第6章有色金屬及其合金

1、第六章第六章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金 鋁及鋁合金鋁及鋁合金-鋁、鐵、鈦、鎂四大金屬之首鋁、鐵、鈦、鎂四大金屬之首 銅及銅合金銅及銅合金 滑動軸承合金滑動軸承合金 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金一一.工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁特點特點: 密度小密度小;導電及導熱導電及導熱 性能好性能好;抗大氣腐蝕性好抗大氣腐蝕性好;塑性高、強塑性高、強 度低度低;無磁性無磁性;分類分類鋁錠：如鋁錠：如ZAl99.5：含鋁量：含鋁量99.5%的鑄造純鋁的鑄造純鋁鋁材鋁材 ：1XXX表示，表示，1A30表示表示99.3%原始純鋁原始純鋁二二.鋁合金鋁合金1.分類分類鋁合金的分類：變形鋁合金（不能熱處理強化、能熱

2、處理強化）鑄造鋁合金一一) 退火退火1.形變鋁合金的退火形變鋁合金的退火: *消除應(yīng)力消除應(yīng)力 *消除加工硬化消除加工硬化, 降低硬度降低硬度,便于便于 冷塑性加工。冷塑性加工。2.鑄造鋁合金的退火鑄造鋁合金的退火 : 消除應(yīng)力消除應(yīng)力; 均勻成分均勻成分;2.熱處理熱處理二二) 形變鋁合金時效強化形變鋁合金時效強化1.定義定義: 在固溶處理后的合金隨時間延在固溶處理后的合金隨時間延 續(xù)而發(fā)生進一步強化的現(xiàn)象。續(xù)而發(fā)生進一步強化的現(xiàn)象。2.種類種類自然時效自然時效人工時效人工時效 含含4%Cu的鋁合金自然時效曲線的鋁合金自然時效曲線可以冷變形加工含含4%Cu的鋁合金在不同溫度下的人工時效曲線的

3、鋁合金在不同溫度下的人工時效曲線溫度越高效果差，溫度低不進行；過溫過時則過時效（軟化）時效硬化的原因：時效硬化的原因：單相固溶體快冷淬火得到過飽和固溶體，單相固溶體快冷淬火得到過飽和固溶體，強硬度無明顯提高，塑韌性較好，時效時，強硬度無明顯提高，塑韌性較好，時效時，過飽和固溶體中過飽和固溶體中溶質(zhì)原子偏聚造成晶格嚴溶質(zhì)原子偏聚造成晶格嚴重畸變重畸變，位錯運動受阻，提高了強度。如，位錯運動受阻，提高了強度。如果溫度過高、保溫過長則偏聚區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)楣麥囟冗^高、保溫過長則偏聚區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榛衔镂龀觯瑥娀F(xiàn)象消失合物析出，強化現(xiàn)象消失。3.變形鋁合金變形鋁合金 1.防防銹銹鋁鋁合金合金:主要合金元素錳、鎂，

4、提高抗蝕性主要合金元素錳、鎂，提高抗蝕性固溶強化固溶強化+冷變形強化提高強度。時效硬化效果弱。冷變形強化提高強度。時效硬化效果弱。 抗蝕性、塑性好，可沖可焊，切削性能差?？刮g性、塑性好，可沖可焊，切削性能差。用于油箱、防銹蒙皮、窗框、燈具等。用于油箱、防銹蒙皮、窗框、燈具等。 例：例：5A05 2XXX28: 主要合金元素為主要合金元素為Cu、Mn、Si、Mg、Mg+Si、Zn、其他元素、其他元素X: 改型情況，改型情況，A為原始純鋁為原始純鋁XX:編號編號飛機翼梁飛機翼梁( (腹板為硬鋁合金腹板為硬鋁合金2.硬硬鋁鋁合金合金 :主要合金元素主要合金元素Cu 、Mg。通過通過時效產(chǎn)生偏聚強化相

5、時效產(chǎn)生偏聚強化相提高強度。提高強度。缺點：缺點：1.耐蝕性不高。耐蝕性不高。2.熱處理溫度區(qū)間小熱處理溫度區(qū)間小飛機中等受力件，如螺旋飛機中等受力件，如螺旋槳葉片槳葉片例：例：2A123.超超硬硬鋁鋁合金合金 : 主要合金元素：主要合金元素：Cu、Mg、Zn。通過通過時效產(chǎn)生偏聚強化相時效產(chǎn)生偏聚強化相得到得到最高的最高的硬度和強度硬度和強度。但但耐蝕性較差，采用純鋁包鋁耐蝕性較差，采用純鋁包鋁。飛機起落架、大梁。飛機起落架、大梁。例：例：7A04飛機主起落架飛機主起落架4.鍛鍛鋁鋁合金合金 : 少量少量Mg 、Si 、Cu 等等具有良好的熱塑性具有良好的熱塑性, 通過通過時效產(chǎn)生偏聚強化相

6、時效產(chǎn)生偏聚強化相提高強硬度。提高強硬度。 飛機、內(nèi)燃機上高載荷鍛件或者模鍛件。飛機、內(nèi)燃機上高載荷鍛件或者模鍛件。 例：例：2A12,2A50壓氣機葉片壓氣機葉片4.鑄造鋁合金鑄造鋁合金代號：代號：ZLXXXZL：鑄鋁：鑄鋁X（14）：鋁硅、鋁銅、鋁鎂、鋁鋅XX：編號1.鋁鋁硅硅系系 ( ZL101ZL111 ) :共晶共晶鑄造鑄造性能佳性能佳-共晶共晶-經(jīng)（鈉鹽）變質(zhì)處理細化經(jīng)（鈉鹽）變質(zhì)處理細化晶粒，并變組織為亞共晶，晶粒，并變組織為亞共晶，綜合提高塑性強度綜合提高塑性強度-加入強化元素（銅、鎂）加入強化元素（銅、鎂）可時效硬化，偏聚可時效硬化，偏聚CuAl2，Mg2Si強化相強化相活塞

7、活塞( (裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金) )2.鋁鋁銅銅系系 ( ZL201ZL203 ) :強塑性強塑性較好，較好，耐熱耐熱不耐蝕，鑄不耐蝕，鑄造性能差造性能差汽缸頭汽缸頭3.鋁鋁鎂鎂系系 ( ZL301、ZL302 ) :強度高，強度高，耐蝕耐蝕不耐熱，鑄造性能不耐熱，鑄造性能差，差，加工效果好加工效果好4.鋁鋁 鋅鋅系系 ( ZL401、ZL402 ) :強度較高、強度較高、鑄造性好（壓鑄）鑄造性好（壓鑄）, 耐熱耐蝕差。耐熱耐蝕差。不必熱處理，自然時效即可不必熱處理，自然時效即可大型空壓機活塞大型空壓機活塞(ZL401)(ZL401) 第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金一一.工業(yè)純銅（

8、紫銅、電解銅）工業(yè)純銅（紫銅、電解銅）性能特點性能特點:密度大密度大;導電及導熱導電及導熱 性能好性能好;抗大氣腐蝕性好抗大氣腐蝕性好;塑性高塑性高;強強 度低度低;無磁性無磁性;分類分類工業(yè)純銅工業(yè)純銅T1-T3雜質(zhì)增加雜質(zhì)增加，鉛、鉍引起熱脆，鉛、鉍引起熱脆 硫、氧引起冷脆硫、氧引起冷脆無氧銅無氧銅 TU，含氧小于，含氧小于0.003%用途用途:塑性好，冷變形加工為板、帶、線材，則強度增塑性好，冷變形加工為板、帶、線材，則強度增加、塑性下降?？傮w上講強硬度不高，無法用作機械加、塑性下降?？傮w上講強硬度不高，無法用作機械零件。零件。二二.銅合金銅合金黃銅（黃銅（H） : ZnH70 含銅含銅

9、70%HPb59-1含銅含銅59%，含鉛，含鉛1% 白銅白銅 （B）: Ni-耐蝕高電阻耐蝕高電阻耐蝕零件及電阻、電偶耐蝕零件及電阻、電偶 青銅青銅 （Q): 除黃銅和白銅外的所除黃銅和白銅外的所有銅合金。有銅合金。QSn4-3含錫含錫4%，含鋅，含鋅3%錫青銅；錫青銅；QBe2含鈹含鈹2%鈹青銅鈹青銅加工產(chǎn)品加工產(chǎn)品 鑄造產(chǎn)品鑄造產(chǎn)品 （如（如ZCuZn38，含鋅，含鋅38%)一一.黃銅黃銅 單相（銅的固溶體）黃單相（銅的固溶體）黃銅銅 wzn7%加工應(yīng)力導致蝕加工應(yīng)力導致蝕裂、脫鋅裂、脫鋅1) 普通黃銅普通黃銅 ( 銅鋅二元銅鋅二元 )三、黃銅1、 普通黃銅5003040506070040

10、0300200100010205040302010506070809010011040HB+bb(Mpa)(%)HB（1）黃銅的力學性能與含鋅量的關(guān)系黃銅的自裂與脫鋅黃銅的自裂與脫鋅:v蝕裂蝕裂 - 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕 : 黃銅黃銅在塑性變形后產(chǎn)生較大在塑性變形后產(chǎn)生較大應(yīng)力應(yīng)力,在在潮濕空氣潮濕空氣中或在中或在微微 量氨量氨的氣份中發(fā)生應(yīng)的氣份中發(fā)生應(yīng)力腐蝕。鋅量越高力腐蝕。鋅量越高, 應(yīng)力腐蝕傾向越大。應(yīng)力腐蝕傾向越大。防止措施-去應(yīng)力退火v脫鋅脫鋅 - 鋅的電極電位遠低于銅鋅的電極電位遠低于銅 , 所以鹽水中黃所以鹽水中黃銅極易發(fā)生電化學腐蝕。銅極易發(fā)生電化學腐蝕。2) 特殊黃銅特殊黃銅

11、( special brass )牌號牌號:HAl59-3組元組元:在黃銅中加入在黃銅中加入Al、Si、Sn、Mn 提提高高耐蝕性耐蝕性;Si 提高提高鑄造鑄造性能性能;Pb提高提高切削切削性能性能v金獎黃銅金獎黃銅 - H90v彈殼黃銅彈殼黃銅 - H70 ( H68 )v日用黃銅日用黃銅 - H62 ( H59 )法蘭閥法蘭閥閘閥閘閥冷凝器管冷凝器管3）黃銅的熱處理）黃銅的熱處理 :去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 : 在在200300左右退左右退 火火,提高加工硬化后的塑性提高加工硬化后的塑性 和彈性極限；消除應(yīng)力，和彈性極限；消除應(yīng)力， 防止腐蝕。防止腐蝕。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 : 在在50070

12、0左右退火左右退火, 消除加工硬化消除加工硬化,恢復(fù)塑性?；謴?fù)塑性。4）常用黃銅代號及用途）常用黃銅代號及用途單相黃銅單相黃銅H70,H68,塑性好，冷變形強化，塑性好，冷變形強化，用于散熱器、波紋管、彈殼；用于散熱器、波紋管、彈殼；兩相黃銅兩相黃銅H62,H59，強度高，切削性好，強度高，切削性好特殊黃銅特殊黃銅HPb59-1,切削性更好切削性更好二二.青銅青銅 普通青銅普通青銅 ( 錫青銅錫青銅 ) 特殊青銅特殊青銅 ( 無錫青銅無錫青銅 )1) 錫青銅錫青銅3 610 14壓力加工壓力加工鑄造成形鑄造成形b+固溶體析出硬脆固溶體析出硬脆相相、a+bwsn5% 冷變形加工冷變形加工5%7%

13、 熱變形加工熱變形加工特點：特點：耐磨、抗磁、低溫韌性好，海水、蒸汽、淡水中耐耐磨、抗磁、低溫韌性好，海水、蒸汽、淡水中耐蝕性強于純銅與黃銅蝕性強于純銅與黃銅鑄造結(jié)晶溫度寬，鑄造結(jié)晶溫度寬，流動性差，偏析大，分散縮孔流動性差，偏析大，分散縮孔;體積收縮率小，體積收縮率小，尺寸接近鑄型。如尺寸接近鑄型。如ZCuSn10Zn2加工用如加工用如QSn4-3(Sn4%，其他元素，其他元素3%）用于制造）用于制造耐磨、抗磁、彈性、耐蝕零件耐磨、抗磁、彈性、耐蝕零件2) 特殊青銅特殊青銅 （無錫青銅（無錫青銅 ）-比錫青銅更耐磨、耐蝕，力學性能更高比錫青銅更耐磨、耐蝕，力學性能更高1.硅青銅硅青銅 : Q

14、Si3 12.鉛青銅：鉛青銅： 3.鋁青銅鋁青銅 : QAl74.鈹青銅鈹青銅 : QBe2; 時效硬化效果非常好。彈性極限、屈服、時效硬化效果非常好。彈性極限、屈服、抗拉、疲勞強度高，耐磨、耐蝕、導電、導熱性好，焊接抗拉、疲勞強度高，耐磨、耐蝕、導電、導熱性好，焊接性能好。用于制造重要、精密、高溫、高速下工作的零件。性能好。用于制造重要、精密、高溫、高速下工作的零件。第四節(jié)第四節(jié) 滑動軸承合金滑動軸承合金一一. 定義定義 :工件體工件體軸軸軸瓦軸瓦制造滑動軸承軸瓦與內(nèi)襯的耐磨合金制造滑動軸承軸瓦與內(nèi)襯的耐磨合金比滾動軸承承壓大，工作平衡無聲，制造檢查方便。比滾動軸承承壓大，工作平衡無聲，制造

15、檢查方便。二二.性能要求性能要求 :1.足夠力學性能足夠力學性能-抗壓強度、抗壓強度、疲勞強度和沖擊韌性。疲勞強度和沖擊韌性。2.高的耐磨性高的耐磨性-摩擦系數(shù)低，摩擦系數(shù)低，磨合性好，抗咬合性及蓄油性磨合性好，抗咬合性及蓄油性好。好。3.耐熱耐蝕耐熱耐蝕-高溫不軟，潤滑高溫不軟，潤滑油不腐蝕。油不腐蝕。各類型軸瓦各類型軸瓦三三.組織要求組織要求:1.在高速在高速中、低載荷中、低載荷情況下情況下,用用軟基體上分布硬質(zhì)點軟基體上分布硬質(zhì)點組織的材料。組織的材料。軟基體被磨成油坑，保證潤滑磨合性好；抗沖擊。軟基體被磨成油坑，保證潤滑磨合性好；抗沖擊。硬質(zhì)點耐磨并承受載荷。硬質(zhì)點耐磨并承受載荷。潤滑

16、油空間潤滑油空間軸軸硬質(zhì)點硬質(zhì)點軟基體軟基體軸瓦軸瓦錫基與鉛基軸承合金錫基與鉛基軸承合金 ( 巴氏合金巴氏合金 )2.在高速在高速重載荷重載荷情況下情況下,用用硬基體上分布軟質(zhì)點硬基體上分布軟質(zhì)點組織的材料。承壓較高，但磨合組織的材料。承壓較高，但磨合性不好性不好潤滑油空間潤滑油空間軸軸軟質(zhì)點軟質(zhì)點硬基體硬基體軸瓦軸瓦 鋁基軸承合金鋁基軸承合金 : ZChAlSb4 1 銅基軸承合金銅基軸承合金 : ZCuPb30 ZCuSn10Pb1 三三.錫基與鉛基軸承合金錫基與鉛基軸承合金 ( 巴氏合金巴氏合金 )1.Sn中含少量中含少量Sb（銻）（銻）Cu元素元素基體：基體：Sb在在Sn中的固溶體中的固溶體硬質(zhì)點：硬質(zhì)點：SnSb化合物為基固溶體化合物為基固溶體2.Pb中含少量中含少量Sb（銻）（銻）Cu元素元素