容易冷熱成型課件

1、第三章 金屬材料3.1 碳鋼3.2 合金鋼3.3 鑄鋼與鑄鐵3.4 有色金屬及其合金黑色金屬13.4 有色金屬及其合金3.4.1 鋁及鋁合金3.4.2 銅及銅合金3.4.3 鈦及鈦合金3.4.4 軸承合金2 特性：(1)密度小(2.7g/cm3) 、比強(qiáng)度高(2)有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能 導(dǎo)電性好，抗大氣腐蝕能力好(Al2O3)，磁化率極低,良好的低溫性能(純鋁-235塑性和沖擊韌度也不降低)(3)加工性能良好 鋁(FCC,= 3050 %,=80%)及鋁合金(退火狀態(tài))的塑性很好，可以冷成型。切削性能也很好。 超高強(qiáng)鋁合金成型后經(jīng)熱處理，可達(dá)到很高的強(qiáng)度。鑄造鋁合金的鑄造性能極好。3.4.1

2、鋁及鋁合金3一、純鋁分類:高純鋁99.9399.99%：L01L05，數(shù)字越大，純度越高工業(yè)高純鋁99.8599.9%：L0，L00，“0”個(gè)數(shù)增加，純度降低工業(yè)純鋁99.899.9%：L1L7，數(shù)字越大，純度越低用途：高純鋁主要用于科學(xué)研究及制作電容器;工業(yè)高純鋁的主要用途是配制鋁合金;工業(yè)純鋁還可用來(lái)制造導(dǎo)線、包覆材料、耐蝕和生活器皿等。 4鋁合金既具有高強(qiáng)度又保持純鋁的優(yōu)良特性鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等 美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)(所用材料大部分是鋁合金)二、鋁合金51、鋁合金的分類及強(qiáng)化機(jī)制變形鋁合金：D點(diǎn)以左，加熱時(shí)能形成單相固溶體組織，塑性好，適于變形加工A

3、l-F不可熱處理強(qiáng)化F-D可熱處理強(qiáng)化鑄造鋁合金：D點(diǎn)以右，由于冷卻時(shí)有共晶反應(yīng)發(fā)生,流動(dòng)性較好,適于鑄造生產(chǎn)1)鋁合金的分類6將成分位于相圖中DF之間的合金加熱到固溶線以上，保溫獲得單相后迅速水冷，得到過飽和的 固溶體（2）時(shí)效強(qiáng)化（第二相強(qiáng)化）在室溫下放置或低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效或時(shí)效硬化。2）鋁合金的強(qiáng)化機(jī)制（1）固溶處理時(shí)效的條件：合金能在高溫形成均勻的固溶體，并且固溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨溫度的降低而顯著降低。7時(shí)效規(guī)律 時(shí)效溫度越高, 強(qiáng)度峰值越低, 強(qiáng)化效果越小; 時(shí)效溫度越高, 時(shí)效速度越快, 強(qiáng)度峰值出現(xiàn)所需時(shí)間越短; 低溫使固溶處理獲得的過飽和固

4、溶體保持相對(duì)的穩(wěn)定性, 抑制時(shí)效的進(jìn)行。含4%Cu的Al-Cu合金的自然時(shí)效曲線 含4%Cu的Al-Cu合金不同溫度下的時(shí)效曲線 Al-Cu合金相圖 CuAl28回歸一切能時(shí)效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。自然時(shí)效后的鋁合金在反復(fù)回歸處理和再時(shí)效時(shí)強(qiáng)度有所降低。應(yīng)用：時(shí)效后的鋁合金可在回歸處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行各種冷變形。利用這種現(xiàn)象，可隨時(shí)進(jìn)行飛機(jī)的鉚接和修理等。自然時(shí)效后的鋁合金, 在230 250 短時(shí)間(幾秒至幾分鐘)加熱后, 快速水冷至室溫時(shí), 可以重新變軟。如再在室溫下放置, 則又能發(fā)生正常的自然時(shí)效。這種現(xiàn)象稱為回歸。92、變形鋁合金GB 3190-82中的舊牌號(hào)仍可繼續(xù)使用，表示方法為

5、:防銹鋁合金：LF+序號(hào)硬鋁合金： LY +序號(hào)超硬鋁合金：LC +序號(hào)鍛鋁合金： LD +序號(hào)10（1）防銹鋁合金Al-Mn系 和Al-Mg系合金Mg：固溶強(qiáng)化，降低密度，抗腐蝕Mn：固溶強(qiáng)化，抗腐蝕高的塑性，低中等強(qiáng)度，優(yōu)良的抗腐蝕及焊接性能不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，退火/冷作硬化態(tài)使用。LF21（ 3A21 ）(Al-Mn合金)用于焊接件、容器、管道，或需用深延伸、彎曲等方法制造的低載荷零件、制品以及鉚釘?shù)取?LF5（ 5A05 ）(Al-Mg合金)用于焊接容器、管道，以及承受中等載荷的零件及制品，也可用作鉚釘。 衛(wèi)星天線（LF21）11（2）硬鋁合金（Al-Cu-Mg系） 可時(shí)效強(qiáng)化，亦可形

6、變強(qiáng)化Cu、Mg強(qiáng)化相，Mn耐蝕性強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。 低合金硬鋁 2A01(LY1) ： Mg、Cu含量較低, 塑性好, 強(qiáng)度低。時(shí)效強(qiáng)化。常稱鉚釘硬鋁。 標(biāo)準(zhǔn)硬鋁 2A11(LY11)：合金元素中等，強(qiáng)度和塑性中等。退火后變形加工性能良好，時(shí)效后切削加工性能也較好。主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋漿葉片及大型鉚釘?shù)戎匾慵?高合金硬鋁 2A12(LY12)：合金元素較多，強(qiáng)度和硬度較高，塑性及變形加工性能較差。用于制作航空模鍛件和重要的銷、軸等零件。 12（3）超硬鋁合金（Al-Mg-Zn-Cu系）牌號(hào)有7A04(LC4)、7A09(LC9)等。固溶處理和人工時(shí)效

7、強(qiáng)度最高的鋁合金?？刮g性較差，高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。 超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等。飛機(jī)用座椅軌道及航空零件飛機(jī)前起落架13(4) 鍛鋁合金（Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-Mg-Ni-Fe系）牌號(hào)2A50(LD5)、2A70(LD7)、2A14(LD10) 合金的元素種類多但用量少，有良好的熱塑性、鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機(jī)械性能。固溶處理和人工時(shí)效。這類合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件14變形鋁合金的主要牌號(hào)、成分、機(jī)械性能及用途 153、鑄造鋁合金2) 性能特點(diǎn)良好的鑄造性能力學(xué)性能不如變形鋁合金成本較低3) 應(yīng)用：適合于形狀復(fù)

8、雜的零構(gòu)件、箱體、殼體、活塞等1）分類及牌號(hào)鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸蓋16 鑄造性好（熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、收縮小）變質(zhì)處理 顯著提高力學(xué)性能。組織 變質(zhì)前，共晶體（粗針狀Si + 基體 ）+ 初晶Si 變質(zhì)后，共晶體（細(xì)點(diǎn)狀Si + 基體 ）+ 初晶ZL102的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，500變質(zhì)處理后，100Al-Si 鑄造鋁合金（硅鋁明 ）173.4.2 銅及銅合金銅及銅合金有下列特性：(1)優(yōu)異的物理、化學(xué)性能導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳；對(duì)大氣和水的抗蝕能力很高；銅是抗磁性物質(zhì)。(2)良好的加工性能塑性加工性能優(yōu)良，容易冷、熱成型；切削加工性能優(yōu)良，鑄造銅合金有很好的鑄造性能；焊接性好。(3)某些特殊機(jī)械性

9、例如優(yōu)良的減摩性和耐磨性(如青銅及部分黃銅)，抗卡咬，高的彈性極限和疲勞極限(如鈹青銅等)，彈性穩(wěn)定。(4)色澤美觀18一、純銅（紫銅）FCC，無(wú)同素異構(gòu)體，牌號(hào)T1T4，編號(hào)越大，純度越低。 純銅主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金。純銅的強(qiáng)度低, 不宜作結(jié)構(gòu)材料。 純銅管19（）黃銅 Cu-Zn系合金普通黃銅： 單相黃銅 如 H80，含 80% Cu ，單相，塑性好，可冷成型 雙相黃銅 如 H62，+ ，可熱變形二、銅合金 銅+合金元素銅合金 黃銅、青銅和白銅20(a) 單相黃銅 Cu-Zn合金的顯微組織(b) 雙相黃銅+組織 工業(yè)黃銅的實(shí)際鋅含量多47，其退火組織可以是單相 或雙相 + 。21代

10、號(hào)化學(xué)成分, %機(jī)械性能CuZn加工狀態(tài)bMPa%HBH969597余量退火25035H807981余量退火27050H686770余量退火30040H595760余量退火變形300420255103牌號(hào)、性能、用途 單相黃銅H80、H70、H68 塑性很好，適于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復(fù)雜的深沖零件。 雙相黃銅H62、H59 可進(jìn)行熱變形，常熱軋成棒材、板材?？设T造。22復(fù)雜黃銅 改善Cu-Zn合金的耐蝕性、機(jī)械性能。組 別代 號(hào)主要化學(xué)成分, %機(jī)械性能(變形)Cu其它bMPa%HBPb黃銅HPb 63-3HPb 60-162.065.059.061.0Pb 2.43.0Pb 0

11、.61.060061054Sn黃銅HSn 90-1HSn 62-188.091.061.063.0Sn 0.250.75Sn 0.71.152070054148Al黃銅HAl 77-276.079.0Al 1.82.665012170Si黃銅HSi 65-1.5-363.566.5Si 1.02.0Pb 2.53.56008160Mn黃銅Fe黃銅HMn 58-2HFe 59-1-157.060.057.060.0Mn 1.01.2Fe 0.61.27007001010175160Ni黃銅HNi 65-564.067.0Ni 5.06.57004鐘表 海船海船船舶及化工機(jī)械編號(hào)：H+主加元素符號(hào)

12、+銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)+主加元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)23黃銅制品24壓力加工青銅Sn青銅 如 QSn4-3，含4%Sn 、3%Zn，其余為 Cu 。做軸承、彈簧等。 Al青銅 如 QAl 10-3-1.5，做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等 Be青銅 如 QBe2，做重要彈簧，高速軸承等。鑄造青銅 如Sn青銅 ，ZCuSn10Zn2 。（2）青銅 Cu-Sn系合金船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)25（3）白銅 Cu-Ni 系合金以鎳為主要合金元素，B（白）+鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，例B19銅、鎳無(wú)限固溶，單相，可冷、熱變形，較好的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性。它的抗蝕性很好，電阻率較高。用于制造船舶儀器零件、化工機(jī)械零件及醫(yī)療器械等。2

13、63.4.3鈦及鈦合金鈦及鈦合金具有密度小、質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕以及良好低溫韌性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)資源豐富，所以有著廣泛應(yīng)用前景。但目前鈦及鈦合金的加工條件復(fù)雜，成本較昂貴。 美F-22戰(zhàn)機(jī)約36%重量的零件用鈦合金制造27純鈦性能：銀白色，熔點(diǎn)1680，密度4.54 g/cm3，比鋁大但比鋼輕43%。鈦有很好的強(qiáng)度，約為鋁的6倍，所以鈦的比強(qiáng)度（強(qiáng)度/相對(duì)密度）在結(jié)構(gòu)材料中是很高的。鈦的抗氧化能力優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不銹鋼。晶體結(jié)構(gòu)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 882.5時(shí)， 密排六方-Ti -Ti（體心立方）牌號(hào)及用途工業(yè)純鈦 TA1TA3，編號(hào)越大雜質(zhì)越多純鈦可制作在350以下工作的、強(qiáng)度要求不高的零

14、件。28合金元素溶入-Ti 中，形成固溶體，溶人 -Ti 中形成 固溶體。二、鈦合金鋁、碳、氮、氧、硼等為穩(wěn)定化元素。鐵、鉬、鎂、鉻、錳、釩為 穩(wěn)定化元素。分類： a 鈦合金、 鈦合金和(a + )鈦合金。牌號(hào)分別以TA、TB、TC加上編號(hào)來(lái)表示。 29鈦中加入鋁、硼等穩(wěn)定化元素獲得鈦合金。 鈦合金的室溫強(qiáng)度低于 和(a + )鈦合金，但高溫(500一600 )強(qiáng)度比它們的高，并且組織穩(wěn)定，抗氧化性和抗蠕變性好，焊接性能也很好。 鈦合金不能淬火強(qiáng)化，主要依靠固溶強(qiáng)化，熱處理只進(jìn)行退火(消除應(yīng)力退火或再結(jié)晶退火)。典型牌號(hào)：TA7，成分：Ti-5Al-2.5Sn用途：使用溫度500 ；主要用于制

15、造導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的渦輪機(jī)匣等。 （1） 鈦合金鈦泵 30鈦中加入鉬、鉻、釩等 穩(wěn)定化元素得到 鈦合金。 鈦合金有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的沖壓性能，并可通過淬火和時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化。在時(shí)效狀態(tài)下，合金的組織為相和彌散分布的細(xì)小相粒子。 典型牌號(hào)：TBl，成分：Ti-3Al-13V-11Cr用途：一般在 350以下使用，適于制造壓氣機(jī)葉片、軸、輪盤等重載的回轉(zhuǎn)件，以及飛機(jī)構(gòu)件等。(2) 鈦合金31鈦中加入a 和 穩(wěn)定化元素所得到的(a + )鈦合金，塑性很好，容易鍛造、壓延和沖壓，并可通過淬火和時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化。熱處理后強(qiáng)度可提高50%100%(3) (a + )鈦合金典型牌號(hào)：TC4，成分：Ti-6A

16、l-4V強(qiáng)度高，塑性好，在400時(shí)組織穩(wěn)定，蠕變強(qiáng)度較高，低溫韌性好，抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕用途：在400 以下長(zhǎng)期工作的零件，要求一定高溫強(qiáng)度的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，以及在低溫下使用的火箭、導(dǎo)彈的液氫燃料箱部件等。塊狀()基體針狀 32(1)退火 消除應(yīng)力退火，450650，14h 再結(jié)晶退火 ，650850，13h 消除加工硬化。(2)淬火和時(shí)效：適用 鈦合金和(a + )鈦合金 目的：提高鈦合金的強(qiáng)度和硬度。 淬火溫度：a + 兩相區(qū)的上部范圍，淬火后部分a保留下來(lái)，細(xì)小的相轉(zhuǎn)為成介穩(wěn)定相或a相或兩種均有，經(jīng)時(shí)效后獲得好的綜合機(jī)械性能。若加熱到區(qū)， 晶粒極易長(zhǎng)大，則熱處理后的韌性很低。 鈦

17、合金的時(shí)效溫度一般在450一550 之間。三、鈦及鈦合金的熱處理333.4.4 軸承合金滑動(dòng)軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料工作條件： 軸承支撐著軸，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸瓦和軸發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦，并承受軸頸傳給的周期性載荷性能 ：強(qiáng)硬度、塑韌性和疲勞強(qiáng)度好，與軸的磨合能力、減摩性好、導(dǎo)熱、較小的膨脹系數(shù)、抗蝕性好軸瓦34ZChSnSb11-6的組織，100組織特點(diǎn)既軟又硬: 在軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)，或者在硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)。 軟基體硬質(zhì)點(diǎn)硬基體軟質(zhì)點(diǎn)35代號(hào)：ZCh基本元素符號(hào)（Sn或Pb）主加元素符號(hào)主加元素含量+輔加元素含量。 Z鑄造，Ch軸承ZChSnSb11-6表示含w(Sb)=11%、w(Cu)=6%、

18、余量為錫Sn的錫基軸承合金，ZChPbSb16-16-2表示含w(Sb)=16%、w(Sn)=16%、w(Cu)=2%、余量為鉛Pb的鉛基軸承合金。工業(yè)上常用的是錫基、鉛基軸承合金, 又稱巴氏合金36(1)Sn基軸承合金(錫基巴氏合金) 軟基體硬質(zhì)點(diǎn)ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu，余Sn）。軟基體 + 硬質(zhì)點(diǎn)（白方塊是-SnSb 白針狀Cu6Sn5 ）摩擦系數(shù)和膨脹系數(shù)小，塑性和導(dǎo)熱性好，制造重要的軸承，如汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和壓氣機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。但錫基軸承合金的疲勞強(qiáng)度較低，許用溫度也較低(不高于150 )。 37也是一種軟基體硬質(zhì)點(diǎn)類型ZChPbSb16-16-2 （含16%Sb，16%Sn，2%Cu，余Pb）()共晶軟基體 + 硬質(zhì)點(diǎn)（方塊狀SnSb+針狀Cu6Sn5）(2)Pb基軸承合金(鉛基巴氏合金)合金的鑄造性能和耐磨性較好(但比錫基軸承合金低)，價(jià)格較便宜，可用于制造中、低載荷的軸瓦，例如汽車、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。 38合金牌號(hào)舉例牌號(hào)含義性能用途鋁合金LF55號(hào)防銹鋁合金耐蝕、塑性好冷成型件LY1111號(hào)硬鋁合金強(qiáng)硬度高沖壓模鍛件LC44號(hào)超硬鋁合金高強(qiáng)受力大結(jié)構(gòu)件LD77號(hào)鍛鋁合金可鍛、耐溫鍛件ZL1