常用金属材料-有色金属及其合金课件

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1、有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料.,4-3 有色金属及其合金,1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有 金属。,2.性能特点:具有独特的性能。,3.分类,重金属(密度3.5): Cu、Ni 等。 轻金属(密度3.5): Al、Mg 等。 贵重金属: Au、Ag、Pt 等。 稀有金属: W、Ti、Ra、Nb 等。 半金属: Si、Te、B 等。,（一） 铝及铝合金,铝及铝合金性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72 )，熔点低(660.4),

2、导电、导热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形 。 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 塑性高;强度低,铝合金制造的机翼,铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。,分类,高纯铝 L0104,工业高纯铝 L0、L00,工业纯铝 L15,牌号： 铝锭：Al顺序号 顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差 如：Al2 铝材：L顺序号 顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差 如：L1，L2,1、纯铝,纯铝应用 导线 电器仪表零件 装饰件,可将铝合金分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。 变形铝合金又分为可热

3、处理强化和不可热处理强化两类.,2、铝合金 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。,牌号表示方法,形变铝合钢,GB 3190-82表示方法为: 防锈铝合金：LF +顺序号 硬铝合金： LY +顺序号 超硬铝合金：LC +顺序号 锻铝合金： LD +顺序号,铝是可以回收利用的金属,常用变形铝合金 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg主要作用是,卫星天线（LF2）,提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。 不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。,汽化器(热交换管为LF21),常用的Al

4、-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，焊接性和塑性良好，但切削加工性较差。 用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。 常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯,铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。, 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。 可进行时效强化，也可进行变形强化。 强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如LY11 (2A11)、 LY12 (2A12)等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等.,飞机翼梁(

5、腹板为硬铝合金), 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 室温强度最高的铝合金 热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9 (7A09 )等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件, 如飞机大梁、起落架等.,飞机主起落架, 锻铝合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.,压气机叶片,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮

6、等。,美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金),高比强铝合金机翼,铸造铝合金 包括： Al- Si系： 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号 Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号 Al-Zn系： 代号为ZL4+两位数字顺序号 Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.,铸造铝合钢,在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。,加入其他

7、合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。,活塞(裙部为铝硅合金),用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。, Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。,汽缸头,常用代号有ZL201 (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。, Al-Mg系铸造铝合金 这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。,常用代号为ZL301(ZAlM

8、g10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等. 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机密封件等(ZL102、301), Al-Zn系铸造铝合金 这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。,大型空压机活塞(ZL401),常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等. 主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,铜及铜合金性能特点 1、纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 纯铜的导电、导热性能极好，无磁性，且具有优良的耐蚀性和塑性、韧性。

9、 用于制造电线、电缆、导热及耐蚀器材、电器元件等，一般不用于结构零件,热轧铜合金,（二）铜及铜合金,2、铜合金 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性. 铜合金分为黄铜、青铜。,黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。,铜与锌的二元合金称为普通黄铜。 加工普通黄铜的牌号为：H (黄) + 表示铜平均百分含量的数字，如H62。,普通黄铜,单相黄铜塑性好。 常用牌号：H80、H70、 H68。 适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜热塑性好

10、, 强度高. 常用牌号：H59、H62。 适于制造受力件，如垫圈、销钉、铆钉、导管、散热器等。,在普通黄铜的基础上加入Al、 Fe、Si、Mn、Pb、 Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。 特殊黄铜的牌号为： H(黄)+主加元素符号(Zn除外)+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量, 如HPb59-1. 特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,特殊黄铜,常用牌号：HPb63-3（铅黄铜）、HAl59-3-2（铝黄铜）、ZHAl67-2.5、ZHPb59-1等。 主要用于：热冲压及切削加工零件，船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。,青铜 除黄铜和白铜（Cu-Ni二元合

11、金）外的其他铜合金统称为青铜。 青铜的牌号：Q +主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量 如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、硅青铜、铝青铜、铅青铜等。,青铜制品,是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。 锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。 质量分数小于7%：塑性良好，可压力加工 质量分数大于10%： 塑性低，强度高， 可用于铸造，体积收缩率小，适于 铸造形状复杂、对尺寸精度要求较 高的铸件。,锡青铜锭,普通青铜,常用牌号： QSn4-3、QSn6.5-0.4等。,主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫

12、圈等。,与普通青铜相比，特殊青铜具有更高的强度、硬度、抗蚀性与耐磨性。铸造流动性很好，可得到致密铸件，但收缩率大。 硅青铜：QSi3-1 用途：弹簧、耐蚀零件以及蜗轮、蜗杆、齿轮、制动杆 铅青铜：ZQPb30 用途：航空发动机、柴油机发动机曲轴和连杆轴承,特殊青铜,铝青铜 以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。 强度、硬度、耐,大型水力发电设备中的抗磨环,磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。 常用牌号：ZQAl9-2、ZQAl10-3-1.5等。 用途：形状简单的大型铸件；船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。,第五节 其他

13、工程材料,一、高分子材料 基本概念 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。,高分子化合物的组成 由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2- ,组成聚合物的低分子化合物称为单体。 聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。,聚乙烯分子链,高分子材料的分类 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物,1、工程塑料,塑料在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。 塑料

14、的组成,塑料是以合成树脂为主要成分，加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。 添加剂是为了改善塑料的使用性能或成型工艺性能,塑料制品,添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 填料主要起增强作用； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮； 着色剂用于塑料制品着色。 其他还有发泡剂、催化 剂、阻燃剂、抗静电剂等。,添加剂,分类 按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 通用塑料产量

15、大、价格低、用途广。 工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。,特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。,热固性塑料制品,性能特点 塑料的优点： 相对密度小(一般为0.9 2.3)；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。,塑料的缺点： 刚性差(为钢铁材料的1/1001/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/2001/600)；易老化。,常用工程塑料 一般结构用塑料：包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。 聚丙烯具有优良的综合性能，

16、可制造各种机械零件。 ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。,聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。 聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业 。,聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。,摩擦传动零件用塑料 包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。,聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。,热固性塑料 热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。,电器配件,2、合成橡胶,橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。 橡胶的组成和性能特点： 工业用橡胶由生胶和