有色金屬和粉末冶金

1、xxx 主編,西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,工程材料,非鐵金屬（或稱有色金屬）是指含鐵金屬（或稱黑色金屬）之外的其他金屬材料，如鋁及其合金、銅及其合金、鈦及其合金等。,9 有色金屬材料, 具有銀白色金屬光澤，相對密度小(2.72),熔點(diǎn)低(660.4),沸點(diǎn)高(2477),導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良； 呈面心立方晶格,無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變； 純鋁強(qiáng)度、硬度低，塑性很高； 化學(xué)性質(zhì)活潑，表面易生成致密的氧化膜，具有良好抗蝕性； 具有優(yōu)良的工藝性能,易于鑄造,易于鑄造,易于切削。,9.1 鋁及鋁合金 9.1.1 純鋁1、工業(yè)純鋁的主要特性,2 、工業(yè)純鋁的牌號,舊牌號：按純度由高底：L1、L2、L3 對應(yīng)新牌號：為107

2、0、1060、1050,3、用途 主要制作導(dǎo)線、電器元件、散熱片等。,根據(jù)成分和工藝性能鋁合金可分為: 變形鋁合金：一般通過壓力加工制成半成品或模鍛件。 鑄造鋁合金：一般用于鑄成復(fù)雜的鑄件。,9.1.2 鋁合金,1、鋁合金的分類,鋁中加入Si、Cu、Mg、Zn、Mn等元素制成合金。,1）D點(diǎn)以左的合金加熱后能形成單相固溶體，其塑性好，適合壓力加工，故稱為形變鋁合金。 成分在F點(diǎn)以左的合金為單相固溶體，為不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。 成分位于F和D之間的合金會析出第二相，故為能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。,相圖分析：,2）成分在D點(diǎn)以右的合金有共晶體，適合鑄造，稱鑄造鋁合金。 應(yīng)注意：相圖中的D點(diǎn)僅是合金的

3、最大飽和溶解度理論分界線。,固溶強(qiáng)化 通過加入合金元素形成固溶體使合金強(qiáng)度提高的現(xiàn)象，稱為固溶強(qiáng)化。 銅、鎂、錳、硅、鋅等元素具有較大的固溶強(qiáng)化效果，是鋁合金的主加元素。 將含銅量在0.55.7%之間的鋁銅合金加熱到固溶線以上后快冷，所得的組織為過飽和固溶體。,2、鋁合金的熱處理1）鋁合金的強(qiáng)化 種類不同，其強(qiáng)化原理、途徑也不同。,因合金溶質(zhì)元子均勻分布，固溶體晶格畸變小，鋁合金的固溶強(qiáng)化效果并不明顯，過飽和固溶體隨時間增長會沉淀析出強(qiáng)化相，此過程若在室溫進(jìn)行，叫自然時效（圖9-3）；若加熱在某一溫度進(jìn)行，叫人工時效（圖9-4）。,將經(jīng)固溶處理(或淬火)后得到過飽和固溶體的鋁合金放置在室溫或加

4、熱到一定的溫度，其強(qiáng)度、硬度隨時間延長而提高，塑、韌性則降低，這一過程稱為時效。亦稱時效強(qiáng)化。,時效強(qiáng)化,常用的熱處理方法： 退火：對鋁合金鑄錠進(jìn)行均勻化退火，提高塑性。 對冷變形加工的制品退火，消除內(nèi)應(yīng)力，消除加工硬化。 時效強(qiáng)化處理：（前面已講） 回歸處理：可使自然時效的鋁合金重新軟化。一般不超過34次。 經(jīng)人工時效的鋁合金沒有回歸現(xiàn)象。,細(xì)化組織強(qiáng)化,變質(zhì)處理是細(xì)化鑄造合金組織的常用方法。 變質(zhì)處理：在熔融的鋁合金中加入一種或數(shù)種經(jīng)過選擇的元素或化合物,通過細(xì)化合金組織從而達(dá)到提高合金質(zhì)量和性能的操作方法。,2）鋁合金的熱處理,9.1.3 鋁合金的分類、牌號及用途,根據(jù)成分和工藝性能鋁合

5、金可分為: 變形鋁合金：一般通過壓力加工制成半成品或模鍛件。 鑄造鋁合金：一般用于鑄成復(fù)雜的鑄件。,4）鍛鋁合金 主要為Al-Mg-Si系，特點(diǎn)是強(qiáng)度高，熱態(tài)下有良好的塑性，用于形狀復(fù)雜強(qiáng)度要求較高的零件如活塞、航空發(fā)動機(jī)零件等。牌號如2A70（LD7）。,1、變形鋁合金,表91 變形鋁合金分為以下四種：GB/T319096,1）防銹鋁合金（F點(diǎn)以左） 用于制造耐蝕容器（油箱）、防銹蒙皮、窗框等。主要為Al-Mg系和Al-Mn系，牌號如5A02（LF2）、3A21（LF21）等。,2）硬鋁合金 為F點(diǎn)以右的合金，可熱處理強(qiáng)化。主要為Al- Cu -Mg系，牌號如2A12（ LY12 ）。根據(jù)合

6、金元素的多少硬鋁分為： 低合金（鉚釘）硬鋁如2B11（LY8）其強(qiáng)度低塑性好，用于鉚釘。標(biāo)準(zhǔn)硬鋁（中強(qiáng)度硬鋁）如2A11（LY11）用于中等強(qiáng)度的零件。高強(qiáng)度硬鋁如2A12（ LY12 ）合金含量較多，強(qiáng)度硬度高塑性較低，加工性能差。用于航空模鍛件和重要銷、軸等。 硬鋁的耐蝕性差，通常（陽極化）包覆一層純鋁（稱為包鋁）。,3）超硬鋁合金 屬Al-Zn-Mg-Cu系，合金中的強(qiáng)化相作用強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度高。用于航空工業(yè)如飛機(jī)大梁、起落架。牌號7A09（LC9）。,鋁硅合金 （硅鋁明） 代號：ZL102（簡單硅鋁明AlSi系）強(qiáng)度較低，鑄造性能好，常采用變質(zhì)處理。用于形狀復(fù)雜受力較小的零件； ZL101

7、、 ZL103、ZL104、ZL111（特殊硅鋁明AlSiMg系） 強(qiáng)度較高。用作形狀復(fù)雜強(qiáng)度低的氣缸體、電動機(jī)殼體等。,2、鑄造鋁合金1）鑄造鋁合金的分類,鑄造鋁合金可分以下四種：表93,代號說明：“ZL”表示鑄鋁，其后第一位數(shù)字表示合金類別 “1”為鋁-硅系； “2”為鋁-銅系； “3”為鋁-鎂系； “4”為鋁-鋅系）； 第二、三位數(shù)字為合金順序號。 化學(xué)成分、力學(xué)性能和熱處理工藝規(guī)范詳見GB/T117395、GB/T1511594（新標(biāo)準(zhǔn)）,鋁鋅合金（鑄造性好）經(jīng)變質(zhì)處理和時效強(qiáng)化后強(qiáng)度較高，但耐蝕性差，熱裂傾向較大。其價格最便宜，用于汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)零件和形狀復(fù)雜的儀器零件，也可用

8、于制造日用品。 常用代號：ZL401、ZL402等。,鋁銅合金（耐熱性好） 鑄造承受中等載荷和形狀簡單的零件。 常用代號：ZL201、ZL202、ZL203等。,鋁鎂合金（耐蝕性好） 力學(xué)性能、耐蝕性、切削加工性能好，鑄造、耐熱性差。用于受沖擊、和腐蝕介質(zhì)中工作零件，艦船零件、氨用泵體。 常用代號：ZL301、ZL302等。,鋁硅基鑄造合金應(yīng)用較廣，但未經(jīng)變質(zhì)處理時，力學(xué)性能差，其鑄態(tài)組織如圖所示。如圖為用鈉鹽變質(zhì)處理后的顯微組織。,經(jīng)變質(zhì)處理后的鋁硅合金，力學(xué)性能明顯提高。,2）鑄造鋁合金的變質(zhì)處理, 外觀呈紫紅色，故又稱紫銅； 相對密度為8.9，熔點(diǎn)為1083； 導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良； 具有

9、面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，只能以冷作硬化的方式進(jìn)行強(qiáng)化。 塑性極好,并有良好的低溫韌性,可以進(jìn)行冷、熱壓力加工。 雜質(zhì)元素對性能有一定影響： 有Pb、Bi易形成低熔點(diǎn)共晶體，造成熱脆。 S、O易形成脆性大的化合物Cu2S、Cu2O，造成冷脆。,9.2 銅及銅合金,2、工業(yè)純銅牌號、成分、用途 表94,按純度高低 有T1、T2、T3、T4 工業(yè)純銅一般不作結(jié)構(gòu)材料，主要用于制造電線、電纜、電器元件、導(dǎo)熱器件等。（見下頁）,1、工業(yè)純銅的性質(zhì),9.2.1 工業(yè)純銅, 主要用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱及兼有耐蝕性的器材； 作為配制銅合金的原料，因?yàn)殂~合金具有比純銅好的強(qiáng)度及耐蝕性。（常用的銅合金主要是黃銅和青

10、銅）。,純銅用途,9.2.2 銅合金的分類、牌號及用途,銅合金分類及主要用途： CuNi合金：白銅。用于精密機(jī)械、電器儀表等。 CuZn合金：普通黃銅。 再加入其他合金元素可制成特殊黃銅。 除上述白、黃銅外的銅合金統(tǒng)稱為青銅。如CuSn、 CuAl、CuPb合金。 銅合金中黃銅、青銅的應(yīng)用廣泛。 材料類型： 經(jīng)壓力加工成形的線、板、棒、管等。 鑄造成形的各種產(chǎn)品。,1）組織：是指銅與鋅的二元合金。 2）性能特點(diǎn)：隨鋅的增加強(qiáng)度、硬度增加。塑韌性下降。 具有良好力學(xué)性能,易加工成形, 另外它還具有價格低廉、色澤美麗等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。經(jīng)冷塑性變形后易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，開裂。,4）種類：表95 單相黃銅

11、： Zn32%；Cu+Zn（單相組織）如H70又稱三七黃銅，其強(qiáng)度高，塑性好，用作彈殼，故稱彈殼黃銅。 雙相黃銅：有較高的強(qiáng)度和耐蝕性，用作散熱器、油管等。 32%Zn45%； Cu+Zn+（是銅鋅為基的銅鋅電子化合物）。塑性低，室溫性脆。如H59、 H62等。,一）黃銅1普通黃銅,3）牌號： “H”+銅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示普通黃銅；鑄造普通黃銅則在前面冠以“Z”，如ZH62，表示含銅為62%的鑄造普通黃銅。,在普通黃銅中加入其他合金元素所組成的多元合金稱為特殊黃銅，或稱為復(fù)雜黃銅。,成分：常加合金元素有Sn、Pb、Al、Si等，相應(yīng)地可稱為錫黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅、硅黃銅等。 牌號： 用“H”+

12、主加元素符號（除鋅以外）+銅含量（%）+主加元素含量（%）表示。如：HMn58-2。,2特殊黃銅,主要特殊性能：每種性能差別較大。 加Si、Pb的黃銅抗磨性突出。 加Al、Mn、Si的黃銅強(qiáng)度較高。 加Al、Mn、Sn的黃銅耐腐蝕性好。 加Pb制得易切黃銅。 加0.71.1%Sn制得錫黃銅，耐海水腐蝕，稱海軍黃銅。還可作汽油接觸零件。 常用特殊黃銅。,青銅是指除白、黃銅以外的銅合金。包括錫青銅、鋁青銅、鉛青銅、硅青銅、鈹青銅等。,1錫青銅 是以Sn為主加元素的合金。,性能：與Sn量有關(guān)。 Sn56% Cu+ Sn （固溶體）， Sn增加，強(qiáng)度增加，有好的塑性。 Sn6% Cu+ Sn +（硬脆

13、相） ，Sn增加，強(qiáng)度增加，塑性大大 下降。 Sn20% Cu+ Sn +（大量）（硬脆相），強(qiáng)度下降，變脆。 通常Sn量在314%： Sn 8% 的材料適合壓力加工。 Sn 8%的材料 適合鑄造。 錫青銅的鑄造收縮率小，致密性差，在氨水、鹽酸、硫酸中耐腐蝕差，但在大氣、海水和無機(jī)鹽類溶液中有極高的耐蝕性。用于鑄造形狀復(fù)雜、壁厚差較大的零件。 牌號：如QSn4-3,表示含錫量4%，含鋅量3%，余為含銅量的錫青銅。,二、青銅,2 鋁青銅 以Al為主加元素的青銅合金。 性能：鋁青銅的性能較好。 Al5%塑性好，強(qiáng)度低。 Al達(dá)到12%后，塑性變差，且難加工。 Al常在5%10%： Al在57%時，

14、塑性最好。適合冷變形加工。 Al在10%時，強(qiáng)度最高，可熱處理，適合鑄造。 鋁青銅易獲得致密的鑄件，耐蝕性比黃銅和錫青銅高。 應(yīng)用廣泛，常用來制造耐磨、耐蝕零件。 牌號 ：如QAl5，表示含鋁量5%，余為含銅量的鋁青銅。,3鈹青銅 含Be量1.7%2.5%的青銅合金。,性能：對Be的溶解度隨溫度變化而變化。 可進(jìn)行固溶處理，時效后強(qiáng)度達(dá)1200MP。超過40Cr。 鈹青銅可通過熱處理和加工硬化提高其力學(xué)性能和彈性，其強(qiáng)度、硬度較高，具有導(dǎo)電性、耐腐蝕性好，抗磨性、不起火花性、耐熱性比其他銅合金好的優(yōu)點(diǎn)，是制造彈性元件、電接觸器等的優(yōu)秀材料。 牌號 ：如QBe2，表示含鈹量2%、余為銅的鈹青銅。

15、,1鈦的性能 鈦為銀白色，熔點(diǎn)為1680,相對密度為4.54，比鋁大但比鋼輕43%; 具有很好的強(qiáng)度,約為鋁的6倍； 具有很高的塑性,便于冷熱加工； 其耐蝕性比不銹鋼優(yōu)良。 2鈦及合金在航空、化工、導(dǎo)彈航天及艦艇等方面的應(yīng)用較為廣泛。,9.3 鈦及鈦合金 9.3.1 純鈦,根據(jù)鈦合金熱處理的組織為三類：,1類鈦合金, 組織為固溶體和固溶體加微量金屬間化合物。 主要特點(diǎn)是，具有良好的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)度以及優(yōu)良的焊接性能。 典型的牌號有TA7，表示含鋁量7%，余為鈦。主要用于制造火箭、導(dǎo)彈的燃料儲箱等。,9.3 .2 鈦合金, 主要特點(diǎn)是，具有良好的變形加工性能，可熱處理強(qiáng)化。, 典型的牌號是TB1

16、，其成份為3%Al、13%V、11%Cr，余為鈦。主要用于重載荷的旋轉(zhuǎn)體，如航空發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)葉片、軸等。,3+類鈦合金 退火狀態(tài)的組織為+。 主要特點(diǎn)是，綜合機(jī)械性能好，抗拉強(qiáng)度高，熱加工性能好，但焊接性能差。 典型的牌號是TC4,其成份為6%Al、4%V、余為鈦。主要用于制造在400長期工作的發(fā)動機(jī)零部件。,2類鈦合金 退火和淬火狀態(tài)的組織為單相固溶體。,9.3 鎂及鎂合金 9.3.1 純鎂（p191）,9.3.2 鎂合金（p191-192）,1.滑動軸承的結(jié)構(gòu) 滑動軸承是支承軸頸和其他轉(zhuǎn)動和擺動的支承件，一般由軸承體和軸瓦構(gòu)成。,9.5 滑動軸承合金一、滑動軸承工作條件及對性能、組織的要

17、求,2.軸承工作條件及要求, 軸和軸承不可避免地會產(chǎn)生相互磨擦和磨損； 常出現(xiàn)所謂邊界潤滑狀態(tài)或半干磨擦甚至干磨擦狀態(tài)； 軸承合金應(yīng)具有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，良好的減磨性、磨合性、鑲嵌性。,3.對軸承組織的要求 軸承材料的基體應(yīng)采用對鋼、鐵互溶性小的元素； 金相組織軟基體下有均勻的硬質(zhì)點(diǎn)或硬基體下分布有均勻的軟質(zhì)點(diǎn)； 軸承中應(yīng)含有適量的低熔點(diǎn)元素。 4.性能要求 P193,1.錫基軸承合金（錫基巴氏合金） 軟基體下有均勻的硬質(zhì)點(diǎn) 牌號有ZChSnSb11-6、ZChSnSb4-4等。 特點(diǎn)是磨擦系數(shù)小，順應(yīng)性和嵌藏性好，但抗疲勞強(qiáng)度差。用于制造汽車、拖拉機(jī)、汽輪機(jī)高速軸軸瓦。 2.鉛基軸承

18、合金（鉛基巴氏合金） 軟基體下有均勻的硬質(zhì)點(diǎn) 常用牌號有ZChPbSn-16-16-1.8等。 優(yōu)點(diǎn)是成本低、高溫強(qiáng)度好，有自潤滑性，適于潤滑較差的場合。用于制造低速低負(fù)荷軸承如汽車、拖拉機(jī)曲軸軸承。,二、常用軸承合金簡介（表9 11）,鑄造軸承合金牌號表示法GB117492；鑄造有色金屬及其合金牌號表示法GB/T806394,3.銅基軸承合金 有鉛青銅、錫青銅、鋁青銅等。用于制造高速重載軸承如飛機(jī)發(fā)動機(jī)、高速柴油機(jī)軸承。,4.鋁基軸承合金,是一種新型的減磨材料。其特點(diǎn)是比重小、導(dǎo)熱性好，強(qiáng)度高。 缺點(diǎn)是線膨脹系數(shù)大，運(yùn)轉(zhuǎn)時易與軸頸咬合。 常用的鋁基合金有： 鋁-銻-鎂軸承合金 成分一般為：3

19、.54.5%Sb、0.30.7%Mg、余為鋁?？芍瞥呻p金屬板軸承，用于承受中等載荷的機(jī)器上。 高錫鋁基軸承合金 硬基體下分布有均勻的軟質(zhì)點(diǎn) 成分是以鋁為基，加入20%Sn和1%Cu。用于制造高速、重載的發(fā)動機(jī)軸承。 5.多層軸承合金 是一種復(fù)合減磨材料，一般由二層或三層減磨材料制成。,7粉未冶金減磨材料,6非金屬材料軸承 一般由酚醛夾布膠木、塑料、橡膠等非金屬材料制成，主要用于與清水接觸的滑動軸承。,粉末冶金制品,包括鐵石墨和銅石墨多孔含油軸承和金屬塑料減磨材料。多孔含油軸承具有壽命高、成本低和自動潤滑的優(yōu)點(diǎn)。,粉未冶金材料種類： 粉未冶金工具材料（硬質(zhì)合金）； 含油軸承合金； 鐵基粉未冶金結(jié)

20、構(gòu)材料； 粉未冶金摩擦材料。, 粉未冶金材料,粉未冶金材料生產(chǎn)過程 時間：22分,一、硬質(zhì)合金 p209,硬質(zhì)合金是將高熔點(diǎn)、高硬度的金屬碳化物粉末與粘合劑（Co、Ni、鉻鉬鋼、高速鋼等）混合，經(jīng)加壓成型和燒結(jié)制成的一類粉末冶金材料。,1.性能特點(diǎn) 高的硬度，（相當(dāng)HRC6981）； 高的熱（紅）硬性，（1000硬度保持HRC50左右）； 允許切削溫度8001000，切削速度比高速鋼高410倍。刀具壽命長510倍； 抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度和韌性比高速鋼低； 耐蝕性良好； 線膨脹系數(shù)小。,2.分類 根據(jù)成分和性能不同分為四類： 鎢鈷（YG）類、鎢鈷鈦（YT）類、萬用（YW）、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。,3.牌號及用途,3.牌號及用途,1）鎢鈷（YG）類硬質(zhì)合金 主要成分：WCCo 牌號：YG鈷含量的百分?jǐn)?shù)顆粒粗細(xì)。如YG8（ C或X ） 強(qiáng)度韌性較高，用于加工脆性材料如鑄鐵、淬火鋼。 2）鎢鈷鈦（YT）類硬質(zhì)合金 主要成分：WCTiCCo 牌號：YT T