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1、工程材料工程材料材料科学与工程学院材料科学与工程学院Engineering Materials第九章第九章 有色金属及其合金有色金属及其合金第八章铸铁第八章铸铁铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。铸铁是人类使用最早的金属材料之一，具有铸铁是人类使用最早的金属材料之一，具有生产方法简便，成本低廉，生产方法简便，成本低廉，性能优良性能优良等特点，至今仍使用广泛。缺点：硬脆，不易加工，只能铸造。等特点，至今仍使用广泛。缺点：硬脆，不易加工，只能铸造。典型零件：典型零件：机床床身、汽缸体和缸套、凸轮轴、曲轴。机床床身、汽缸体和缸套、凸轮轴、曲轴。铸铁的类别：铸铁
2、的类别：白口铸铁：白口铸铁：碳主要以渗碳体（碳主要以渗碳体（FeFe3 3C C）形式存在的铸铁。）形式存在的铸铁。灰口铸铁：灰口铸铁：碳主要以石墨（碳主要以石墨（G G）形式存在的铸铁。）形式存在的铸铁。麻口铸铁：麻口铸铁：介于白口铸铁和灰口铸铁之间铸铁。介于白口铸铁和灰口铸铁之间铸铁。本章介绍灰口铸铁本章介绍灰口铸铁。硬而脆，很少用做零件，作原料用（生铁）硬而脆，很少用做零件，作原料用（生铁）。猜想分类依据是猜想分类依据是？ 第九章第九章 有色金属及其合金有色金属及其合金 ( Colored Metal and Alloy )l铝及铝合金铝及铝合金l铜及铜合金铜及铜合金l滑动轴承合金滑动轴
3、承合金l钛及钛合金钛及钛合金概概 述述1 1、定义、定义 : : 除黑色金属除黑色金属 ( (铁锰铬，多指铁锰铬，多指钢、铁钢、铁 ) ) 以外的所有金属。以外的所有金属。 2 2、性能特点、性能特点: :具有独特的物理、化学性能。具有独特的物理、化学性能。3.3.分类分类重金属重金属( (密度密度3.5); Cu3.5); Cu、Ni Ni 等。等。轻金属轻金属( (密度密度3.5); Al3.5); Al、Mg Mg 等。等。贵重金属贵重金属; Au; Au、AgAg、Pt Pt 等。等。稀有金属稀有金属; W; W、TiTi、RaRa、Nb Nb 等。等。半金属半金属; ; SiSi、T
4、eTe、B B 等。等。一、工业纯铝一、工业纯铝特点特点:密度小；导电及导热性能好；抗大气腐密度小；导电及导热性能好；抗大气腐蚀性好；塑性高蚀性好；塑性高;强度低；无磁性；无打强度低；无磁性；无打击火花；加工工艺击火花；加工工艺 性好等。性好等。牌号：牌号：旧代旧代 号：号： L1 L2 L3 四位数字牌号：四位数字牌号：1070 1060 1050第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金二、铝合金的分类二、铝合金的分类铝合金铝合金的分类的分类变形铝合金变形铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理强化不能热处理强化能热处理强化能热处理强化三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理l时效强化时效强化 ( age
5、ing strengthening ) n退火退火 ( anneal )n回归回归 ( regression )1. 固溶、时效固溶、时效 在固溶处理后的合金随时间延续而发在固溶处理后的合金随时间延续而发生进一步强化的现象。生进一步强化的现象。背景资料背景资料: 1906年德国年德国 Duralumin首次发现。首次发现。 1910年德国年德国A Welmer 发明并获专利。发明并获专利。 1916年用于制造飞机。年用于制造飞机。 1938年年 Guinier Preston 建立学说。建立学说。固溶处理：固溶处理： 时效处理时效处理自然时效自然时效人工时效人工时效 将铝合金加热至将铝合金加热
6、至单相区恒温保持，然单相区恒温保持，然后快速冷却。后快速冷却。 固固溶溶处理后的铝合金强度随时间而变处理后的铝合金强度随时间而变化的现象。化的现象。 含含4%Cu的铝合金自然时效曲线的铝合金自然时效曲线含含4%Cu的铝合金的人工时效曲线的铝合金的人工时效曲线*过时效：时效温度过高合金软化过时效：时效温度过高合金软化2、 退火退火 ( anneal ) 形变铝合金的退火形变铝合金的退火: *消除应力消除应力,硬度不变。硬度不变。 *消除加工硬化消除加工硬化, 降低硬度降低硬度, 便于冷塑便于冷塑 性加工。性加工。铸造铝合金的退火铸造铝合金的退火 : *消除应力消除应力; *均匀成分均匀成分;3、
7、 回归回归 ( regression )回归：人工时效的铝合金再经固溶后性能恢得回归：人工时效的铝合金再经固溶后性能恢得现象（塑性改善，强度下降）现象（塑性改善，强度下降）*人工时效后的铝合金没有回归现象。人工时效后的铝合金没有回归现象。时间温度 加加热热200270水水 淬淬时效组织时效组织原原淬火组织淬火组织 常用的铝合金常用的铝合金l变形铝合金变形铝合金 ( deformation aluminum alloy )l铸造铝合金铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )三、三、 变形铝合金变形铝合金 ( deformation aluminum alloy )1.防锈铝合金
8、防锈铝合金 ( LF ) : Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝好比纯铝好 )。 例如例如:LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻比纯铝轻 )。 例如例如:LF2、LF6等。等。 飞机翼梁飞机翼梁( (腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金) )2.硬铝合金硬铝合金 ( LY ) : Al Cu Mg 通过通过时效强化提铝合金强度时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。但耐蚀性不高。LY1、LY11、LY12。3.超硬铝合金超硬铝合金 ( LC ) : Al Zn Mg
9、Cu 通过通过时效强化和形成的强化相时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和使铝合金达到最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。强度。但耐蚀性较差。LC4、LC9。 飞机主起落架飞机主起落架4.锻铝合金锻铝合金 ( LD ) : Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。压气机叶片压气机叶片变形铝合金牌号表示方法：变形铝合金牌号表示方法：GB/T 16474-1996GB/T 16474-1996四位字符：如：2A11：11号铝铜合金四、四、 铸造铝合金铸
10、造铝合金 ( cast aluminum alloy )l铸造铝铸造铝 硅合金硅合金l铸造铝铸造铝 铜合金铜合金l铸造铝铸造铝 镁合金镁合金l铸造铸造铝铝 锌合金锌合金1.铸造铝铸造铝 硅合金硅合金 ( ZL101ZL111 ) :活塞活塞( (裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金) )特点：铸造性能好特点：铸造性能好 是最常用的铸铝合金是最常用的铸铝合金铝硅合金变质处理l变质剂： 2/3NaF+1/3NaCll组织变化： 细化硅晶体细化硅晶体l性能变化： 强度提高、塑性改强度提高、塑性改善善ZL102未变质ZL102变质2.铸造铝铸造铝 铜合金铜合金 ( ZL201ZL203 ) : 有较高的强度、
11、塑性及耐热性有较高的强度、塑性及耐热性,但铸但铸 造性能和耐蚀性较差。造性能和耐蚀性较差。 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210汽缸头汽缸头3.铸造铝铸造铝 镁合金镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸但铸 造性能和耐热性较差。造性能和耐热性较差。 铝镁合金铸造组织 (化染) 150鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL102)及抗空架件及抗空架件(ZL301)(ZL301)4.铸造铝铸造铝 锌合金锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性具有良好的铸造性,经变质处理和经变质处理和时效处理后时效处理后
12、,强度高强度高,但耐蚀性差。但耐蚀性差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)铸铝合金牌号表示：例：ZAlCu5Mn 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金一、纯铜一、纯铜 性能特点性能特点:密度大密度大;导电及导热性能好导电及导热性能好; 抗大气腐蚀性好抗大气腐蚀性好;塑性高塑性高;强度低强度低; 无磁性无磁性;无打击火花无打击火花;加工工艺性好加工工艺性好分类：分类：工业纯铜工业纯铜 T1T4无氧铜无氧铜 TU2 纯纯铜铜组织金相图组织金相图二、铜合金的分类二、铜合金的分类黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青铜青铜 : 除黄铜和白除黄铜和白 铜外的所有铜外的
13、所有 铜合金。铜合金。三、黄铜三、黄铜 ( brass )l普通黄铜普通黄铜 ( common brass )l特殊黄铜特殊黄铜 ( special brass )50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB + b b(Mpa) (%)HB（1）黄铜的力学性能与含锌量的关系）黄铜的力学性能与含锌量的关系1、 普通黄铜普通黄铜 ( common brass )（2）黄铜的牌号）黄铜的牌号H 90含铜含铜量量 WCu = 90%黄铜黄铜（3）常用的黄铜）常用的黄铜v金奖黄铜金奖黄铜 - H90v弹壳黄铜弹壳黄铜 - H
14、70 ( H68 )v日用黄铜日用黄铜 - H62 ( H59 )法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管2、 特殊黄铜特殊黄铜 ( special brass )定义定义:在黄铜中加入在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。等元素所形成的合金。牌号牌号:H Al 59 - 3含铝量含铝量WAl = 3%含铜量含铜量WCu = 59%常用的特殊黄铜常用的特殊黄铜海军黄铜海军黄铜 - HSn62 - 1易易切削黄铜切削黄铜 - HPb59 - 1四、青铜四、青铜 ( bronze )l普通青铜普通青铜 ( 锡青铜锡青铜 ) ( tin bronze ) l特殊青铜
15、特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 ) ( tin free bronze ) 青铜牌号的表示方法青铜牌号的表示方法Z Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量为素含量为1%主主加元素锡其含加元素锡其含量为量为WSn = 10%青铜青铜铸造铸造1、 锡青铜锡青铜 ( tin bronze )3 710 14压压力力加加工工铸铸造造成成形形b+锡锡青铜的性能特点：青铜的性能特点： 耐磨性耐磨性 耐蚀性耐蚀性 收缩小收缩小 无磁性无磁性 不致密、易渗漏不致密、易渗漏 流动性差流动性差锡锡青铜的应用青铜的应用：弹簧、轴承、轴瓦 强度高强度高2、 特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜无锡青铜 ) ( tin
16、 free bronze )硅青铜硅青铜 : QSi3 1 铝青铜铝青铜 : QAl7铍青铜铍青铜 : QBe2; 具有非常好的力学具有非常好的力学 性能。用于制造重要、精性能。用于制造重要、精 密、高温、高速下工作的密、高温、高速下工作的 零件。零件。本课小结n铝合金分类：变形铝合金、铸造铝合金铝合金分类：变形铝合金、铸造铝合金n铝合金强化：固溶处理铝合金强化：固溶处理+时效强化、变质处理时效强化、变质处理n常用铝合金代号应用（牌号）：例常用铝合金代号应用（牌号）：例LF5、ZL102n铜合金分类：黄铜、白铜、青铜铜合金分类：黄铜、白铜、青铜n常用铜合金代号应用（牌号）：例常用铜合金代号应用（牌号）：例H90、H62
