材料概论-有色金属材料课件

有色金属及其合金 l在工业生产中，通在工业生产中，通常把铁及其合金称常把铁及其合金称为为黑色金属黑色金属，把其，把其他非铁金属及其合他非铁金属及其合金称为金称为有色金属有色金属。1.有色金属及其合金 在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属l有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特有许多优良的特性，性，如特殊的电如特殊的电、磁、热性能，耐磁、热性能，耐蚀性能及高的比蚀性能及高的比强度强度(强度与密度强度与密度之比之比)等，等，已成为已成为现代工业中不可现代工业中不可缺少的金属材料缺少的金属材料.材料材料材料材料占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比AlFe塑料塑料塑料塑料其它其它其它其它橡胶橡胶橡胶橡胶磁材料磁材料磁材料磁材料玻璃玻璃玻璃玻璃聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯聚碳酸酯TiTi碳纤维碳纤维碳纤维碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比2.有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 l一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 l纯铝具有银白色金属光泽，密度纯铝具有银白色金属光泽，密度小小(2.72)，熔点低，熔点低(660.4)。l 导电、导热性能优良，广泛用于导电、导热性能优良，广泛用于电气工业和热传导机械中。电气工业和热传导机械中。l耐大气腐蚀。耐大气腐蚀。l强度低，塑性好，易于加工成形强度低，塑性好，易于加工成形。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼5.第一节 铝及铝合金 一、铝及铝合金性能特点 铝合金制造的机l铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。l铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mg、Mn、Zn、Si等，此外还有等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。等辅加元素。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件6.铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金型材铝铸件6l可将铝合金分可将铝合金分为为形变铝合金形变铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金两大类。两大类。l形变铝合金又形变铝合金又分为分为可热处理可热处理强化强化和和不可热不可热处理强化处理强化两类两类.铝合金分类示意图铝合金分类示意图l二、铝合金的分类二、铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。形变铝合金形变铝合金7.可将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。铝合金分类示意图三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。l时效时效是指将过饱和的固溶体在固溶线以下某温度保是指将过饱和的固溶体在固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。温，以析出弥散强化相的热处理。l可热处理强化形变铝合可热处理强化形变铝合金的热处理方法：金的热处理方法：固溶固溶处理处理+时效时效。l固溶处理固溶处理是指将合金加是指将合金加热到固溶线以上，保温热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出8.三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组l在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进；在加热条件下进行的时效称行的时效称人工时效人工时效。l时效强化效果与加热温度和保温时间有关。时效强化效果与加热温度和保温时间有关。l温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，超过峰值时间，值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强析出相聚集长大，强度下降，为度下降，为过时效过时效。随时效温度提高，峰随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值强度下降，出现峰值的时间提前。值的时间提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d9.在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时l1、铸造铝合金、铸造铝合金 包括：包括：lAl-Si系：系：代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Cu系：系：代号为代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Mg系：系：代号为代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号lAl-Zn系：系：代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号l Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合的铝硅二元合金，称为金，称为简单硅铝明简单硅铝明.57712.7%四、铝合金的牌号、性能及用途四、铝合金的牌号、性能及用途 11.1、铸造铝合金 包括：又称硅铝明。其中ZL102(在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，ZL102 ZL102组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次小均匀的共晶体加一次 固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。固溶体组织，以提高性能。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织12.在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状l加入其他合金元素的铝硅铸造合金加入其他合金元素的铝硅铸造合金称称特殊特殊(或复杂或复杂)硅铝明硅铝明。lAl-Si系铸造铝合金的铸造性能好，系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性能。l铸件致密度较小，强度不够高铸件致密度较小，强度不够高 活塞活塞(裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金)l用于制造飞机、仪表、用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞风机叶片、发动机活塞等形状复杂但对强度要等形状复杂但对强度要求不高的铸件。求不高的铸件。13.加入其他合金元素的铝硅铸造合金称特殊(或复杂)硅铝明。活塞l Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。系合金。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。等。主要用于主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。14.Al-Cu系铸造铝合金汽缸头常用代号有ZL201(ZAl Al-Mg系铸造铝系铸造铝合金合金l这类合金的耐蚀性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度好，强度高，密度小；但铸造性能差小；但铸造性能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等等.l主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)15.Al-Mg系铸造铝合金常用代号为ZL301(ZAlMg1l Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金l这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)l常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)l主要用于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。16.Al-Zn系铸造铝合金大型空压机活塞(ZL401)常用代l2、形变铝合金、形变铝合金l形变铝及铝合金牌号表示方法形变铝及铝合金牌号表示方法 l根据国标规定根据国标规定，形变铝及铝合金可直接引用国际四，形变铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号或采用国标规定的四位字符牌号。全世界铝的用量全世界铝的用量百万吨百万吨一次生产量二次回收量总用量17.2、形变铝合金全世界铝的用量百万吨一次生产量二次回收量总用量lGB 3190-82中的旧牌号仍中的旧牌号仍可继续使用，可继续使用，表示方法为表示方法为:防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金硬铝合金：LY+序号序号 超硬铝合金超硬铝合金：LC+序号序号 锻铝合金锻铝合金：LD+序号序号铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金制品铝合金制品铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属18.GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为:铝合l 常用变形铝合金常用变形铝合金l 防锈铝合金防锈铝合金l主要是主要是Al-Mn和和Al-Mg系合系合金。金。lMn主要作用是提高抗蚀能主要作用是提高抗蚀能力和，并起固溶强化作用力和，并起固溶强化作用.卫星天线卫星天线（LF2）lMg起固溶强化作用，并降低合金比重。起固溶强化作用，并降低合金比重。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。能好，易于变形加工，但切削性能差。l不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。19.常用变形铝合金卫星天线（LF2）Mg起固溶强化作用，并降汽化汽化汽化汽化器器器器(热热热热交换交换交换交换管为管为管为管为LF21LF21)l常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21（3A21），其抗蚀性，其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。钉等需要弯曲、冲压加工的零件。l常用的常用的Al-Mg系合金有系合金有 LF5（5A05），其密度比纯，其密度比纯 铝铝小小，强强度度比比Al-Mn合合金金高高，在在航航空空工工业业中中得得到到广广泛泛应应用用，如如制制造造管管道道、容容器器、铆铆钉钉及及承承受受中中等等载载荷荷的的零件。零件。20.汽化器(热交换管为LF21)常用的Al-Mn系合金有 LF2l 硬铝合金硬铝合金l主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。l可进行时效强化，也可进行变形强化。可进行时效强化，也可进行变形强化。l强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造等，用于制造冲压件冲压件、模锻件和铆模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、接件，如螺旋桨、梁、铆钉等铆钉等.飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)21.硬铝合金常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12l 超硬铝合金超硬铝合金l属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并系合金，并含有少量含有少量Cr和和Mn。l时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.l热态塑性好，但耐蚀性差。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用于工等，主要用于工作温度较低、受力较大的结作温度较低、受力较大的结构件构件,如飞机大梁如飞机大梁、起落架等起落架等.飞机主起落架飞机主起落架22.超硬铝合金飞机主起落架22.l 锻铝合金锻铝合金lAl-Cu-Mg-Si系合金系合金 可可锻性好，力学性能高，锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等压气机叶轮、导风轮等.压气机叶片压气机叶片压气机叶片压气机叶片lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等。用于制造。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。蒙皮等。23.锻铝合金压气机叶片Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼高比强铝合金机翼24.美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 l一、铜及铜合金性能特点一、铜及铜合金性能特点l纯铜呈紫红色，故又称紫铜，纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。构转变，无磁性。l纯铜具有优良的导电性和导热纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。有良好的耐蚀性。塑性好。热轧铜合金热轧铜合金25.第二节 铜及铜合金 一、铜及铜合金性能特点热轧铜合金25.l铜合金常加元素为铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Ni、Mn、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜等，既提高了强度，又保持了纯铜特性特性.l铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜管铜与黄铜带铜与黄铜带26.铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Ni、Mn、Fe、Bel二、黄铜二、黄铜l以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。l黄铜按化学成分可分为黄铜按化学成分可分为简单（普通）黄铜简单（普通）黄铜和和复杂复杂（特殊）黄铜（特殊）黄铜。l按工艺可分为按工艺可分为加工黄铜加工黄铜和和铸造黄铜铸造黄铜。黄铜铸件黄铜铸件黄铜铸件黄铜铸件黄铜棒黄铜棒27.二、黄铜黄铜铸件黄铜棒27.l1、简单黄铜、简单黄铜l铜与锌的二元合金铜与锌的二元合金称为简单黄铜。称为简单黄铜。l加工简单黄铜的牌加工简单黄铜的牌号为：号为：H(黄黄)+表表示铜平均百分含量示铜平均百分含量的数字的数字，如，如H68。l从铜锌合金相图可以看出黄铜有从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和和+两种组织两种组织,分别称分别称单相黄铜单相黄铜和和两相黄铜两相黄铜。28.1、简单黄铜从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+两种普通黄铜的显微组织普通黄铜的显微组织 单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 29.普通黄铜的显微组织 单相黄铜 两相黄铜 29.l单相黄铜单相黄铜塑性好。塑性好。l常用牌号有常用牌号有H80、H70、H 68。l适于制造冷变形零件，如适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。弹壳、冷凝器管等。l两相黄铜两相黄铜热塑性好热塑性好,强度高强度高.l常用牌号有常用牌号有H59、H62。l适于制造受力件，如垫圈适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。弹簧、导管、散热器等。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套30.单相黄铜塑性好。冷凝器管汽车机油泵衬套30.l2、复杂黄铜、复杂黄铜l在简单黄铜的基础上加入在简单黄铜的基础上加入Pb、Sn、Al、Mn、Fe、Co、Ni等元素形成复杂黄铜。等元素形成复杂黄铜。l加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为：lH(黄黄)+主加元素符号主加元素符号(Zn除外除外)+铜平均百分含量铜平均百分含量+主加元素主加元素平均百分含量平均百分含量,如如HPb59-1.l复杂黄铜强度、耐蚀性比简复杂黄铜强度、耐蚀性比简单黄铜好，铸造性能改善。单黄铜好，铸造性能改善。黄铜制品黄铜制品黄铜棒黄铜棒黄铜棒黄铜棒31.2、复杂黄铜黄铜制品黄铜棒31.l常用牌号有常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。l主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。桨、轴承、衬套及阀体等。32.常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1l三、青铜三、青铜l除黄铜和白铜外的其他铜合金除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。统称为青铜。l加工青铜的牌号为：加工青铜的牌号为：Q+主加主加元素符号及其平均百分含量元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量其他元素平均百分含量l如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn).l常用青铜有锡青铜、铝青铜、常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。铍青铜、硅青铜、铅青铜等。青铜制品青铜制品33.三、青铜青铜制品33.l1、锡青铜、锡青铜l是以锡为主加元素的铜合金，是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为锡含量一般为314%。l锡青铜铸造流动性差，铸件密锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小在有色金属中最小。l锡青铜耐蚀性良好，在大气、锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。盐酸和氨水中的耐蚀性较差。锡青铜锭锡青铜锭Cu-Sn相图相图34.1、锡青铜锡青铜锭Cu-Sn相图34.l常用牌号有常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。l主要用于耐蚀承载件主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管锡青铜管船用青铜软船用青铜软管快速接头管快速接头阀阀(锡青铜阀锡青铜阀体、阀盖体、阀盖)35.常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10l2、铝青铜、铝青铜l以铝为主加元素以铝为主加元素的铜合金，铝含的铜合金，铝含量为量为511%。l强度、硬度、耐强度、硬度、耐大型水力发电设备中的抗磨环大型水力发电设备中的抗磨环 磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。能好，但焊接性能差。l常用牌号有常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。等。l主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。36.2、铝青铜大型水力发电设备中的抗磨环 磨性、耐热性及耐l3、铍青铜、铍青铜l以铍为主加元素的铜合金，铍含量为以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。l具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵.铍青铜制品铍青铜制品l常用牌号有常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等。l用于重要的弹性件、耐磨用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件具、航海罗盘等重要机件.37.3、铍青铜铍青铜制品常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBel普通白铜普通白铜是是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。l普通白铜普通白铜牌号：牌号：B+镍的平均百分含量镍的平均百分含量，如，如B5。l常用牌号有常用牌号有B5、B19等等。用于在蒸汽和海水环境下工。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械作的精密机械,仪表零件及冷凝器仪表零件及冷凝器,蒸馏器蒸馏器,热交换器等热交换器等.白铜件白铜件l四、白铜四、白铜l以镍为主要合金元素的铜以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。合金称白铜。分普通白铜分普通白铜和特殊白铜。和特殊白铜。38.普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性l特殊白铜特殊白铜是在普通白铜基础上添加是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。l其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。l常用牌号如常用牌号如BMn40-1.5(康铜康铜)、BMn43-0.5(考铜考铜)。l用于制造精密机械、仪表零件及用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械等。医疗器械等。康铜热偶康铜热偶白铜型材白铜型材39.特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 l一、工业纯钛一、工业纯钛 l纯钛密度小，熔点高。纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转变发生同素异构转变-Ti -Ti,由体心立方由体心立方-Ti转转变为密排六方变为密排六方-Ti.l纯钛比强度高，塑性、低温纯钛比强度高，塑性、低温韧性好韧性好l耐蚀性和耐热性优良。耐蚀性和耐热性优良。美美F-22战机约战机约36%重量的零重量的零件用钛合金制造件用钛合金制造40.第三节 钛及钛合金 一、工业纯钛 美F-22战机约36%重l纯钛主要用于纯钛主要用于 350以下工作、强度要求以下工作、强度要求不高的零件，如石油不高的零件，如石油化工用热交换器、反化工用热交换器、反应器，海水净化装置应器，海水净化装置及舰船零部件。及舰船零部件。钛钢复合反应釜钛钢复合反应釜钛管换热器钛管换热器钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔41.纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化l二、钛合金二、钛合金l纯钛加入合金元素形成钛合金。纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.l按退火组织，钛合金可分按退火组织，钛合金可分为为 型钛合金、型钛合金、型钛合金型钛合金和和+型钛合金三类，它型钛合金三类，它们的牌号分别用们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示加顺序号表示。如。如TA5、TB2、TC4等。其等。其中中TA1TA3为工业纯钛。为工业纯钛。钛合金泵钛合金泵42.二、钛合金按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和l1、型钛合金型钛合金l主加元素为铝，还有锡、主加元素为铝，还有锡、硼等。硼等。l不能热处理强化，通常不能热处理强化，通常在退火状态下使用在退火状态下使用,组织组织为单相为单相 固溶体固溶体.l强度低于另两类钛合金，强度低于另两类钛合金，但高温强度、抗蠕变性但高温强度、抗蠕变性能及耐蚀性优越能及耐蚀性优越.钛合金氢泵钛合金氢泵诱导轮诱导轮钛合金氢泵壳体钛合金氢泵壳体43.1、型钛合金钛合金氢泵诱导轮钛合金氢泵壳体43.l常用牌号有常用牌号有TA5、TA7等等 l主要用于制造主要用于制造500以下工作的以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。匣及飞船上的高压低温容器等。钛合金卫星框架钛合金卫星框架钛合金液下泵钛合金液下泵-Ti合金组织合金组织44.常用牌号有TA5、TA7等 钛合金卫星框架钛合金液下泵-Tl2、型钛合金型钛合金l加入的合金元素有钒、加入的合金元素有钒、锡、铝等。锡、铝等。l经淬火加时效处理后，经淬火加时效处理后，组织为组织为 相基体上分布着相基体上分布着细小的细小的 相粒子。相粒子。l这类合金强度高，冲压这类合金强度高，冲压性能好，但冶炼工艺复性能好，但冶炼工艺复杂，难于焊接杂，难于焊接,应用受到应用受到限制。限制。钛合金管钛合金管钛合金管应用钛合金管应用45.2、型钛合金钛合金管钛合金管应用45.l 型钛合金有型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。三个牌号。l主要用于主要用于350以下工以下工作的结构件和紧固件作的结构件和紧固件,如飞机压气机叶片、如飞机压气机叶片、轴、弹簧、轮盘等。轴、弹簧、轮盘等。钛合金棒钛合金棒钛合金眼镜架钛合金眼镜架钛离心泵钛离心泵46.型钛合金有TB2、TB3、TB4三个牌号。钛合金棒钛合金l3、+型钛合金型钛合金l加入的合金元素有铝、铁、锰、铬、铜、钨、硅、加入的合金元素有铝、铁、锰、铬、铜、钨、硅、镍等。镍等。l可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。热强性、耐蚀性和低温韧性。钛合金列管式换热器钛合金列管式换热器47.3、+型钛合金钛合金列管式换热器47.l+型钛合金共有九个牌号，其型钛合金共有九个牌号，其中以中以TC4应用最广、用量最大，应用最广、用量最大，其经过淬火加时效处理后，组织其经过淬火加时效处理后，组织为为+时效析出的针状时效析出的针状。+钛合金组织钛合金组织+钛合金组织（电镜）钛合金组织（电镜）48.+型钛合金共有九个牌号，其中以TC4应用最广、用量最大，l+型钛合金型钛合金主要主要用于制造用于制造400以下以下工作的飞机压气机工作的飞机压气机叶片、火箭发动机叶片、火箭发动机外壳、火箭和导弹外壳、火箭和导弹的液氢燃料箱部件的液氢燃料箱部件及舰船耐压壳体等及舰船耐压壳体等.生物医生物医用材料用材料飞机压气机叶片飞机压气机叶片49.+型钛合金主要用于制造400以下工作的飞机压气机叶片、第四节第四节 轴承合金轴承合金 l制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑 作用的重要部件，由轴承体作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。和轴瓦两部分组成。l与滚动轴承相比滑动轴承具与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。无噪音及拆装方便等优点。50.第四节 轴承合金 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为l一、组织性能要求一、组织性能要求l当当轴轴高高速速旋旋转转时时，轴轴瓦瓦与与轴轴颈颈发发生生强强烈烈摩摩擦擦，承承受受轴轴颈颈施施加加的交变载荷和冲击力。的交变载荷和冲击力。l对轴承合金的性能要求：对轴承合金的性能要求：l 足足够够的的强强度度和和硬硬度度，以以承承受受轴轴颈颈施施加加的的加加大大的的单单位位压压力力，并要耐磨。并要耐磨。l(2)足足够够的的塑塑性性和和韧韧性性，以以保保证证与与轴轴配配合合良良好好并并能能抵抵抗抗冲冲击击和和振动。振动。l(3)较较小小的的摩摩擦擦系系数数，良良好好的的耐耐磨磨性性和和磨磨合合性性，以以减减少少轴轴颈颈磨磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。损，保证轴与轴瓦良好的跑合。l(4)良良好好的的耐耐蚀蚀性性和和导导热热性性，较较小小的的热热膨膨胀胀系系数数，以以防防止止轴轴与与轴瓦之间咬合。轴瓦之间咬合。51.一、组织性能要求51.l为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点。l当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，当轴旋转时，软的基体（或质点）被磨损而凹陷，减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油减少了轴颈与轴瓦的接触面积，有利于储存润滑油 而硬的质点而硬的质点(基体基体)则支撑则支撑着轴颈，起承载和耐磨作着轴颈，起承载和耐磨作用用.l软基体软基体(或质点或质点)还能起嵌还能起嵌藏外来硬杂质颗粒的作用藏外来硬杂质颗粒的作用,以避免擦伤轴颈。以避免擦伤轴颈。52.为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质l1、锡基轴承合金、锡基轴承合金 l是以锡为主并加入少是以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低，的合金，熔点较低，是软基体硬质点组织是软基体硬质点组织类型的轴承合金。类型的轴承合金。l二、常用轴承合金二、常用轴承合金l工业上常用的是锡基工业上常用的是锡基、铅基轴承合金铅基轴承合金,又称又称巴氏合金巴氏合金。l典型牌号为典型牌号为ZChSnSb11-6。l(其组织为其组织为 基体基体+白亮块状白亮块状SnSb+SnSb+星状星状CuCu3 3SnSn)ZChSnSb11-6合金的显微组织合金的显微组织 53.1、锡基轴承合金 二、常用轴承合金典型牌号为ZChSnSb1l锡基轴承合金具有锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导较高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌热性、耐蚀性和嵌藏性，摩擦系数和藏性，摩擦系数和热膨胀系数小，热膨胀系数小，但但疲劳强度较低，工疲劳强度较低，工作温度不超过作温度不超过 150，价格高。，价格高。巴氏合金轴瓦巴氏合金轴瓦l广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器的高速轴瓦。机等大型机器的高速轴瓦。54.锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌藏性，摩擦系l2、铅基轴承合金、铅基轴承合金l是以铅为主加入少量锑、是以铅为主加入少量锑、锡、铜等元素的合金，锡、铜等元素的合金，也是软基体硬质点型轴也是软基体硬质点型轴承合金。承合金。l典型牌号为典型牌号为ZChPbSb16Sn16Cu2。ZChPbSb16Sn16Cu2合金的显微组合金的显微组织织(+)共晶基体共晶基体+方块状方块状SnSb+针针状状Cu3Sn 55.2、铅基轴承合金ZChPbSb16Sn16Cu2合金的显微组l铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。润滑性。l常用于低速常用于低速、低载条件下低载条件下工作的设备工作的设备,如汽车、拖如汽车、拖拉机曲轴的拉机曲轴的轴承等。轴承等。内燃机轴瓦内燃机轴瓦56.铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，l锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将能力和使用寿命，生产上常采用离心浇注法，将它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的它们镶铸在低碳钢轴瓦上，形成一层薄而均匀的内衬，成为双金属轴承。内衬，成为双金属轴承。表面保护层表面保护层 减磨层减磨层 镍栅层镍栅层 轴承合金轴承合金 衬背衬背 57.锡基和铅基轴承合金强度比较低，为提高其承载能力和使用寿命，生