机械制造基础第2版 教学课件 ppt 作者 孙学强 主编 第八章有色金属及其合金

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1、第八章 有色金属及其合金,教 学 要 求 主 要 内 容 本 章 重 点 本 章 小 结 习 题,机械制造基础 第八章,教 学 要 求,通过学习，学生应了解铝合金时效强化原理和滑动轴承合金的组织特性； 熟悉常用铝合金、铜合金、滑动轴承合金的牌号、性能、强化方法及用途； 了解粉末冶金方法及硬质合金的类型、牌号及应用。,机械制造基础 第八章,主 要 内 容,第一节 铝及铝合金 第二节 铜及铜合金 第三节 滑动轴承合金 第四节 粉末冶金与硬质合金,机械制造基础 第八章,本 章 重 点,常用铝合金、铜合金、滑动轴承合金的牌号、性能、强化方法及用途。,机械制造基础 第八章,第八章 有色金属及其合金,工业

2、上常用的金属材料中，通常称铁及其合金(钢铁)为黑 色金属，其它的非铁金属及其合金则称为有色金属。有色金属 由于它们具有许多良好的特殊性能，成为现代工业中不可缺少 的材料。 第一节 铝及铝合金 一、工业纯铝 纯铝是银白色的轻金属，它密度小，熔点低(660)，具 有良好的导电、导热性(仅次于银、铜)。铝在空气中极易氧 化，生成一层致密的三氧化二铝薄膜，它能阻止铝进一步氧 化，从而使铝在空气中具有良好的抗蚀能力。 铝的塑性高，强度、硬度低，可以进行冷、热压力加工。 通过加工硬化，可使其强度提高到b = 150250MPa，但塑 性降低。,机械制造基础 第八章,工业纯铝中A1 = 99.799.8，杂

3、质主要是铁和硅。 工业纯铝的牌号是按其杂质含量来编制的。牌号有1070、 1370、1050、1035、1200等，编号越大，杂质含量越高，纯度 越低。 工业纯铝的主要用途是制作电线、电缆及强度要求不高的 器皿。 二、常用铝合金 1铝合金的分类及热处理 (1) 铝合金的分类 根据铝合金的成分及生产工艺特点，铝合金分为： 变形铝合金和铸造铝合金两大类。 铝合金相图的一般类型如图8-1所示。 成分位于D点左边的合金，当加热到固溶线以上时，可获 得均匀单相的固溶体，其塑性好，易进行锻压，称为变形铝合 金。,机械制造基础 第八章,成分在D点右边的合金，由于共晶组织的存在，只适于 铸造，称为铸造铝合金。

4、 变形铝合金又分为两类。 成分在 F 点左边的合金， 其固溶体的溶解度不随温度而 变化，故不能用热处理方法强 化，称为不能用热处理强化合 金。 成分在F点右边的合金，其 固溶体的溶解度随温度而变化， 可用热处理方法强化，称为能 用热处理强化合金。,机械制造基础 第八章,(2) 铝合金的热处理 将能热处理强化的变形铝合金加热到某一温度，保温获 得均匀一致的固溶体后，在水中急冷下来，使固溶体来不 及发生脱溶反应。这样的热处理工艺称为铝合金的固溶处理。 经过固溶处理的铝合金，在常温下其固溶体处于不稳定 的过饱和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状 态的趋向。 由于不稳定固溶体在析出第二相过程

5、中会导致晶格畸 变，从而使合金的强度和硬度得到显著提高，而塑性则明显 下降。 这种力学性能在固溶处理后随时间而发生显著变化的现 象称为“时效强化”或“时效”。 在室温下进行的时效称“自然时效”，在加热条件下 (100200)进行的时效称“人工时效”。 时效温度越高，则时效的过程越快，但强化的效果越差。,机械制造基础 第八章,2变形铝合金 (1) 防锈铝合金。属于热处理不能强化的铝合金。 主要有铝一锰系和铝一镁系合金。具有适中的强度、良好的塑性和抗蚀性，故称为防锈铝合金。主要用途是制造油罐、各种容器、防锈蒙皮等。 (2)硬铝合金。属于铝一铜一镁系和铝一铜一锰系。 这类铝合金经淬火和时效处理后可获

6、得相当高的强度，故称为硬铝。由于其耐蚀性差，有些硬铝板材在表面包一层纯铝后使用。 硬铝可轧成板材、管材和型材，以制造较高负荷下的铆接与焊接零件。 (3) 超硬铝合金。属于铝一铜一镁一锌系，是在硬铝的基础上再加锌而成，强度高于硬铝，故称为超硬铝合金。主要用于制造要求重量轻、受力较大的结构零件。 硬铝淬火后多用自然时效；超硬铝淬火后多用人工时效。,机械制造基础 第八章,(4) 锻造铝合金。大多属于铝一铜一镁一硅系。 这类合金由于具有优良的锻造工艺性能，故称为锻造铝合金。 主要用来制造各种锻件和模锻件。 各类变形铝合金的性能、特点见教材中表8-1。 3铸造铝合金 (1) 常用铸造铝合金 铸造铝合金可

7、分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系等四类。 铸造铝合金的代号用“ZL三位数字”表示，其中 “ZL”表示“铸铝”；第一位数字表示合金类别：1为铝硅系，2为铝铜系，3为铝镁系，4为铝锌系；第二三位数字表示合金的顺序号。 铸造铝合金的牌号用“ZAl主要合金元素化学符号及其质量分数”表示，如ZAlSi12，表示Si = 12的铸造铝合金。,机械制造基础 第八章,1) 铝硅系合金 (又称硅铝明)。是铸造铝合金中牌号最多、 应用最广泛的一类。它具有良好的铸造性，可加入铜、镁、锰 等元素使合金强化，并通过热处理进一步提高力学性能。 这类合金可用作内燃机活塞、汽缸体、水冷的汽缸头、汽 缸套、扇风机叶片、形状复

8、杂的薄壁零件及电动机、仪表的外 壳等。 2) 铝铜系。铝铜合金强度较高，加入镍、锰更可提高耐热 性，用于高强度或高温条件下工作的零件。 3) 铝镁系。铝镁合金有良好的耐蚀性，可作腐蚀条件下工 作的铸件，如氨用泵体、泵盖及海轮配件等。 4) 铝锌系。铝锌合金有较高的强度，价格便宜，用于制造 医疗器械零件、仪表零件和日用品等。 部分铸造铝合金的牌号、力学性能、特点见教材中表8-2。,机械制造基础 第八章,(2) 铝合金的变质处理 铸造铝合金中一般有较多的共晶组织，这种组织粗大， 导致铸件的性能降低。为了提高铸件的性能，往往需要对其 进行变质处理。 变质处理： 在合金浇注前，向液态合金中加入占合金的

9、质量分数为 23的变质剂 (23的氟化钠和13的氯化钠的混和物) 以细化共晶组织，从而显著提高合金的强度和塑性 (强度提 高304，伸长率提高12)。,机械制造基础 第八章,第二节 铜及铜合金,一、工业纯铜 纯铜因其外观呈紫红色曾称为紫铜，密度为8.93103 kgm3，熔点为1083，具有良好的塑性、导电性、导热性和耐蚀性，但强度较低 (b = 200250MPa) ，不宜制作结构零件，而广泛用于制造电线、电缆、铜管以及配制铜合金。 我国工业纯铜的代号有T1、T2、T3三种。顺序号越大，纯度越低。T1、T2主要用来制造导电器材，或配制高级铜合金。T3主要用来配制普通铜合金， 二、常用铜合金

10、黄铜：是指以铜和锌为主的合金。普通黄铜是铜锌二元合金；在铜锌合金中加入硅、锡、铝、铅、锰等元素时称为特殊黄铜。青铜指除黄铜和白铜以外的铜合金。白铜是指铜和镍为主的合金。,机械制造基础 第八章,1黄铜 (1) 普通黄铜。普通黄铜的牌号用“H”加数字表示，数字表示铜含量的质量分数。常用的牌号有： 1) H80。色泽美观，可以用来作装饰品，有金色黄铜之称。有较好的力学性能和冷、热加工性能，耐蚀性好。 2) H70。强度高，塑性好。冷成形性能好，可用深冲压的方法制作弹壳、散热器、垫片等零件，故有弹壳黄铜之称。因其铜与锌之比为7：3，亦称为7-3黄铜。 3) H62。有较高的强度，热状态下塑性良好，切削

11、性能好，易 焊接，耐腐蚀，价格较便宜，工业卜应用较多，如用作散热器、油管、垫片、螺钉等。,机械制造基础 第八章,(2) 特殊黄铜。这是在铜锌合金中加入硅、锡、铝、铅、锰等元素制成，依加入合金元素的名称分别称为硅黄铜、锡黄铜、铅黄铜等。 特殊黄铜可分为压力加工与铸造用两种。 1) 压力加工黄铜加入的合金元素较少，塑性较高，具有较高的变形能力。 编号方法是： H+主添加元素符号十铜的质量分数+主添加元素的质量分数。 常用的有铅黄铜HPb591，铝黄铜HA15932等。 HPb591 为含cu = 59，pb = 1，其余为锌的黄铜，它有良好的切削加工性，常用来制作各种结构零件，如销子、螺钉、螺母、

12、衬套、垫圈等。 HA15932为含cu = 59，A1 = 3，Ni = 2，其余为锌的黄铜。其耐蚀性较好，用于制作耐腐蚀零竹。,机械制造基础 第八章,2) 铸造用黄铜不要求很高的塑性，为提高强度度和铸造性能，可加入较多的合金元素；铸造黄铜的牌号的表示方法为： Z（表示“铸”)+Cu+Zn及其含量 + 其它元素符号及其含量。 例如 ZCuZn16Si4，表示铸造砖黄铜，Zn =16%，Si = 4，余量为铜。 常用的特殊黄铜的牌号、成分，力学性能和用途列于教材中表 8-3。 2青铜 锡铜合金是人类历史上应用最早的合金，因其呈青黑色而称为青铜。 工业上应用了大量的不含锡而是含铝、硅、铅、铍，锰的

13、铜基合金，称无锡青铜，它们与锡青铜统称青铜。,机械制造基础 第八章,青铜又分为压力加工青铜和铸造青铜。 压力加工青铜的牌号以“Q”表示，后跟元素符号，表明为何种青铜，再跟数字依次表示所添加元素的质量分数。 铸造青铜的牌号的表示方法为：Z (表示“铸”) + Cu + 主加元素符号及其质量分数+其它元素符号及其质量分数。 常用青铜的成分、力学性能及用途见教材中表8-4。 (1) 锡青铜。它具有良好的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和铸造性。 当 Sn 20时，强度也急剧下降。 工业用锡青铜的 Sn均在314之间。 Sn 8的锡青铜为压力加工锡青铜。它具有较好的塑性和适宜的强度，适用于压力加工，可加工成

14、板材、带材等半成品。 Sn 10的锡青铜塑性差，只适用于铸造。,机械制造基础 第八章,锡青铜的抗腐蚀性比纯铜和黄铜都高，抗磨性能也很好，多用来制造耐磨零件(如轴瓦、轴套、蜗轮)和与酸、碱蒸气等接触的零件。 (2) 铝青铜。实用的铝青铜A1一般在511之间。A1为57时塑性最高，A1为10时强度最高。 铝青铜不但价格低廉、性能优良，其强度、硬度比黄铜和锡青铜都高，而且耐蚀性、耐磨性也高。铝青铜作为价格昂贵的锡青铜的代用品，常用来铸造承受重载的耐磨、耐蚀零件。 (3) 铍青铜和钛青铜。以铍为主添加元素的铜合金称为铍青铜。它的Be = 1.72.5之间。铍青铜有许多优良的性能： 1)经淬火时效强化后

15、强度可达b =12001500MPa，硬度为330400HBW，远远超过其它合金； 2)其弹性极限、疲劳强度、耐磨性、耐蚀性、导电性、导热性都很好； 3)具有耐寒、无磁性及冲击不产生火花等特性。,机械制造基础 第八章,铍青铜主要用来制造各种精密仪器或仪表中的贵重弹簧及弹性元件和耐磨件等。 注意：铍青铜价格昂贵，工艺复杂，而且有毒，因而限制了它在工业上的应用。 在铍青铜中加入钛元素，可减少铍的含量，降低成本，改善工艺。 钛青铜的物理化学性能和力学性能都与铍青铜相似，但它生产工艺简单，无毒，价格便宜，是一种很有前途的新型高强度合金。 3白铜 以镍为主要添加元素的铜合金称为白铜。 仅有铜、镍组成的二

16、元合金称为普通白铜，含锰的铜镍合金称为锰白铜。 锰铜、康铜、考铜就是具有不同含锰量的锰白铜。,机械制造基础 第八章,锰铜的牌号是BMn312； 康铜的牌号是BMn401.5； 考铜的牌号是BMn430.5。 “BMn” 表示锰白铜，后面的数字分别表示：镍 + 钴的平均质量分数和锰的平均质量分数。 锰白铜具有极高的电阻率，非常小的电阻温度系数，是制造电工测量仪器、变阻器、热电偶及电热器主要的材料。,机械制造基础 第八章,第三节 滑动轴承合金,轴承是用来支撑轴进行工作的机械零件。 目前机器中所用的轴承主要有滚动轴承和滑动轴承两大类，虽然滚动轴承应用广泛，但滑动轴承具有承压面大、工作平稳、无噪声等优点，故常用于重