課題八 合理選用非鐵金屬及其合金

課題八合理選用非鐵金屬及其合金任務(wù)一

掌握鋁及其合金的性能與應(yīng)用任務(wù)二掌握銅及其合金性能與應(yīng)用任務(wù)三掌握鋅及鋅合金的性能與應(yīng)用任務(wù)四

了解鈦及鈦合金的性能與選用任務(wù)五

了解軸承合金的性能與選用任務(wù)六

了解粉末冶金的特點(diǎn)與制造過程任務(wù)七

熟悉硬質(zhì)合金的特點(diǎn)與應(yīng)用有色金屬——黑色金屬以外的金屬，也稱非鐵金屬。輕金屬——密度小于3.5g/cm3（鋁、鎂、鈹?shù)龋┑挠猩饘?。重金屬——密度大?.5g/cm3（銅、鎳、鉛新等）的有色金屬。導(dǎo)言任務(wù)一掌握鋁及其合金的性能與應(yīng)用一、鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)二、鋁及鋁合金的分類、代號(hào)、牌號(hào)和用途◆鋁是一種具有良好的導(dǎo)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(jiān)硬的鋁合金。鋁及鋁合金的應(yīng)用1、純鋁的性能特點(diǎn)1．密度?。?.7×103kg/m)，熔點(diǎn)低(660℃）2.導(dǎo)電性（為銅的62％，以質(zhì)量比較是銅的2倍）與導(dǎo)熱性好，磁化率低。3．抗大氣腐蝕性能好。4．塑性好（δ＝50％，ψ＝80％），加工性能好?？杉庸こ筛鞣N型材，絲、線、箔、片、棒、管等。一、工業(yè)純鋁2、純鋁的牌號(hào)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：99.93%～99.996%，用于科研，代號(hào)L01～L04。工業(yè)高純鋁：99.85%～99.9%，用于作鋁合金的原料、特殊化學(xué)器械等，代號(hào)L00、L0。工業(yè)純鋁：98.0%～99.0%，用作管、線、板材和棒材，代號(hào)L1～L6?！锔呒冧X后的編號(hào)數(shù)字越大，純度越高；工業(yè)純鋁代號(hào)后的編號(hào)數(shù)字越大，純度越低。

應(yīng)用◆純鋁的牌號(hào)：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(zhì)量分?jǐn)?shù)小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)。如1A99表示99.99％純鋁2、純鋁的牌號(hào)和用途★鋁合金的用途

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(qiáng)度的鋁合金。1.

鋁合金的分類★根據(jù)成分特點(diǎn)和生產(chǎn)方式不同分：壓力加工鋁合金（形變鋁合金）和鑄造鋁合金。2.鋁合金的強(qiáng)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(zhì)處理，使其強(qiáng)化）◆形變鋁合金根據(jù)性能不同分：防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁?！锎?hào)分別用LF、LY、LC、LD等字母及一組順序號(hào)表示，如LF5、LY1、LC4、LD5?！魠⒁姳?－1按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3190－1982）規(guī)定：◆

鑄造鋁合金按加入的主要合金元素的不同分為:★Al－Si系、★

Al－Cu系、★

Al－Mg系★

Al－Zn系合金其代號(hào)用ZL＋3個(gè)數(shù)字表示，其中第一位數(shù)字表示合金的類別（1為Al－Si系，2為Al－Cu系，3為Al－Mg系，4為Al－Zn系），后兩位為合金的序號(hào)。如ZL102(ZAlSi2），ZL401◆參見表8－2按國家標(biāo)準(zhǔn)（GB3190－1982）規(guī)定：3．鋁合金的強(qiáng)化

◆在鋁合金的相圖中，將B溶質(zhì)含量在D～F之間的變形鋁合金加熱到α相區(qū)，經(jīng)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α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(shí)，有分解出強(qiáng)化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，而使強(qiáng)度和硬度明顯提高，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效?！粼谑覝叵逻M(jìn)行的時(shí)效稱為自然時(shí)效?！粼诩訜釛l件下進(jìn)行的時(shí)效稱為人工時(shí)效。含銅4%的鋁合金的自然時(shí)效曲線鋁合金的應(yīng)用變形鋁合金的應(yīng)用鑄造鋁合金的應(yīng)用任務(wù)二

掌握銅及其合金性能與應(yīng)用一、純銅（Cu）二、銅合金銅及銅合金的分類一、純銅（Cu）銅絲呈紫紅色，故又稱為紫銅（純度99.7～99.95％）；密度：8.96×103kg/m3；熔點(diǎn)：1083℃；導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于銀。◆按化學(xué)成分不同：工業(yè)純銅和無氧銅。◆我國工業(yè)純銅：未加工產(chǎn)品和加工產(chǎn)品★未加工產(chǎn)品代號(hào)：Cu-1、Cu-2、Cu-3★加工產(chǎn)品代號(hào)：一號(hào)銅（99.95%Cu），代號(hào)T1二號(hào)銅（99.90%Cu），代號(hào)T2三號(hào)銅（99.70%Cu），代號(hào)T3。◆無氧銅含氧量極低，不大于0.003%，其代號(hào)有TU1、TU2，“U”是“無”字漢語拼音字首。純銅的牌號(hào)、化學(xué)成分和用途

純銅的應(yīng)用實(shí)例二、銅合金

◆為了滿足制作結(jié)構(gòu)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(qiáng)化的銅合金，常用的銅合金可分為：1．黃銅2．白銅3．青銅1．黃銅

★黃銅是以鋅為主加合金元素的銅合金，具有良好的機(jī)械性能，易加工成形，對(duì)大氣、海水有相當(dāng)好的抗蝕能力?！锇此辖鹪氐姆N類可分為普通黃銅和特殊黃銅；按生產(chǎn)方式可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。（1）普通黃銅

普通黃銅是Cu—Zn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——當(dāng)鋅含量小于39％時(shí)，鋅全部溶于銅中形成α固溶體。

雙相黃銅——當(dāng)鋅含量大于等于39％時(shí)，除了有α固溶體外，組織中還出現(xiàn)了以化合物CuZn為基體的β固溶體。鋅含量對(duì)黃銅力學(xué)性能的影響（2）特殊黃銅

在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Sn、Si、Mn、Pb、Al等元素，形成的銅合金。根據(jù)加入元素不同，分別稱為錫黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鉛黃銅和鋁黃銅等。★普通壓力加工黃銅牌號(hào)：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(hào)：H+主加元素符號(hào)（除鋅外）+平均含銅量+主加元素平均含量。例如：HMn58－2，表示含銅量為58%、含錳量為2%的特殊黃銅?！镨T造黃銅（包括普通黃銅和特殊黃銅）牌號(hào)：ZCu+主加元素符號(hào)+主加元素含量+其他加入元素的元素符號(hào)及含量組成。例如：ZCuZn38，ZCuZn40Mn2等。黃銅應(yīng)用實(shí)例2．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(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能用固溶強(qiáng)化和加工硬化來提高強(qiáng)度?！锱铺?hào)：B＋鎳含量。三元以上的白銅牌號(hào)：B＋第二個(gè)主添加元素符號(hào)及除基元素銅外的成份數(shù)字組表示。例如：B30表示含Ni量為30%的白銅。

BMn3－12表示含Mn為3%，含Ni為12%的錳白銅。白銅應(yīng)用實(shí)例3．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(chǎn)方式也可分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類。古代青銅文化酒器黃觚鳥紋爵食器

司母戊鼎鑲嵌狩獵紋豆

兵器人面紋鉞燕王職戈秦始皇陵銅車馬一號(hào)銅車馬

二號(hào)銅車馬青銅的應(yīng)用★壓力加工青銅牌號(hào)：Q＋主加元素的元素符號(hào)及含量＋其他加入元素的含量。例如：QSn4－3表示含錫量為4％，含鋅量為3%，其余為銅的錫青銅。

QAl7表示含鋁量為7%，其余為銅的鋁青銅?！镨T造青銅的牌號(hào)和鑄造黃銅的牌號(hào)：ZCu+主加元素符號(hào)+主加元素含量+其他加入元素的元素符號(hào)及含量組成。例如：

ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl9Mn2。（1）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(yīng)用最早的金屬。鑄態(tài)錫青銅的力學(xué)性能與含錫量的關(guān)系（2）鋁青銅

含鋁量為5%~12%。（3）鈹青銅

含鈹量為1.7%~2.5%。（4）硅青銅

任務(wù)三

掌握鋅及鋅合金的性能與應(yīng)用一、鋅及鋅合金1.鋅的基本性質(zhì)★密排六方晶體，密度8.6，熔點(diǎn)較低，塑性好，易型形。2.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?！锾匦裕耗Σ料禂?shù)低，耐磨性高；成本低；生產(chǎn)周期短；較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性；良好的鑄造性；抗火花性。★鋅合金的牌號(hào)、性能和用途參見表8－8鋅與鋅合金的應(yīng)用任務(wù)四

了解鈦及鈦合金的性能與選用1、純鈦（Ti）2、鈦合金1、純鈦（Ti）★純鈦是一種銀白色具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象的金屬；在882℃以下為密排六方晶格，稱為α—鈦（α—Ti），在882℃以上為體心立方晶格，稱為β—鈦（β—Ti）?！锩芏刃。?.58g/cm3），熔點(diǎn)高（1677℃），熱膨脹系數(shù)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。２、鈦合金（α型、α+β型、β型）參見表８－91．α－鈦合金

主要合金化元素有Al和Sn。在室溫或較高溫度時(shí)均為單相α固溶體組織，不能熱處理強(qiáng)化。常溫下，它的硬度低于其他鈦合金，但高溫（500~600℃）條件下其強(qiáng)度最高，α－鈦合金組織穩(wěn)定，焊接性良好。2．β－鈦合金

β－鈦合金中主要加入銅、鉻、鋁、釩和鐵等促使β相穩(wěn)定的元素，它們?cè)谡鸹虼慊饡r(shí)容易將高溫β相保留到室溫組織，得到較穩(wěn)定的β相組織。具有良好的塑性，在540℃以下具有較高的強(qiáng)度，但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，合金密度大，故在生產(chǎn)中用途不廣。

3．α+β—鈦合金

除含有鉻、鉬、釩等β相穩(wěn)定元素外，還含有錫、鋁等α相穩(wěn)定元素。在冷卻到一定溫度時(shí)發(fā)生β→α相轉(zhuǎn)變，室溫下為α+β兩相組織。

α+β—鈦合金的強(qiáng)度、耐熱性和塑性都比較好，并可以熱處理強(qiáng)化，應(yīng)用范圍較廣。鈦與鈦合金的應(yīng)用任務(wù)5了解軸承合金的性能與選用滑動(dòng)軸承一般由軸承體和軸瓦構(gòu)成，軸瓦直接支承轉(zhuǎn)動(dòng)軸，如圖所示。與滾動(dòng)軸承相比，滑動(dòng)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、各類連桿、大型電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備上?；瑒?dòng)軸承合金具有良好的耐磨性和減摩性，是制造滑動(dòng)軸承軸瓦及其內(nèi)襯的優(yōu)先選擇。任務(wù)5了解軸承合金的性能與選用1.熟悉滑動(dòng)軸承合金的性能（1）具有足夠的強(qiáng)度、塑性、韌性和一定的耐磨性，以抵抗沖擊和振動(dòng)。（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(shù)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(wù)5了解軸承合金的性能與選用1.熟悉滑動(dòng)軸承合金的性能（4）具有良好的導(dǎo)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(shí)，軸瓦材料與軸不會(huì)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。任務(wù)5了解軸承合金的性能與選用

滑動(dòng)軸承合金理想的組織狀態(tài)是在軟的基體上分布著硬質(zhì)點(diǎn)，或是在硬的基體上分布著軟質(zhì)點(diǎn)。滑動(dòng)軸承在工作時(shí)，軟的顯微組織部分很快地被磨損，形成下凹區(qū)域并儲(chǔ)存潤滑油，使磨合表面形成連續(xù)的油膜，硬質(zhì)點(diǎn)則凸出并支承軸頸，使軸與軸瓦的實(shí)際接觸面積減少，從而減少對(duì)軸頸的摩擦和磨損。任務(wù)5了解軸承合金的性能與選用2.了解常用滑動(dòng)軸承合金的用途常用滑動(dòng)軸承合金有錫基、鉛基、銅基、鋁基等滑動(dòng)軸承合金。鑄造滑動(dòng)軸承合金牌號(hào)由“字母Z＋基體金屬元素十主加合金元素符號(hào)及含量＋輔添加合金元素符號(hào)及含量”組成。若合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于1％，該數(shù)字用整數(shù)表示，如果合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1％，不標(biāo)數(shù)字，或用一位小數(shù)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(dòng)軸承合金性能見表8－10。任務(wù)5了解軸承合金的性能與選用常用滑動(dòng)軸承合金性能見表8－10。類型牌號(hào)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(dòng)軸承合金ZSnSb12Pb10Cu4ZSnSb8Cu4ZSnSb11Cu6ZSnSb4Cu4優(yōu)優(yōu)優(yōu)劣20～30150600～1000150鉛基軸承合金（巴氏合金）ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb15Sn10ZPbSb15Sn5ZPbSb10Sn6優(yōu)優(yōu)中劣15～30150600～800150錫青銅ZCuSn10Pb1ZCuSn5Pb5Zn5中劣優(yōu)優(yōu)50～100300～400700～2000200鉛青銅ZCuPb30ZPb1Sn16Cu2中差差良40～803002000～3200220～250鋁基滑動(dòng)軸承合金ZAlSn6Cu1Ni1ZAlSn20Cu劣中優(yōu)良45～503002000～2800100～150鑄鐵灰鑄鐵差劣優(yōu)優(yōu)160～180200～250300～600150任務(wù)六

了解粉末冶金的特點(diǎn)與制造過程

◆

粉末冶金：以金屬粉末為原料，在壓力機(jī)上通過模具壓制成型后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。生產(chǎn)效率高，零件精度高，表面粗糙度值小，一般可不再進(jìn)行精加工，但金屬粉末成本較高，適于大批大量生產(chǎn)中壓制形狀較簡單的小型零件。任務(wù)六

了解粉末冶金的特點(diǎn)與制造過程

◆粉末冶金與陶瓷生產(chǎn)有相似之處，故又稱為金屬陶瓷法。粉末冶金生產(chǎn)過程包括生產(chǎn)粉末、粉末配料混合、成形（制坯）、燒結(jié)及燒結(jié)后處理等。◆粉末冶金生產(chǎn)工藝過程任務(wù)六

了解粉末冶金的特點(diǎn)與制造過程

2.熟悉粉末冶金的特點(diǎn)◆采用粉末冶金方法制造的零件尺寸精確（IT6～I(xiàn)T8）、表面粗糙度值?。≧a0.8pm），實(shí)現(xiàn)少切削加工或無屑加工，節(jié)約金屬材料，提高生產(chǎn)率，顯著降低產(chǎn)品的加工成本。由于粉末冶金在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，粉末冶金應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是制品內(nèi)部空隙不能完全消除，強(qiáng)度比相同化學(xué)成分的鑄件或鍛件低20％～30％，韌性也較低；成形過程中粉末的流動(dòng)性遠(yuǎn)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(zhì)量通常小于10kg；粉末冶金適用于大批量生產(chǎn)。任務(wù)六

了解粉末冶金的特點(diǎn)與制造過程

3.掌握粉末冶金的應(yīng)用◆

采用粉末冶金技術(shù)可以制造鐵基或銅基合金的含油軸承；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合器、制動(dòng)片；用碳化鎢、碳化鈦、碳化鈮和鈷粉末制成硬質(zhì)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剛石工具等；制成一些具有特殊性能的元件，如鐵鎳鈷永磁材料、繼電器上的銅鎢、銀鎢觸點(diǎn)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、高溫合金、耐熱材料等。任務(wù)六

了解粉末冶金的特點(diǎn)與制造過程

◆

掌握粉末冶金的應(yīng)用任務(wù)七

熟悉硬質(zhì)合金的特點(diǎn)與應(yīng)用一、硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)二、常用的硬質(zhì)合金

◆

硬質(zhì)合金：將一種或多種難熔金屬硬碳化物和黏結(jié)劑金屬，通過粉末冶金工藝生產(chǎn)的一類合金材料。即將高硬度、難熔的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等和鈷（Co）、鎳（Ni）等黏結(jié)劑金屬，經(jīng)制粉、配料（按一定比例混合）、壓制成形，再通過高溫?zé)Y(jié)制成。1.了解硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程◆硬質(zhì)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(jié)劑組成的燒結(jié)材料，屬于粉末冶金生產(chǎn)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(jié)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(jīng)高溫（1400～1500℃左右）燒結(jié)后形成硬質(zhì)合金材料。硬質(zhì)合金刀片及刀具2.掌握硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)與應(yīng)用

1）硬度高、紅硬性高、耐磨性好的硬質(zhì)合金，在室溫下的硬度可達(dá)86~93HRA，在900~1000℃溫度下仍然有較高的硬度，故硬質(zhì)合金刀具在使用時(shí)，其切削速度、耐磨性及壽命均比高速鋼顯著提高。2）抗壓強(qiáng)度比高速鋼高，但抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的1/3～1/2，韌性差，約為淬火鋼的30%~50%。2.掌握硬質(zhì)合金的性能特點(diǎn)與應(yīng)用

1）硬度高、紅硬性高、耐磨性好的硬質(zhì)合金，在室溫下的硬度可達(dá)86~93HRA，在900~1000℃溫度下仍然有較高的硬度，故硬質(zhì)合金刀具在使用時(shí)，其切削速度、耐磨性及壽命均比高速鋼顯著提高。2）抗壓強(qiáng)度比高速鋼高，但抗彎強(qiáng)度只有高速鋼的1/3～1/2，韌性差，約為淬火鋼的30%~50%。

刀具材料的硬度和熱硬性比較

2、常用的硬質(zhì)合金

1）鎢鈷類硬質(zhì)合金（K類硬質(zhì)合金）

◆主要成分為碳化鎢及鈷。其牌號(hào)用“YG＋數(shù)字”表示，數(shù)字表示含鈷量的百分?jǐn)?shù)。例如YG8表示鎢鈷類硬質(zhì)合金，含鈷量為8%?！糁饕煞譃樘蓟u、碳化鈦及鈷。牌號(hào)用“YT＋數(shù)字”表示，數(shù)字表示碳化鈦的百分?jǐn)?shù)。例如YT5表示鎢鈷鈦