課題八合理選用非鐵金屬及其合金

1、課題八課題八 合理選用非鐵金屬及其合金合理選用非鐵金屬及其合金任務一 掌握鋁及其合金的性能與應用任務二 掌握銅及其合金性能與應用任務三 掌握鋅及鋅合金的性能與應用任務四 了解鈦及鈦合金的性能與選用任務五 了解軸承合金的性能與選用任務六 了解粉末冶金的特點與制造過程任務七 熟悉硬質合金的特點與應用有色金屬有色金屬黑色金屬以外的金屬，也稱非鐵非鐵金屬金屬。輕輕 金金 屬屬密度小于3.5 g/cm3（鋁、鎂、鈹等）的有色金屬。重重 金金 屬屬密度大于3.5g/cm3（銅、鎳、鉛新等）的有色金屬。 導言任務一 掌握鋁及其合金的性能與應用一、鋁及鋁合金的性能特點二、鋁及鋁合金的分類、代號、牌號和用途 鋁

2、是一種具有良好的導電、傳熱性及延展性的輕金屬。鋁中加入少量的銅、鎂、錳等，形成堅硬的鋁合金。鋁及鋁合金的應用 1、純鋁的性能特點、純鋁的性能特點1密度?。?.7103kg/m)，熔點低(660）2.導電性（為銅的62，以質量比較是銅的2倍）與導熱性好，磁化率低。3抗大氣腐蝕性能好。 4塑性好（50，80）， 加工性能好。 可加工成各種型材，絲、線、箔、片、棒、管等。一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁2、純鋁的牌號和用途、純鋁的牌號和用途鋁及鋁合金的分類 按純度分為高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁。高純鋁：高純鋁：99.93%99.996%，用于科研， 代號L01L04。工業(yè)高純鋁

3、：工業(yè)高純鋁：99.85%99.9%，用于作鋁合金的原料、特殊化學器械等，代號L00、L0。工業(yè)純鋁：工業(yè)純鋁：98.0%99.0%， 用作管、線、板材和棒材，代號L1L6。高純鋁后的編號數字越大，純度越高；工業(yè)純鋁代號后的編號數字越大，純度越低。 應用純鋁的牌號：1四位字符（以1開頭，第二位表示純鋁的成分狀況（0或A），第三、四位表示鋁的質量分數小數點后兩位數。如1A99表示99.99純鋁2、純鋁的牌號和用途、純鋁的牌號和用途l鋁合金的用途鋁合金的用途 二、鋁合金二、鋁合金 向鋁中加入適量的硅、銅、鎂、錳等合金元素，制成較高強度的鋁合金。1. 鋁合金的分類 根據成分特點和生產方式不同分：壓力

4、加工鋁合金壓力加工鋁合金（形變鋁合金形變鋁合金）和鑄造鋁合金鑄造鋁合金。2.鋁合金的強化方法1）不可熱處理的形變鋁合金（冷軋、壓延加工）2）可熱處理的形變鋁合金（水中快冷淬火）3）鑄造鋁合金（變質處理，使其強化） 形變鋁合金根據性能不同分：防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁鋁。 代號分別用LF、LY、LC、LD等字母及一組順序號表示，如LF5、LY1、LC4、LD5。 參見表81按國家標準（按國家標準（GB3190GB319019821982）規(guī)定：）規(guī)定： 鑄造鋁合金按加入的主要合金元素的不同分為: AlSi系、 AlCu系、 AlMg系 AlZn系合金其代號用ZL3個數字表

5、示，其中第一位數字表示合金的類別（1為AlSi系，2為AlCu系，3為AlMg系，4為AlZn系），后兩位為合金的序號。如ZL102(ZAlSi2），ZL401參見表82按國家標準（按國家標準（GB3190GB319019821982）規(guī)定：）規(guī)定：3 3鋁合金的強化鋁合金的強化 在鋁合金的相圖中，將B溶質含量在DF之間的變形鋁合金加熱到相區(qū)，經保溫后迅速水冷（這種淬火稱固溶處理），在室溫下得到過飽和的固溶體。這種組織是不穩(wěn)定的，在室溫下放置或低溫加熱時，有分解出強化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，而使強度和硬度明顯提高，這種現象稱為時時效效。 在室溫下進行的時效稱為自然時效自然時效。 在加熱條件下進

6、行的時效稱為人工時效人工時效。含銅4%的鋁合金的自然時效曲線 鋁合金的應用 變形鋁合金的應用鑄造鋁合金的應用任務二 掌握銅及其合金性能與應用一、純銅（Cu）二、銅合金銅及銅合金的分類 一、純銅（一、純銅（Cu）銅絲 呈紫紅色，故又稱為紫銅 （純度99.799.95）；密度：8.96 103 kg/m3；熔點：1083；導電性和導熱性僅次于銀。按化學成分不同：工業(yè)純銅工業(yè)純銅和無氧銅無氧銅。我國工業(yè)純銅：未加工產品和加工產品未加工產品代號：Cu-1、 Cu-2、 Cu-3加工產品代號：一號銅（99.95%Cu），代號T1二號銅（99.90%Cu），代號T2三號銅（99.70%Cu），代號T3。無

7、氧銅含氧量極低，不大于0.003%，其代號有TU1、TU2，“U”是“無”字漢語拼音字首。 純銅的牌號、化學成分和純銅的牌號、化學成分和用途用途 純銅的應用實例純銅的應用實例二、銅合金二、銅合金 為了滿足制作結構件的要求，工業(yè)上廣泛采用在銅中加入合金元素而制成性能得到強化的銅合金，常用的銅合金可分為：1 1黃銅黃銅2 2白銅白銅3 3青銅青銅1 1黃銅黃銅 黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金，具有良好的機械性能，易加工成形，對大氣、海水有相當好的抗蝕能力。 按所含合金元素的種類可分為普通黃銅普通黃銅和特殊黃銅特殊黃銅；按生產方式可分為壓力加工黃銅壓力加工黃銅和鑄造黃銅鑄造黃銅。 （1 1）普通黃

8、銅）普通黃銅 普通黃銅是CuZn的二元合金。普通黃銅又分為單相黃銅和雙相黃銅： 單相黃銅單相黃銅當鋅含量小于39時，鋅全部溶于銅中形成固溶體。 雙相黃銅雙相黃銅當鋅含量大于等于39時，除了有固溶體外，組織中還出現了以化合物CuZn為基體的固溶體。鋅含量對黃銅力學性能的影響 （2 2）特殊黃銅）特殊黃銅 在普通黃銅的基礎上加入Sn、Si、Mn、Pb、Al等元素，形成的銅合金。 根據加入元素不同，分別稱為錫黃銅、硅黃銅、錳黃銅、錫黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鉛黃銅和鋁黃銅鉛黃銅和鋁黃銅等。普通壓力加工黃銅牌號：H+ 平均含銅量。例如：H62表示含銅62%，其余為Zn的普通黃銅。特殊壓力加工黃銅牌號：H

9、+ 主加元素符號（除鋅外）+ 平均含銅量 + 主加元素平均含量。例如：HMn582，表示含銅量為58%、含錳量為2%的特殊黃銅。鑄造黃銅（包括普通黃銅和特殊黃銅）牌號：ZCu+主加元素符號+主加元素含量+其他加入元素的元素符號及含量組成。例如：ZCuZn38，ZCuZn40Mn2等。黃銅應用實例黃銅應用實例2 2白銅白銅 白銅是以鎳為主加合金元素的銅合金。具有很好的冷熱加工性能，不能進行熱處理強化，只能用固溶強化和加工硬化來提高強度。 牌號：B鎳含量。 三元以上的白銅牌號：B第二個主添加元素符號及除基元素銅外的成份數字組表示。例如：l B30表示含Ni量為30%的白銅。l BMn312表示含M

10、n為3%，含Ni為12%的錳白銅。白銅應用實例白銅應用實例3 3青銅青銅 除了黃銅和白銅外，所有的銅基合金都稱為青銅。按主加元素種類的不同，青銅可分為錫青銅、鋁青銅、硅青銅和鈹青銅等。按生產方式也可分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。 古代青銅文化古代青銅文化酒器酒器黃觚鳥紋爵食器食器 司母戊鼎 鑲嵌狩獵紋豆 兵器兵器人面紋鉞 燕王職戈 秦始皇陵銅車馬一一號號銅銅車車馬馬 二二號號銅銅車車馬馬 青銅的應用青銅的應用 壓力加工青銅牌號：壓力加工青銅牌號：Q主加元素的元素符號及含量其他加入元素的含量。例如：例如：l QSn43表示含錫量為4，含鋅量為3 %，其余為銅的錫青銅。l QAl7表示含鋁量為7

11、%，其余為銅的鋁青銅。 鑄造青銅的牌號和鑄造黃銅的牌號：鑄造青銅的牌號和鑄造黃銅的牌號：ZCu+主加元素符號+主加元素含量+其他加入元素的元素符號及含量組成。例如：例如： ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl9Mn2。 （1 1）錫青銅）錫青銅 錫青銅是以錫為主要合金元素的銅合金，是人類歷史上應用最早的金屬。 鑄態(tài)錫青銅的力學性能與含錫量的關系 （2 2）鋁青銅）鋁青銅 含鋁量為5%12%。 （3 3）鈹青銅）鈹青銅 含鈹量為1.7%2.5%。 （4 4）硅青銅）硅青銅 任務三 掌握鋅及鋅合金的性能與應用一、鋅及鋅合金一、鋅及鋅合金1. 鋅的基本性質鋅的基本性質 密排六方晶體，密度8.6，熔點

12、較低，塑性好，易型形。2.2.鋅合金基本特性鋅合金基本特性鋅中加入Cu、Mg、Al、Ti元素，形成Zn- Cu， Zn- Mg， Zn- Al等。 特性：特性：摩擦系數低，耐磨性高；成本低；生產周期短；較高的導電導熱性；良好的鑄造性；抗火花性。鋅合金的牌號、性能和鋅合金的牌號、性能和用途用途參見表參見表88鋅與鋅合金的應用鋅與鋅合金的應用任務四任務四 了解鈦及鈦合金的性能與選用了解鈦及鈦合金的性能與選用1、純鈦（Ti）2、鈦合金1、純鈦（、純鈦（Ti）純鈦是一種銀白色具有同素異構轉變現象的金屬；在882以下為密排六方晶格，稱為鈦（Ti），在882以上為體心立方晶格，稱為鈦（Ti）。密度?。?.

13、58g/cm3） ，熔點高（1677），熱膨脹系數小，塑性好，容易加工成形；在550以下有很好的耐蝕性，不易氧化，在海水和蒸汽中的抗蝕能力比鋁合金、不銹鋼和鎳合金好。 、鈦合金、鈦合金（型、型、+型、型、型）參見表型）參見表9 91 1鈦合金鈦合金 主要合金化元素有Al和Sn。在室溫或較高溫度時均為單相固溶體組織，不能熱處理強化。常溫下，它的硬度低于其他鈦合金，但高溫（500600）條件下其強度最高，鈦合金組織穩(wěn)定，焊接性良好。2 2鈦合金鈦合金 鈦合金中主要加入銅、鉻、鋁、釩和鐵等促使相穩(wěn)定的元素，它們在正火或淬火時容易將高溫相保留到室溫組織，得到較穩(wěn)定的相組織。 具有良好的塑性，在540以

14、下具有較高的強度，但其生產工藝復雜，合金密度大，故在生產中用途不廣。 3 3+鈦合金鈦合金 除含有鉻、鉬、釩等相穩(wěn)定元素外，還含有錫、鋁等相穩(wěn)定元素。在冷卻到一定溫度時發(fā)生相轉變，室溫下為+兩相組織。 +鈦合金的強度、耐熱性和塑性都比較好，并可以熱處理強化，應用范圍較廣。l鈦與鈦合金的應用鈦與鈦合金的應用任務5 了解軸承合金的性能與選用滑動軸承一般由軸承體和軸瓦構成，軸瓦直接支承轉動軸，如圖所示。與滾動軸承相比，滑動軸承具有制造、修理和更換方便，與軸頸接觸面積大，軸承載荷均勻且能承受重載，工作平穩(wěn)，無噪聲等優(yōu)點，廣泛應用于機床、汽車發(fā)動機、各類連桿、大型電動機等動力設備上?；瑒虞S承合金具有良好

15、的耐磨性和減摩性，是制造滑動軸承軸瓦及其內襯的優(yōu)先選擇。任務5 了解軸承合金的性能與選用1. 熟悉滑動軸承合金的性能（1）具有足夠的強度、塑性、韌性和一定的耐磨性，以抵抗沖擊和振動。（2）具有較低的硬度，以免軸的磨損量加大。（3）具有較小的摩擦因數和良好的磨合性，并能在磨合面上保存潤滑油，以保持軸和軸瓦之間處于正常的潤滑狀態(tài)。任務5 了解軸承合金的性能與選用1. 熟悉滑動軸承合金的性能（4）具有良好的導熱性與耐蝕性。保證軸瓦在高溫下不軟化或熔化，又能耐油的腐蝕。（5）具有良好的抗咬合性。在摩擦條件不好時，軸瓦材料與軸不會粘合或熔合。（6）具有良好的工藝性，易于鑄造與切削成形，且制造成本低廉。任

16、務5 了解軸承合金的性能與選用 滑動軸承合金理想的組織狀態(tài)是在軟的基體上分布著硬質點，或是在硬的基體上分布著軟質點。滑動軸承在工作時，軟的顯微組織部分很快地被磨損，形成下凹區(qū)域并儲存潤滑油，使磨合表面形成連續(xù)的油膜，硬質點則凸出并支承軸頸，使軸與軸瓦的實際接觸面積減少，從而減少對軸頸的摩擦和磨損。任務5 了解軸承合金的性能與選用2. 了解常用滑動軸承合金的用途常用滑動軸承合金有錫基、鉛基、銅基、鋁基等滑動軸承合金。鑄造滑動軸承合金牌號由“字母Z基體金屬元素十主加合金元素符號及含量輔添加合金元素符號及含量”組成。若合金元素的質量分數不小于1，該數字用整數表示，如果合金元素的質量分數小于1，不標數

17、字，或用一位小數表示。例如，ZSnSb11Cu6表示平均wSb=11，wCu=6%，wSn=83的鑄造錫基軸承合金。常用滑動軸承合金性能見表810。任務5 了解軸承合金的性能與選用常用滑動軸承合金性能見表810。類型牌號抗咬合性耐磨性耐蝕性耐疲勞性硬度HBW軸硬度HBW允許壓力/MPa允許溫度錫基滑動軸承合金ZSnSb12Pb10Cu4ZSnSb8Cu4ZSnSb11Cu6 ZSnSb4Cu4優(yōu)優(yōu)優(yōu)劣20301506001000150鉛基軸承合金（巴氏合金）ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb15Sn10ZPbSb15Sn5ZPbSb10Sn6優(yōu)優(yōu)中劣1530150600800150錫青銅Z

18、CuSn10Pb1ZCuSn5Pb5Zn5中劣優(yōu)優(yōu)501003004007002000200鉛青銅ZCuPb30ZPb1Sn16Cu2中差差良408030020003200220250鋁基滑動軸承合金ZAlSn6Cu1Ni1ZAlSn20Cu劣中優(yōu)良455030020002800100150鑄鐵灰鑄鐵差劣優(yōu)優(yōu)160180200250300600150任務六任務六 了解粉末冶金的特點與制造過程了解粉末冶金的特點與制造過程 粉末冶金粉末冶金：以金屬粉末為原料，在壓力機上通過模具壓以金屬粉末為原料，在壓力機上通過模具壓制成型后經高溫燒結而成。生產效率高，零件精度高，表面制成型后經高溫燒結而成。生產效

19、率高，零件精度高，表面粗糙度值小，一般可不再進行精加工，但金屬粉末成本較高，粗糙度值小，一般可不再進行精加工，但金屬粉末成本較高，適于大批大量生產中壓制形狀較簡單的小型零件。適于大批大量生產中壓制形狀較簡單的小型零件。任務六任務六 了解粉末冶金的特點與制造過程了解粉末冶金的特點與制造過程 粉末冶金與陶瓷生產有相似之處，故又稱為金屬陶瓷法。粉末冶金與陶瓷生產有相似之處，故又稱為金屬陶瓷法。粉末冶金生產過程包括生產粉末、粉末配料混合、成形（制粉末冶金生產過程包括生產粉末、粉末配料混合、成形（制坯）、燒結及燒結后處理等。坯）、燒結及燒結后處理等。 粉末冶金生產工藝過程粉末冶金生產工藝過程任務六任務六

20、 了解粉末冶金的特點與制造過程了解粉末冶金的特點與制造過程 2. 2. 熟悉粉末冶金的特點熟悉粉末冶金的特點采用粉末冶金方法制造的零件尺寸精確（采用粉末冶金方法制造的零件尺寸精確（IT6IT6IT8IT8）、表）、表面粗糙度值小（面粗糙度值?。≧a0.8pmRa0.8pm），實現少切削加工或無屑加工，），實現少切削加工或無屑加工，節(jié)約金屬材料，提高生產率，顯著降低產品的加工成本。由節(jié)約金屬材料，提高生產率，顯著降低產品的加工成本。由于粉末冶金在技術上和經濟上的優(yōu)越性，粉末冶金應用廣泛。于粉末冶金在技術上和經濟上的優(yōu)越性，粉末冶金應用廣泛。缺點是制品內部空隙不能完全消除，強度比相同化學成分的缺點

21、是制品內部空隙不能完全消除，強度比相同化學成分的鑄件或鍛件低鑄件或鍛件低20203030，韌性也較低；成形過程中粉末的，韌性也較低；成形過程中粉末的流動性遠不如金屬液，因此制品的大小和形狀都受到一定限流動性遠不如金屬液，因此制品的大小和形狀都受到一定限制，制品的質量通常小于制，制品的質量通常小于10kg10kg；粉末冶金適用于大批量生產。；粉末冶金適用于大批量生產。任務六任務六 了解粉末冶金的特點與制造過程了解粉末冶金的特點與制造過程 3. 3. 掌握粉末冶金的應用掌握粉末冶金的應用 采用粉末冶金技術可以制造鐵基或銅基合金的含油軸承；采用粉末冶金技術可以制造鐵基或銅基合金的含油軸承；制造鐵基合

22、金的齒輪、凸輪、滾輪、模具；在銅基或鐵基合制造鐵基合金的齒輪、凸輪、滾輪、模具；在銅基或鐵基合金中加人石墨、二硫化鉬、氧化硅、石棉粉末等制造摩擦離金中加人石墨、二硫化鉬、氧化硅、石棉粉末等制造摩擦離合器、制動片；用碳化鎢、碳化鈦、碳化鈮和鈷粉末制成硬合器、制動片；用碳化鎢、碳化鈦、碳化鈮和鈷粉末制成硬質合金刀具、模具和量具；用氧化鋁、氮化硼、氮化硅及合質合金刀具、模具和量具；用氧化鋁、氮化硼、氮化硅及合金粉末制成金屬陶瓷刀具；用人造金剛石與合金粉末制成金金粉末制成金屬陶瓷刀具；用人造金剛石與合金粉末制成金剛石工具等；制成一些具有特殊性能的元件，如鐵鎳鈷永磁剛石工具等；制成一些具有特殊性能的元件

23、，如鐵鎳鈷永磁材料、繼電器上的銅鎢、銀鎢觸點及一些極耐高溫的火箭和材料、繼電器上的銅鎢、銀鎢觸點及一些極耐高溫的火箭和宇航零件、核工業(yè)零件等；用于制造難熔金屬材料，如鎢絲、宇航零件、核工業(yè)零件等；用于制造難熔金屬材料，如鎢絲、高溫合金、耐熱材料等。高溫合金、耐熱材料等。任務六任務六 了解粉末冶金的特點與制造過程了解粉末冶金的特點與制造過程 掌握粉末冶金的應用掌握粉末冶金的應用任務七任務七 熟悉硬質合金的特點與應用熟悉硬質合金的特點與應用一、硬質合金的性能特點二、常用的硬質合金 硬質合金硬質合金：將一種或多種難熔金屬硬碳化物和黏結劑金屬，通過粉末冶金工藝生產的一類合金材料。即將高硬度、難熔的碳化

24、鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等和鈷（Co）、鎳（Ni）等黏結劑金屬，經制粉、配料（按一定比例混合）、壓制成形，再通過高溫燒結制成。1. 1. 了解硬質合金生產過程了解硬質合金生產過程硬質合金是由作為主要組元的一種或幾種難熔金屬碳化物和金屬粘結劑組成的燒結材料，屬于粉末冶金生產工藝。將高硬度、難熔的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）、碳化鈮（NbC）等粉末為主要成分，金屬粘結劑主要以鈷（Co）粉末為主，混合均勻后放入壓模中壓制成形，最后經高溫（14001500左右）燒結后形成硬質合金材料。 硬質合金刀片及刀具硬質合金刀片及刀具 2. 2. 掌握硬質合金的性能特點

25、與應用掌握硬質合金的性能特點與應用 1）硬度高、紅硬性高、耐磨性好的硬質合金，在室溫下的硬度可達8693 HRA，在9001000溫度下仍然有較高的硬度，故硬質合金刀具在使用時，其切削速度、耐磨性及壽命均比高速鋼顯著提高。2）抗壓強度比高速鋼高，但抗彎強度只有高速鋼的1/31/2，韌性差，約為淬火鋼的30%50%。 2. 2. 掌握硬質合金的性能特點與應用掌握硬質合金的性能特點與應用 1）硬度高、紅硬性高、耐磨性好的硬質合金，在室溫下的硬度可達8693 HRA，在9001000溫度下仍然有較高的硬度，故硬質合金刀具在使用時，其切削速度、耐磨性及壽命均比高速鋼顯著提高。2）抗壓強度比高速鋼高，但

26、抗彎強度只有高速鋼的1/31/2，韌性差，約為淬火鋼的30%50%。 刀具材料的硬度和熱硬性比較刀具材料的硬度和熱硬性比較 2 2、常用的硬質合金、常用的硬質合金 1 1）鎢鈷類硬質合金（）鎢鈷類硬質合金（K K類硬質合金）類硬質合金） 主要成分為碳化鎢及鈷。其牌號用“YG數字”表示，數字表示含鈷量的百分數。例如YG8表示鎢鈷類硬質合金，含鈷量為8%。主要成分為碳化鎢、碳化鈦及鈷。牌號用“YT數字”表示，數字表示碳化鈦的百分數。例如YT5表示鎢鈷鈦類硬質合金，含碳化鈦5。 2 2）鎢鈷鈦類硬質合金（）鎢鈷鈦類硬質合金（P P類硬質合金）類硬質合金） 硬質合金中，碳化物含量越多，鈷含量越少，則合

27、金的硬度、熱硬性及耐磨性越高，合金的強度和韌性越低。含鈷量相同時，YT類硬質合金由于碳化鈦的加入，合金具有較高的硬度及耐磨性，同時，合金的表面會形成一層氧化薄膜，切削不易粘刀，具有較高的熱硬性；但其強度和韌性比YG類硬質合金低。3 3）鎢鈦鉭（鈮）類硬質合金（）鎢鈦鉭（鈮）類硬質合金（M M類硬質合金）類硬質合金） 以碳化鉭或碳化鈮取代YT類硬質合金中的一部分碳化鈦制成。由于加入碳化鉭（碳化鈮），顯著提高了合金的熱硬性，常用來加工不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工的材料。 牌號用“YW順序號”表示。如YW1、YW2等。3 3） 耐磨零件用硬質合金應用實例耐磨零件用硬質合金應用實例地質、礦山工具用硬質合金應用實例地質、礦山工具用硬質合金應用實例4. 4. 了解鋼結硬質合金性能與應用了解鋼結硬質合金性能與應用鋼結硬質合金是近年來用粉末法生產的新型硬質鋼結硬質合金是近年來用粉末法生產的新型硬質合金，它是由碳化物粉末（合金，它是由碳化物粉末（TiCTiC或或WCWC）為主要成分，）為主要成分，合金鋼或碳鋼粉末（