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1、第八章有色金属及合金,通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。 与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点，在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工业不可缺少的材料。虽然有色金属 使用量少，在机械制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少的材料。,主要用途：电线、电缆,4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。,3、面心立方晶格，强度低（b=80-100MPa）， 塑性好（=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其面心立方晶体有关。,2、导
2、电性和导热性好，仅次于银、铜、金居第四位。,特性： 1、熔点低，比重小。熔点为660.4 密度 2.72,第一节 铝及其合金 一、工业纯铝,牌号：工业纯铝牌号有 L1 L2 . L7 数字大纯度低 工业高纯铝牌号有L0 L00 高纯铝 L01 L02 L04 数字大纯度高。,二、铝合金及 强化方法 （一）概述,1、合金化 在纯铝中加入Si 、Cu、Mg、Zn、Mn等元素，经热处理可使强度比纯铝提高34倍。,2、铝合金状态图（一般式） 共同特点是：基本相都是铝基 固溶体和 共晶体。其中 为固溶体或化合物。,3、铝合金的分类及特性 根据加工工艺特性和合金元素含量可分为两大类。 即，变形铝合金和 铸
3、造铝合金。 变形铝合金：具有良好的塑性，可进行锻造、轧制、挤压等压力加工。 铸造铝合金：流动性好，宜铸造，不宜压力加工。,铝合金一般相图,1、热处理强化 强化方法：固溶处理时效强化。,固溶处理：将合金加热到溶解度曲线以上某一温度，得到单一的固溶体组织，然后在水中迅速冷却，使第二相来不及析出，形成过饱和固溶体。这种处理的方法称固溶处理。,时效强化：固溶处理的合金在较低温度下随时间的延长发生进一步强化的现象(强度和硬度上升）称时效硬化或时效强化。,（二）铝合金强化方法,以铝铜合金为例,，获得过饱和的固溶体。其强度可以达到250MN/m2。 时效强化：固溶处理的合金随时间的延续而发生进一步强化的现象
4、称时效硬化或时效强化。例如：固溶处理的合金，如果在室温放置4-5,例如4%Cu的铝合金加热到相区 中某一温度，经过一段时间保温，使获得单一的固溶体组织，然后投入水中快速淬火，使次生相CuAl2 来不及从中析出,时效过程：分四个阶段：,第一阶段，形成GP1区，溶质原子的富集，引起晶格畸变，位错受阻，强度提高。,第二阶段，形成GP11，Gp区有序化,随着原子的进一步富集，原子有序的排列起来，成分结构接近CuAl2，称“，与母相共格，引起晶格进一步畸变，位错进一步受阻，强度进一步提高。,第三阶段，形成过渡相，溶质原子继续富集，化学成分逐渐达到CuAl2的化学成分，部分与母相脱离共格联系，晶格畸变减轻
5、，对位错阻碍减少，合金趋向软化。,第四阶段，相形成与长大，形成稳定的CuAl2。与母相完全脱离共格联系，晶格畸变大为减轻，强化效果显著减弱，合金发生软化，这种现象称“过时效“。,实际上，时效过程不一定全部包括以上四个阶段，自然时效只有一二阶段，人工时效只能观察到三、四阶段。,自然时效：在室温下进行的时效称自然时效（强度可以达到400 MN/m2）， 人工时效：在加热条件下进行的时效称人工时效（100200C）。 人工时效的效果不如自然时效效果好，但时间短。,例：含4Cu的铝合金，固溶强化后强度为250MPa自然失效后（45天）达到400MPa。,强化机理： 在铝的 过饱和 固溶体晶格内形成溶质
6、原子富集区及铝化物且与 固溶体保持共格关系， 使得晶格严重畸变，使位错运动受到阻碍，提高了合金的强度。,2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。,3、固溶强化 合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。,4、加入变质剂，进行变质处理细晶强化。 例：AlSi铸造合金，浇铸前加入23钠盐混合物（2/3NaF + 1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。,铝硅合金变质处理前,铝硅合金变质处理后,特点：合金元素少，热处理强化不起作用，只能用加工硬化的方法强化。,三、常用铝合金 铝合金分为两大类：变形铝合金、铸造铝合金,（一）
7、变形铝合金 变形铝合金按其性能和用途分为：防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻铝合金。,1、防锈 铝 主要合金元素：Mn ， Mg 常用牌号：LF5、LF11、LF21等 L铝 F防锈 数字顺序号,用途：制造油箱、油管等。,用途：制造铆钉、螺旋桨叶片等。,3、超硬铝合金,特点：可用热处理时效强化，也可冷变形加工硬化。,2 、硬铝合金,主要合金元素：Cu Mg,常用牌号： LY1、 LY11等。 L铝 Y硬 数字顺序号,主要合金元素：Zn Mg Cu,常用牌号: LC4 LC6 L铝 C超硬 数字顺序号,特点：这类铝合金是经固溶处理和时效硬化后强度最高的一种铝合金。,用途：制造飞机大梁、蒙皮等。
8、,特点：具有良好的锻造成型性，可固溶处理+人工时效强化。,用途：制造直升飞机的叶片、航空发动机活塞。,4. 锻铝合金,主要合金元素：MgSiCu, CuMgNi,常用牌号：LD5 LD7 L铝 D锻造 数字顺序号,四、铸造铝合金,用途：铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的铝合金零件，例如汽车、拖拉机发动机的活塞等。,合金系：AlSi AlCu AlMg AlZn,牌号表示方法：字母“ZL”三位数字 ZL铸铝; 第一位数字表示合金类别 1表示铝硅系， 2表示铝铜系 3表示铝镁系， 4表示铝锌系 第 二、三位数字表示顺序号。 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。,特点：铸造性能好（Al
9、-Cu合金差）,1、工业纯铜 （又称紫铜） 物理性能：密度为8.93g/cm3 ，熔点为1083 ，呈面心立方晶格，表现出优异的冷、热压力加工性能，导电、导热性能好 。强度低，不能作为结构材料使用。 应用：电线、电缆,第二节 铜及合金,2、黄铜： 化学成分：主要元素是铜和锌。含锌量050。呈淡黄色。,性能特点：强度高（比铝合金高）；耐磨性和耐海水腐蚀性好，都优于铝合金和碳钢。,黄铜,普通黄铜 CuZn合金， H59、H62 、H70等 H黄铜 数字Cu% 应用：水管、油管、散热器等。,特殊黄铜 普通黄铜基础上加入Al Mn Pb Si 进一步提高强度、硬度、耐磨性和 耐蚀性。 牌号：HPb59
10、-1 表示含铅黄铜， Cu%=59 Pb%=1 应用：制造船舶、化工中的高强耐 蚀零件钟表、机械的轴瓦耐 磨零 件等,分类、牌号及应用：,3、青铜 主要成分： Cu-Sn合金，应用最早合金。近代又发展了含Al、Si、Be、Mn、Pb的铜合金，习惯上也都称为青铜。,特性：具有极高的耐磨性并耐蚀性好。,牌号：Q+元素符号含量 QSn4-3 QAl5 ZQSn10-5 等 （3Zn） （5Pb）,应用：耐磨件如齿轮、轴套、蜗轮，仪器上的弹 簧，耐磨和抗磁零件,理想的轴承合金的组织应是软基体上均匀分布着硬质点。软的基体被磨损下凹，可贮存润滑油并形成连续的油膜；硬质点则凸起来支撑轴颈，使轴承和轴颈的实际
11、接触面积小，减小摩擦。如图示：,第三节 滑动轴承合金 用于制造滑动轴承及其内衬的合金,一、性能要求,1、要求轴承合金必须具有足够的抗压强度和疲劳强度。 2、足够的塑性和韧性。 3、低的摩擦系数 4、良好的导热性和小的膨胀系数。,二、分类及主要成分 锡基轴承合金 Sn+锑（Sb）和铜 铅基轴承合金 Pb+Sb+Sn+Cu 还有铜基轴承合金、铝基、等,四、工业中常用的轴承合金 工业上称巴氏合金（巴比特合金）（锡基和铅基轴承合金） 锡锑合金 ZchSnSb11-6 铅锑合金 ZChPbSb16-16-2 (16%Sb, 16%Sn, 2%Cu),三、牌号表示方法：ZCh+基本元素符号主加元素符号含量
12、辅加元素平均含量 例：ZChSnSb11-6 ZCh铸造轴承 Sn基本元素是锡 Sb11锑含量为11 6铜含量6,软基体是Sb溶于Sn形成的固溶体呈暗黑色； 硬质点是SnSb,相呈白方块,用途：浇注大型机器的轴瓦，如气轮机发动机等高速轴瓦。巴氏合金熔点和强度均较低，承受不了大的压力，生产上常用离心浇注法将它们镶铸在08F钢轴瓦上，制成所谓“双金属”轴承。,第八章 结 束,二、钛及其合金,纯钛是灰白色轻金属，密度为4.507g/cm3, 熔点为1668 钛在固态下有两种晶体结构，882.5 以上为 Ti呈体心立方晶格， 882.5 以下为-Ti呈密排六方晶格。这种转变对钛合金的强化具有重要的意义。,钛合金具有重量轻、比强度高，耐蚀性好，耐高低温性能好等优点，在航空、宇航、造船机械化工等方面都有广阔发展前景。例如制造人造卫星外壳、火箭发动机壳体、宇宙飞船船舱等。,
