)鈦合金的熱處理組織，可分為三種類(lèi)型：n1型鈦合金型鈦合金n牌號(hào)有：TA4、TA5、TA6、TA7、TA8，主要合金元素為Al，其室溫強(qiáng)度低于其它類(lèi)型的鈦合金，但在500600的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度居鈦合金之首。屬于耐熱型鈦合金。一般用于500以下，如：TA7，可用于導(dǎo)彈的燃料罐，飛機(jī)的渦輪機(jī)匣等。n1型鈦合金型鈦合金n我國(guó)現(xiàn)有2個(gè)牌號(hào)：TB1、TB2。淬火組織為固溶體，合金元素含量較高，其耐熱性差，一般用于350以下。如：TB1可用于壓氣機(jī)葉

13、片、軸等。各國(guó)都在研究這類(lèi)鈦合金。n3(+)型鈦合金型鈦合金n退火態(tài)組織為：(+),故兼有及類(lèi)的特點(diǎn)。這類(lèi)鈦合金綜合機(jī)械性能好，應(yīng)用最廣。n牌號(hào)有10個(gè)：TC1TC10。n其中：TC4（Ti6Al4V）應(yīng)用最廣，經(jīng)過(guò)熱處理后，其性能指標(biāo)為：b=1300MPa、s=1200MPa、=13%。在導(dǎo)彈和超音速飛機(jī)中，其用量約占鈦總用量的50以上，被稱(chēng)為“國(guó)際合金”。主要用于制造需要高溫強(qiáng)度的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，也可作火箭及導(dǎo)彈的液氫燃料箱。114滑動(dòng)軸承合金滑動(dòng)軸承合金n用來(lái)制造滑動(dòng)軸承瓦的合金稱(chēng)為軸承合金。n軸承的組成：軸承座，軸瓦，軸承蓋。其中軸瓦與軸直接相接觸。n軸瓦的生產(chǎn)：1）耐磨合金鋼板，一起軋制

14、；n 2）在瓦殼上澆鑄一層耐磨合金瓦襯。n一、對(duì)軸承合金的性能要求：n（1）在工作溫度下，具有足夠的強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度和硬度；（2）摩擦系數(shù)小，耐磨性好，磨合性，親油性，抗咬合性好； n（3）導(dǎo)熱性，抗蝕性好，膨脹系數(shù)??；（4）工藝性好，價(jià)格低。（5）合適的成分：與鋼軸的相容性差。n組織：軟基體上均勻分布硬質(zhì)點(diǎn)或硬基組織：軟基體上均勻分布硬質(zhì)點(diǎn)或硬基體上均勻分布軟質(zhì)點(diǎn)。即軟硬混合的組體上均勻分布軟質(zhì)點(diǎn)。即軟硬混合的組織最理想?？椬罾硐?。硬的部分承受外載，軟的部分磨掉后儲(chǔ)油。n種類(lèi)：巴氏合金、銅基軸承合金、鋁基巴氏合金、銅基軸承合金、鋁基軸承合金。軸承合金。n二、巴氏合金（白合金，烏金）二、巴氏合金

15、（白合金，烏金）n牌號(hào)：牌號(hào)：“ZCh”+基本元素符號(hào)（起分組的作基本元素符號(hào)（起分組的作用）主加元素符號(hào)主加元素含量輔加用）主加元素符號(hào)主加元素含量輔加元素含量。元素含量。Z“鑄”，Ch“承”n 例：ZChSnSb116 （ZSnSb11Cu6）; 名名稱(chēng)：稱(chēng)：116錫銻軸承合金或2號(hào)錫基軸承合金，基本元素Sn，主加元素Sb%=11%，輔加元素Cu6，Sn%=83%.n1錫基巴氏合金（共錫基巴氏合金（共4個(gè)牌號(hào)）個(gè)牌號(hào)）n 成分：以錫為主，加入少量的Sb，Cu等（消除比重偏析）形成；n組織特點(diǎn)：軟基體上均布硬質(zhì)點(diǎn)組織。 n常用牌號(hào)：常用牌號(hào)：ZChSnSb11-6（ZSnSb11Cu6）n

16、性能：摩擦系數(shù)小，耐蝕性好，韌性好；但疲勞強(qiáng)度低。許用溫度280。n用途：高速、重載柴油機(jī)的軸承，耐蝕性和磨合性好。n四、鋁基軸承合金四、鋁基軸承合金n特點(diǎn)：比重小，導(dǎo)熱性好，疲勞強(qiáng)度高，耐磨性好，原料豐富（符合我國(guó)的資源特點(diǎn)），成本低。缺點(diǎn)：膨脹系數(shù)大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易與軸咬死。n1低低Sn 鋁合金鋁合金： 錫含量10 ，Cu、Ni、Mg的鋁基軸承合金。n 承載能力大，疲勞強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)大。 用途：中、高速、重載軸承。n2鋁銻鎂軸承合金：鋁銻鎂軸承合金： 銻：4；鎂：0.30.7，其余為AL。n組織：軟基體（鋁）上分布硬質(zhì)點(diǎn)（AlSb 、Mg3Sb）。特點(diǎn)：疲勞強(qiáng)度高，耐蝕，耐磨，但承載能力不大。用途：低速，中等負(fù)荷的柴油機(jī)軸承。（如：農(nóng)機(jī)，拖拉機(jī)）n3高錫鋁合金：高錫鋁合金： 成分：Sn：20左右 ，1的銅（溶入鋁強(qiáng)化基體），其余為鋁。n組織：硬基體（AL基固溶體）錫的軟質(zhì)點(diǎn)；n特點(diǎn)：性能好，壽命長(zhǎng)，成本低，可代替巴氏合金。（磨合性、嵌藏性、抗咬合性差）。n用途：高速重載船用柴油機(jī)的主軸承和連桿軸承、高速大功率的內(nèi)燃機(jī)車(chē)、重型汽車(chē)上等。n為了滿(mǎn)足大型低速船用柴油機(jī)的需要，改善20高錫鋁合金的磨合性等，目