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1、第第5章章 有色金属及非金属有色金属及非金属本章知识点本章知识点先导案例先导案例第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金第二节第二节 铜及滑动轴承合金铜及滑动轴承合金第三节第三节 粉末冶金与硬质合金粉末冶金与硬质合金第四节第四节 高分子材料高分子材料第五节第五节 复合材料复合材料第六节第六节 其他非金属材料其他非金属材料下一页第第5章章 有色金属及非金属有色金属及非金属知识拓展知识拓展先导案例解决先导案例解决本章小结本章小结思考题思考题上一页本章知识点本章知识点1.掌握有色金属铝及铝合金、铜及铜合金的特性及牌号选用。掌握有色金属铝及铝合金、铜及铜合金的特性及牌号选用。2.掌握有色金属滑动轴承合金和硬
2、质合金的特性及牌号选用。掌握有色金属滑动轴承合金和硬质合金的特性及牌号选用。3.了解有色金属材料类型及其特性。了解有色金属材料类型及其特性。返回先导案例先导案例请分析以下两张图片中的物品是属于什么材料请分析以下两张图片中的物品是属于什么材料?各有什么性能各有什么性能特点特点?下一页返回先导案例先导案例通常把铁及其合金称为黑色金属。除黑色金属以外的其他金属通常把铁及其合金称为黑色金属。除黑色金属以外的其他金属称为有色金属。有色金属的种类很多，由于冶炼较为困难，成称为有色金属。有色金属的种类很多，由于冶炼较为困难，成本较高，故其产量和使用量远不如黑色金属多。但是，有色金本较高，故其产量和使用量远不
3、如黑色金属多。但是，有色金属具有某些特殊的物理、化学性能，如镁、铝合金密度小，铜、属具有某些特殊的物理、化学性能，如镁、铝合金密度小，铜、银合金导电性好，钨、铂、锐合金耐高温性好等，使其成为现银合金导电性好，钨、铂、锐合金耐高温性好等，使其成为现代工业中不可缺少的重要机械工程材料，广泛应用于机械制造、代工业中不可缺少的重要机械工程材料，广泛应用于机械制造、航空、航海、化工、电器等部门。常用的有色金属有铝及铝合航空、航海、化工、电器等部门。常用的有色金属有铝及铝合金、铜及铜合金、滑动轴承合金、硬质合金等。金、铜及铜合金、滑动轴承合金、硬质合金等。 上一页 下一页返回先导案例先导案例非金属材料是金
4、属材料以外一切材料的总称。目前机械工程非金属材料是金属材料以外一切材料的总称。目前机械工程上应用的非金属材料有工程塑料、合成橡胶、工业陶瓷、复上应用的非金属材料有工程塑料、合成橡胶、工业陶瓷、复合材料、合成胶私剂等。其中前两种属于高分子合成材料，合材料、合成胶私剂等。其中前两种属于高分子合成材料，工业陶瓷是无机非金属材料，复合材料是用适当的工艺方法工业陶瓷是无机非金属材料，复合材料是用适当的工艺方法将两种或多种性质不同的材料复合而成的新材料。胶私剂是将两种或多种性质不同的材料复合而成的新材料。胶私剂是一种靠界面作用产生的私合力将各种材料牢固地胶私在一起一种靠界面作用产生的私合力将各种材料牢固地
5、胶私在一起的物质。的物质。上一页返回第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的金属材料，其独在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的金属材料，其独特的性能，使之成为现代工业中极其重要的结构材料。特的性能，使之成为现代工业中极其重要的结构材料。一、纯铝一、纯铝纯铝呈银白色，是地壳中蕴藏量最丰富的元素之一，约占全纯铝呈银白色，是地壳中蕴藏量最丰富的元素之一，约占全部金属元素的部金属元素的1/3。铝是一种轻金属，面心立方品格、无同。铝是一种轻金属，面心立方品格、无同素异构转变，具有许多优良的性能。素异构转变，具有许多优良的性能。(1)熔点低、密度小。铝的熔点熔点低、密度小
6、。铝的熔点660，易于铸造成型。铝，易于铸造成型。铝的密度为的密度为2.7 g/cm3，约为铁的，约为铁的1/3，比强度高于铁。，比强度高于铁。(2)优良的加工工艺性能。纯铝的强度、硬度低优良的加工工艺性能。纯铝的强度、硬度低(b =80100MPa,20HBS)，塑性、韧性很好，塑性、韧性很好(=50%, =80%)，可以进行各种冷、热加工。纯铝经冷变形强化，可以进行各种冷、热加工。纯铝经冷变形强化后，强度后，强度b =150250MPa，但塑性下降。，但塑性下降。下一页返回(3)良好的电导性和热导性。铝的电导性仅次于金、银、铜，良好的电导性和热导性。铝的电导性仅次于金、银、铜，其电导率是铜
7、的其电导率是铜的60% 。 (4)良好的耐大气腐蚀能力。纯铝和氧的亲和力很大，在空良好的耐大气腐蚀能力。纯铝和氧的亲和力很大，在空气中会生成致密的气中会生成致密的A1203薄膜，有效阻止铝的进一步氧化。薄膜，有效阻止铝的进一步氧化。铝含量不低于铝含量不低于99.00%为纯铝，其牌号按为纯铝，其牌号按GB/T 16474-1996的规定，用的规定，用1X X X表示。牌号的最后两位数字表示铝表示。牌号的最后两位数字表示铝的最低白分含量，第一位字母表示原始纯铝的改型情况，如的最低白分含量，第一位字母表示原始纯铝的改型情况，如A135表示表示WAl=99.35%的纯铝。工业纯铝是的纯铝。工业纯铝是W
8、Al=99.00% 99.80%的纯铝，杂质元素是铁、硅等，的纯铝，杂质元素是铁、硅等，其含量越多，电导性、热导性、耐蚀性和塑性越差。其含量越多，电导性、热导性、耐蚀性和塑性越差。工业纯铝主要用来制作电线、电缆、散热片、配置合金等。工业纯铝主要用来制作电线、电缆、散热片、配置合金等。上一页 下一页返回第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金二、铝合金二、铝合金纯铝的强度低，不宜用来制造承受载荷的结构零件。在生产纯铝的强度低，不宜用来制造承受载荷的结构零件。在生产实践中发现，当纯铝加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等合金实践中发现，当纯铝加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素后，可得到具有较高强度的铝合金元
9、素后，可得到具有较高强度的铝合金;再经过冷加工。再经过冷加工。或热处理，其抗拉强度可进一步提高到或热处理，其抗拉强度可进一步提高到5OON/mm2以上以上;而目，铝合金的比强度而目，铝合金的比强度(抗拉强度与密度的比值抗拉强度与密度的比值)高，有良好高，有良好的耐蚀性和加工性，因此，在国民经济和航空工业中得到广的耐蚀性和加工性，因此，在国民经济和航空工业中得到广泛应用。泛应用。1.铝合金的分类铝合金的分类铝合金相图的一般形式如铝合金相图的一般形式如图图5-1所示。按成份和工艺特点，所示。按成份和工艺特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。上一页 下
10、一页返回第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金相图中的相图中的DF线是合金元素在铝中的溶解度变化曲线，线是合金元素在铝中的溶解度变化曲线，D点是点是合金元素在铝中最大溶解度点。合金元素含量低于合金元素在铝中最大溶解度点。合金元素含量低于D点的合点的合金，当加热到金，当加热到DF线以上时，能形成单相固溶体组织线以上时，能形成单相固溶体组织a，其塑，其塑性较高，适于压力加工，故称为变形铝合金。其中，合金成性较高，适于压力加工，故称为变形铝合金。其中，合金成份在份在F点以左的合金，由于其固溶体成份不随温度而变化，在点以左的合金，由于其固溶体成份不随温度而变化，在固态下加热或冷却均无相变发生，即不能进行热
11、处理强化，固态下加热或冷却均无相变发生，即不能进行热处理强化，称为不能热处理强化的铝合金称为不能热处理强化的铝合金;而在而在F点以右的铝合金点以右的铝合金(包括铸包括铸铝合金铝合金)，其固溶体成份随温度变化而沿，其固溶体成份随温度变化而沿DF线变化，在加热线变化，在加热或冷却时会发生相变，可以用热处理的方法使合金强化，称或冷却时会发生相变，可以用热处理的方法使合金强化，称为能热处理强化的铝合金。合金元素含量超过为能热处理强化的铝合金。合金元素含量超过D点的合金，点的合金，具有共品组织，适用于铸造，而不适用于压力加工，故称为具有共品组织，适用于铸造，而不适用于压力加工，故称为铸造铝合金。铸造铝合
12、金。上一页 下一页返回第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金1)变形铝合金变形铝合金变形铝合金按其性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝合变形铝合金按其性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝合金，这类铝合金一般都加工成各种规格型材金，这类铝合金一般都加工成各种规格型材(板、带、竹、线板、带、竹、线等等)产品供应。产品供应。根据根据“国际牌号注册组织国际牌号注册组织”推荐的推荐的4位数字体系牌号命名方法，位数字体系牌号命名方法，GB/T 16474-1996规定，用规定，用“四位数字四位数字”或或“四位字符四位字符”表示变形铝及铝合金的牌号。化学成份己在国际组织注册命表示变形铝及铝合金的牌号。化学成
13、份己在国际组织注册命名的铝及铝合金采用名的铝及铝合金采用“四位数字四位数字”体系牌号体系牌号;未注册的铝及铝未注册的铝及铝合金采用合金采用“四位字符四位字符”体系牌号。体系牌号。“四位数字四位数字”体系牌号用体系牌号用4个阿拉伯数字表示。第一位数字表个阿拉伯数字表示。第一位数字表示组别示组别:1xxx表示纯铝，纯铝牌号中第一个数字表示杂质含量表示纯铝，纯铝牌号中第一个数字表示杂质含量的控制情况，最后两位数字表示铝质量白分数小数点后的两位的控制情况，最后两位数字表示铝质量白分数小数点后的两位数。数。上一页 下一页返回第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金例如例如1060表示铝的质量白分数为表示铝的质
14、量白分数为99. 60%的纯铝的纯铝;2xxx, 3xxx,，9xxx分别表示变形铝合金中的主要元素分别为分别表示变形铝合金中的主要元素分别为Cu, Mn, Si, Mg, Mg+Si, Zn、其他元素，变形铝的第一、其他元素，变形铝的第一位数字表示铝合金的改型情况，如果第一位数字为位数字表示铝合金的改型情况，如果第一位数字为0，则表示，则表示原始合金，原始合金，19表示改型合金表示改型合金(即该合金的化学成份在原始即该合金的化学成份在原始合金的基础上允许有一定的偏差合金的基础上允许有一定的偏差)，最后两位数字没有特殊的，最后两位数字没有特殊的意义，仅用来识别同一组中的不同铝合金，如牌号意义，
15、仅用来识别同一组中的不同铝合金，如牌号5056表表示主要合金元素为示主要合金元素为Mg的的56号原始铝合金。号原始铝合金。“四位字符四位字符”体系牌号的第一、二、四位为阿拉伯数字，第体系牌号的第一、二、四位为阿拉伯数字，第一位为英文大写字母。其中第一、二、四位数字的意义与一位为英文大写字母。其中第一、二、四位数字的意义与“四位数字四位数字”体系牌号表示法的规则相同，第一位字母表示纯体系牌号表示法的规则相同，第一位字母表示纯铝或铝合金的改型情况，铝或铝合金的改型情况，A表示原始铝或铝合金，表示原始铝或铝合金，B Y表示表示原始合金的改型合金。例如原始合金的改型合金。例如2A11表示主要合金元素为
16、表示主要合金元素为Cu的的11号原始铝合金。号原始铝合金。上一页 下一页返回第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金常用的变形铝合金有以下四种。常用的变形铝合金有以下四种。(1)防锈铝合金。属于防锈铝合金。属于Al-Mn系和系和Al-M g系合金，是热处理系合金，是热处理不能强化的形变铝合金，只能通过冷压力加工来提高强度，不能强化的形变铝合金，只能通过冷压力加工来提高强度，具有适中的强度和优良的塑性，并具有很好的耐腐蚀性，故具有适中的强度和优良的塑性，并具有很好的耐腐蚀性，故称为防锈铝合金。主要用途是制造油糟、油箱、导竹、生活称为防锈铝合金。主要用途是制造油糟、油箱、导竹、生活用器皿、各种容器、防锈蒙皮等。用器皿、各种容器、防锈蒙皮等。(2)硬铝合金。属于硬铝合金。属于A 1-M g-Cu系和系和A1-Mn-Cu系。这类系。这类铝合金经固溶和时效处理后获得相当高的强度，故称为硬铝。铝合金经固溶和时效处理后获得相当高的强度，故称为硬铝。硬铝的耐蚀性比纯铝差，更不耐海洋大气的腐蚀，所以有些硬铝的耐蚀性比纯铝差，更不耐海洋大气的腐蚀，所以有些硬铝的板材常在表面包覆一层纯铝后使用。其主要用途是作硬铝
