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1、教学目标教学目标教学目标教学目标： 1、掌握铝、铝合金的分类、牌号、性能及应用。掌握铝、铝合金的分类、牌号、性能及应用。 2、掌握铜、铜合金的分类、牌号、性能及应用。掌握铜、铜合金的分类、牌号、性能及应用。 3、明确轴承合金、硬质合金的分类、牌号、性能及应用。、明确轴承合金、硬质合金的分类、牌号、性能及应用。 机械工程材料第六章 有色金属及硬质合金一、纯铝一、纯铝机械工程材料专题一专题一 纯铝及铝合金纯铝及铝合金 1、纯铝纯铝 “Al”银白色，轻金属，熔点银白色，轻金属，熔点660，面心面心立方晶格，没有同素异构转变立方晶格，没有同素异构转变。2、性能特点、性能特点（1）密度密度小小 2.72
2、 g/cm3 仅为铁的仅为铁的1 13 3， ； （2）导热、导电性好）导热、导电性好仅次于银、铜。仅次于银、铜。 ；（3）在大气中具有良好的耐蚀性表面易形成一层在大气中具有良好的耐蚀性表面易形成一层Al2 O3 薄膜；薄膜；（4 4）塑性、韧性好塑性、韧性好（ = 50% = 80%），易加工成形。，易加工成形。（5）不能用热处理强化，可用变形强化提高纯铝的强度。不能用热处理强化，可用变形强化提高纯铝的强度。（6）无铁磁性，强度较低无铁磁性，强度较低（b= 80100MPa）。机械工程材料 3、纯铝牌号纯铝牌号 纯纯铝铝牌牌号号用用1 四四位位数数字字、字字符符组组合合系系列列表表示示。牌牌
3、号号中中后后两两位位数数字字表表示示最最小小铝铝的的质质量量分分数数，当当最最小小铝铝的的质质量量分分数数精精确确到到0.01%时时，则则这这两两位位表表示示最最小小铝铝的的质质量量分分数数中中小小数数点点后后面面的的两两位位。例例如如，1070 表表示示AI = 99.7%。常常用用工工业业纯纯铝铝的的牌牌号号、化化学学成成分分及及应用如表应用如表6-1 所示。所示。表表6-1 常用工业纯铝的牌号、化学成分及应用常用工业纯铝的牌号、化学成分及应用 二、铝合金二、铝合金机械工程材料 铝铝合合金金是是在在纯纯铝铝的的基基础础上上，加加入入适适量量的的Cu、Mg、Si、Mn、Zn等合金元素，即形成
4、了铝合金。等合金元素，即形成了铝合金。1 1、铝合金的分类、铝合金的分类 铝合金中合金元素的含量较少时，形成单相固溶体组织，具铝合金中合金元素的含量较少时，形成单相固溶体组织，具有较高的塑性，适于压力加工，故称为变形铝合金。有较高的塑性，适于压力加工，故称为变形铝合金。 1）防锈铝合金（防锈铝合金（LF）2）硬铝合金硬铝合金( (LY) )3）超硬铝合金超硬铝合金( (LC) )4）锻铝合金锻铝合金( (LD) )（1 1）变形铝合金变形铝合金机械工程材料1）铝铝硅系硅系（代号代号1）2）铝铝铜系铜系（代号代号2）3）铝铝镁系镁系（代号代号3）4）铝铝锌系锌系（代号代号4）（2）铸造铝合金铸造
5、铝合金 在铝合金中当合金元素含量达到一定量以后即为共晶组织，在铝合金中当合金元素含量达到一定量以后即为共晶组织，适于铸造成形，故称为铸造铝合金。适于铸造成形，故称为铸造铝合金。 其代号由其代号由“铸铝铸铝”二字的汉语拼音字首二字的汉语拼音字首“ZL”加三位数字表示，加三位数字表示， 其代号用其代号用“铝铝”和和“铝合金类别铝合金类别”首字的汉语拼音字首加首字的汉语拼音字首加顺序号表示。例如，顺序号表示。例如，LF21表示表示21号防锈铝合金。号防锈铝合金。 机械工程材料 第一位数字表示铸造铝合金的类别，第二位、第三位数字表第一位数字表示铸造铝合金的类别，第二位、第三位数字表示合金的顺序号，例如
6、：示合金的顺序号，例如：ZL102表示表示2号铝号铝 - - 硅系铸造铝合金。硅系铸造铝合金。 铸造铝合金的牌号由铸造铝合金的牌号由“铸铸”字的汉语拼音字首字的汉语拼音字首“Z”加铝和主加铝和主要元素符号及其平均质量分数组成，例如：要元素符号及其平均质量分数组成，例如：ZAlCu5Mn表示表示cn= = 5%铸造铝合金。铸造铝合金。常见常见铝合金产品，铝合金产品，如图如图 6-1、2、3所示所示。图图6-1 防锈铝型材防锈铝型材 图图6-2 锻铝轮毂锻铝轮毂 图图6-3 铸造铝活塞铸造铝活塞机械工程材料 常用变形铝合金的牌号、性能及应用举例如表常用变形铝合金的牌号、性能及应用举例如表6-2所示
7、。所示。 表表6-2 常用变形铝合金的牌号、性能及应用举例常用变形铝合金的牌号、性能及应用举例 常用铸造铝合金的牌号、性能及应用举例如表常用铸造铝合金的牌号、性能及应用举例如表6-3所示。所示。机械工程材料表表6-3 常用铸造铝合金的牌号、力学性能及应用举例常用铸造铝合金的牌号、力学性能及应用举例 机械工程材料 在在变变形形铝铝合合金金中中，当当合合金金元元素素含含量量较较低低时时，不不能能用用热热处处理理强化；当含量达到一定值时，可以用热处理进行强化。强化；当含量达到一定值时，可以用热处理进行强化。 铝铝锌锌合合金金: : 铝铝锌锌合合金金系系铸铸造造铝铝合合金金具具有有较较高高强强度度的的
8、一一种种合金。合金。ZAlZn11Si7是典型的铸造铝锌合金。是典型的铸造铝锌合金。 铝硅合金铝硅合金: : 铝硅合金是最常用的铝合金，俗称硅铝明。铝硅合金是最常用的铝合金，俗称硅铝明。ZAlSi12是最典型的铝硅合金。是最典型的铝硅合金。 铝铝铜铜合合金金: : 铝铝铜铜合合金金系系铸铸造造铝铝合合金金中中强强度度较较高高的的一一种种合合金。金。ZAlCu5Mn是典型的铸造铝铜合金。是典型的铸造铝铜合金。 铝铝镁镁合合金金: : 铝铝镁镁合合金金系系铸铸造造铝铝合合金金中中具具有有良良好好耐耐蚀蚀性性的的一种合金。一种合金。ZAlMg10是典型的铸造铝镁合金。是典型的铸造铝镁合金。2、铝合金
9、的热处理铝合金的热处理一、纯铜一、纯铜机械工程材料专题二专题二 纯铜及铜合金纯铜及铜合金 1、纯铜纯铜 “Cn”紫红色紫红色，又称紫铜，密度为又称紫铜，密度为8.96 g/cm3 熔点熔点1083，面心立方晶格，没有同素异构转变面心立方晶格，没有同素异构转变。 （3）导导电电性性和和导导热热性性好好，仅仅次次于于银银，是是最最常常用用的的导导电电、导导热材料。热材料。2、性能特点性能特点 （1）强强度度低低，b=230250MPa，塑塑性性高高 = 45%50%，便便于于冷冷、热热压压力力加加工工，通通过过冷冷变变形形加加工工可可以以使使铜铜得得到到强强化化b =400500MPa。 （2）纯
10、纯铜铜耐耐腐腐蚀蚀性性比比较较好好，在在大大气气、水水蒸蒸汽汽、水水和和热热水水中中基本不受腐蚀，但在海水中易受腐蚀。基本不受腐蚀，但在海水中易受腐蚀。二、铜合金二、铜合金 机械工程材料工业上广泛采用铜合金，常用的铜合金有黄铜、白铜和青铜。工业上广泛采用铜合金，常用的铜合金有黄铜、白铜和青铜。 普普通通黄黄铜铜的的牌牌号号用用“黄黄”字字汉汉语语拼拼音音字字首首“H”加加一一组组数数字字表表示示，一一组组数数字字表表示示黄黄铜铜的的平平均均质质量量分分数数的的百百分分之之几几。例例如如，H90表示铜的平均质量分数为表示铜的平均质量分数为90%，余量为锌的普通黄铜。，余量为锌的普通黄铜。1 1、
11、黄铜、黄铜 黄铜是以锌为主加元素的铜合金。按其化学成分可分为普通黄黄铜是以锌为主加元素的铜合金。按其化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。铜和特殊黄铜。 （1）普通黄铜普通黄铜 普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金。普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金。常用黄铜的牌号、力学性能及应用举例如表常用黄铜的牌号、力学性能及应用举例如表6-4所示所示。 机械工程材料表表6-4 常用黄铜的牌号、力学性能及应用举例常用黄铜的牌号、力学性能及应用举例 机械工程材料 特殊黄铜的牌号是在特殊黄铜的牌号是在“H”后面加除锌以外主要元素的符号后面加除锌以外主要元素的符号 （2）特特殊殊黄黄铜铜 特特殊殊黄黄铜铜是是在在普普通通
12、黄黄铜铜的的基基础础上上加加入入其其他他合合金金元元素素所所组组成成的的多多元元合合金金。可可分分为为锡锡黄黄铜铜、硅硅黄黄铜铜、锰锰黄黄铜铜、铅黄铜和铝黄铜。铅黄铜和铝黄铜。图图6-4 铸造黄铜管道阀门、三通铸造黄铜管道阀门、三通及铜和主要合金元素的及铜和主要合金元素的质量分数的百分数。例质量分数的百分数。例如：如：HPb591表示为表示为Cu=59%，Pb=1%，余量为锌的铅黄铜。如余量为锌的铅黄铜。如图图6-4 所示为黄铜管道所示为黄铜管道阀门及三通。阀门及三通。机械工程材料 铜与锡往往伴生而成矿，铜锡合金是人类历史上最早使用铜与锡往往伴生而成矿，铜锡合金是人类历史上最早使用 2、青铜青
13、铜的合金，如图的合金，如图6-5 所示为中国古代使用的青铜所示为中国古代使用的青铜镜、镜、鼎。因其外观鼎。因其外观呈青黑色，所以称青铜。呈青黑色，所以称青铜。牌牌号号:“:“青青”字字汉汉语语拼拼音音字字首首“Q”加加主主要要合合金金元元素素符符号号及及其其质质量量分分数数和和其其他他合合金金元元素素的的质质量量分分数数的的百百分分数数。例例如如，QSn4-3表表示示Sn=4%，Zn=3%，其其余为铜的含量。余为铜的含量。 图图6-5 古代青铜镜、鼎古代青铜镜、鼎机械工程材料常用的青铜牌号、力学性能及应用举例如表常用的青铜牌号、力学性能及应用举例如表6-5所示所示 表表6-5 常用的青铜牌号、
14、力学性能及应用举例常用的青铜牌号、力学性能及应用举例 机械工程材料专题三专题三 轴承合金轴承合金 在滑动轴承中，用来制造轴瓦及内衬的合金，称为轴承合金。在滑动轴承中，用来制造轴瓦及内衬的合金，称为轴承合金。一、对轴承合金的性能要求一、对轴承合金的性能要求 1、足够的抗压强度和疲劳强度。足够的抗压强度和疲劳强度。 2、足够的塑性和韧性，以抵抗冲击和振动。足够的塑性和韧性，以抵抗冲击和振动。 3、较较小小的的摩摩擦擦系系数数，较较好好的的磨磨合合性性能能，高高的的耐耐磨磨性。性。 4、良好的导热性和耐蚀性，以抵抗润滑油的腐蚀。良好的导热性和耐蚀性，以抵抗润滑油的腐蚀。 5、良好的铸造性能，使之容易
15、铸造成形。良好的铸造性能，使之容易铸造成形。二、常用的轴承合金二、常用的轴承合金 牌号：用牌号：用“铸铸”字汉语拼音字首字汉语拼音字首“Z”加基体元素的化学符号加基体元素的化学符号加加主要合金元素的化学符号及其质量分数的百分数。当合金元素质主要合金元素的化学符号及其质量分数的百分数。当合金元素质机械工程材料量量分分数数小小于于1%时时，不不标标注注，例例如如：ZSnSb11Cu6 表表示示锑锑的的平平均均质质量量分分数数为为11%，铜铜的的平平均均质质量量分分数数为为6%，余余量量为为锡锡的的铸铸造造锡锡基轴承合金。基轴承合金。 锡基轴承合金是以锡为基础，加入合金元素锑、铜等组成锡基轴承合金是
16、以锡为基础，加入合金元素锑、铜等组成的合金。如图的合金。如图6-6、7 所示为锡基轴承合金组织与所示为锡基轴承合金组织与轴瓦。轴瓦。（1 1）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）锡基轴承合金（锡基巴氏合金）图图6-6 锡基轴承合金组织锡基轴承合金组织 图图6-7 锡基轴承合金（锡基轴承合金（轴瓦）轴瓦）机械工程材料 应用：用于制造重要的滑动轴承，如发动机、汽轮机等的应用：用于制造重要的滑动轴承，如发动机、汽轮机等的高速轴承。高速轴承。 铅基轴承合金是以铅、锑为基础，加入合金元素锡、铜等铅基轴承合金是以铅、锑为基础，加入合金元素锡、铜等组成的合金。组成的合金。 （2） 铅基轴承合金（铅基巴氏合金）铅基轴
17、承合金（铅基巴氏合金） 应用：汽车、拖拉机的曲轴轴承及电动机轴承等。应用：汽车、拖拉机的曲轴轴承及电动机轴承等。 （3） 铝基轴承合金铝基轴承合金 铝基轴承合金是以铝为基础，加入锡、锑、铜的合金元素铝基轴承合金是以铝为基础，加入锡、锑、铜的合金元素而形成的合金。而形成的合金。 应用：重载荷作用下高速的发动机轴承。应用：重载荷作用下高速的发动机轴承。 常用锡合金的牌号、力学性能及应用举例如表常用锡合金的牌号、力学性能及应用举例如表6-6所示。所示。 机械工程材料表表6-6 常用轴承合金的牌号、力学性能及应用举例常用轴承合金的牌号、力学性能及应用举例 机械工程材料专题四专题四 硬质合金硬质合金 硬
18、质合金是以一种或多种难熔的金属碳化物（如碳化钨硬质合金是以一种或多种难熔的金属碳化物（如碳化钨WC、碳化钛碳化钛TiC等）粉末与起黏结作用的金属（如钴等）粉末与起黏结作用的金属（如钴Co等）粉末混合，等）粉末混合，采用粉末冶金工艺制成的粉末冶金合金。采用粉末冶金工艺制成的粉末冶金合金。一、性能特点一、性能特点 1、硬度高硬度高7882HRC、热硬性高，可达、热硬性高，可达8001000以以上、耐磨性好、抗压强度高，上、耐磨性好、抗压强度高，6000MPa。 2、脆性大、抗弯强度和抗冲击韧性不强。脆性大、抗弯强度和抗冲击韧性不强。 二二、常用硬质合金分类常用硬质合金分类 1、按切削加工分类按切削
19、加工分类 按按加加工工零零件件材材料料特特性性分分为为P（蓝蓝）、M（黄黄）、K（红红）、N（绿绿）、S（棕棕）、H（白白）六类。六类。机械工程材料2、按其化学成分分类、按其化学成分分类（1）YG类类 钨钴类钨钴类（WC+Co）硬质合金，对应于硬质合金，对应于K类类。 （2）YT类类 钨钛钴类钨钛钴类（WC+TiC+Co）硬质合金硬质合金，对应于对应于P类类。 （3）YW类类 钨钛钽钨钛钽（铌铌）钴类钴类（WC+TiC+TaC( (NbC) )+Co）硬硬质合金，对应于质合金，对应于M类。类。 （4）YN类类 碳化钛基类碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）硬质合金硬质合金，对对应于应于P 01 类类。硬质合金硬质合金图图6-8 硬质合金锯片及各种车刀片硬质合金锯片及各种车刀片锯片及各种车刀片，锯片及各种车刀片，如如图图6-8 所示所示。常用硬质常用硬质合金的牌号、化学成分合金的牌号、化学成分力学性能如表力学性能如表6-7 所示。所示。 机械工程材料表表6-7 常用硬质合金的牌号、化学成分及力学性能常用硬质合金的牌号、化学成分及力学性能
