第五章金属材料3有色合金课件

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Al-Si,铸造铝合金,(,硅铝明,),铸造铝合金的应用,ZL102,合金的铸态组织,变质处理后,未变质处理,2.,Al-Cu,铸造铝合金,Al-Cu,合金的强度较高,耐热性好,但铸造性能不好,有热裂和疏松倾向,耐蚀性较差。,ZL201,室温强度、塑性比较好,可制作在,300,以下工作的零件,常用于铸造内燃机气缸头、活塞等零件。,ZL202,塑性较低,多用于高温下不受冲击的零件。,ZL203,经淬火时效后,,强度较高,可作结构材料,,铸造承受中等载荷,汽缸头,3.,Al-Mg,铸造铝合金,ZL301,、,ZL302,强度高,密度小,(,为,2.5510,3,kg/m,2,),有良好的耐蚀性,但铸造性能不好,耐热性低。可进行时效处理(自然时效),用于制造承受冲击载荷、在腐蚀性介质中工作的、外形不太复杂的零件,例如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机用密封件,(ZL102),及抗空架件,(ZL301),4.,Al-Zn,铸造铝合金,ZL401,、,ZL402,价格便宜,铸造性能优良,经变质处理和时效处理后强度较高,但抗蚀性差,热裂倾向大,用于制造汽车、拖拉机的发动机零件及形状复杂的仪器元件,也可用于制造日用品。,大型空压机活塞,(ZL401),5.4.2,铜及铜合金,性能特点,(1),优异的物理、化学性能 纯铜导电性、导热性极佳,铜合金的导电、导热性也很好。铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。铜是抗磁性物质,(2),良好的加工性能 塑性很好,容易冷、热成形;铸造铜合金有很好的铸造性能。,(3),某些特殊机械性能 例如优良的减摩性和耐磨性,(,如青铜及部分黄铜,),,高的弹性极限和疲劳极限,(,如铍青铜等,),。,(4),色泽美观,一,.,纯铜,(,紫铜,),纯铜呈紫红色,常称紫铜,工业纯铜分为四种:,T1,、,T2,、,T3,、,T4,。编号越大,纯度越低。,用途,用于制作电导体及配制合金。纯铜的强度低,不宜作结构材料。,紫铜加工产品的牌号、成分及应用,二、铜合金的分类,黄铜,: Cu Zn,白铜,: Cu Ni,青铜,:,除黄铜和白,铜外的所有,铜合金。,(一),黄铜,以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按照化学成分,黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。,(1),普通黄铜,普通黄铜牌号,普通黄铜是铜锌二元合金,其退火组织可以是单相,或双相,+ ,并分别称为,黄铜,(,或单相黄铜,H80,(,80,黄铜)、,H70,、,H68,),和双相黄铜,H62,、,H59,。,(b),双相黄铜,(a),单相黄铜,冷凝器管,汽车机油泵衬套,弹壳黄铜,- H70 ( H68 ),部分普通黄铜的牌号、成分、机械性能及用途,黄铜铸件,黄铜棒,法兰阀,闸阀,单相黄铜,H80,、,H70,、,H68,塑性很好,适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。,双相黄铜,H62,、,H59,可进行热变形,通常热轧成棒材、板材。可铸造。,(2),复杂黄铜,(特殊黄铜),黄铜制品,铅黄铜,HPb63-3,铅改善切削加工性能,提高耐磨性,对强度影响不大,略微降低塑性。用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件,(,如钟表零件等,),,铸造铅黄铜可制作轴瓦和衬套。,锡黄铜,HSn62-1,锡显著提高黄铜在海洋大气和海水中的抗蚀性,并使强度有所提高。压力加工锡黄铜广泛用于制造海船零件。,铝黄铜,HAl60-1-1,铝提高黄铜的强度和硬度,(,但使塑性降低,),,改善在大气中的抗蚀性。制作海船零件及其它机器的耐蚀零件。铝黄铜中加入适量的镍、锰、铁后,还可得到高强度、高耐蚀性的复杂黄铜,制造大型蜗杆、海船螺旋浆等重要零件。,硅黄铜,HSi65-1.5-3,硅显著提高黄铜的机械性能、耐磨性和耐蚀性。硅黄铜具有良好的铸造性能,并能进行焊接和切削加工,主要用于制造船舶及化工机械零件。,常用牌号有,HPb63-3,、,HAl60-1-1,、,HSn62-1,、,HFe59-1-1,、,ZCuZn38Mn2Pb2,、,ZCuZn16Si4,等,.,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。,2.,青铜,青铜原指铜锡合金,但工业上都习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜基合金为青铜,所以青铜实际上包括有锡青铜、铝青铜、铍青铜,等等。青铜也可分为压力加工青铜,(,以青铜加工产品的形式供应,),和铸造青铜两类。,(1),锡青铜,以锡为主要合金元素的铜基合金称锡青铜。在一般铸造状态下,锡含量低于,6%,的锡青铜能获得单相组织。,相是锡溶于铜中的固溶体,具有面心立方晶格,塑性良好,容易冷、热变形。锡含量大于,6%,时,组织中出现,(+,),共析体。,相极硬和脆,不能塑性变形。,锡青铜管,船用青铜软管快速接头阀,(,锡青铜阀体、阀盖,),青铜制品,性能 锡青铜的铸造收缩率很小,可铸造形状复杂的零件。但铸件易生成分散缩孔,使密度降低,在高压下容易渗漏。锡青铜在大气、海水、淡水以及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好,但在盐酸、硫酸和氨水中的抗蚀性较差。锡青铜中加入少量铅,可提高耐磨性和切削加工性能;加入磷可提高弹性极限、疲劳极限及耐磨性;加入锌可缩小结晶温度范围,改善铸造性能。,应用 在造船、化工、机械、仪表等工业中广泛应用,主要制造轴承、轴套等耐磨零件和弹簧等弹性元件,以及抗蚀、抗磁零件等。,(2),铝青铜,以铝为主要合金元素的铜合金称铝青铜。铝青铜的耐蚀性优良,在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中的耐蚀性,均比黄铜和锡青铜高。铝青铜的耐磨性亦比黄铜和锡青铜好。,应用 制造齿轮、轴套、蜗轮等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件,以及弹簧和其它高耐蚀性弹性元件。,大型水力发电设备中的抗磨环,(3),铍青铜,以铍为基本合金元素的铜合金,(,铍含量,1.7,2.5%),称铍青铜。铍青铜在淬火状态下塑性好,可进行冷变形和切削加工,制成零件经人工时效处理后,获得很高的强度和硬度:,Rm,达,1200MPa,1500MPa,,硬度达,350HBW,400HBW,超过其它铜合金。,铍青铜的弹性极限、疲劳极限都很高,耐磨性和抗蚀性也很优异,。它有良好的导电性和导热性,并有无磁性、耐寒、受冲击时不产生火花等一系列优点,但价格较贵。,应用 制作精密仪器的重要弹簧和其它,弹性元件,,钟表齿轮,高速高压下工作的轴承及衬套等,耐磨零件,,以及电焊机电极、防爆工具、航海罗盘等,重要机件,。,铍青铜制品,3.,白铜,以镍为主要合金元素的铜合金称为白铜。在固态下,铜与镍无限固溶,因此工业白铜的组织为单相,固溶体。它有较好的强度和优良的塑性,能进行冷、热变形。冷变形能提高强度和硬度。它的抗蚀性很好,电阻率较高,用于制造船舶仪器零件、化工机械零件及医疗器械等。锰含量高的锰白铜可制作热电偶丝。常用白铜,B30,、,B19,、,B5,白铜件,用途,香港女王伍毫,(,白铜,),白铜暖手壶,部分白铜的牌号、成分、机械性能及用途,5.4.3,钛及钛合金 空间合金,钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点,同时资源丰富,所以有着广泛应用前景。但目前钛及钛合金的加工条件复杂,成本较昂贵。,特点:,比强度高、热强度高、耐腐蚀(,400,的海水中工作),工艺性能差:难铸造、难焊接、难机加工,5,万一吨,美,F-22,战机约,36%,重,量的零件用钛合金制造,如石油化工用热交换器、反应器,海水净化装置及舰船零部件。,钛钢复合反应釜,钛管换热器,钛制蒸馏塔,钛合金氢泵诱导轮,钛合金氢泵壳体,-Ti,合金组织,钛合金卫星框架,钛合金液下泵,钛合金管,钛合金管应用,钛合金棒,钛合金眼镜架,钛离心泵,生物医用材料,飞机压气机叶片,钛飞船,叶片,钛合金泵,二十一世纪的金属材料,钛和钛合金,可作人造骨的钛合金,用钛,-,镍形状记忆合金制成,的,人造卫星天线,轴承合金,性能要求,1.,足够的强度和硬度,,2.,足够的塑性和韧性,3.,高的耐磨性,,轴瓦,ZCh,SnSb11-6,轴承合金的显微组织,ZCh,轴承,一,.,锡基轴承合金,锡基轴承合金,(,锡基巴氏合金,),是一种软基体硬质点类型的轴承合金。,最常用的牌号是,ZSnSb11Cu6,(含,11%Sb,和,6%Cu,,余,Sn,)。,显微组织为,Cu6Sn5,。其中黑色部分是,相软基体,白方块是,相硬质点,白针状或星状组成物是,Cu6Sn5,。,锡基轴承合金的,摩擦系数和膨胀系数,小,塑性和导热性好,适于制作最重要的轴承,如汽轮机、发动机和压气机等大型机器的高速轴瓦。,但锡基轴承合金的疲劳强度较低,许用温度也较低,(,不高于,150),巴氏合金轴瓦,黑色部分是,相软基体,白方块是,相,SnSb,硬质点,白针状或星状组成物是,Cu6Sn5,二,.,铅基轴承合金,这种合金的铸造性能和耐磨性较好,(,但比锡基轴承合金低,),,,价格较便宜,,可用于制造中、低载荷的轴瓦,,例如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。,内燃机轴瓦,双金属轴承,表面保护层,减磨层,镍栅层(镀层),轴承合金,衬背,三,.,铜基轴承合金,铅青铜,ZQPb30(ZCuSn11),,成分为,30%Pb,其余为,Cu,。这是一种硬基体软质点类型的轴承合金。,具有高的疲劳强度和承载能力,优良的耐磨性、导热性和低的摩擦系数,能在较高温度,(250),下正常工作,,因此可制造大载荷、高速度的重要轴承,例如航空发动机、高速柴油机的轴承等。,四、铝基轴承合金 成本低,第,5,章,小结,1.,碳钢可按成份、质量、用途和冶炼方法来分类。碳钢通常分为,普通碳素结构钢,Q215,、,Q235,等,优质碳素结构钢,20,、,45,、,60,等,碳素工具钢,T8,、,T10,、,T12,等,不同牌号的钢材其应用领域不同。,2.,合金钢分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。常用钢号有:,低合金结构钢,Q345,调质钢,40Cr,、,40CrB,、,40CrNiMo,、,38CrSi,渗碳钢,20Cr,、,20MnVB,、,20CrMnTi,、,18Cr2Ni4WA,弹簧钢,65Mn,、,50CrV,、,60Si2Mn,轴承钢,GCr9,、,GCr15,、,GCr15SiMn,低合金刃具钢,9SiCr,、,CrWMn,高速钢,W18Cr4V,不锈钢,1Cr13,、,2Cr13,、,3Cr13,、,4Cr13,、,1Cr17,、,1Cr18Ni9Ti,冷模具钢,Cr12MoV,热模具钢,5CrMnMo,、,5CrNiMo,、,3Cr2W8V,合金结构钢可用于制造各种结构件、机械零件、齿轮、轴承、弹簧等,合金工具钢可用于制造各种刃具、模具、量具;,特殊性能钢有不锈钢、耐磨钢、耐高温钢等,分别用于制造要求耐蚀、耐磨、耐高温零件。,通过各种热处理方法可调整合金钢的性能,3.,铸钢主要用于制造形状复杂、需要一定强度、塑性和韧性的零件件。,铸铁是碳质量份数大于,2.11%,铁碳合金。铸铁中石墨形态、基体组织对铸铁的性能有很大的影响。铸铁分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁几类。可通过加入合金元素和热处理来改善其性能。,4,铝合金、铜合金有特殊的机械性能和理化性能,常用铝合金有:,LF5,、,LY11,、,LC4,、,ZL102,等,常用铜合金有:,H80,、,H62,、,QSn6.5-0.1,、,QAl9-4,、,QBe2,等,锡基轴承合金:,ZChSnSb11-6,表,5-3,普通碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用,第三章常用金属材料,钢,有色金属,粉末冶金,第一节钢,碳素结构钢 碳素结构钢,碳素钢 优质碳素结构钢,碳素工具钢,钢 合金结构钢 低合金结构钢,合金结构钢,合金钢 合金工具钢,特殊性能钢,一、碳素钢,(一)碳及杂质对钢的性能的影响,1,、碳,2,、,S,:热脆性,0.02,0.05%,3,、,P,:冷脆性,0.03,0.045%,4,、,Si(0.5) Mn(0.8),(,二)碳素钢分类,1,、碳素结构钢,1,),碳素结构钢,C0.06,0.38%,,,S0.045%,、,P0.05%,成本低,牌号:,Qxxx,如,Q235A,F,2),优质碳素结构钢,C0.05,0.9S=0.035,、,P=0.035,牌号:,xx,如:,45,含碳量的万分之,45,08,25,低碳钢,塑韧性好,焊接、冲压,30,55,中碳钢,综合性能好,齿轮、轴,60,85,高碳钢,强硬度高,弹性件,C 0.7,1.3,,,S0.03,、,P0.035,硬度、耐磨性高,作刀具、模具,牌号:,Tx(xx),如:,T7,、,T13A,含碳量的千分之几,A,表示:,S0.02,、,P0.5,、,Mn0.8,,或有意加入其它合金元素形成的钢,称为合金钢,低、中、高合金钢的区分,(一),合金结构钢,优点:机械性能高、淬透性好,牌号:两位数字,+,元素符号,+,两位数字,如:,30Mn2,,,12Cr2Ni4A,,,38CrMoAl,1,、低合金结构钢,C0.25%,,加入少量合金元素,强度提高 ,结构轻,,如,16Mn,(长江大桥)、,15MnTi,、,15MnV,2,、优质合金结构钢,优质碳素结构钢的基础上加入合金元素,1,)渗碳钢:,C0.25,,,15Cr,、,20Cr,、,MnTi,、,12CrNi2,2,)合金调质钢,C0.3,0.6,,高强度、高韧性的复杂机械零件,,40Cr,、,40MnB,、,35CrMo,、,38CrMoAl,3),合金弹簧钢,C0.55,0.82,,,60Si2Mn,、,50CrVA,(高级优质钢,,S,0.02,P,0.030),(,二)合金工具钢,牌号:,一位数字,+,元素符号,+,数字,第一位数字表示含碳量的千分之几,超过千分之十,不再标出;此外,高速钢等不标含碳量,1,、低合金工具钢:,9SiCr,、,9Cr2,、,Cr06,、,CrWMnN,(,二)合金工具钢,2,、高速钢:,W18Cr4V,、,W9Cr4V,、,W6Mo5Cr4V2,3,、冷变形模具钢:,Cr12 C12Mo Cr12MoV,4,、热变形模具钢:,5CrMnMo 5CrNiMo,5,、压铸模具钢:,3Cr2W8VA,(三)特殊性能钢,1,、不锈钢:,1,)铬不锈钢:,1Cr13 2Cr13 1Cr17,2),铬镍不锈钢:,0Cr19Ni9 1Cr18Ni9Ti,2,、耐热钢:,20Cr2Mo1V 1Cr13Mo,3,、耐磨钢:,50Mn2 ZGMn13,牌号,碳素结构钢,Q235,优质碳素结构钢,08 40 85,碳素工具钢,T8 T13 T8A,合金结构钢,16Mn 12CrNi2 40Cr 60Si2Mn,合金工具钢,9SiCr W CrWMnN W18Cr4V,第二节常用有色金属材料,一、铝及铝合金,(一)纯铝,(二)变形铝合金,加入,Cu Mg Mn,等合金元素,强硬度较高,1,)防锈铝合金:,LFxx,2),硬铝合金:,LYx,3),超硬铝:,LCx,4),锻铝,二 、铜及铜合金,(一)纯铜,(二)铜合金,1,、,黄铜:以锌为主加元素,1),普通黄铜:铜锌二元合金,价格低,牌号,Hxx,,如,H62,2),特殊黄铜,二 、铜及铜合金,牌号:,H+,主加元素符号,+,铜含量,+,主加元素含量,如,,HPb59-1,2,、,青铜:铜锌及铜镍以外的铜合金,牌号:,Q+,主加元素符号,+,主加元素含量 如,QSn6.5-0.1 P0.1%,1),锡青铜,2,)特殊青铜,合金结构钢的分类:,低合金高强度钢、 合金渗碳钢、 合金调质钢、合金弹簧钢,、轴承钢、超高强度钢,(一)低合金高强度结构钢,应用:在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑结构、桥梁、车辆 、船舶 、输油输气管道、压力容器等。,性能:好的塑性韧性及焊接性能 ,强度高,可抵抗大气腐蚀。,成分:低碳、含,Mn,、,Ti,、,V,、,Nb,、,RE,元素,牌号:,Q+,数字 (,Q345,,,Q390,,,Q420,,,Q460,),屈服强度,(,二)、合金渗碳钢:低碳钢基础上加合金元素,应用:汽车、重型机床齿轮、活塞销,内燃机的凸轮轴等,2,性能:,“,表硬心韧,”,3,成分:,Wc,:,0.12,0.25%,,常加元素,Cr ,Ni ,Mn ,B,,微量元素,V, Ti , W , Mo,4,分类和牌号,分类:低淬透性合金渗碳钢,20Mn2 20Mn,中淬透性合金渗碳钢,20CrMnTi 20 CrMn 20MnTiB,高淬透性合金渗碳钢,18Cr2Ni4WA,常用牌号:,20CrMnTi 20CrMn 20MnTiB,等,最终热处理:渗碳,+,淬火,+,低温回火,组织:表面高碳回火马氏体,+,碳化物,+,少量残余奥氏体,,,心部:铁素体,+,低碳回火马氏体,(三) 合金调质钢:,(,需要经过调质处理 使用的中碳合金钢。,),应用:精密机床主轴、火车发动机曲轴、连杆螺栓、汽车后桥半轴等。,性能要求:良好的综合性能(即高强度、好的塑性韧性),成分:中碳(,Wc,:,0.250.50%,,多数,0.4%,),合金元素:,Mn, Cr, Si, Ni, B, Mo ,W,等。,4,分类和牌号,低淬透性合金调质钢,40Cr 40MnB,中淬透性合金调质钢,35CrMo 38CrSi,高淬透性合金调质钢,38CrMoAlA 40CrNiMoA,常用牌号:,40Cr 40MnB 35CrMo,5,热处理:调质处理,(四) 合金弹簧钢,1,应用:用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧。,性能:具有高的弹性极限以及屈服强度,还具有高的疲劳强度和足够的塑性韧性。,成分:,Wc 0.45,0.70%,,多数,0.6%,,合金元素及作用:,Si,Mn,Cr,V,,,Nb,Mo,W,4,常用牌号:,60Si2Mn,,,50CrVA,5,最终热处理:淬火,+,中温回火,(五)轴承钢(用于制造滚动轴承),两大类:高碳铬轴承钢,GCr15,、,GCr15SiMn,高碳无铬轴承钢,GMnMoVRE GSiMnMoV,
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