第3章電子課件(有色金屬)

1、3.3有色金屬及其合金除鋼鐵以外的其他金屬，如鋁、銅、鋅、鎂、鉛、鈦、錫等及其合金統(tǒng)稱為有色金屬（或非鐵金屬）。 3.3.1鋁及鋁合金n主要包括以下內(nèi)容：主要包括以下內(nèi)容：n1.工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁n2.鋁合金的分類鋁合金的分類 n.鋁合金的強化處理鋁合金的強化處理n.變形鋁合金變形鋁合金n.鑄造鋁合金鑄造鋁合金1.工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁n工業(yè)純鋁的主要工業(yè)純鋁的主要性能是：純鋁的性能是：純鋁的導電性、導熱性導電性、導熱性很好。在大氣中很好。在大氣中具有良好的耐蝕具有良好的耐蝕性，但鋁不耐酸、性，但鋁不耐酸、堿、鹽的腐蝕。堿、鹽的腐蝕。純鋁塑性好。純鋁塑性好。n工業(yè)純鋁的主要工業(yè)純鋁的主要用途是：代替貴

2、用途是：代替貴重的銅合金，制重的銅合金，制作導線，配制各作導線，配制各種鋁合金，制作種鋁合金，制作質(zhì)輕、導熱或耐質(zhì)輕、導熱或耐大氣腐蝕，但強大氣腐蝕，但強度不高的器具度不高的器具。2.鋁合金的分類n根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工根據(jù)鋁合金的成分及生產(chǎn)工藝特點，將鋁合金分為變形藝特點，將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。 圖 鋁合金分類示意圖.鋁合金的強化處理鋁合金的強化處理n鋁合金的熱處理與鋼不同。鋼是通過控制同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變來改變性能，鋁合金是通過固溶時效處理來提高強度、硬度和其他性能，這種熱處理也稱為強化處理。鋁合金的固溶時效強化 n當加熱到當加熱到相區(qū)，保溫后在水中

3、快冷，其強相區(qū)，保溫后在水中快冷，其強度、硬度并沒有明顯升高，而塑性卻得到度、硬度并沒有明顯升高，而塑性卻得到改善，這種熱處理稱為固溶處理（或固溶改善，這種熱處理稱為固溶處理（或固溶淬火）。淬火后的鋁合金，如在室溫下停淬火）。淬火后的鋁合金，如在室溫下停留相當長的時間，它的強度、硬度才顯著留相當長的時間，它的強度、硬度才顯著提高，塑性下降。提高，塑性下降。n淬火后鋁合金的強度和硬度，隨時間而發(fā)淬火后鋁合金的強度和硬度，隨時間而發(fā)生顯著提高的現(xiàn)象稱為時效強化和時效硬生顯著提高的現(xiàn)象稱為時效強化和時效硬化?；?。.變形鋁合金（1）鋁）鋁-錳或鋁錳或鋁-鎂系合金鎂系合金 這類合金又叫防銹鋁（2）鋁）鋁

4、-銅銅-鎂系合金鎂系合金 這類合金又叫硬鋁 （3）鋁）鋁-銅銅-鎂鎂-鋅系合金鋅系合金 這類合金又叫超硬鋁（4）鋁）鋁-銅銅-鎂鎂-硅系合金硅系合金 這類合金又叫鍛鋁 .鑄造鋁合金n鑄造鋁合金有鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁鋅系四種，其中以鋁硅系合金應(yīng)用最廣。 （1）鋁硅系鑄造鋁合金 n稱為硅鋁明，其特點是鑄造性能好，線稱為硅鋁明，其特點是鑄造性能好，線收縮率小，流動性好，熱裂傾向小，具收縮率小，流動性好，熱裂傾向小，具有較高的抗蝕性和足夠的強度。有較高的抗蝕性和足夠的強度。 n例如，例如，ZL108經(jīng)過淬火和自然時效后，經(jīng)過淬火和自然時效后，強度極限可提高到強度極限可提高到200260MPa，適

5、，適用于強度和硬度要求較高的零件。用于強度和硬度要求較高的零件。 （2）鋁銅系鑄造鋁合金）鋁銅系鑄造鋁合金n這類合金的銅含量不低于WCu=4%。這類合金可以通過時效強化提高強度，并且時效強化的效果能夠保持到較高溫度，使合金具有較高的熱強性。由于合金中只含少量共晶體，故鑄造性能不好，抗蝕性和比強度也較優(yōu)質(zhì)硅鋁明低，此類合金主要用于制造在200300條件下工作、要求較高強度的零件，如增壓器的導風葉輪等。（3）鋁鎂系鑄造鋁合金）鋁鎂系鑄造鋁合金n這類合金有ZL301、ZL302兩種，其中應(yīng)用最廣的是ZL301。該類合金的特點是密度小，強度高，比其他鑄造鋁合金耐蝕性好。它一般用于制造承受沖擊載荷，耐海

6、水腐蝕，外型不太復雜便于鑄造的零件，如艦船零件。（4）鋁鋅系鑄造鋁合金）鋁鋅系鑄造鋁合金n與ZL102相類似，這類合金鑄造性能很好，流動性好，易充滿鑄型，但密度較大，耐蝕性差。該合金可以在不經(jīng)熱處理的鑄態(tài)下直接使用，常用于汽車、拖拉機發(fā)動機的零件。3.3.2銅及銅合金n銅是人類應(yīng)用最早和最廣的一種有色金屬，由于具有某些優(yōu)良的性能，使得銅及銅合金在電氣儀表、造船及機械制造工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。1.工業(yè)純銅工業(yè)純銅 n主要性能：純銅的導電性和導熱性好，強度不高，硬度很低，塑性極好，并有良好的低溫韌性，可以進行冷、熱壓力加工。n純銅具有很好的化學穩(wěn)定性，在大氣、淡水及冷凝水中均有良好的抗蝕性。但在

7、海水中的抗蝕性較差，易被腐蝕。純銅在含有CO2的濕空氣中，表面將產(chǎn)生堿性碳酸鹽的綠色薄膜，又稱銅綠。n主要用途：純銅主要用于導電、導熱及兼有耐蝕性的器材，如電線、電纜、電刷、防磁器械、化工用傳熱或深冷設(shè)備等。純銅是配制銅合金的原料，銅合金具有比純銅好的強度及耐蝕性，是電氣儀表、化工、造船、航空、機械等工業(yè)中的重要材料。2.銅合金銅合金n由于純銅的強度低，加入適量合金元素制成銅合金。（1）銅合金的分類）銅合金的分類n按化學成分銅合金可分為黃銅、青銅及白銅三大類，在機器制造業(yè)中，應(yīng)用較廣的是黃銅和青銅。n按生產(chǎn)方法銅合金可分為壓力加工銅合金和鑄造銅合金兩類。（2）銅合金牌號表示方法 n壓力加工黃銅

8、：普通壓力加工黃銅代號表示方法為“H”+銅元素含量（質(zhì)量分數(shù)100）。壓力加工青銅：代號表示方法是“Q” +第一主加元素的化學符號及含量+其他合金元素含量。例如，QA15表示W(wǎng)Al=5%、余量為銅的加工鋁青銅。n鑄造銅合金(鑄造黃銅與鑄造青銅)的牌號表示方法相同，是“Z”+銅元素化學符號+主加元素的化學符號及含量（質(zhì)量分數(shù)100）+其他合金元素化學符號及含量（質(zhì)量分數(shù)100）。常用的普通黃銅常用的普通黃銅n普通黃銅主要用于壓力加工，按加工特點分為冷加工用單相黃銅與熱加工用+雙相黃銅兩類。nH90（及H80等）屬單相黃銅，有優(yōu)良的耐蝕性、導熱性和冷變形能力，并呈金黃色，故有金色黃銅之稱。常用于鍍

9、層及制作藝術(shù)裝飾品、獎?wù)?、散熱器等。nH68（及H70）屬單相黃銅，按成分稱為七三黃銅。它具有優(yōu)良的冷、熱塑性變形能力，適宜用冷沖壓（深拉延、彎曲等）制造形狀復雜而要求耐蝕的管、套類零件，如彈殼、波紋管等，故又有彈殼黃銅之稱。特殊黃銅特殊黃銅n在普通黃銅的基礎(chǔ)上，加入其他合金元素組成的多元合金稱為特殊黃銅。常加入的元素有錫、鉛、鋁、硅、錳、鐵等。特殊黃銅也可依據(jù)加入的第二合金元素命名，如錫黃銅、鉛黃銅、鋁黃銅等。 青銅青銅n青銅是人類應(yīng)用最早的一種合金，原指銅錫合金。現(xiàn)在工業(yè)上把以鋁、硅、鉛、鈹、錳、鈦等為主加元素的銅基合金均稱為青銅，分別稱為鋁青銅、鈹青銅、硅青銅等，銅錫合金稱為錫青銅。按照

10、生產(chǎn)方式不同，青銅分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。錫青銅錫青銅 錫青銅在大氣、海水、淡水以及水蒸氣中抗蝕性比純銅和黃銅好，但在鹽酸、硫酸及氨水中的抗蝕性較差。 錫青銅中還可以加入其他合金元素以改善性能。加入鉛可以使合金的組織中存在軟而細小的黑灰色鉛夾雜物，提高錫青銅的耐磨性和切削加工性。加入磷，可以提高合金的流動性，提高合金的耐磨性 。鋁青銅鋁青銅n鋁青銅是以鋁為主加元素的銅合金，一般鋁含量為5%10%。鋁青銅的力學性能和耐磨性均高于黃銅和錫青銅，它的結(jié)晶溫度范圍小，不易產(chǎn)生化學成分偏析，而且流動性好，分散縮孔傾向小，易獲得致密鑄件。n可制造齒輪、軸套、蝸輪等高強度、耐磨的零件以及彈簧和其他耐

11、蝕元件。鈹青銅n鈹青銅的彈性極限、疲勞極限都很高，耐磨性、抗蝕性、導熱性、導電性和低溫性能也非常好，此外，尚具無磁性、沖擊時不產(chǎn)生火花等特性。在工藝方面，它承受冷熱壓力加工的能力很好，鑄造性能也好。但鈹青銅價格昂貴。3.3.3滑動軸承合金n滑動軸承是指支承軸和其他轉(zhuǎn)動或擺動零件的支承件。它是由軸承體和軸瓦兩部分構(gòu)成的。軸瓦可以直接由耐磨合金制成，也可在基體上澆鑄一層耐磨合金內(nèi)襯制成。用來制造軸瓦及其內(nèi)襯的合金，稱為軸承合金。1.對滑動軸承合金的性能要求對滑動軸承合金的性能要求n具有良好的減摩性；n具有足夠的力學性能；n滑動軸承合金還應(yīng)具有良好的導熱性、小的熱膨脹系數(shù)、良好的耐蝕性和鑄造性能。2

12、.滑動軸承合金的組織特征n（1）軸承材料基體應(yīng)與鋼鐵互溶性?。┹S承材料基體應(yīng)與鋼鐵互溶性小 n（2）軸承合金組織應(yīng)軟硬兼?zhèn)洌┹S承合金組織應(yīng)軟硬兼?zhèn)?金相組金相組織應(yīng)由多個相組成，如軟基體上分布著織應(yīng)由多個相組成，如軟基體上分布著硬質(zhì)點，或硬基體上嵌鑲軟顆粒。硬質(zhì)點，或硬基體上嵌鑲軟顆粒。3.常用的滑動軸承合金常用的滑動軸承合金n滑動軸承的材料主要是有色金屬。常用的有錫基軸承合金、鉛基軸承合金、銅基軸承合金、鋁基軸承合金等。（1）錫基軸承合金）錫基軸承合金（錫基巴氏合金）（錫基巴氏合金）n它是以錫為基體元素，加入銻、銅等元素組成的合金。錫基軸承合金摩擦系數(shù)小，塑性和導熱性好，是良好的減摩材料，常

13、用作重要的軸承，如汽輪機、發(fā)動機等巨型機器的高速軸承。它的主要缺點是疲勞強度較低，且錫較稀少，因此這種軸承合金價格最貴。（2）鉛基軸承合金）鉛基軸承合金n它是鉛-銻為基體的合金。鉛基軸承合金的強度、塑性、韌性及導熱性、耐蝕性均較錫基合金低，且摩擦系數(shù)較大，但價格較便宜。因此，鉛基軸承合金常用來制造承受中、低載荷的中速軸承。如汽車、拖拉機的軸承及電動機軸承。n（3）銅基軸承合金）銅基軸承合金n（4）鋁基軸承合金）鋁基軸承合金3.3.4鈦及鈦合金n1.工業(yè)純鈦工業(yè)純鈦n工業(yè)純鈦的牌號用“TA”（“T”為“鈦”的漢語拼音字首）及數(shù)字表示，數(shù)字越大，純度越低。其牌號有TA1、TA2、TA3三種。工業(yè)純

14、鈦的力學性能與其純度有很大關(guān)系，若存在氧、氮、鐵、氫、碳等雜質(zhì)元素，則可使強度、硬度增加，而塑性、韌性下降。n2.鈦合金鈦合金n為了進一步提高強度，可在鈦中加入合金元素。合金元素溶入-Ti中，形成固溶體，溶入-Ti中，形成固溶體。因此可將鈦合金分為鈦合金、鈦合金 、（+）鈦合金三類，其符號分別用TA、TB、TC表示。3.3.5鎂及鎂合金n鎂的儲量僅次于鋁和鐵，居第三位，中國菱鎂礦儲量居世界首位。純鎂為銀白色，其密度為1.74g/cm3，是鋁的2/3，鋼的1/4；以鎂為基體的合金稱為鎂合金，也稱為超輕質(zhì)合金。鎂合金是工業(yè)應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)材料。1.工業(yè)純鎂工業(yè)純鎂n工業(yè)純鎂的牌號用 “Mg”和序列

15、號表示，例如Mg1稱為一號純鎂， Mg2稱為二號純鎂。純鎂的強度較低，實際應(yīng)用時常加入其他元素，如Al，Zn，Mn，Zr以及稀土元素等，通過固溶強化、時效強化、細晶強化等，形成具有優(yōu)良性能的鎂合金，強度較高，具有良好的切削加工性能。2.鎂合金n鎂合金在汽車、飛機、通信、電子等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，以鑄造鎂合金居多。變形鎂合金的應(yīng)用較少，主要集中在國防軍工方面，如穿甲彈、誘餌魚雷殼體，以及雷達、衛(wèi)星上的井字架，重量與塑料殼體相當，但剛度很高。3.4粉末冶金材料 將金屬或非金屬粉末混合后壓制成形，并在低于金屬熔點的溫度下進行燒結(jié)，利用粉末間原子擴散來使其結(jié)合的過程被稱做粉末冶金工藝。 粉末冶金制品被稱做粉

16、末冶金材料。3.4.1粉末冶金的工藝特點1) 用粉末冶金方法可以生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)材料和具有多種特殊性能的材料。 如硬質(zhì)合金、難熔金屬、磁性材料、摩擦材料、高溫耐熱材料等。2）粉末冶金法可使壓制品達到或極接近于零件要求的形狀、尺寸精度與表面粗糙度，生產(chǎn)無切削或少切削的優(yōu)質(zhì)機械零件，材料的利用率高，接近100%。3.4.2粉末冶金的生產(chǎn)工藝n粉末冶金產(chǎn)品一般經(jīng)過以下四個工序：1）粉料配制混勻2）壓制成型3）燒結(jié)4）后處理2.4.3粉末冶金材料的應(yīng)用粉末冶金材料的應(yīng)用n在工業(yè)生產(chǎn)中利用粉末冶金法，在工業(yè)生產(chǎn)中利用粉末冶金法，可以制成多種機械零件和工具。可以制成多種機械零件和工具。 如：刀具、精密齒輪、含油

17、軸承、如：刀具、精密齒輪、含油軸承、襯套、摩擦片、過濾器等。襯套、摩擦片、過濾器等。1.含油軸承含油軸承n含油軸承材料是一種多孔性的粉末冶金材料。n浸油后成品的孔隙中含有潤滑油，具有很高的耐磨性，用于制造中速、輕載荷的軸承，尤其是紡織機械、電影機械、食品機械、家用電器等的軸承。2.摩擦材料摩擦材料 摩擦材料主要用于實現(xiàn)制動。 具有摩擦系數(shù)大、耐磨性高、抗咬合性好、合適的強度和良好的熱導性，性能優(yōu)于合成樹脂、鑄鐵、青銅等摩擦材料。3.硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金n硬質(zhì)合金是以碳化鎢（硬質(zhì)合金是以碳化鎢（WC）或）或碳化鎢與碳化鈦（碳化鎢與碳化鈦（TiC）等高熔）等高熔點、高硬度的碳化物為基體，并點、高硬度的

18、碳化物為基體，并加入鈷（或鎳）作為粘結(jié)劑而制加入鈷（或鎳）作為粘結(jié)劑而制成的一種粉末冶金材料。成的一種粉末冶金材料。常用的硬質(zhì)合金常用的硬質(zhì)合金1常用硬質(zhì)合金的分類與牌號（1）鎢鉆類硬質(zhì)合金其牌號是由“YG”（“硬、鉆”兩字漢語拼音字首）和平均含鉆量的百分數(shù)組成，例如，YG8（2）鎢鈦鉆類硬質(zhì)合金其牌號由“YT”（“硬、鈦”兩字漢語拼音字首）和碳化鈦平均含量組成，例如，YT15（3）鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金其牌號由“YW”（“硬”、“萬”兩字漢語拼音字首）加順序號組成，如 YW1。鎢鈷類硬質(zhì)合金（1）鎢鉆類硬質(zhì)合金主要成分主要成分：碳化鎢和粘結(jié)劑鈷性能特點性能特點：較好的強度和韌性；碳化鎢含量較高，鈷含量較低時，硬度較低，抗彎強度較低。主要用途主要用途：切削脆性材料，如鑄鐵、有色金屬、膠木等，YG3適于精加工，YG15適于粗加工。鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金（2）鎢鈦鉆類硬質(zhì)合金主要成分主要成分：碳化鎢、碳化鈦及粘結(jié)劑鈷性能特點性能特點：加入碳化鈦提高了硬度和耐熱性，碳化鈦越多，硬度、耐磨性、耐熱性越好，而抗彎強度越差。主要用途主要用途：用于加工韌性材料，如鋼材等，YT 5適于粗加工，YT30只