第3章 电子课件(有色金属)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.3,有色金属及其合金,除钢铁以外的其他金属，如铝、铜、锌、镁、铅、钛、锡等及其合金统称为有色金属（或非铁金属）。,3.3.1,铝及铝合金,主要包括以下内容：,1.,工业纯铝,2.,铝合金的分类,.,铝合金的强化处理,.,变形铝合金,.,铸造铝合金,1.,工业纯铝,工业纯铝的主要性能是：纯铝的导电性、导热性很好。在大气中具有良好的耐蚀性，但铝不耐酸、碱、盐的腐蚀。纯铝塑性好。,工业纯铝的主要用途是：代替贵重的铜合金，制作导线，配制各种铝合金，制作质轻、导热或耐大气腐蚀，但强度不高的器具,。,2.,铝合金的分类,根据铝合金的成分及生产工艺特点，将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。,图,铝合金分类示意图,.,铝合金的强化处理,铝合金的热处理与钢不同。钢是通过控制同素异构转变来改变性能，铝合金是通过固溶,时效处理来提高强度、硬度和其他性能，这种热处理也称为强化处理。,铝合金的固溶,时效强化,当加热到,相区，保温后在水中快冷，其强度、硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善，这种热处理称为固溶处理（或固溶淬火）。淬火后的铝合金，如在室温下停留相当长的时间，它的强度、硬度才显著提高，塑性下降。,淬火后铝合金的强度和硬度，随时间而发生显著提高的现象称为时效强化和时效硬化。,.,变形铝合金,（1,）铝,-,锰或铝,-,镁系合金,这类合金又叫防锈铝,（,2,）铝,-铜-,镁系合金,这类合金又叫硬铝,（,3,）铝,-铜-镁-,锌系合金,这类合金又叫超硬铝,（,4,）铝,-铜-镁-,硅系合金,这类合金又叫锻铝,.,铸造铝合金,铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝鎂系、铝锌系四种，其中以铝硅系合金应用最广。,（1,）铝硅系铸造铝合金,称为硅铝明，其特点是铸造性能好，线收缩率小，流动性好，热裂倾向小，具有较高的抗蚀性和足够的强度。,例如，,ZL108,经过淬火和自然时效后，强度极限可提高到,200260,MPa，,适用于强度和硬度要求较高的零件。,（2,）铝铜系铸造铝合金,这类合金的铜含量不低于,WCu,=4%。,这类合金可以通过时效强化提高强度，并且时效强化的效果能够保持到较高温度，使合金具有较高的热强性。由于合金中只含少量共晶体，故铸造性能不好，抗蚀性和比强度也较优质硅铝明低，此类合金主要用于制造在,200300,条件下工作、要求较高强度的零件，如增压器的导风叶轮等。,（3,）铝镁系铸造铝合金,这类合金有,ZL301、ZL302,两种，其中应用最广的是,ZL301。,该类合金的特点是密度小，强度高，比其他铸造铝合金耐蚀性好。它一般用于制造承受冲击载荷，耐海水腐蚀，外型不太复杂便于铸造的零件，如舰船零件。,（4,）铝锌系铸造铝合金,与,ZL102,相类似，这类合金铸造性能很好，流动性好，易充满铸型，但密度较大，耐蚀性差。该合金可以在不经热处理的铸态下直接使用，常用于汽车、拖拉机发动机的零件。,3.3.2,铜及铜合金,铜是人类应用最早和最广的一种有色金属，由于具有某些优良的性能，使得铜及铜合金在电气仪表、造船及机械制造工业中得到了广泛的应用。,1.,工业纯铜,主要性能：纯铜的导电性和导热性好，强度不高，硬度很低，塑性极好，并有良好的低温韧性，可以进行冷、热压力加工。,纯铜具有很好的化学稳定性，在大气、淡水及冷凝水中均有良好的抗蚀性。但在海水中的抗蚀性较差，易被腐蚀。纯铜在含有,CO2,的湿空气中，表面将产生碱性碳酸盐的绿色薄膜，又称铜绿。,主要用途：纯铜主要用于导电、导热及兼有耐蚀性的器材，如电线、电缆、电刷、防磁器械、化工用传热或深冷设备等。纯铜是配制铜合金的原料，铜合金具有比纯铜好的强度及耐蚀性，是电气仪表、化工、造船、航空、机械等工业中的重要材料。,2.,铜合金,由于纯铜的强度低，加入适量合金元素制成铜合金。,（1,）铜合金的分类,按化学成分铜合金可分为黄铜、青铜及白铜三大类，在机器制造业中，应用较广的是黄铜和青铜。,按生产方法铜合金可分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。,（2,）铜合金牌号表示方法,压力加工黄铜：普通压力加工黄铜代号表示方法为“,H”+,铜元素含量（质量分数,100,）。压力加工青铜：代号表示方法是“,Q”,+,第一主加元素的化学符号及含量,+,其他合金元素含量。例如，,QA15,表示,WAl,=5%、,余量为,铜的加工铝青铜。,铸造铜合金,(,铸造黄铜与铸造青铜,),的牌号表示方法相同，是“,Z”+,铜元素化学符号,+,主加元素的化学符号及含量（质量分数,100）+,其他合金元素化学符号及含量（质量分数,100,）。,常用的普通黄铜,普通黄铜主要用于压力加工，按加工特点分为冷加工用,单相黄铜与热加工用,+,双相黄铜两类。,H90（,及,H80,等）属,单相黄铜，有优良的耐蚀性、导热性和冷变形能力，并呈金黄色，故有金色黄铜之称。常用于镀层及制作艺术装饰品、奖章、散热器等。,H68（,及,H70）,属,单相黄铜，按成分称为七三黄铜。它具有优良的冷、热塑性变形能力，适宜用冷冲压（深拉延、弯曲等）制造形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹壳、波纹管等，故又有弹壳黄铜之称。,特殊黄铜,在普通黄铜的基础上，加入其他合金元素组成的多元合金称为特殊黄铜。常加入的元素有锡、铅、铝、硅、锰、铁等。特殊黄铜也可依据加入的第二合金元素命名，如锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜等。,青铜,青铜是人类应用最早的一种合金，原指铜锡合金。现在工业上把以铝、硅、铅、铍、锰、钛等为主加元素的铜基合金均称为青铜，分别称为铝青铜、铍青铜、硅青铜等，铜锡合金称为锡青铜。按照生产方式不同，青铜分为压力加工青铜和铸造青铜两类。,锡青铜,锡青铜在大气、海水、淡水以及水蒸气中抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硫酸及氨水中的抗蚀性较差。,锡青铜中还可以加入其他合金元素以改善性能。加入铅可以使合金的组织中存在软而细小的黑灰色铅夹杂物，提高锡青铜的耐磨性和切削加工性。加入磷，可以提高合金的流动性，提高合金的耐磨性。,铝青铜,铝青铜是以铝为主加元素的铜合金，一般铝含量为,5%10%,。铝青铜的力学性能和耐磨性均高于黄铜和锡青铜，它的结晶温度范围小，不易产生化学成分偏析，而且流动性好，分散缩孔倾向小，易获得致密铸件。,可制造齿轮、轴套、蜗轮等高强度、耐磨的零件以及弹簧和其他耐蚀元件。,铍青铜,铍青铜的弹性极限、疲劳极限都很高，耐磨性、抗蚀性、导热性、导电性和低温性能也非常好，此外，尚具无磁性、冲击时不产生火花等特性。在工艺方面，它承受冷热压力加工的能力很好，铸造性能也好。但铍青铜价格昂贵。,3.3.3,滑动轴承合金,滑动轴承是指支承轴和其他转动或摆动零件的支承件。它是由轴承体和轴瓦两部分构成的。轴瓦可以直接由耐磨合金制成，也可在基体上浇铸一层耐磨合金内衬制成。用来制造轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金。,1.,对滑动轴承合金的性能要求,具有良好的减摩性；,具有足够的力学性能；,滑动轴承合金还应具有良好的导热性、小的热膨胀系数、良好的耐蚀性和铸造性能。,2.,滑动轴承合金的组织特征,（1,）轴承材料基体应与钢铁互溶性小,（,2,）轴承合金组织应软硬兼备 金相组织应由多个相组成，如软基体上分布着硬质点，或硬基体上嵌镶软颗粒。,3.,常用的滑动轴承合金,滑动轴承的材料主要是有色金属。常用的有锡基轴承合金、铅基轴承合金、铜基轴承合金、铝基轴承合金等。,（1,）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）,它是以锡为基体元素，加入锑、铜等元素组成的合金。锡基轴承合金摩擦系数小，塑性和导热性好，是良好的减摩材料，常用作重要的轴承，如汽轮机、发动机等巨型机器的高速轴承。它的主要缺点是疲劳强度较低，且锡较稀少，因此这种轴承合金价格最贵。,（,2,）铅基轴承合金,它是铅,-,锑为基体的合金。铅基轴承合金的强度、塑性、韧性及导热性、耐蚀性均较锡基合金低，且摩擦系数较大，但价格较便宜。因此，铅基轴承合金常用来制造承受中、低载荷的中速轴承。如汽车、拖拉机的轴承及电动机轴承。,3.3.4,钛及钛合金,1.,工业纯钛,工业纯钛的牌号用“,TA”（“T”,为“钛”的汉语拼音字首）及数字表示，数字越大，纯度越低。其牌号有,TA1、TA2、TA3,三种。工业纯钛的力学性能与其纯度有很大关系，若存在氧、氮、铁、氢、碳等杂质元素，则可使强度、硬度增加，而塑性、韧性下降,。,2.,钛合金,为了进一步提高强度，可在钛中加入合金元素。合金元素溶入,-Ti,中，形成,固溶体，溶入,-Ti,中，形成,固溶体。因此可将钛合金分为,钛合金、,钛合金、（,+）,钛合金三类，其符号分别用,TA、TB、TC,表示。,3.3.5,镁及镁合金,镁的储量仅次于铝和铁，居第三位，中国菱镁矿储量居世界首位。纯镁为银白色，其密度为,1.74,g/cm3，,是铝的,2/3,，钢的,1/4,；以镁为基体的合金称为镁合金，也称为超轻质合金。镁合金是工业应用中最轻的结构材料。,1.,工业纯镁,工业纯镁的牌号用“,Mg”,和序列号表示，例如,Mg1,称为一号纯镁，,Mg2,称为二号纯镁。纯镁的强度较低，实际应用时常加入其他元素，如,Al，Zn，,Mn,，,Zr,以及稀土元素等，通过固溶强化、时效强化、细晶强化等，形成具有优良性能的镁合金，强度较高，具有良好的切削加工性能。,2.,镁合金,镁合金在汽车、飞机、通信、电子等领域内的应用，以铸造镁合金居多。变形镁合金的应用较少，主要集中在国防军工方面，如穿甲弹、诱饵鱼雷壳体，以及雷达、卫星上的井字架，重量与塑料壳体相当，但刚度很高。,3.4,粉末冶金材料,粉末冶金是将几种金属粉末或金属与非金属粉末混匀后压制成型，再经过烧结而获得材料或零件的加工方法。,3.4.1,粉末冶金的工艺特点,用粉末冶金方法可以生产出结构材料和具有多种特殊性能的材料，如硬质合金、难熔金属、磁性材料、摩擦材料、高温耐热材料等；,粉末冶金不需要熔炼和铸造，生产工艺简单，占地面积小；,粉末冶金法可使压制品达到或极接近于零件要求的形状、尺寸精度与表面粗糙度，生产无切削或少切削的优质机械零件，材料的利用率高，接近,100%,。,3.4.2,粉末冶金的生产工艺,粉末冶金产品一般经过以下四个工序：,粉料配制混匀,压制成型,烧结,后处理。,2.4.3,粉末冶金材料的应用,在工业生产中利用粉末冶金法，可以制成多种机械零件和工具，如刀具、精密齿轮、含油轴承、衬套、摩擦片、过滤器等。,1.,含油轴承,是将粉末压制成轴承后，再浸在润滑油中。由于粉末冶金材料的多孔性，在毛细现象作用下，可吸附大量润滑油，故又称为含油轴承。,一般用作中速、轻载荷的轴承，特别适宜不能经常加油的轴承，如纺织机械、食品机械、家用电器等轴承，在汽车、拖拉机、机床中也广泛应用。,2.,摩擦材料,摩擦材料通常由强度高、导热性好、熔点高的金属作为基体，并加入能提高摩擦系数的摩擦组分，以及能抗咬合、提高减摩性的润滑组分的粉末冶金材料。因此，它能较好地满足使用性能的要求。,3.,硬质合金,硬质合金是以碳化钨（,WC）,或碳化钨与碳化钛（,TiC,）,等高熔点、高硬度的碳化物为基体，并加入钴（或镍）作为粘结剂而制成的一种粉末冶金材料。,常用的硬质合金,常用的硬质合金按成分与性能特点可分为三类，其代号、成分与性能如下：,钨钴类硬质合金,钨钴类硬质合金的主要化学成分为碳化钨及钴。其代号用“硬”、“钴”两字汉语拼音的字首“,YG”,加数字表示。数字表示钴的含量。例如,YG6，,表示钨钴类硬质合金，,WCo,=6%，,余量为碳化钨。这类合金刀具切削韧性材料时的耐磨性较差，适合加工铸铁、青铜等脆性材料。,钨钴钛类硬质合金,钨钴钛类硬质合金的主要化学成分为碳化钨、碳化钛及钴。其代号用“硬”、“钛”两字的汉语拼音的字首“,YT”,加数字表示。数字表示碳化钛含量（质量分数,100,）。例如,YT15，,表示钨钴钛类硬质合,WTiC,=15%，,余量为碳化钨及钴。这类硬质合金刀具切削韧性材料时较耐磨，适合加工钢材。,通用硬质合金,通用硬质合金是以碳化钽或碳化