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1、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
2、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
3、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200260MPa，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
4、，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
5、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
6、，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
7、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
8、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
9、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
10、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，
11、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）铜基轴承合金 （4）铝基轴承合金,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
12、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1.74g/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， M
13、g2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,将金属或非金属粉末混合后压制成形，并在低于金属熔点的温度下进行烧结，利用粉末间原子扩散来使其结合的过程被称做粉末冶金工艺。 粉末冶金制品被称做粉末冶金材料。,3.4.1粉末冶金
14、的工艺特点,1) 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。,2）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： 1）粉料配制混匀 2）压制成型 3）烧结 4）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,含油轴承材料是一种多孔性的粉末冶金材料。
15、浸油后成品的孔隙中含有润滑油，具有很高的耐磨性，用于制造中速、轻载荷的轴承，尤其是纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器等的轴承。,2.摩擦材料,摩擦材料主要用于实现制动。 具有摩擦系数大、耐磨性高、抗咬合性好、合适的强度和良好的热导性，性能优于合成树脂、铸铁、青铜等摩擦材料。,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,1常用硬质合金的分类与牌号 （1）钨钻类硬质合金 其牌号是由“YG”（“硬、钻”两字汉语拼音字首）和平均含钻量的百分数组成，例如，YG8 （2）钨钛钻类
16、硬质合金 其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成，例如，YT15 （3）钨钛钽（铌）类硬质合金 其牌号由“YW”（“硬”、“万”两字汉语拼音字首）加顺序号组成，如 YW1。,钨钴类硬质合金,（1）钨钻类硬质合金 主要成分：碳化钨和粘结剂钴 性能特点：较好的强度和韧性；碳化钨含量较高，钴含量较低时，硬度较低，抗弯强度较低。 主要用途：切削脆性材料，如铸铁、有色金属、胶木等，YG3适于精加工，YG15适于粗加工。,钨钴钛类硬质合金,（2）钨钛钻类硬质合金 主要成分：碳化钨、碳化钛及粘结剂钴 性能特点：加入碳化钛提高了硬度和耐热性，碳化钛越多，硬度、耐磨性、耐热性越好，而抗弯强度越差。 主要用途：用于加工韧性材料，如钢材等，YT 5适于粗加工，YT30只能用于精加工。,通用硬质合金,（3）钨钛钽（铌）类硬质合金 主要成分：碳化钨、碳化钛、碳化钼（碳化铌）及钴。 性能特点：加入碳化钼显著提高硬度、耐磨性、耐热性及抗氧化性。 主要用途：既能加工钢又能加工铸铁，可用于耐热钢、高锰钢、
