非鐵金屬材料及其合金課件

第五節(jié)非鐵金屬及其合金主要內(nèi)容鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金鎂及鎂合金軸承合金概述1.定義:除黑色金屬(鋼、鐵)以外的所有金屬。2.性能特點(diǎn):具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性能。3.分類重金屬(密度＞3.5);Cu、Ni等。輕金屬(密度＜3.5);Al、Mg等。貴重金屬;Au、Ag、Pt等。稀有金屬;W、Ti、Nb等。半金屬;Si、Te、B等。

鋁及鋁合金1、產(chǎn)量占有色金屬首位；本錢低廉〔地殼含量8.2%〕；2、密度低〔2.63～2.85g/cm3〕，比強(qiáng)度高；3、導(dǎo)電，導(dǎo)熱性好〔純鋁的導(dǎo)電性僅次于Ag、Cu、Au而位居第四位，約為純銅導(dǎo)電率的60％〕；4、耐蝕性好〔Al2O3膜的存在，只有在鹵素離子及堿離子的強(qiáng)烈作用下氧化膜才會遭到破壞〕；5、優(yōu)良的工藝性能〔極好的鑄造性能，良好的可塑性〕。

鋁合金概述

工業(yè)純鋁物理性能：銀白色光澤，密度小〔2.7g/cm3〕，熔點(diǎn)低〔660℃〕，為非磁性材料。原子結(jié)構(gòu)：固態(tài)鋁具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。因此鋁具有良好的塑性和韌性，在0～253℃之間塑性韌性不降低。分類：純鋁按其純度分為高純，工業(yè)高純和工業(yè)純鋁，純度依次降低。應(yīng)用：工業(yè)純鋁主要用作制備鋁基合金；高純鋁用于科學(xué)試驗(yàn)，化學(xué)工業(yè)和其他特殊領(lǐng)域。此外純鋁還用于制作電線、鋁箱、屏蔽殼體、反射器、包覆材料及化工容器等。鋁合金的分類鋁合金的分類形變鋁合金鑄造鋁合金不能熱處理強(qiáng)化能熱處理強(qiáng)化固溶處理：

時效處理自然時效人工時效

將鋁合金加熱至α單相區(qū)恒溫保持，然后快速冷卻，可在室溫下得到過飽和的α固溶體。

在室溫下放置或低溫加熱時，強(qiáng)度和硬度會明顯升高。鋁合金的熱處理含4%Cu的鋁合金自然時效曲線含4%Cu的鋁合金的人工時效曲線*過時效：時效溫度過高合金軟化回歸時間溫度

加熱200～250℃水淬時效組織原淬火組織回歸：經(jīng)淬火自然時效后的鋁合金〔如鋁－銅〕重新加熱到200～250℃，然后快冷到室溫，那么合金強(qiáng)度下降，重新變軟，性能恢復(fù)到剛淬火狀態(tài)；如在室溫下放置，那么與新淬火合金一樣，仍能進(jìn)行正常的自然時效，這種現(xiàn)象稱為回歸現(xiàn)象。*人工時效后的鋁合金沒有回歸現(xiàn)象。形變鋁合金形變鋁合金是指合金元素含量較低，可以通過壓力加工制成各種型材及成形零件的一類鋁合金。1.防銹鋁合金：LF(鋁防〕+順序號〔化學(xué)成分〕如LF5是Mg含量為〔4.8～5.5％〕的防銹鋁合金。這類合金主要有Al-Mg和Al-Mn系等，塑性好、耐腐蝕，可冷變形強(qiáng)化，多用于制造受力小、質(zhì)輕、耐腐蝕的沖壓件和焊接結(jié)構(gòu)件等。常用的鋁合金飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)2.硬鋁合金:LY(鋁硬〕+順序號〔化學(xué)成分〕這類合金主要有Al-Cu-Mg系合金，可通過淬火時效來顯著提高強(qiáng)度，硬度和耐熱性能都有所改善，但耐蝕性較差，多用于制造中等強(qiáng)度的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。3.超硬鋁合金(LC):LC(鋁超〕+順序號〔化學(xué)成分〕這類合金主要有Al-Cu-Mg-Zn系合金，耐蝕性同樣較差，多用于制造質(zhì)輕、受力較大的結(jié)構(gòu)件等。飛機(jī)主起落架4.鍛鋁合金(LD):LD(鍛鋁〕+順序號〔化學(xué)成分〕這類合金主要有Al-Cu-Mg-Si系合金，熱塑性和耐蝕性較高，適于鍛壓成形。多用于制造形狀復(fù)雜、比強(qiáng)度要求高的受力結(jié)構(gòu)件。壓氣機(jī)葉片

鑄造鋁合金合金含量較高，適于鑄造成形。

牌號：ZL(鑄鋁）+三位數(shù)字說明：第一位數(shù)字表示合金系列；第二、三位數(shù)字表示合金序號（化學(xué)成分）。鑄造鋁合金鋁鋅系合金鋁鎂系合金鋁銅系合金鋁硅系合金鑄造、機(jī)械性能良好高溫強(qiáng)度高（耐熱），易腐蝕強(qiáng)度、塑性高，耐腐蝕，鑄造時易氧化強(qiáng)度高，易腐蝕，價(jià)格低汽缸頭鋁銅合金大型空壓機(jī)活塞鋁鋅合金活塞(裙部為鋁硅合金)鼓風(fēng)機(jī)用密封件鋁鎂合金

銅及銅合金純銅〔紫銅〕物理性能：紫紅色光澤，密度8.9g/cm3，熔點(diǎn)1083℃，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好，塑性好，耐蝕，強(qiáng)度低。應(yīng)用：工業(yè)上利用銅制造電線、導(dǎo)電零件、油管等；同時，還利用純銅〔逆磁性材料〕不受磁場干擾的特性制備磁性儀器和其他防磁器械等。純銅通過合金化處理可以改善其機(jī)械性能，銅合金按其色澤的不同可分為黃銅、青銅、白銅三大類。

黃銅

黃銅以鋅為主加元素，其外觀呈金黃色光澤。我國應(yīng)用黃銅在宋代有明確記載。普通黃銅：H(黃〕+數(shù)字〔銅的百分含量〕屬于Cu-Zn二元合金，其力學(xué)性能隨銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化。H95、H90、H85有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，有適宜的強(qiáng)度和良好的塑性，大量用于冷凝器和散熱器。H70、H68強(qiáng)度較高、塑性很好，用于深沖零件，如散熱器外殼、彈殼等。H62、H59可高溫?zé)峒庸?，?qiáng)度高，塑性較好，可制造導(dǎo)管、銷釘?shù)取?fù)雜黃銅：又稱多元黃銅，在Cu-Zn二元合金的根底上，參加Sn、Si、Pb、Fe等合金元素，改善和提高其性能。表示方法：H(黃〕+主加元素符號〔鋅除外〕+數(shù)字〔銅含量〕-數(shù)字〔主加元素含量，其余為鋅含量〕例如：HPb60-1

青銅除了以鋅或鎳為主加元素的銅合金外，其余銅合金外觀多為棕綠色，通稱為青銅。表示方法：Q(青〕+主加元素符號+數(shù)字〔主加元素含量〕－數(shù)字〔其他合金元素平均含量〕普通青銅：普通青銅以錫為主加元素，又稱錫青銅。它是人類歷史上應(yīng)用最早的合金，具有良好的耐蝕性、減磨性、抗磁性和低溫韌性，但耐酸性差。

青銅牌號的表示方法ZQSn10–1其它合金元素含量為1%主加元素錫其含量為WSn=10%青銅鑄造特殊青銅：

特殊青銅是不含錫的青銅合金。

鋁青銅有良好的力學(xué)性能、耐蝕性和耐磨性，應(yīng)用最為廣泛。鈹青銅有較高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度，無磁，沖擊無火花；強(qiáng)毒，限制生產(chǎn)。另外，還有硅青銅、鉛青銅等。鈦及鈦合金鈦合金質(zhì)量小，強(qiáng)度高，具有很高的耐蝕性和耐熱性。熔點(diǎn)高、熔煉和澆注工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴。一、純鈦灰白色，熔點(diǎn)1668℃，固態(tài)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。焊接性好、強(qiáng)度低、塑性好、易于冷壓加工。二、鈦合金按退火和淬火狀態(tài)組織不同：鈦合金，鈦合金和+鈦合金牌號：TA、TB、TC加上編號〔一〕鈦合金組織全部為固溶體，組織穩(wěn)定。單相合金不能熱處理強(qiáng)化。〔二〕鈦合金具有較高的強(qiáng)度，良好的沖壓性，但耐熱性差，抗氧化低?？蛇M(jìn)行熱處理強(qiáng)化〔三〕+鈦合金室溫組織為：+具有鈦合金和鈦合金兩者的優(yōu)點(diǎn)三、鈦合金的熱處理主要有：退火、淬火和時效1、鎂資源豐富，是地殼中僅次于鋁、鐵的第三種最為豐富的金屬元素，其儲量占地殼的2.5%；2、密度低，只有鋁的2/3，使鎂合金在許多性能上可與鋁合金相媲美，在許多飛機(jī)零件和航天器中越來越多地使用鎂合金；3、化學(xué)性質(zhì)活潑，易氧化。鎂及鎂合金

概述

工業(yè)純鎂銀白色，密度1.74g/cm3，熔點(diǎn)650℃，沸點(diǎn)1100℃。其晶體結(jié)構(gòu)hcp，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，鎂的電極電位較低，抗蝕能力很差，在潮濕的空氣和海水中，易受到腐蝕。當(dāng)溫度升高，鎂能被劇烈氧化以至燃燒。

物理性能工業(yè)純鎂牌號用拼音字母M+順序號表示。其主要用于制造鎂合金和用于其他合金的添加元素，其次還常用作化工與冶金生產(chǎn)中的還原劑和煙火工業(yè)、鋼鐵脫硫等。

應(yīng)用純鎂彈性模量小〔室溫下僅為45GPa〕，因此在外力作用下彈性變形功較大，鎂合金可承受較大的沖擊和振動載荷。作為結(jié)構(gòu)材料，一般要向純鎂中參加一些合金元素制成鎂合金而應(yīng)用。鎂合金中常參加的合金元素有Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素等。

鎂的合金化

添加Al：產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，同時沉淀析出強(qiáng)化相Mg17Al12，增加了合金強(qiáng)度和塑性；

添加Mn：提高合金的耐熱性和抗蝕性，并改善焊接性；

添加少量Zr和稀土元素：細(xì)化晶粒，提高耐熱性并改善鎂合金的工藝性能等多方面作用。

雜質(zhì)元素：Fe、Ni、Cu等元素對Mg合金性能危害很大，作為雜質(zhì)必須嚴(yán)格控制其在合金中的含量。

添加Zn：產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，其沉淀析出相Mg2Zn3或MgZn2，強(qiáng)化效果不及Mg17Al12元素，故一般Zn元素用于配合其他合金元素來強(qiáng)化Mg；鎂合金分為形變鎂合金和鑄造鎂合金兩大類，其編號方法與鋁合金類似，如MB1表示1號形變鎂合金，ZM1表示1號鑄造鎂合金。工業(yè)中常用鎂合金主要集中于Mg-Al-Zn、Mg-Zn-Zr、Mg-RE-Zr、Mg-M等幾個合金系列。

鎂合金的分類

鎂合金的分類和常用鋁合金

我國目前的形變鎂合金主要為Mg-Mn系，Mg-Al-Zn系和Mg-Zn-Zr系三類。

Mg-Mn系合金有良好的耐蝕性和焊接性能，其板材用于制作蒙皮等焊接結(jié)構(gòu)件，以及通過鍛造制作外形復(fù)雜的耐蝕構(gòu)件，且一般在退火狀態(tài)使用；

Mg-Al-Zn系合金強(qiáng)度較高，塑性好，多用于制造有中等力學(xué)性能要求的零件；

Mg-Zn-Zr系強(qiáng)度最高，屬高強(qiáng)鎂合金，是在航空等工業(yè)應(yīng)用最多的變形鎂合金，使用時應(yīng)進(jìn)行人工時效強(qiáng)化。形變鎂合金我國八個牌號的鑄造鎂合金又分為高強(qiáng)度鑄造鎂合金和耐熱鑄造鎂合金兩大類。高強(qiáng)度鑄造鎂合金有Mg-Al-Zn系〔ZM5〕和Mg-Zn-Zr系〔ZM1，ZM2，ZM7，ZM8〕，其有高的室溫強(qiáng)度，塑性好且工藝性能優(yōu)異，但耐熱性差〔<150℃使用〕，可用于