4-3-常用金属材料-有色金属及其合金详解

有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料.材料AlFe塑料其它橡胶磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比§4-3有色金属及其合金1.定义:除黑色金属(钢、铁)以外的所有金属。2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(密度＞3.5):Cu、Ni等。轻金属(密度＜3.5):Al、Mg等。贵重金属:Au、Ag、Pt等。稀有金属:W、Ti、Ra、Nb等。半金属:Si、Te、B等。（一）铝及铝合金铝及铝合金性能特点纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72)，熔点低(660.4℃),导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。塑性高;强度低铝合金制造的机翼铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr等辅加元素。铝合金型材铝铸件分类高纯铝L01～04工业高纯铝L0、L00工业纯铝L1～5牌号：铝锭：Al——顺序号顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差如：Al——2铝材：L顺序号顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差如：L1，L21、纯铝纯铝应用导线电器仪表零件装饰件可将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.2、铝合金铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。牌号表示方法形变铝合钢GB3190-82表示方法为:防锈铝合金：LF+顺序号硬铝合金：LY+顺序号超硬铝合金：LC+顺序号锻铝合金：LD+顺序号铝是可以回收利用的金属常用变形铝合金①防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是卫星天线（LF2）提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。汽化器(热交换管为LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21（3A21），其抗蚀性和强度高于纯铝，焊接性和塑性良好，但切削加工性较差。用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5（5A05），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。②硬铝合金主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等.飞机翼梁(腹板为硬铝合金)③超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。室温强度最高的铝合金热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件,如飞机大梁、起落架等.飞机主起落架④锻铝合金Al-Cu-Mg-Si系合金可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.压气机叶片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。用于制造150~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼铸造铝合金包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数字顺序号①Al-Si系铸造铝合金又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.铸造铝合钢在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。未变质处理经变质处理ZL102的铸态组织加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。活塞(裙部为铝硅合金)用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。②Al-Cu系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。汽缸头常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。③Al-Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等(ZL102、301)⑷Al-Zn系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞(ZL401)常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。铜及铜合金性能特点1、纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。纯铜的导电、导热性能极好，无磁性，且具有优良的耐蚀性和塑性、韧性。用于制造电线、电缆、导热及耐蚀器材、电器元件等，一般不用于结构零件热轧铜合金（二）铜及铜合金2、铜合金铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性.铜合金分为黄铜、青铜。铜管铜与黄铜带①黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。黄铜铸件黄铜棒铜与锌的二元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为：H(黄)+表示铜平均百分含量的数字，如H62。单相黄铜两相黄铜普通黄铜单相黄铜塑性好。常用牌号：H80、H70、H68。适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好,强度高.常用牌号：H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、销钉、铆钉、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。特殊黄铜的牌号为：H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。黄铜制品黄铜棒特殊黄铜常用牌号：HPb63-3（铅黄铜）、HAl59-3-2（铝黄铜）、ZHAl67-2.5、ZHPb59-1等。主要用于：热冲压及切削加工零件，船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。②青铜除黄铜和白铜（Cu-Ni二元合金）外的其他铜合金统称为青铜。青铜的牌号：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).常用青铜有锡青铜、硅青铜、铝青铜、铅青铜等。青铜制品是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3~14%。锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。质量分数小于7%：塑性良好，可压力加工质量分数大于10%：塑性低，强度高，可用于铸造，体积收缩率小，适于铸造形状复杂、对尺寸精度要求较高的铸件。锡青铜锭普通青铜常用牌号：QSn4-3、QSn6.5-0.4等。主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)与普通青铜相比，特殊青铜具有更高的强度、硬度、抗蚀性与耐磨性。铸造流动性很好，可得到致密铸件，但收缩率大。硅青铜：QSi3-1用途：弹簧、耐蚀零件以及蜗轮、蜗杆、齿轮、制动杆铅青铜：ZQPb30用途：航空发动机、柴油机发动机曲轴和连杆轴承特殊青铜铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5~11%。强度、硬度、耐大型水力发电设备中的抗磨环磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。常用牌号：ZQAl9-2、ZQAl10-3-1.5等。用途：形状简单的大型铸件；船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。第五节其他工程材料一、高分子材料基本概念高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。高分子化合物的组成由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯:CH2=CH2+CH2=CH2+→-CH2-CH2-CH2-CH2-,[CH2–CH2]n可简写成nCH2=CH2→。组成聚合物的低分子化合物称为单体。聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。[CH2–CH2]n大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中)称为链节。聚乙烯分子链高分子材料的分类⑴按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。⑵按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物1、工程塑料塑料在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。塑料的组成塑料是以合成树脂为主要成分，加入各种添加剂。树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。添加剂是为了改善塑料的使用性能或成型工艺性能塑料制品添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。填料主要起增强作用；增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性；固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构；稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命；润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上,使制品光亮；着色剂用于塑料制品着色。其他还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。添加剂分类按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料产量大、价格低、用途广。工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。热固性塑料制品性能特点塑料的优点：相对密度小(一般为0.9~2.3)；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能。塑料的缺点：刚性差(为钢铁材料的1/100~1/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/200~1/600)；易老化。常用工程塑料一般结构用塑料：包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。ABS塑料“坚韧、质硬、刚性”，应用广泛。PE波纹管PP方向盘ABS阀门PS管聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业。尼龙管件PC挡风板聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。摩擦传动零件用塑料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聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。热固性塑料热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制