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page§8第八章有色金属1浙江XXX学院汽车机械基础教案NO.8授课班级授课日期编制人日期检查人日期抽查人日期王增乐教学内容分析课题§8第八章有色金属重点难点熟悉有色金属的基本结构掌握汽车工业中有色金属的选用学情分析黑色有色金属材料，在金属工艺学部分的学习中，在汽车工业中有重要的应用，学生掌握好这一部分，对于其合理选用有重要意义。教学目标设计1，学会选择典型的有色金属的能力2，学会轴承合金的选用教学准备教案，教本，教师手册教学方法讲授、学生练习相结合。教学过程设计摘要占用时间教学组织师生问候、考勤复习钢的热处理的“四把火”导入铁碳合金在当今社会的广泛应用讲授新课第一节铝和铝合金第二节铜和铜合金第三节轴承合金课堂练习P51T1回答P51T2回答布置作业P52T3小结回顾本节课学习的内容page§8第八章有色金属2讲授内容以及师生活动课堂常规一、组织教学检查学生出勤，并记录二、复习提问钢的热处理的“四把火”三、导入新课合金材料。四、讲授新课§8-1铝和铝合金一铝和铝合金的主要特性纯铝产品地壳中含量最丰富的金属元素。铝，原子序数为13，原子量为26.98，原子体积为(立方厘米/摩尔)：10.0，面心立方结构，熔点660℃，密度2.702，地壳中含量（ppm）：82000。纯铝分冶炼品和压力加工品两类，前者以化学成份Al表示，后者用汉语拼音LV（铝、工业用的）表示。产量在有色金属中占有首位，公次于钢铁产量。铝这所以应用广泛，除有着丰富的蕴藏量（约占地壳质量的8.2%，为地壳中分布最广的金属元素）、冶炼较简便以外，更重要的是铝有一系列的优良特性：1．密度小纯铝的密度接近2700kg/m3,约为铁的密度的35%。2.7g/cm3.2．可强化纯铝通过冷加工可使其强度提高一倍以上。而且可通过添加镁、锌、铜、锰、硅、锂、钪等元素合金化，再经过热处理进一步强化，其比强度可与优质的合金钢媲美。3．易加工铝用用任何一种铸造方法铸造。铝的塑性好，可轧成薄板和箔；拉成管材和细丝；挤压成各种民用的型材；可以大多数机床所能达到的最大速度进行车、铣、镗、刨等机械加工。4．耐腐蚀铝及其合金的表面，易生成一层致密、牢固的Al2O3保护膜。这层保护膜只有卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏。因此，铝有很好的耐大气（包括工业性大气和海洋大汽）腐蚀和水腐蚀的能力。能抵抗多数酸和有机物的腐蚀，采用缓蚀剂，可耐弱碱液腐蚀；采用保护措施，可提高铝合金的抗蚀能力。5．无低温脆性铝在摄氏零度以下，随着温度的降低，强度和塑性不公不会降低，反而提高。6．导电、导热性好铝的导电、导热性能公次于银、铜和金。7．反射性强铝的抛光表面对白光的反射率达80%以上，纯度越高，反射率越高。同时，铝对红外线、紫外线、电磁波、热辐射等都有良好的反射性能。8．无磁性、冲击不生火花9．有吸音性10．耐核辐射11．美观铝及其合金由于反射能力强，表面呈银白色光泽。经机加工后可达至很高的光洁度和光亮度。经阳极氧化和着色，可获得五颜六色、光彩夺目的制品。二工业纯铝高纯铝通常把纯度（铝含量）大于99.93%~99.99%的纯铝叫做高纯铝（highpurityaluminium).它是以优质精铝为原料，采用定向凝固提炼法生产的。高纯铝又可细分为次超高纯铝（铝含量99.5%~99.95%)、超高纯度铝（铝含量99.996%~99。999%）和极高纯度铝（铝含量99.999%以上）。高纯铝呈银白色，表面光洁，具有清晰结晶纹，不含有夹杂物。高纯铝具有低的变形抗力、高的电导率及良好的塑性等性能，主要被应用于科学研究、电子工业、化学工业及制造高纯合金、激光材料及一些其他特殊用途。产品一般以半圆锭或长板锭供货，每个半圆锭质量不小于45kg.每个长板锭质量不大于25kg,长板锭断面尺寸一般为200mm*65mm,长度不大于600mm.高纯铝具有良好的延展性，通常可以碾压成极薄的铝箔或极细的铝丝，目前使用机械碾压可以制作达到厚度为0.4微米的独立铝箔，而电沉积则可制作厚度达到7.5纳米的铝膜，但该铝膜必须依附在塑料基膜上。page§8第八章有色金属3工业高纯铝一般定为纯度为98.85％～99.0％的铝，一般用于制造铝箔，包铝和冶炼。工业纯铝一般定为纯度为98.0％～99.0％的铝，中国定为纯度为98.8％～99.7％的铝。中国塑性变形加工工业纯铝牌号有1080、1080A、1070、107000A(L1)、1370、1060(L2)、1050、1050A(L3)、1A50(LB2)、1350、1145、1035(L4)、1A30(L4-1)、1100(L5-1)、1200(L-5)、1235等。铁和硅是其主要杂质，并按牌号数字增加而递增。三铝合金铝合金按加工方法可以分为变形铝合金（压力加工铝合金）和铸造铝合金两大类：变形铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好），铸造铝合金在铸态下使用。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。2008年北京奥运会火炬“祥云”就是铝合金。变形铝合金包括：防锈铝合金主要包括不能热处理强化的Al-Mn系和Al-Mg系合金。Ai-Mn系合金主要含锰镁等合金元素。由于锰的作用比纯铝具有更高的耐腐蚀性能和强度，并具有良好的可焊性和塑性，但切削性能差。Al-Mg系合金由于镁的作用，密度比纯铝小强度比Al-Mn合金高，并具有相当好的耐腐蚀性。含锰量在1.0%～1.7%的防锈铝合金，抗腐蚀性能较高。而Al-Mg系防锈铝合金中镁含量一般不超过7%，随着含镁量的增加，合金的强度增大，σ0可达400MPa，而塑性则下降。这一类防锈铝合金通常在退火状态、冷作硬化或半冷作硬化状态下使用。强度低、塑性好、易于压力加工，具有良好的抗腐蚀性能和焊接性能特别适宜于制造承受低载荷的深拉伸零件、焊接件和在腐蚀介质中工作的零件，如油箱、管道等。另一类防锈铝合金是可热处理强化的Al-Zn-Mg-Cu系合金，其拉伸强度较高，具有优良的耐海水腐蚀性能，良好时断裂韧性，低的缺口敏感性和好的成型工艺性能。适于制造水上飞机蒙皮及其他要求耐腐蚀的高强度钣金零件。硬铝合金属热处理可强化铝合金，包括铝-铜-镁系和铝-铜-锰系合金。这类合金强度和耐热性能均好，但耐蚀性不如纯铝和防锈铝合金。常用包铝方法提高硬铝制品在海洋和潮湿大气中的耐蚀性。该类合金广泛应用于各种构件和铆钉材料。在造船、建筑等部门也大量应用。在铝-铜-镁系中添加铁和镍，可发展为锻造合金，有良好的高温强度和工艺性能。铝-铜-锰系合金的工艺性能良好，易于焊接，主要用于耐热可焊的结构材料和锻件。超硬铝合金在铝-锌-镁系的基础上添加铜发展起来的铝合金，其强度可达784N/mm2，但耐热耐蚀性差，对铁敏感、抗应力腐蚀性差，适当控制合金中锌和镁的比例，可添加铜、锰等元素后，将进一步提高合金强度，改善塑性和耐应力腐蚀性能，工业上使用的室温力学性能最高，一般σb为490～690MPa的可压力加工铝合金。又称高强度铝合金。主要是Al-Zn-Mg-Cu系合金。其中锌和镁含量的比值及锌、镁、铜含量的总和不同，合金的性能也不同。锌和镁含量的比值增加，合金的热处理效果增大，强度提高，但应力腐蚀敏感性增大。当锌、镁、铜含量的总和大于9％(质量)时，合金的拉伸强度最高。熔融法制锭，再压力加工成材。用于生产各种锻件和模锻件，制作飞机的蒙皮、螺钉、承力构件、大梁桁条、隔框和翼肋等。page§8第八章有色金属4锻铝合金属于变形铝合金的一类，代号LD。包括铝镁硅铜系变形铝合金和铝镁硅系变形铝合金，主要用作形状复杂的锻件。镁和硅可形成强化相Mg2Si；铜可以改善热加工性能，并形成强化相Cu4Mg5Si4Al；锰可以防止加热时出现过热。锻铝合金大都在淬火，人工时效状态下使用。在淬火后应立即进行人工时效，否则降低强化效果。主要牌号有LD2等。锻铝合金高温强度低，热塑性好，可锻造加工成形状复杂的锻件和模锻件，也可轧制成板材或其他型材。主要用于飞机结构件上。铸造铝合金包括可用金属铸造成形工艺直接获得零件的铝合金，铝合金铸件。该类合金的合金元素含量一般多于相应的变形铝合金的含量。据主要合金元素差异有四类铸造铝合金。(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10%～25%。有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。(2)铝铜合金，含铜4.5%～5.3%合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。(4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚，他们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相当的流动性，易与填充铸造时铸件的收缩缝。目前基本的合金只有以下6类；①Al-Cu合金,②Al-Cu-Si合金③Al-Si合金，④Al-Mg合金，⑤Al-Zn-Mg合金，⑥Al-Sn合金。§8-2铜和铜合金铜合金（copperalloy）以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色﹐又称紫铜。纯铜密度为8.96﹐熔点为1083℃﹐具有优良的导电性﹑导热性﹑延展性和耐蚀性。主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜3大类。一工业纯铜含铜量大于99.50％的铜，因呈红色，又称赤铜、红铜、紫铜。常含有氧、硫、铅、砷、铋、磷等杂质。具有优良的导电性、导热性、适中的机械性能。可用来配制铜合金和作合金元素。广泛用于电器电工领域作导电、导热材料。用反射炉等火法冶炼铜，用电解法精炼铜。高品质红铜纯度高，组织细密，含氧量极低。无气孔、沙眼、疏松，导电性能极佳，适合电蚀刻模具，经热处理工艺，电极无方向性，适合精打，细打。中国紫铜加工材按成分可分为：普通紫铜(T1、T2、T3、T4)、无氧铜（TU1、TU2和高纯、真空无氧铜）、脱氧铜（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜合金）四类。紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材。紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）、碱、盐溶液及多种有机酸（醋酸、柠檬酸）中，有良好的耐蚀性，用于化学工业。另外，紫铜有良好的焊接性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。20世纪70年代，紫铜的产量超过了其他各类铜合金的总产量。page§8第八章有色金属5二铜合金黄铜