机械制造基础有色金属

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,机械制造根底有色金属,无锡职业技术学院,2007,年2月,有色金属本章主要内容,铝及铝合金,铜及铜合金,钛及其合金,滑动轴承合金,粉末冶金材料,铝及其合金,工业纯铝,工业纯铝特性：,物理性能：密度小、无磁性、导电及导热性能好、无打击火花,化学性能：抗大气腐蚀性好,力学性能：塑性高、强度低,工艺性：易塑性变形，加工性良好,工业纯铝牌号,铝锭：Al99.7、Al99.6、Al99.5、Al99.0、Al98.0,纯度依次降低,变形铝： 1070 1060 1050 L1 L2 L3 ,变形铝表示方法：四位数字,“四位数字体系表示规那么,例如： 1070表示纯度为99.70%的工业纯铝,变形铝及其合金表示规那么四位数字体系,四位数字体系,X X X X,纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数,铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号,纯铝：表示杂质元素的控制情况,铝合金：表示改型情况（“0”为原始合金；“1-9”为改型 合金，允许与原始合金有一定的成分偏差）,表示组别：1-纯铝，2-铝，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用,数字,数字,数字,数字,返回,变形铝及其合金表示规那么四位字符体系,四位字符体系,X X X X,纯铝：表示铝质量百分数小数点后的两位数,铝合金：用来识别同一组铝合金中的不同序号,A-,表示原始铝或铝合金，,B-Y,表示改型合金(允许与原始合金有一定的成分偏差),表示组别：1-纯铝，2-铝，3-铝锰合金，4-铝硅合金，5-铝镁合金，6-铝镁硅合金，7-铝锌合金，8-其他铝合金，9-备用,数字,数字,字符,数字,返回,铝合金分类表,铝合金分类表,铝合金,的分类,变形铝合金,铸造铝合金,不能热处理强化,能热处理强化,铝合金分类依据,分类依据铝合金相图,铝合金热处理强化,热处理强化方法：固溶+时效,固溶处理：,加热获得,单相,固溶体,后，在水中快冷，获得单相过饱和,固溶体组织。固溶处理后的铝合金,强度、硬度并不高，而塑性韧性较好,时效处理：,固溶处理后的铝合金，在室温或加热时，,过饱和,固溶体中会析出第二相,，弥散分布于,固溶体基体上，起强化作用随后,强度上升、塑性下降,的现象,自然进效：,固溶处理后的铝合金在室温保持,人工时效：,固溶处理后的铝合金加热至室温以上保持,背景资料:,1906年德国 Duralumin首次发现,1910年德国A Welmer 创造并获专利,1916年用于制造飞机,1938年 Guinier Preston 建立学说,自然时效曲线,含4%,Cu,的铝合金自然时效曲线,人工时效曲线,含4%,Cu,的铝合金的人工时效曲线,变形铝合金种类与表示,变形铝合金种类,防锈铝合金代号LF,硬铝合金代号LY,超硬铝合金代号LC,锻铝合金代号LD,变形铝合金牌号表示方法,用四位字符表示,四位字符表示规那么,例如：2A11表示主要合金元素为铜的11号Al-Cu 原始铝合金,防锈铝合金,防锈铝合金 (,LF ) :,成分：,Al Mn,系：例如:,LF21,Al Mg,系：例如:,LF2、LF6,性能：,不能用时效强化，加镁或锰固溶强化提高铝合金的强度,抗蚀性比纯铝好,防锈铝合金应用：,用于高耐腐蚀性的薄板容器如焊接油箱、防锈蒙皮、客车装饰条、窗框、灯具等,用于制造受力小、轻质、耐腐蚀的结构件，如油管、铆钉,铝合金门窗一般用材6063,硬铝合金、超硬铝合金,硬铝合金 ( LF ) :,成分： Al Cu Mg ，常用LY1、LY11、LY12,性能：能通过时效强化提高强度,耐蚀性不高，构件外表包铝可改善耐蚀性,超硬铝合金 ( LC ) :,成分： Al Cu Mg Zn ，常用LC4、LC9,性能：通过时效强化显著提高强度,耐蚀性不高，构件外表包铝可改善耐蚀性,硬铝和超硬铝应用：,飞机翼梁,飞机主起落架,中等强度的轻质结构零件,如飞机铆钉、大梁、桁条、隔框、,蒙皮、空气螺旋桨叶片等,锻铝合金,锻铝合金,成分：,Al Mg Si Cu 。,常用,LD5、LD6、LD10,性能：,固溶+时效处理后力学性能与硬铝合金相当,经软化退火后热 塑性和耐腐蚀良好，适合于锻造成形，,锻铝合金应用：,形状复杂的中等负荷零件，如压缩机叶片，飞机桨叶,压气机叶片,铸造铝合金分类与牌号表示,分类,铸造,AlSi,合金,铸造,Al,Cu,合金,铸造,Al,Mg,合金,铸造,Al,Zn,合金,代号,铸造,AlSi,合金：,ZL1，,如,ZL102,表示,2,号铸造铝硅合金,铸造,Al,Cu,合金：,ZL2 ，ZL201,表示,1,号铸造铝铜合金,铸造,Al,Mg,合金：,ZL3 ，ZL303,表示,3,号铸造铝镁合金,铸造,Al,Zn,合金：,ZL4 ，ZL401,表示,4,号铸造铝锌合金,牌号,例：,ZAlMg10,表示铸造铝镁合金，镁的质量分数为10%,铸造铝硅合金俗称硅铝明 ,特性,铸造性能优良流动性好、收缩率小、热裂倾向小,密度小、强度较高,耐腐蚀性和导热性良好,变质处理,变质剂：氟化钠和氯化钠的复合盐,目的：使共晶体中的硅呈细密分布，细化组织，提高强度,变质处理性能变化：变质后强度可提高30%40%,常用牌号ZL102 、应用,制造质量轻、形状复杂、耐蚀、但强度要求一般的结构件,如汽车发动机活塞、气缸头及油泵壳体,活塞(裙部为铝硅合金,),ZL102,未变质,ZL102,变质后,其他铸造铝合金应用,鼓风机用密封件(,ZL102),及航空架件(,ZL301),大型空压机活塞(,ZL401),汽缸头铝铜合金,铜及其合金,工业纯铜,特性,物理：密度8.9g -3，熔点为1083；,导电性、导热性良好；抗磁性,化学：化学性能稳定，在大气、淡水中具有良好的耐腐蚀性能,力学：强度、硬度并不高，塑性、韧性良好。低温性能好,工艺性：焊接性良好，适宜于进行各种冷热加工,表示方法,未加工产品铜锭或电解铜：代号为Cu-1、Cu-2,加工产品：T1、T2、T3,纯度依次降低,应用,应用于电气工业，制造电线、电缆、电刷、铜管及通信器材,深冷冻的主要材料,纯铜金相组织,铜合金分类,黄铜 :,Cu Zn,白铜 :,Cu Ni,青铜 : 除黄铜和白铜外,的所有铜合金,按化学成分,按制造方法,加工铜合金,铸造铜合金,黄铜普通黄铜,普通黄铜,Cu-Zn,二元合金，性能与含锌量有关,表示方法：,常用牌号及应用,H80、H92,：艺术装饰品、纪念章、镀层、散热器、双金属片,H68,：冷冲压管、套类零件，如弹壳、冷凝器管、散热器管,H62：,工业上应用较多，散热器、油管、垫片、螺钉、弹簧等,H 90,含铜量,W,Cu = 90%,黄铜,黄铜应用例如,法兰阀,闸阀,冷凝器管,冷凝器管,冷凝器管,黄铜中锌对组织和力学性能的影响,500,30,40,50,60,70,0,400,300,200,100,0,10,20,50,40,30,20,10,50,60,70,80,90,100,110,40,HB,+,b,b,(Mpa),(%),HB,锌的质量分数(,w,Zn),黄铜特殊黄铜,特殊黄铜,在铜中主要参加锌，还参加铅、锡、铝、锰、硅等合金元素的铜合金 。,特性：优良的切削加工性能、耐腐蚀性、铸造性能,表示方法：,常用特殊黄铜：,H Al 59 - 3,含铝量,W,Al = 3%,含铜量,W,Cu = 59%,铝黄铜,海军黄铜 -,HSn62 - 1,易切削黄铜 -,HPb59 - 1,青铜,种类,普通青铜 (锡青铜 ),特殊青铜 (,铝青铜、铍青铜、铅青铜、锰青铜、硅青铜等,),表示方法：,Z Q Sn10 1,主加元素锡其含,量为,WSn = 10%,青铜,铸造,锡青铜,特性,比黄铜的强度、硬度和耐磨性好,力学性能与锡含量有关,应用,主要用于耐磨、耐蚀及弹性元件,如滑动轴承、弹簧、蜗轮、丝杠螺母等,锡青铜中锡对组织和力学性能的影响,3 7,10 14,压力加工,铸造成形,b,+,特殊青铜 ( 无锡青铜 ),铝青铜 : QAl7,特性：比锡青铜具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，还能进行热处理强化，铝青铜的价格也比较低，可作为锡青铜的代用品,应用：制作高强度的耐磨、耐蚀件和弹性元件,铍青铜 : QBe2,特性：铍青铜具有很好的综合性能，弹性极限、疲劳极限、耐磨性、耐腐蚀性都较好；还具有良好的导电、导热、抗磁性；撞击时不产生火花等特性,应用：主要用来制造重要用途的弹性元件、耐磨元件等。如精密仪器、仪表的弹簧，钟表齿轮、电接触器、航海罗盘等,钛及其合金,工业纯钛,纯钛的特性,物理性能：银白色、高熔点1700、轻金属密度4.51g -3,同素异构体：密排六方-Ti882。,化学性能：在淡水、海水、气体、碱溶液、有机酸和化合物有极好的抗蚀性；但被氢氟酸、磷酸、溶融碱侵蚀。,力学性能：高温和低温下工业纯钛力学性能均优异,钛的牌号GB/T3620.1-1994,TA0、TA1、TA2、TA3,纯度下降,纯钛的应用,耐腐蚀件：化工设备、滨海发电、海水淡化置、舰船、电镀热交换器,生物材料：与骨组织牢固结合,生活用品：如高尔夫球杆、网球拍，在珠宝行业,工业纯钛在不同温度下的力学性能,工业纯钛在不同温度下的力学性能,温度,/,b,/MPa,s,/MPa,/%,/%,20,520,400,24,59,-196,990,750,44,68,-253,1280,900,29,64,-269,1210,870,35,58,钛合金分类,分类,钛合金 牌号用TA表示,据退火组织 钛合金 牌号用TB表示,钛合金 牌号用TC表示,变形钛,铸造钛,各类钛合金特性,钛合金：焊接性好、组织稳定、抗蚀性高。强度比其它两类钛合金低，变形抗力大、热加工性能差,钛合金：强度和冲击韧性高，压力加工性能和焊接性能良好。组织和性能不太稳定,钛合金：热压力加工性能好，耐热性比较好，但组织不够稳定,据加工方法,钛合金的性能,铸造和变形钛合金铁室温力学性能,合金,热处理,铸造,锻造,b,/MPa,0.2,/MPa,/%,b,/MPa,0.2,/MPa, /%,Ti-6Al-4V,退火,949,857,1.9,984,914,1.5,Ti-6Al-4V,固溶处理,1146,1076,5.0,1125,1055,9.7,Ti-5Al-2.5Sn,退火,886,759,7.6,914,844,17.0,Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo,退火,1019,858,9.0,991,914,18.0,钛合金的应用,领域,应用举例,航空航天、军事,隔热板、飞机襟翼滑轧、飞机刹车壳体、飞机变速装置、军用飞机蒙皮、机身、机翼，航运空发动机太气机盘、涡轮盘、叶片及机匣，人造卫星照相机架等。,导弹尾翼、弹头壳体、火箭壳体及连接座，坦克回转炮塔板、化学和核武器对抗系统工程护盖、发动机顶盖、炮手主瞄准器罩、指挥舱盖，航海经军舰船热交换器管、各种船艇螺旋推进器、船艇用通信天线等,化工、汽车、能源,氯碱厂、纯碱厂、化肥厂、盐厂，发电厂冷凝管，海水淡化设备冷凝器、加热器。汽车发动机阀门、轴承座、阀簧、连杆、半轴、螺栓、紧固件、排气阀、喷油嘴。,日常生活领域,体育器材：如自行车、摩托艇、网球拍、马具、高尔夫球头等。,医疗器材：牙种植、齿形矫正器，人工关节、心脏瓣膜、假肢等,照相器材：快门金属帘布、照相机外壳、取景镜架等,其它：手表壳体、表带，珠宝，眼镜架等,应用例如1,应用例如2,钛-钢复合板反釜,全钛换热器,钛-钢复合板氧化塔,滑动轴承合金,滑动轴承的结构与特点,滑动轴承的结构,：,轴瓦、轴承内衬,滑动轴承特点：,与滚动轴承相比，承压面积大、工作平稳、无噪声、维修方便,各类轴瓦,滑动轴承的组织与性能,性能,1足够的抗压强度和抗疲劳性能,2良好的减摩性摩擦系数要小,3良好的储藏润滑油的功能、良好的磨合性,4良好的导热性和耐蚀性,5良好的工艺性能,组织软硬兼备,1软基体和均匀分布的硬质点,2硬基体上分布着软质点。,常用滑动轴承材料：金属锡基与铅基轴承合金、铜基合合、铝基合金、非金属塑料、橡胶、含油轴承等,铅基轴承合金组织,(,Sn ,Cu3Sb ,Pb-Sb,共晶,体 ),锡基与铅基轴承合金显微组织,锡基轴承合金组织 (,SnSb+Cu Sb+,基体),锡基与铅基轴承合金巴氏合金,牌号表示方法：例：,特点及应用,锡基轴承合金性能好、价格昂贵，用作重要轴承。如发动机、汽轮机等高速轴承,铅基轴承合金价格廉价、性能比锡基合金稍差。常用作中低载荷的中速轴承。如汽车、拖拉机的曲轴和连杆轴承及电动机轴承,铜的质量分数为4,元素铅的质量分数为10,锑的质量分数是12%,铸造锡基轴承合金,ZSnSb12Pb10Cu4,铜基与铝基轴承合金,铜基轴承合金主要有锡青铜和铅青铜。,ZCuSn10Pb1101锡青铜,高的强度，适用于中速及受力较大的轴承，如电动机、泵、金属切削机床轴承,ZCuPb3030铅青铜,较高的疲劳强度、 导热性能，摩擦系数低，适于高速高压轴承。如航空发动机、高速柴油机轴承等,铝基轴承合金常用牌号 ZAlSn6Cu1Ni1,密度小、导热性好、疲劳强度高、耐腐蚀性好，价格低，广泛应用于高速重载的汽车、拖拉机、柴油机轴承,轴承合金应用例如1,汽轮发电机轴承,轴承合金应用例如2,内燃机轴瓦,各种滑动轴承比较,各种轴承合金性能、轴承合金与轴匹配的硬度对应关系,轴承合金种类,轴承合金硬度,HBS,与之匹配的轴硬度,HBS,最大允许压力/,MPa,最高允许温度/,抗咬合性,磨合性,耐蚀性,耐疲劳性,锡基巴氏合金,2030,150,600100,150,优,优,优,劣,铅基巴氏合金,1530,150,600800,150,优,优,中,劣,锡青铜,50100,300400,7002000,200,中,劣,优,优,铅青铜,4080,300,20003200,220250,中,差,差,良,铝基合金,4550,300,20002800,100150,劣,中,优,良,铸铁,160180,200250,300600,150,差,劣,优,优,粉末治金材料,粉末冶金工艺,粉末冶金工艺步骤：,制粉、配料、压制成型、坯块烧结和后处理。,粉末冶金特点,1可生产普通熔炼方法无法生产的特殊性能材料，如多孔材料、复合材料等； 2可防止成分偏析、保证合金具有均匀的组织和稳定的性能； 可生产高熔点金属如钨和钼和不互熔的合金如钨-银合金； 3可大量减少产品的后续机加工量，节约金属材料，提高劳动生产率。这一点对贵重金属尤其重要； 4粉末冶金零件的缺点是塑性和韧性较差。,粉末冶金材料种,按用途分为7类,粉末冶金减摩材料,。在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。用于制造轴承、支承衬套或作端面密封等。,粉末冶金多孔材料,。一般有3060的体积孔隙度 ，孔径1100微米。用于制造过滤器、多孔电极 、灭火装置、防冻装置等。,粉末冶金结构材料,。能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。,粉末冶金摩擦材料,。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制动、传动速度快。主要用于制造离合器和制动器。,粉末冶金工模具材料,。包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。,粉末冶金电磁材料,。包括电工材料和磁性材料，用于制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。,粉末冶金高温材料,。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、金属陶瓷、弥散强化和纤维强化材料等,粉末冶金减磨材料,平面邮承减磨材料,含油邮承减磨材料,粉末冶金多孔材料,慢走丝火花机滤芯多孔材料,柴油机尾气过滤的柱形多孔金属多孔材料,粉末冶金结构零件,粉末冶金结构零件,粉末冶金摩擦材料,粉末冶金摩擦片,摩擦材料,硬质合金,硬质合金刀片 硬质合金喷嘴,金刚石砂轮,粉末冶金电磁材料,铁氧体磁铁,钕铁硼永磁,软磁金属磁粉芯,粉末冶金高熔点金属,钨,钼,硬质合金组成、分类、特性,硬质合金组成,碳化物粉末+和粘结剂钴,特性,硬度高93HRA相当于81HRC、红硬性高9001000 ,分类,应用：,钨钴类硬质合金YG，代号“K表示，并采用红色标记,钨钛钴类硬质合金YT，代号“P表示，并采用蓝色标记,通用硬质合金YW，号“M表示，并采用黄色标记,刀具,模具拉拔模、冲裁模、冷挤压模,矿山凿岩机钎头,量具或耐磨零件,常用硬质合金牌号,常用硬质合金的牌号、成分及应用摘自YS/T400-94,