第七章 有色金屬及其合金_word文檔免費

1、本文由【中文word文檔庫】 搜集整理。中文word文檔庫免費提供海量教學(xué)資料、行業(yè)資料、范文模板、應(yīng)用文書、考試學(xué)習(xí)、社會經(jīng)濟等word文檔下載第 8 章有色金屬及其合金教學(xué)基本內(nèi)容：1、鋁及鋁合金的分類、成分與性能特點、熱處理工藝及應(yīng)用；2、銅及銅合金的分類、成分與性能特點、熱處理工藝及應(yīng)用；3、鈦及鈦合金的分類、成分與性能特點、熱處理工藝及應(yīng)用。教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1、掌握鋁、銅合金的分類、成分與性能特點、熱處理工藝及應(yīng)用；2、熟悉合金元素對鋁、銅合金的顯微組織、熱處理性能和使用性能的影響3、了解鈦及鈦合金的分類、成分與性能特點、熱處理工藝及應(yīng)用。教學(xué)重點及難點

2、：1、重點：1）鋁、銅合金的合金化的目的和熱處理工藝；2）鋁、銅合金的分類、成分與性能特點及選擇。2、難點：1）鋁、銅合金合金化的機制；2）鋁、銅合金熱處理工藝的制定。教學(xué)方法及手段：1、PPT講解；2、課堂講解。作業(yè)、討論題、思考題： 1、論述鋁合金、銅合金的合金化的目的和熱處理工藝？2、綜述鋁合金、銅合金的應(yīng)用現(xiàn)狀？第八節(jié) 與夠眶摩擦有色金屬及其合金第一節(jié) 鋁及鋁合金一、純鋁1、性能1）用量最大的有色金屬、銀白色；2）面心立方晶體、塑性好：= 50 %，= 80 %，適于形變加工；3）熔點低660、密度?。?.7g/cm3）為鐵的1/3，是一種輕金屬材料；4）導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性較好，僅次于銀和

3、銅；5）對大氣有良好的耐蝕性（Al2O3），但對酸、堿、鹽的耐蝕性差；6）強度低b = 80-100MPa，冷塑變后提高到b = 150-200MPa。2、用途工業(yè)純鋁很少用于制造機械零件，多用于制作電線、電纜及要求熱導(dǎo)、抗蝕且受輕載的用品或器皿。3、牌號 L + 數(shù)字 序號，數(shù)字愈大其純度愈低； “鋁”二、鋁合金的分類及熱處理 合金化：在鋁中加入某些合金元素所形成的合金。最大特點比強度高（強度/密度之比），可用作受力構(gòu)件和零件。 防銹鋁合金（熱處理不能強化） 硬鋁合金 （熱處理能強化鋁合金） 形變鋁合金 超硬鋁合金（熱處理能強化鋁合金） 鋁合金 鍛造鋁合金（熱處理能強化鋁合金）鑄造鋁合金三、

4、鋁合金的熱處理1）固溶熱處理（淬火）目的在水中快速冷卻，獲得過飽和銅（或其它合金元素）的固溶體組織。2）時效經(jīng)固溶熱處理的合金在室溫（自然時效）或加熱至一定溫度放置（人工時效），隨時間廷長因第二相（如CuAl2）的彌散析出，使強度提高、塑性降低的現(xiàn)象稱為時效強化，這種熱處理方法稱為時效。四、常用鋁合金1、形變鋁合金1）防銹鋁合金（LF）-200 Mpa左右（1）成分為Al-Mn系、Al-Mg系合金，Mn、Mg的主要作用是固溶強化和提高耐蝕性。（2）熱處理：不能進行時效強化，常采用冷變形方法提高其強度/（3）代號：“LF + 序號”， LF是“鋁防”的漢語拼音字首，例、LF5。（4）應(yīng)用：主要用

5、于制作蒙皮、容器和裝飾等抗蝕構(gòu)件。2）硬鋁（LY）-300-480 MPa（1）成分：Al-Cu-Mg系合金，加入元素銅、鎂形成強化相。（2）熱處理與性能經(jīng)固溶-時效處理，能獲得相當(dāng)高的強度，故稱“硬鋁”；但抗蝕性差，采用“包鋁”提高抗蝕性能；（3）代號：“LY + 序號”， “LY”是“鋁硬”的漢語拼音字首；例、LY11（4）應(yīng)用：主要用于制作發(fā)動機葉片、滑輪等有一定強度要求的零件和構(gòu)件。3）超硬鋁（LC）-600 MPa（1）成分：Al-Cu-Mg-Zn系合金，加入元素銅、鎂、鋅形成更多的強化相。（2）熱處理固溶處理-人工時效，其室溫強度最高；采用“包鋁”提高抗蝕性能。（3）代號：“LC

6、+ 序號”， “LC”是“鋁超”的漢語拼音字首，例、LC4。（4）應(yīng)用：多用于制造受力大的重要構(gòu)件，如飛機大梁、起落架等。4）鍛鋁（LD）-400 Mpa以上（1）成分與性能Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金，特點：多元素少量；且具有良好的熱塑性、鑄造和鍛造性能，適合壓力加工。（2）熱處理：固溶處理-人工時效強化后，仍保持較高強度。（3）代號：“LD + 序號”， “LD”是“鋁鍛”的漢語拼音字首；例、LD5。（4）應(yīng)用：多用于制造受重載荷的鍛件和模鍛件。2、鑄造鋁合金1）成分：具有良好的鑄造性能，其成分接近共晶點。2）熱處理（1）變質(zhì)處理；（2）固溶處理（淬火）+

7、自然（人工）時效，提高其綜合力學(xué)性能；3）代號Z L （鑄鋁） + 序號 （1××-硅系；2××-銅系；3××-鎂系；4××-辛系）例，ZL109-表示鑄造鋁硅合金。4）常用鑄造鋁合金牌號、性能和應(yīng)用代號性能應(yīng)用ZL109硅鋁明鑄造性好、但力學(xué)性能低、b=140MPa、=4%。形狀復(fù)雜的零件：儀表、氣缸體、水（油）泵殼體等。ZL201具有較高的耐熱強度。內(nèi)燃機氣缸蓋、活塞等高溫（300以下）工作的構(gòu)件。ZL301具有較好的耐蝕性能、高強度，但鑄造性和耐熱性差。泵體、船艦配件等大氣或海水中工作的構(gòu)件。ZL401具有較

8、高的強度、鑄造性好、價格便宜，但耐熱性差。汽車、飛機上形狀復(fù)雜的構(gòu)件。第二節(jié) 銅及銅合金一、純銅（紫銅）1、主要性能1）觀呈紫紅色，又稱紫銅；純銅密度為8.9g/cm3；熔點1083；導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良；無磁性；碰撞沖擊時無火花；2）很好的化學(xué)穩(wěn)定性，在大氣、淡水、冷水中具有很好的耐腐蝕性；但在海水、氨鹽、氯化物、碳酸鹽及氧化性酸中抗蝕性差，表面產(chǎn)生綠色的堿式碳酸銅薄膜，即銅綠。3）強度較低，但塑性極好，可加工成銅箔；但純銅加工硬化指數(shù)高，故通過冷變形強化效果好；而且其低溫韌性好，焊接性能優(yōu)良。2、應(yīng)用主要用于導(dǎo)電導(dǎo)熱及兼有耐蝕性要求的結(jié)構(gòu)件，如電機、電器、電線電纜、電刷、防磁機械、化工換熱及

9、深冷設(shè)備等，也用于配制各種性能的銅合金。3、牌號按其純度不同有四個牌號:T1（99.95%Cu）、T2（99 .90%Cu）、T3（99.7%Cu）、T4（99.5%Cu），其常用作導(dǎo)電，一般銅材及制銅合金。二、銅合金1、銅的合金化通過合金元素固溶、淬火時效和形成過剩相來強化材料，提高合金的性能。主要固溶強化元素有Zn、Sn、Ai、Mn、Ni等；Be、Ti、Zr、Cr等為常用的沉淀強化元素。2、銅合金的分類按成形方法分類：變形銅合金及鑄造銅合金。按化學(xué)成分分類：黃銅、青銅和白銅三大類。1）黃銅 （1）成分：在銅中主要加入合金元素鋅所形成的合金。（2）分類按其成分分為：普通黃銅和特殊黃銅，普通黃

10、銅是由銅和鋅組成的二元合金，特殊黃銅是在普通黃銅中加入其它合金元素組成的多元合金；按加工方法分為：壓力加工黃銅和鑄造黃銅。（3）合金元素對黃銅性能的影響當(dāng)Zn < 32%時，黃銅組織為單相固溶體，Zn%強度、塑性，可進行冷、熱加工；當(dāng)32% < Zn <45%時，Zn% 強度、塑性，黃銅組織為雙相+ ，可進行熱加工，但不適合冷變形加工； 當(dāng)Zn > 45%時，Zn%強度、塑性。加入Al、Sn、Ni、Mn等進一步提高合金強度和耐蝕性；加入Si、Pb等可提高耐磨性。（4）黃銅的牌號普通黃銅： H 7 0 含銅量的百分數(shù) “黃”特殊黃銅： H Pb 59-1 主加合金元素含量

11、的百分數(shù)1%Pb 含銅量的百分數(shù) 主加合金元素 “黃”鑄造黃銅：Z Cu Zn 38 含Zn38%； 普通黃銅合金 “鑄”（5）黃銅的性能和應(yīng)用b320-600MPa，50%，價格便宜，因此日用品都用黃銅；工程上制造彈殼、散熱器、冷凝器管道等構(gòu)件；特殊黃銅可用于制造防海水浸蝕的船舶機械零件，如軸承、齒輪、螺旋槳葉和儀表，化工用耐蝕零件等。（6）經(jīng)冷加工的黃銅制品存在殘余應(yīng)力，易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，需進行去應(yīng)力退火；2）青銅是指黃銅和白銅以外的其它銅合金。其中銅錫合金稱為錫青銅，其它青銅稱特殊青銅。一般說，青銅的耐磨性比黃銅好，所以在機械制造中青銅用的比較多。（1）牌號壓力加工：Q + 主加合金元

12、素符號及其含量其它合金元素含量例 Sn6.5-0.1代表Sn=6.5%,P=0.1%的錫青銅鑄造合金：ZCuSn10Pb1。（）青銅分類、性能及應(yīng)用、錫青銅 錫青銅在大氣、淡水、海水和水蒸汽中具有良好的耐蝕性，但在酸類及氨水中其耐蝕性較差； Sn < 7%的錫青銅為單相固溶體，塑性好，適于壓力加工； Sn > 7%的錫青銅，由于塑性差，只適于鑄造加工，且鑄造性能一般（流動性差，易形成疏松，組織不致密，但收縮?。?青銅的耐磨性好； 力加工錫青銅多用于制造導(dǎo)電彈性元件和軸瓦、軸套等耐磨零件； 鑄造錫青銅一般用于鑄造氣密性要求不高的鑄件和藝術(shù)品。B、鋁青銅-在銅中主要加入合金元素鋁所形

13、成的銅合金。 比黃銅和錫青銅具有更高的強度、耐磨性和耐蝕性，并易于獲得致密的鑄件； Al=5%-7%的鋁青銅塑性好，一般為壓力加工鋁青銅，如ZQAl9Mn2；主要用作強度和耐磨性較高的耐磨零件（齒輪、蝸桿、軸套等）； Al=8%-10%的鋁青銅塑性低，一般為鑄造鋁青銅（如QAl5、Qal7）；主要用作儀器、儀表中的耐蝕彈性零件。C、鈹青銅-在銅中主要加入合金元素鈹所形成的銅合金。 鈹青銅經(jīng)固溶時效處理強化后，其強度b max=1250MPa，=2%-4%，疲勞抗力高，彈性好： 而且抗蝕、耐熱、耐磨等性能均好于其它銅合金； 導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良，而且具有無磁性、受沖擊時無火花等優(yōu)點； 主要用于制造

14、精密儀器、儀表的彈性元件、耐磨零件等。第三節(jié) 鈦及其合金一、純鈦1、性質(zhì)1）鈦在地殼中蘊藏豐富，僅次于鋁、鐵、鎂而居第四。2）純鈦為銀白色金屬，相對密度4.54，也是一種輕有色金屬。鈦熔點高（1680）、線膨脹系數(shù)小。3）具有同素異物轉(zhuǎn)變。4）純鈦彈性模量低，耐沖擊性好；強度與鐵相似（b=220-260MPa），比強度很高，且具有很高的塑性（ =50-60%），鈦的固溶強化顯著，b可高達550MPa，因此工業(yè)純鈦可直接用作工程結(jié)構(gòu)材料。5）鈦具有較好的低溫塑性，在550以下有較好的耐熱性，故鈦還常用作低溫材料和耐熱材料。6）在大氣、海水、高溫氣體（550以下）及中性和氧化性介質(zhì)中具有極高耐蝕性

15、，高于不銹鋼；但高溫高濃度鹽酸和硫酸、干燥氯氣、氫氟酸和高濃度磷酸等介質(zhì)對鈦有較大的腐蝕作用。2、純鈦的應(yīng)用工業(yè)純鈦（-Ti）因其密度小，耐蝕性優(yōu)異，而更重要的是其力學(xué)性能良好，因此是航空航天、船舶、化工等工業(yè)中常用的一種結(jié)構(gòu)材料。常用于制造350以下及超低溫下工作的受力較小的零件及沖壓件，如飛機蒙皮、構(gòu)架、隔熱板、發(fā)動機部件、柴油機活塞、連桿及耐海水等腐蝕介質(zhì)下工作的管道閥門等。 二、鈦合金及分類1、熱處理1）退火：提高合金塑性和韌性，消除應(yīng)力及穩(wěn)定組織；2）淬火時效：相變強化合金。 2、鈦合金的性能特點與應(yīng)用1）型鈦合金（1）牌號：TA5、TA6、TA7（2）組織：單相固溶體或固溶體加微量

16、金屬間化合物；（3）熱處理：不能熱處理強化；（4）性能：室溫強度較低（b=850MPa），但高溫（500-600）強度高，b = 400Mpa；組織穩(wěn)定，耐蝕性優(yōu)良，塑性及加工成型性好；具有優(yōu)良的焊接性能和低溫性能；（5）應(yīng)用：常用于制作飛機蒙皮、骨架、發(fā)動機壓縮機盤和葉片、蝸輪殼以及超低溫容器。 2、型鈦合金1）牌號：TB1、TB22）組織：亞穩(wěn)相；3）熱處理：淬火時效沉淀強化效果顯著；4）性能b=1300MPa，=5%；淬火態(tài)塑性韌性很好，冷成型性好；但該合金密度大，組織不夠穩(wěn)定，耐熱性差，使用不太廣泛。5）應(yīng)用：制造飛機中使用溫度不高但要求高強度的零部件，如彈簧、緊固件及厚截面構(gòu)件。3.

17、 +型鈦合金1）牌號：TC1、TC2、TC3、TC42）組織：+（不超過30%）兩相；3）熱處理：930固溶淬火+540時效2h；4）性能-綜合機械性能極佳b=1300MPa，0.2=1200MPa，=13%； 具有良好的耐熱性和很好低溫性能；5）應(yīng)用-是應(yīng)用最廣泛的鈦合金?？捎糜谥圃旌娇瞻l(fā)動機壓氣機盤和葉片，火箭發(fā)動機外殼及冷卻噴管、飛行器用特種壓力容器及化工用泵、船舶零件和蒸汽輪機部件等。第四節(jié) 軸承合金定義：用于制作軸瓦及其內(nèi)襯的合金，軸瓦可直接用耐磨合金制成，也可在鋼背上澆注（或軋制）一層耐磨合金形成復(fù)合的軸瓦。1、工作條件 周期性負荷、沖擊作用；強烈摩擦和磨損；啟動、停車時，出現(xiàn)邊界

18、潤滑或半干摩狀態(tài)，引起磨損。2、基本性能要求 (1) 足夠的抗壓強度和疲勞強度； (2) 具有良好的減摩性，磨合性，抗冷焊性和嵌鑲性； (3) 有一定的塑性和韌性； (4) 有良好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。3、組織和結(jié)構(gòu)要求1)成分（1）用對鋼鐵互溶性小的元素組成的合金，如Sn、Pb、Al、Cu、Zn等的合金，其對鋼鐵材料的粘著性和擦傷性?。唬?）有適量低熔點元素。產(chǎn)生高溫時，展平于摩擦面并形成塑性好的潤滑層，減少接觸點處的壓力和摩擦阻力。2) 組織l 軟基體上分布有均勻硬質(zhì)點；l 硬基體上分布均勻的軟質(zhì)點。l 軟基體（或質(zhì)點）作用：凹陷、保持潤滑油、嵌藏外來硬質(zhì)點磨粒以免劃傷軸頸；l 硬質(zhì)點（或基體）作用：耐磨、支承軸的壓力、減小軸和軸瓦接觸面積。4. 常用軸承合金1）錫基軸承合金（錫基巴氏合金）：（1）成分由Sn-Sb合金基礎(chǔ)上添加Cu、Pb等元素形成，屬軟基體硬質(zhì)點類。（2）牌號主要有ZchSnSb11-6、ZchSnSb8-4、ZchSnSb4-4等，“Z”表示鑄造，“ch”表示軸承合金，后為基本元素（Sn）+主加元素+ 主加元素含量 + 輔加元素含量等例、 ZchSnSb11-6表示含11%Sb和6%Cu的Sn基鑄造軸承合金。（3）特點摩擦系數(shù)小、線膨脹小、