搜索
1第8章有色金属及其合金教学基本内容：1、铝及铝合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用；2、铜及铜合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用；3、钛及钛合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1、掌握铝、铜合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用；2、熟悉合金元素对铝、铜合金的显微组织、热处理性能和使用性能的影响3、了解钛及钛合金的分类、成分与性能特点、热处理工艺及应用。教学重点及难点：1、重点：1）铝、铜合金的合金化的目的和热处理工艺；2）铝、铜合金的分类、成分与性能特点及选择。2、难点：1）铝、铜合金合金化的机制；2）铝、铜合金热处理工艺的制定。教学方法及手段：1、PPT讲解；2、课堂讲解。作业、讨论题、思考题：1、论述铝合金、铜合金的合金化的目的和热处理工艺？2、综述铝合金、铜合金的应用现状？第八节有色金属及其合金2第一节铝及铝合金一、纯铝1、性能1）用量最大的有色金属、银白色；2）面心立方晶体、塑性好：δ=50%，ψ=80%，适于形变加工；3）熔点低660℃、密度小（2.7g/cm3）为铁的1/3，是一种轻金属材料；4）导电性和导热性较好，仅次于银和铜；5）对大气有良好的耐蚀性（Al2O3），但对酸、碱、盐的耐蚀性差；6）强度低бb=80-100MPa，冷塑变后提高到бb=150-200MPa。2、用途工业纯铝很少用于制造机械零件，多用于制作电线、电缆及要求热导、抗蚀且受轻载的用品或器皿。3、牌号L+数字序号，数字愈大其纯度愈低；“铝”二、铝合金的分类及热处理合金化：在铝中加入某些合金元素所形成的合金。最大特点比强度高（强度/密度之比），可用作受力构件和零件。防锈铝合金（热处理不能强化）硬铝合金（热处理能强化铝合金）形变铝合金超硬铝合金（热处理能强化铝合金）铝合金锻造铝合金（热处理能强化铝合金）铸造铝合金3三、铝合金的热处理1）固溶热处理（淬火）目的在水中快速冷却，获得过饱和铜（或其它合金元素）的α固溶体组织。2）时效经固溶热处理的合金在室温（自然时效）或加热至一定温度放置（人工时效），随时间廷长因第二相（如CuAl2）的弥散析出，使强度提高、塑性降低的现象称为时效强化，这种热处理方法称为时效。四、常用铝合金1、形变铝合金1）防锈铝合金（LF）-----200Mpa左右（1）成分为Al-Mn系、Al-Mg系合金，Mn、Mg的主要作用是固溶强化和提高耐蚀性。（2）热处理：不能进行时效强化，常采用冷变形方法提高其强度/（3）代号：“LF+序号”，LF是“铝防”的汉语拼音字首，例、LF5。（4）应用：主要用于制作蒙皮、容器和装饰等抗蚀构件。2）硬铝（LY）-----300-480MPa（1）成分：Al-Cu-Mg系合金，加入元素铜、镁形成强化相。（2）热处理与性能经固溶-时效处理，能获得相当高的强度，故称“硬铝”；但抗蚀性差，采用“包铝”提高抗蚀性能；（3）代号：“LY+序号”，“LY”是“铝硬”的汉语拼音字首；例、LY11（4）应用：主要用于制作发动机叶片、滑轮等有一定强度要求的零件和构件。43）超硬铝（LC）-----600MPa（1）成分：Al-Cu-Mg-Zn系合金，加入元素铜、镁、锌形成更多的强化相。（2）热处理固溶处理-人工时效，其室温强度最高；采用“包铝”提高抗蚀性能。（3）代号：“LC+序号”，“LC”是“铝超”的汉语拼音字首，例、LC4。（4）应用：多用于制造受力大的重要构件，如飞机大梁、起落架等。4）锻铝（LD）-----400Mpa以上（1）成分与性能Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金，特点：多元素少量；且具有良好的热塑性、铸造和锻造性能，适合压力加工。（2）热处理：固溶处理-人工时效强化后，仍保持较高强度。（3）代号：“LD+序号”，“LD”是“铝锻”的汉语拼音字首；例、LD5。（4）应用：多用于制造受重载荷的锻件和模锻件。2、铸造铝合金1）成分：具有良好的铸造性能，其成分接近共晶点。2）热处理（1）变质处理；（2）固溶处理（淬火）+自然（人工）时效，提高其综合力学性能；3）代号ZL（铸铝）+序号（1××-硅系；2××-铜系；3××-镁系；4××-辛系）例，ZL109---表示铸造铝硅合金。54）常用铸造铝合金牌号、性能和应用代号性能应用ZL109硅铝明铸造性好、但力学性能低、бb=140MPa、δ=4%。形状复杂的零件：仪表、气缸体、水（油）泵壳体等。ZL201具有较高的耐热强度。内燃机气缸盖、活塞等高温（300℃以下）工作的构件。ZL301具有较好的耐蚀性能、高强度，但铸造性和耐热性差。泵体、船舰配件等大气或海水中工作的构件。ZL401具有较高的强度、铸造性好、价格便宜，但耐热性差。汽车、飞机上形状复杂的构件。第二节铜及铜合金一、纯铜（紫铜）1、主要性能1）观呈紫红色，又称紫铜；纯铜密度为8.9g/cm3；熔点1083℃；导电性和导热性优良；无磁性；碰撞冲击时无火花；2）很好的化学稳定性，在大气、淡水、冷水中具有很好的耐腐蚀性；但在海水、氨盐、氯化物、碳酸盐及氧化性酸中抗蚀性差，表面产生绿色的碱式碳酸铜薄膜，即铜绿。3）强度较低，但塑性极好，可加工成铜箔；但纯铜加工硬化指数高，故通过冷变形强化效果好；而且其低温韧性好，焊接性能优良。2、应用主要用于导电导热及兼有耐蚀性要求的结构件，如电机、电器、电线电缆、电刷、防磁机械、化工换热及深冷设备等，也用于配制各种性能的铜合金。3、牌号按其纯度不同有四个牌号:6T1（99.95%Cu）、T2（99.90%Cu）、T3（99.7%Cu）、T4（99.5%Cu），其常用作导电，一般铜材及制铜合金。二、铜合金1、铜的合金化通过合金元素固溶、淬火时效和形成过剩相来强化材料，提高合金的性能。主要固溶强化元素有Zn、Sn、Ai、Mn、Ni等；Be、Ti、Zr、Cr等为常用的沉淀强化元素。2、铜合金的分类按成形方法分类：变形铜合金及铸造铜合金。按化学成分分类：黄铜、青铜和白铜三大类。1）黄铜（1）成分：在铜中主要加入合金元素锌所形成的合金。（2）分类按其成分分为：普通黄铜和特殊黄铜，普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金，特殊黄铜是在普通黄铜中加入其它合金元素组成的多元合金；按加工方法分为：压力加工黄铜和铸造黄铜。（3）合金元素对黄铜性能的影响当Zn32%时，黄铜组织为单相α固溶体，Zn%↑→强度↑、塑性↑，可进行冷、热加工；当32%Zn45%时，Zn%↑→强度↑、塑性↓，黄铜组织为双相α+β`，可进行热加工，但不适合冷变形加工；当Zn45%时，Zn%↑→强度↓、塑性↓。7加入Al、Sn、Ni、Mn等进一步提高合金强度和耐蚀性；加入Si、Pb等可提高耐磨性。（4）黄铜的牌号普通黄铜：H70含铜量的百分数“黄”特殊黄铜：HPb59-1主加合金元素含量的百分数1%Pb含铜量的百分数主加合金元素“黄”铸造黄铜：ZCuZn38含Zn38%；普通黄铜合金“铸”（5）黄铜的性能和应用бb≈320-600MPa，δ≈50%，价格便宜，因此日用品都用黄铜；工程上制造弹壳、散热器、冷凝器管道等构件；特殊黄铜可用于制造防海水浸蚀的船舶机械零件，如轴承、齿轮、螺旋桨叶和仪表，化工用耐蚀零件等。（6）经冷加工的黄铜制品存在残余应力，易发生应力腐蚀开裂，需进行去应力退火；82）青铜是指黄铜和白铜以外的其它铜合金。其中铜锡合金称为锡青铜，其它青铜称特殊青铜。一般说，青铜的耐磨性比黄铜好，所以在机械制造中青铜用的比较多。（1）牌号压力加工：Q+主加合金元素符号及其含量＋其它合金元素含量例ＱSn6.5-0.1――代表Sn=6.5%,P=0.1%的锡青铜铸造合金：ZCuSn10Pb1。（２）青铜分类、性能及应用Ａ、锡青铜①锡青铜在大气、淡水、海水和水蒸汽中具有良好的耐蚀性，但在酸类及氨水中其耐蚀性较差；②Sn7%的锡青铜为α单相固溶体，塑性好，适于压力加工；③Sn7%的锡青铜，由于塑性差，只适于铸造加工，且铸造性能一般（流动性差，易形成疏松，组织不致密，但收缩小）；④青铜的耐磨性好；⑤力加工锡青铜多用于制造导电弹性元件和轴瓦、轴套等耐磨零件；⑥铸造锡青铜一般用于铸造气密性要求不高的铸件和艺术品。B、铝青铜-----在铜中主要加入合金元素铝所形成的铜合金。①比黄铜和锡青铜具有更高的强度、耐磨性和耐蚀性，并易于获得致密的铸件；②Al=5%--7%的铝青铜塑性好，一般为压力加工铝青铜，如ZQAl9Mn2；主要用作强度和耐磨性较高的耐磨零件（齿轮、蜗杆、轴套等）；③Al=8%-10%的铝青铜塑性低，一般为铸造铝青铜（如QAl5、Qal7）；主要用作9仪器、仪表中的耐蚀弹性零件。C、铍青铜------在铜中主要加入合金元素铍所形成的铜合金。①铍青铜经固溶时效处理强化后，其强度бbmax=1250MPa，δ=2%--4%，疲劳抗力高，弹性好：②而且抗蚀、耐热、耐磨等性能均好于其它铜合金；③导电性和导热性优良，而且具有无磁性、受冲击时无火花等优点；④主要用于制造精密仪器、仪表的弹性元件、耐磨零件等。第三节钛及其合金10一、纯钛1、性质1）钛在地壳中蕴藏丰富，仅次于铝、铁、镁而居第四。2）纯钛为银白色金属，相对密度4.54，也是一种轻有色金属。钛熔点高（1680℃）、线膨胀系数小。3）具有同素异物转变。4）纯钛弹性模量低，耐冲击性好；强度与铁相似（бb=220-260MPa），比强度很高，且具有很高的塑性（δ=50-60%），钛的固溶强化显著，бb可高达550MPa，因此工业纯钛可直接用作工程结构材料。5）钛具有较好的低温塑性，在550℃以下有较好的耐热性，故钛还常用作低温材料和耐热材料。6）在大气、海水、高温气体（550℃以下）及中性和氧化性介质中具有极高耐蚀性，高于不锈钢；但高温高浓度盐酸和硫酸、干燥氯气、氢氟酸和高浓度磷酸等介质对钛有较大的腐蚀作用。2、纯钛的应用工业纯钛（α-Ti）因其密度小，耐蚀性优异，而更重要的是其力学性能良好，因此是航空航天、船舶、化工等工业中常用的一种结构材料。常用于制造350℃以下及超低温下工作的受力较小的零件及冲压件，如飞机蒙皮、构架、隔热板、发动机部件、柴油机活塞、连杆及耐海水等腐蚀介质下工作的管道阀门等。二、钛合金及分类111、热处理1）退火：提高合金塑性和韧性，消除应力及稳定组织；2）淬火时效：相变强化合金。2、钛合金的性能特点与应用1）α型钛合金（1）牌号：TA5、TA6、TA7（2）组织：α单相固溶体或α固溶体加微量金属间化合物；（3）热处理：不能热处理强化；（4）性能：室温强度较低（бb=850MPa），但高温（500-600℃）强度高，бb=400Mpa；组织稳定，耐蚀性优良，塑性及加工成型性好；具有优良的焊接性能和低温性能；（5）应用：常用于制作飞机蒙皮、骨架、发动机压缩机盘和叶片、蜗轮壳以及超低温容器。2、β型钛合金1）牌号：TB1、TB22）组织：亚稳β相；3）热处理：淬火时效——沉淀强化效果显著；4）性能бb=1300MPa，δ=5%；淬火态塑性韧性很好，冷成型性好；但该合金密度大，组织不够稳定，耐热性差，使用不太广泛。5）应用：制造飞机中使用温度不高但要求高强度的零部件，如弹簧、紧固件及厚截面构件。123.α+β型钛合金1）牌号：TC1、TC2、TC3、TC42）组织：α+β（不超过30%）两相；3）热处理：930℃固溶淬火+540℃时效2h；4）性能-----综合机械性能极佳бb=1300MPa，б0.2=1200MPa，δ=13%；具有良好的耐热性和很好低温性能；5）应用----是应用最广泛的钛合金。可用于制造航空发动机压气机盘和叶片，火箭发动机外壳及冷却喷管、飞行器用特种压力容器及化工用泵、船舶零件和蒸汽轮机部件等。13第四节轴承合金定义：用于制作轴瓦及其内衬的合金，轴瓦可直接用耐磨合金制成，也可在钢背上浇注（或轧制）一层耐磨合金形成复合的轴瓦。1、工作条件周期性负荷、冲击作用；强烈摩擦和磨损；启动、停车时，出现边界润滑或半干摩状态，引起磨损