有色金属及其在汽车上的应用

第三章有色金属及其在汽车上的应用有色金属:除钢铁材料以外的其他金属材料统称为有色金属。汽车上常用的有色金属主要有铝、铜及其合金和滑动轴承合金。——密度有色金属——黑色金属以外的金属，也称非铁金属。轻金属——密度小于3.5g/cm3（铝、镁、铍等）的有色金属。重金属大于3.5g/cm3（铜、镍、铅等）的有色金属。第一节铝及铝合金•一、纯铝•工业上使用的纯铝呈银白色，铝的密度小（2.7g/cm2）熔点低（660℃)，导电、导热性较好（仅次于金、银和铜），塑性好，能通过冷、热变形制成各种型材；抗大气腐蚀性好。Page5二、铝合金是在纯铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素而形成的合金。铝合金不仅有纯铝的优点，其强度和硬度也得到了极大地提高，常用于制造重量轻、强度要求高的零件Page6铝及铝合金的应用根据化学成分和生产工艺不同，铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金和压铸铝合金三类。1、变形铝合金变形铝合金是指适宜于压力加工成型的铝合金，具有良好的可塑性。2、铸造铝合金铸造铝合金是指适宜于铸造成型的铝合金，简称铸铝，具有良好的铸造性能，但塑性差，不能进行压力加工。常用的铸造铝合金有硅铝合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金等。3、压铸铝合金适宜于压力铸造的铝合金称为压铸铝合金。三、铝及铝合金的性能特点1．密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低2．抗大气腐蚀性能好3．加工性能好四、铝及铝合金的分类、代号、牌号和用途铝及铝合金的分类1．纯铝（Al）按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝。高纯铝：99.93%～99.996%，用于科研，代号L01～L04。工业高纯铝：99.85%～99.9%，用于作铝合金的原料、特殊化学器械等，代号L00、L0。工业纯铝：98.0%～99.0%，用作管、线、板材和棒材，代号L1～L6。高纯铝后的编号数字越大，纯度越高；工业纯铝代号后的编号数字越大，纯度越低。1．纯铝（Al）按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝。高纯铝：99.93%～99.996%，用于科研，代号L01～L04。工业高纯铝：99.85%～99.9%，用于作铝合金的原料、特殊化学器械等，代号L00、L0。工业纯铝：98.0%～99.0%，用作管、线、板材和棒材，代号L1～L6。高纯铝后的编号数字越大，纯度越高；工业纯铝代号后的编号数字越大，纯度越低。2．铝合金根据成分特点和生产方式不同分：变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金根据性能不同分：防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝。防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝代号分别用LF、LY、LC、LD等字母及一组顺序号表示，如LF5、LY1、LC4、LD5。铸造铝合金按加入的主要合金元素的不同，又分为Al－Si系、Al－Cu系、Al－Mg系和Al－Zn系合金，其代号用ZL＋3个数字表示，其中第一位数字表示合金的类别（1为Al－Si系，2为Al－Cu系，3为Al－Mg系，4为Al－Zn系），后两位为合金的序号。按国家标准（GB3190－1982）规定：（GB/T16474一1996)规定：我国变形铝及铝合金采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。按化学成分已在国际牌号注册组织注册命名的铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号；国际牌号注册组织未命名的，则按四位字符体系牌号命名。两种牌号命名方法的区别仅在第二位，字符体系牌号第二位为英文大写字母。目前，我国的铝合金生产厂家和企业已普遍采用此标准。3．铝合金的强化在铝合金的相图中，将B溶质含量在D～F之间的变形铝合金加热到α相区，经保温后迅速水冷（这种淬火称固溶处理），在室温下得到过饱和的α固溶体。这种组织是不稳定的，在室温下放置或低温加热时，有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向，而使强度和硬度明显提高，这种现象称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效。在加热条件下进行的时效称为人工时效。含铜4%的铝合金的自然时效曲线讨论回答问题：1、纯铝有哪些特性？请说出它们在汽车上的应用。2、铝合金是如何分类的？常用铸造铝合金有哪几种？3、说明下列铝合金代号的名称和用途。ZL101ZL201ZL301ZL401YL102小结：本次可讲了铝及铝合金的分类及牌号。作业：习题册P11复习提问：1、纯铝有哪些特性？请说出它们在汽车上的应用。2、铝合金是如何分类的？常用铸造铝合金有哪几种？导入新课：上节课讲了铝及铝合金，这节课讲铜及铜合金。第二节铜及铜合金•铜及铜合金是汽车制造中不可或缺的材料。•汽车上主要使用的铜主要是纯铜、黄铜和青铜。•一、纯铜•紫红色、有优良的导电性和导热性，较好的耐蚀性和塑性，但硬度和强度较低。一、纯铜（Cu）二、铜合金铜及铜合金的分类纯铜（Cu）铜丝呈紫红色，故又称为紫铜；密度：8.96×103kg/m3；熔点：1083℃；导电性和导热性仅次于金和银。纯铜(紫铜)纯铜：呈紫红色，常称紫铜，工业纯铜分为四种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。用途用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低,不宜作结构材料.铜钢管按化学成分不同：工业纯铜和无氧铜。我国工业纯铜有三个牌号：一号铜（99.95%Cu），代号T1二号铜（99.90%Cu），代号T2三号铜（99.70%Cu），代号T3。无氧铜含氧量极低，不大于0.003%，其代号有TU1、TU2，“U”是“无”字汉语拼音字首。纯铜的牌号、化学成分和用途•二、黄铜•是以锌为主要添加元素的铜合金。•可分为：普通黄铜和特殊黄铜两类。•1、普通黄铜有良好的耐蚀性和压力加工功能，并具有一定的塑性和强度•可分为压力加工普通黄铜和铸造普通黄铜两类。•2、特殊黄铜Page28三、青铜是指黄铜和白铜以外的铜合金。按照化学成分不同，可分为锡青铜和特殊青铜两类；按照加工方法不同，可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。Page29四、铜合金为了满足制作结构件的要求，工业上广泛采用在铜中加入合金元素而制成性能得到强化的铜合金，常用的铜合金可分为：1．黄铜2．白铜3．青铜Page30黄铜黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，具有良好的机械性能，易加工成形，对大气、海水有相当好的抗蚀能力。按所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜；按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜。Page31普通黄铜普通黄铜是Cu—Zn的二元合金。普通黄铜又分为单相黄铜和双相黄铜：单相黄铜——当锌含量小于39％时，锌全部溶于铜中形成α固溶体。双相黄铜——当锌含量大于等于39％时，除了有α固溶体外，组织中还出现了以化合物CuZn为基体的β固溶体。Page32锌含量对黄铜力学性能的影响Page33特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入Sn、Si、Mn、Pb、Al等元素，形成的铜合金。根据加入元素不同，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜和铝黄铜等。Page34普通压力加工黄铜牌号：H+平均含铜量。例如：H62表示含铜62%，其余为Zn的普通黄铜。特殊压力加工黄铜牌号：H+主加元素符号（除锌外）+平均含铜量+主加元素平均含量。例如：HMn58－2，表示含铜量为58%、含锰量为2%的特殊黄铜。铸造黄铜（包括普通黄铜和特殊黄铜）牌号：ZCu+主加元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。例如：ZcuZn38，ZCuZn40Mn2等。Page35白铜白铜是以镍为主加合金元素的铜合金。具有很好的冷热加工性能，不能进行热处理强化，只能用固溶强化和加工硬化来提高强度。牌号：B＋镍含量。三元以上的白铜牌号：B＋第二个主添加元素符号及除基元素铜外的成份数字组表示。例如：B30表示含Ni量为30%的白铜。BMn3－12表示含Mn为3%，含Ni为12%的锰白铜。Page36青铜除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为青铜。按主加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。按生产方式也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。古代青铜文化Page37压力加工青铜牌号：Q＋主加元素的元素符号及含量＋其他加入元素的含量。例如：QSn4－3表示含锡量为4％，含锌量为3%，其余为铜的锡青铜。QAl7表示含铝量为7%，其余为铜的铝青铜。铸造青铜的牌号和铸造黄铜的牌号：ZCu+主加元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。例如：ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl9Mn2。Page38（1）锡青铜锡青铜是以锡为主要合金元素的铜合金，是人类历史上应用最早的金属。铸态锡青铜的力学性能与含锡量的关系（2）铝青铜含铝量为5%~12%。（3）铍青铜含铍量为1.7%~2.5%。（4）硅青铜Page39讨论回答问题：1、什么叫普通黄铜？有什么特性？2、什么叫特殊黄铜？加入合金元素有什么影响？3、说明下列铜合金代号的名称和用途H96、HPb59-1、ZH62、QSn4-4-2.5、QAL9-4、QBe2、ZQSn10-2、ZQPb30第三节滑动轴承合金滑动轴承合金是用来制造滑动轴承内衬的专用合金。汽车中的曲轴轴承、连杆轴承和凸轮轴轴承都采用了滑动轴承。轴承合金应具备以下性能:合适硬度、足够强度和耐磨性、足够塑性和韧性、较小摩擦系数和高磨合性能、良好的导热性、耐蚀性和低膨胀系数等。滑动轴承合金应满足以下性能要求：（1）在工作温度下具有足够的强度、硬度和疲劳强度，以承受交变载荷。（2）具有足够的塑性和韧性，保证与轴的良好配合以抵抗冲击和震动。（3）有高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦系数，与轴之间有良好的磨合能力和较少的摩擦系数，并能储存润滑油，以减轻轴承的磨损。（4）具有良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数。（5）有良好的工艺性和铸造性能。滑动轴承合金的牌号编号方法是“Z含量”，其中Z是“铸”字汉语拼音字首。基本元素+主加元素+主加元素含量+辅助加入元素符号.滑动轴承合金其它有色金属与合金钛及钛合金钛是银白色金属。熔点为1677℃，相对密度为4.5g/cm3。钛有两种同素异晶结构，为密排六方晶格(α-Ti)、体心立方晶格(β-Ti)工业纯钛牌号TA1、TA2、TA3三种牌号。“T”为“钛”字的首写拼音字母；A表示其退火组织为α单相组织；后面的数字为顺序号，数字越大，杂质含量越高。在钛中加入合金元素，即可提高钛的强度。根据钛在室温下的组织，钛合金可以分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金。第四节其他有色金属•一、镁及镁合金镁是银白色金属，它比铝轻，其密度为1.74g/cm3，只有铝的2/3，熔点为651℃，强度和塑性均不高，有很好的减震性能和导热性，易于加工成型，由于受价格昂贵和技术方面的限制，镁及镁合金只少量应用于航空、航天及军事工业。•二、锌及锌合金锌是一种白而略带蓝灰色的金属，具有金属光泽，锌的熔点较低，抗大气腐蚀性良好，再结晶温度在室温以下般采用普通压力加工方式成型。铝、铜、镁等为锌的主要合金元素，它们对锌合金产生明显的强化作用。锌合金可分为变形合金和铸造合金两大类。•三、钛及钛合金钛是银白色金属。熔点为1725℃，相对密度为4.5g/cm3。在钛中加入合金元素，即可提高钛的强度。根据钛在室温下的组织，钛合金可以分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金。钛及钛合金一、纯钛（Ti）二、钛合金纯钛（Ti）纯钛是一种银白色具有同素异构转变现象的金属；在882℃以下为密排六方晶格，称为α—钛（α—Ti），在882℃以上为体心立方晶格，称为β—钛（β—Ti）。密度小（4.58g/cm3），熔点高（1677℃），热膨胀系数小，塑性好，容易加工成形；在550℃以下有很好的耐蚀性，不易氧化，在海水和蒸汽中的抗蚀能力比铝合金、不锈钢和镍合金好。钛合金（α型、α+β型、β型）1．α－钛合金主要合金化元素有Al和Sn。在室温或较高温度时均为单相α固溶体组织，不能热处理强化。常温下，它的硬度低于其他钛合金，但高温（500~600℃）条件下其强度最高，α－钛合金组织稳定，焊接性良好。2．β－钛合金β－钛合金中主要加入铜、铬、铝、钒和铁等促使β相稳定的元素，它们在正火或淬火时容易将高温β相保留到室温组织，得到较稳定的β相组织。具有良好的塑性，在540℃以