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1、金属材料与制造工艺 学习目标了解有色金属材料分类 性能和应用学习重点铝 铜 轴承合金的特点 分类及应用学习难点有色金属强化手段 热处理特点 第一节铝及铝合金第二节铜及铜合金第三节钛及钛合金第四节轴承合金 一般认为 钢的抗拉强度和刚度比大多数非铁金属合金高 但轻合金的比重小 它们的比强度和比刚度都比低碳钢和低合金钢高 故轻合金在飞行器上得到广泛应用 在有色金属中 铝及铝合金是应用最广的金属材料 第一节铝及铝合金 第一节铝及铝合金 一 工业纯铝1 性能纯白色轻金属 熔点低 660 良好的导电 导热性能 在大气中抗蚀性较高 强度硬度低 b 80 100 20HBS 塑性高 50 冷变形后强度增加不多
2、 但塑性却急剧下降 2 5 因此纯铝不宜作为受力的结构材料 结晶后为面心立方晶格 无同素异构转变 一 工业纯铝2 牌号1A 两位数字1A99 铝纯度为99 99 的纯铝 A 1 1A97 铝纯度为99 97 的纯铝 A 3 3 应用制造电线 电缆以及具有导热 耐大气腐蚀而对强度要求不高零件 如铆钉 铝门窗 熔炼铝合金 第一节铝及铝合金 二 铝合金在纯铝中加入一种or几种其他元素 Cu Mg Si Zn等 构成的合金 对铝合金进一步进行变形强化和热处理强化 其强度还能进一步提高 常用铝合金分类 见后表 第一节铝及铝合金 二 铝合金 第一节铝及铝合金 二 铝合金1 变形铝合金特点 相图位于D点左边
3、合金 塑性好 适宜锻造 压延和挤压加工 牌号 A 例 5A02 2A12 7A04 2A70注 对应旧牌号为LF2 LY12 LC4 LD7 第一节铝及铝合金 二 铝合金1 变形铝合金常用变形铝合金P94表9 2 防锈铝合金 主要有 Al Mg系列 5A02 Al Mn系列 3A21 性能 耐蚀性 焊接性好 但强度低 机加工性能差 特点 热处理不能强化 只能通过压力加工提高其强度 应用 制造低载荷的压延零件 油箱 导管 硬铝合金 主要有 Al Cu Mg系列 2A12 特点 热处理可以强化 经固溶 时效处理后强度较高 应用 中等强度的构件和零件 铆钉 螺栓 飞机蒙皮 第一节铝及铝合金 二 铝合
4、金1 变形铝合金常用变形铝合金P94表9 2 超硬铝合金 主要有 Al Cu Mg Zn系列 7A04 特点 热处理可强化 是目前强度最高的一类铝合金 应用 受力大的重要构件及高载荷零件 飞机大梁 锻造铝合金 主要有 Al Cu Mg Si系列 2A50 2A70 性能 热塑性好 适于压力加工 锻造 冲压 特点 可以热处理强化 热处理后力学性能与硬铝相近 应用 制造各种形状复杂零件 内燃机活塞 叶轮 第一节铝及铝合金 二 铝合金2 铸造铝合金特点 合金元素含量较高 具有良好铸造性能 塑性 韧性差 不能进行压力加工 代号ZL 牌号合金牌号ZAl Me wMe 例 ZL101orZAlSi2 第一
5、节铝及铝合金 待处理的有色金属铸件 二 铝合金2 铸造铝合金常用铸造铝合金P95表9 3 铝硅合金 硅铝明or杜拉铝 分为 Al Si系列 简单硅铝明 不能热处理强化 ZL102Al Si Me系列 特殊硅铝明 可热处理强化 ZL101 性能 熔点低 密度小 流动性好 收缩及热裂倾向小 有一定强度和良好耐蚀性 应用 主要用于制造重量轻 形状复杂 耐蚀 但强度要求不高构件 是应用最广泛的铸造铝合金 油泵壳体 第一节铝及铝合金 二 铝合金2 铸造铝合金常用铸造铝合金P95表9 3 铝铜合金 ZL201 性能 强度较高 耐热性好 但耐蚀性较低 应用 主要用于强度or高温下不受冲击零件 内燃机汽缸 铝
6、镁合金 ZL301 性能 强度高 耐蚀性好 但铸造性差 耐热性低 应用 主要用于制造在腐蚀介质中工作零件 海轮配件 铝锌合金 ZL401 性能 铸造性好 强度较高 价格便宜 耐蚀性差 耐热性低 应用 主要用于制造结构形状复杂零件 仪表零件 第一节铝及铝合金 三 铝合金的热处理1 特点 固溶处理当wCu D 铝合金加热到 单相区 经保温后迅速水冷 得到过饱和的 固溶体的方法 经此处理后材料强度略有提高 但组织不稳定 有分解出强化相过度到稳定状态的趋向 时效经固溶处理的铝合金 其性能随时间而发生显著变化现象 强度和硬度明显提高 它又分为 人工时效 加热到100 200 自然时效 室温下放置 第一节
7、铝及铝合金 三 铝合金的热处理2 方法软化退火 消除铝合金加工硬化 内应力 成分偏析等 固溶 时效 使铝合金达到最高硬度 是强化铝合金主要途径之一 第一节铝及铝合金 第二节铜及铜合金 一 纯铜 又称紫铜or电解铜 1 性能熔点较高 1083 属于重金属 密度8 96g 3 固态是面心立方晶格 没有同素异构转变 优良导电 导热性和耐大气 海水腐蚀 塑性好 但强度不高 硬度较低 2 牌号T T1 含铜量不少于99 95 的纯铜 3 用途 制造导电 导热材料及作为冶炼铜合金的原料 注 黄铜是重有色金属中应用最为广泛的金属材料 第二节铜及铜合金 三 常用黄铜1 普通黄铜特点 由Cu Zn组成二元合金
8、又分为 单相黄铜 wZn 39 和双相黄铜 39 45 wZn 性能 色泽美观 海水中有良好的耐腐蚀性 加工性能好 单相黄铜 塑性良好 适宜冷变形加工 双相黄铜 b HB较高 适宜热变形加工 牌号H wCu H64 64 wCu 其余为Zn的普通黄铜 常用牌号 H80 金色黄铜 主要用于艺术装饰 奖章 散热器等 H70 弹壳黄铜or三七黄铜 用于深冲压弹壳 散热器等 H62 六四黄铜 广泛用于工业上做垫片 螺钉 油管等 第二节铜及铜合金 第二节铜及铜合金 三 常用黄铜2 特殊黄铜特点 由Cu Zn Me合金 牌号 H 主加元素 wCu w主加Me HPb59 1 59 wCu 1 wPb的特殊
9、黄铜 常用牌号及用途P99表9 5四 白铜 俗称德银 特点 以镍为主要合金元素的铜基合金 白铜 加入其它合金元素 Zn Mn Fe等 特殊白铜性能 具有很高的耐蚀性 优良的冷 热加工性 应用 广泛用于制造精密仪器 仪表 化工机械及医疗器械中的关键零件 五 青铜1 分类锡青铜 压力加工锡青铜 wSn 8 QSn4 3 铸造加工锡青铜 wSn 10 无锡青铜 铝青铜 铍青铜 硅青铜 铅青铜 钛青铜等 2 牌号Q 主加元素 w主加Me w二主加Me QTi3 5 平均wTi3 5 的钛青铜 QSn4 3 平均wSn4 wZn3 的锡青铜 第二节铜及铜合金 青铜器 第二节铜及铜合金 五 青铜3 常用青
10、铜锡青铜 以Sn为主加元素 具有良好强度 硬度 耐腐蚀性和铸造性能 QSn4 3 铝青铜 以Al为主加元素 具有高强度 好耐腐蚀性 色泽美观 价格便宜 QA19 4 铍青铜 以Be为主加元素 优良耐蚀性 高弹性在铜合金中居首位 用于耐蚀 耐高温的弹性零件 QBe2 硅青铜 以Si为主加元素 较高力学性能和耐磨 耐蚀性 常用作长距离架空输电线 QSi3 1 第二节铜及铜合金 六 常用铸造铜合金1 铸造黄铜合金性能 熔点比纯铜低 铸造性能好 且组织致密 牌号ZCu Me wMe ZCuZn38 应用 主要用于一般结构件和耐蚀件 2 铸造青铜合金性能 铸件收缩小 但组织致密度不高 牌号ZCu Me
11、wMe ZCuPb30 应用 主要用于制作艺术品及形状复杂 壁厚的零件 第三节钛及钛合金 一 纯钛1 性能很白亮 密度4 5g 3 熔点1668 结晶后有同素异构转变 Ti882 Ti 耐蚀性极好 Ti与O2和N结合形成致密氧化膜和氮化膜 工艺性较差 导热性小 摩擦系数大 进年来随着电解加工技术发展 加工困难局面有所改观 2 牌号TA 有TA1 TA2 TA3三种 3 应用 通常用于350 以下经冲压or焊接成型零件 在航空和化工部门应用较广 第三节钛及钛合金 二 钛合金 型钛合金 密排六方 1 分类 型钛合金 体心立方 型钛合金2 牌号T 例 TA5 TB2 TC4 第三节钛及钛合金 第三节
12、钛及钛合金 二 钛合金3 性能 型钛合金 组织稳定 有较高耐热性 焊接性良好 成分也不复杂 不能热处理强化 室温强度不高 冷加工比较困难 型钛合金 很好工艺塑性 热处理可得到高强度 合金化复杂 熔炼较困难 性能不稳定 使用较少 型钛合金吸收上面两种钛合金优点 是目前广泛应用一种钛合金 4 应用举例P102表9 8 第四节轴承合金 轴承合金 用于制造滑动轴承的铸造合金 对轴承合金性能的要求 足够的强度和塑性 韧性 有适当的硬度 较小的摩擦系数和良好的磨合性 良好的导热性与耐腐蚀性 良好的铸造工艺性 一 轴承合金理想组织在软基体上分布着硬质点 锡基 铅基轴承合金 在硬基体上分布着软质点 铜基 铝基轴承合金 第四节轴承合金 二 牌号Z 基体金属元素 主要Me wMe ZSnSb11Cu6平均11 wSb 6 wCu 其余为Sn铸造锡基轴承合金 三 分类锡基 铅基 铜基 铝基 灰铸铁也可用于低速 不重要的轴承 四 常用轴承合金应用P103 104 第四节轴承合金 本章总结复习与练习P105 106作业9P105二 三 四 五
