有色金属材料课件.ppt

1,第八章 有色金属材料,引 言 8.1 铝及其合金 8.2 铜及其合金 8.3 其它有色金属及合金 8.4 轴承合金,2,整体概述,3,引言,除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金属，称为有色金属（又称非铁合金）。可分为：,轻金属(密度4.5g/cm3): Cu、Ni、Zn、Sn、Pb、Co等。贵金属：Au、Ag、Pt 等。稀有金属：W、Ti、Mo、V、Nb 等。放射性金属：Ra、Th、U等半金属：Si、Ge、B 等。,4,8.1 铝及其合金,一、工业纯铝二、铝合金,5,一、工业纯铝, 8.1 铝及其合金,1. 性能特点 1）无同素异构转变、无磁性。 2）具有良好的导电、导热性 。 3）质量轻，比强度高。 4）极好的塑性，适于冷热加工成形。 5）耐腐蚀性好。,2. 分类 1） 高纯铝：L01 L05 主要用于科学试验和化学工业。 2）工业高纯铝：LG1 LG5。 3） 工业纯铝：L1 L7 主要用于配制铝合金。,6,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金),高比强铝合金机翼,7,二、铝合金,纯铝的强度和硬度很低，不宜做工程结构材料，向铝中加入适量Si、Cu、Mg、Zn等元素（主加元素）和Cr、Ti、Zr、B、Ni等元素（辅加元素），组成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特性。,（一）分类（二）热处理（三）变形铝合金（四）铸造铝合金, 8.1 铝及其合金,8,二、铝合金,铝合金,变形铝合金,（一）分类,铸造铝合金,不可热处理强化铝合金,可热处理强化铝合金, 8.1 铝及其合金,9,（二）热处理,二、铝合金,1. 退火 1）再结晶退火 2）低温退火 3）均匀化退火, 8.1 铝及其合金,1）形变铝合金的退火 *消除应力,硬度不变(低温退火)。 *消除加工硬化,降低硬度,便于冷塑性加工(再结晶退火)。,2）铸造铝合金的退火 *消除应力;均匀成分(均匀化退火)。,10,二、铝合金,2. 淬火（固溶处理）, 8.1 铝及其合金,11,3. 时效,1）定义 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。,2）背景资料 1906年德国 Duralumin首次发现。 1910年德国A Welmer 发明并获专利。 1916年用于制造飞机。 1938年 Guinier Preston 建立学说。,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,12,含4%Cu的铝合金自然时效曲线,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,13,含4%Cu的铝合金在不同温度下的人工时效曲线,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,14,（三）变形铝合金,二、铝合金,1. 防锈铝合金2. 硬铝合金3. 超硬铝合金4. 锻铝合金, 8.1 铝及其合金,15,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,16,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,17,防锈铝合金 ( LF ) Al Mn 通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性 ( 比纯铝好 )。 例: LF21。 Al Mg 通过固溶强化提高铝合金的强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻 )。 例: LF2、LF6等。,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,卫星天线（LF2）,汽化器(热交换管为LF21),18,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,汽车零部件材料选用举例,防锈铝合金在汽车上的应用游箱、导管、线材、轻载荷骨架等,19,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,2. 硬铝合金 ( LY ) Al Cu Mg 通过时效强化提铝合金强度,但耐蚀性不高。 例如：LY1、LY11、LY12等。,飞机翼梁(腹板为硬铝合金),20,3. 超硬铝合金 ( LC ) Al Zn Mg Cu 通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和强度。但耐蚀性较差。如LC4、LC9。,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,飞机主起落架,21,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,4. 锻铝合金 ( LD ) Al Mg Si Cu 具有良好的热塑性,通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。如 LD5、LD6、LD10。,压气机叶片,22,（四）铸造铝合金,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,1. 铸造铝 硅合金2. 铸造铝 铜合金3. 铸造铝 镁合金4. 铸造铝 锌合金,23,1. 铸造铝 硅合金 ( ZL101ZL111 ),活塞(裙部为铝硅合金),二、铝合金, 8.1 铝及其合金,ZL102合金的铸态组织（变质前）,ZL102合金的铸态组织（变质后）,24,2. 铸造铝 铜合金 ( ZL201ZL203 ),铝铜合金铸造组织,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,汽缸头,有较高的强度、塑性及耐热性，但铸造性能和耐蚀性较差。,25,3. 铸造铝 镁合金 ( ZL301、ZL302 ),铝镁合金铸造组织(化染)150,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,鼓风机用密封件(ZL102)及航空架件(ZL301),有较高的强度、韧性及耐蚀性，但铸造性能和耐热性较差。,26,4. 铸造铝 锌合金 ( ZL401、ZL402 ),大型空压机活塞(ZL401),二、铝合金, 8.1 铝及其合金,具有良好的铸造性，经变质处理和时效处理后，强度高，但耐蚀性差。,27,二、铝合金, 8.1 铝及其合金,汽车零部件材料选用举例,28, 8.2 铜及其合金,一、工业纯铜二、铜合金,29,一、工业纯铜,1）密度大，面心立方结构，无同素异构转变，无磁性。 2）导电及导热性能好。 3）抗大气、淡水腐蚀性好;塑性高，但在海水中耐蚀性差。 4）强度低，硬度低。 5）塑性很好，加工工艺性好，具有优良的焊接性等。, 8.2 铜及其合金,纯铜组织,30,一、工业纯铜, 8.2 铜及其合金,31,汽车零部件材料选用举例,纯铜在汽车上的应用汽缸垫、进、排气管垫、轴承衬垫、各种管接头,一、工业纯铜, 8.2 铜及其合金,32,二、铜合金,按化学成分可分为：（一）黄铜 Cu-Zn（二）青铜 除黄铜和白铜外的几乎所有的铜合金（三）白铜 Cu-Ni（四）新型铜合金,纯铜中加入Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr等合金元素制成铜合金。铜合金既保持了纯铜优良的性能，又有较高的强度。, 8.2 铜及其合金,33,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,34,1. 普通黄铜,（一）黄铜 CuZn合金,表8-5 常用黄铜的代号（牌号）、力学性能及用途,2. 特殊黄铜,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,35,表8-5 常用黄铜的代号（牌号）、力学性能及用途, 8.2 铜及其合金,36,表8-5 常用黄铜的代号（牌号）、力学性能及用途, 8.2 铜及其合金,37,二、铜合金,冷加工后的黄铜在海水、湿气、氨的环境中容易产生应力腐蚀开裂（季裂）去应力退火。, 8.2 铜及其合金,( Z ) H 90,含铜量 WCu = 90%,黄铜,铸造,1）黄铜的代号,1. 普通黄铜,38,普通黄铜的组织特征图,单相黄铜 H68,双相黄铜H59, 8.2 铜及其合金,二、铜合金,39,2）常用的黄铜金奖黄铜 - H90 弹壳黄铜 -H70( H68 )日用黄铜 - H62 ( H59 ),法兰阀,闸阀,冷凝器管,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,汽车机油泵衬套,40,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,黄铜弹壳成形过程flash演示,41,2. 特殊黄铜 普通黄铜加入Al、Sn、Pb、Si、Mn、Ni等合金元素， 形成各种特殊黄铜，如铝黄铜、锡黄铜、铅黄铜、锰黄铜等。,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,1）特殊黄铜代号,H Al 59 - 3,含铝量WAl = 3%,含铜量WCu = 59%,2）常用的特殊黄铜,海军黄铜 - HSn62 - 1,易切削黄铜 - HPb59 1 其它特殊黄铜金相组织图,42,汽车零部件材料选用举例,特殊黄铜在汽车上的应用转向节衬套、钢板销衬套、化油器零件、管接头和垫圈等,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,43,H62 1 海军黄铜金相组织,62Cu 37Zn Sn 海军黄铜铸造组织 (化染)600,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,铅黄铜铸造组织 ( 化染 )70,硅黄铜铸造组织 ( 化染 )50,锰黄铜铸造组织 ( 化染 ) 25,44,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,Z Q Sn10 1,其它合金元素含量为1%,主加元素锡含量为10%,青铜,铸造,青铜代号：,（二）青铜 CuSn、 CuAl、 CuBe、CuPb、CuSi等铜合金，分别为如锡青铜 、铝青铜 、铍青铜、硅青铜等。,青铜是铜合金中综合性能最好的合金。,45, 8.2 铜及其合金,46,表8-6 常用青铜的代号（牌号）、力学性能及用途, 8.2 铜及其合金,47,汽车零部件材料选用举例,特殊青铜在汽车上的应用重载荷的轴瓦,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,48,1. 锡青铜,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,锡青铜具有良好的耐蚀性、减摩性、抗磁性和低温韧性，在大气、海水、蒸气、淡水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在亚硫酸钠、酸和氨水中的耐蚀性差。,49,锡青铜铸造组织 ( 真空镀膜 ) 53,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,50,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,51,2.铝青铜 : QAl7，用于制造高耐蚀弹性元件。,3.铍青铜 ：QBe2, 具有非常好的力学性能。 用于 制造重要、精密、高温、高速下工作的零件。,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,52,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,大型水力发电设备中的抗磨环,铍青铜制品,53,二、铜合金,1. 普通白铜 B5 wNi = 5%，用于蒸汽、海水下仪器、仪表零件。,（三）白铜 CuNi合金（B + w Ni 100 ）, 8.2 铜及其合金,2. 特殊白铜（B + Me + wNi 100 - wMe 100 ） 如：BMn 43 - 0.5（考铜） wNi = 43% ， wMn = 0.5% BMn 401.5（康铜），用于低温热电偶、补偿导线、变阻器等。,54,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,白铜件,55,二、铜合金, 8.2 铜及其合金,汽车零部件材料选用举例,56, 8.3 其它有色金属及合金,一、钛及钛合金二、镁及镁合金三、锌及锌合金,57,一、钛及钛合金, 8.3 其它有色金属及合金,美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造,钛合金泵,钛合金列管式换热器,58,一、钛及钛合金, 8.3 其它有色金属及合金,（一）工业纯钛 1. 性能特点 1）密度小、熔点高，具有同素异构转变。 2）强度低，但比强度高，塑性及低温韧性好，耐蚀性高。 3）具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。 4）在氮气中加热可燃烧，因此加热或焊接时使用氩气做保护气。,59,一、钛及钛合金, 8.3 其它有色金属及合金,2. 种类及牌号 1）根据杂质含量分： 高纯钛 （纯度达99.9%） 工业纯钛 （纯度达99.5） 2）工业纯钛牌号：TA + 顺序号数字1、2、3表示。,60,一、钛及钛合金, 8.3 其它有色金属及合金,（二）钛合金纯钛中加入Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等元素形成钛合金。 按退火组织可分为型、型、（+）型钛合金，分别用TA、TB、TC加顺序号表示。,61,二、镁及镁合金, 8.3 其它有色金属及合金,62,二、镁及镁合金, 8.3 其它有色金属及合金,（一）纯镁 密度小、熔点低，具有密排六方结构； 强度不高，室温塑性较低，耐蚀性差，易氧化。 工业纯镁代号：M + 顺序号。,63,二、镁及镁合金, 8.3 其它有色金属及合金,（二）镁合金 在纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土元素制成镁合金。目前应用的镁合金有Mg - Mn系、Mg Al - Zn系、Mg Zn - Zr系、Mg Re - Zr系，它们可分为变形镁合金和铸造镁合金。,1. 变形镁合金 代号：MB + 顺序号2. 铸造镁合金 代号：ZM + 顺序号,64,三、锌及锌合金, 8.3 其它有色金属及合金,（一）纯锌 密度高，熔点低，具有密排六方结构，无同素异构转变；具有一定的强度和较好的耐蚀性，主要有于配制各种合金和钢板表面镀锌。,65,三、锌及锌合金, 8.3 其它有色金属及合金,（二）锌合金 1. 变形锌合金 2. 铸造锌合金 1）压铸锌合金 2）高强度锌合金 3）模具用锌合金 3. 热镀锌合金,66, 8.4 轴承合金,引言一、锡基和铅基轴承合金二、铝基轴承合金三、铜基轴承合金,67,8.4 轴承合金,工件体,轴,轴瓦,轴承合金是制造滑动轴承中轴瓦及内衬的材料。,引言,各类型轴瓦,68,8.4 轴承合金,1. 性能要求 1）在工作温度下,应具有足够的抗压强度、疲劳强度和高 的耐磨性。 2）具有足够的塑性与韧性。 3）具有较小的摩擦系数。 4）具有良好的磨合性。 5）具有良好的抗蚀性。 6）具有良好的导热性。 7）具有较小的膨胀系数。 8）具有良好的抗咬合性。,引言,69,巴氏合金轴瓦,内燃机轴瓦,8.4 轴承合金,引言,70,2. 组织要求,1）在高速中、低载荷情况下，用软基体上分布硬质点组织的材料。,润滑油空间,轴,硬质点,软基体,轴瓦,2）在高速重载荷情况下,用硬基体上分布软质点组织的材料。,润滑油空间,轴,软质点,硬基体,轴瓦,8.4 轴承合金,引言,71,一、锡基和铅基轴承合金（巴氏合金）,8.4 轴承合金,锡锑轴承合金牌号 ( 锡基巴氏合金 ),Z Ch Sn Sb11 6,其它元素的含量为6%,主加元素锑其含量为11%,基本元素锡,轴承,铸造,72,（一）锡基轴承合金：摩擦系数小，耐磨性高，导热性、嵌藏性和耐蚀性高，浇注性好，疲劳极限低，工作温度（150），价格高。,（二）铅基轴承合金：硬度、强度、韧性、导热性、耐蚀性都比锡基轴承合金低，但摩擦系数大，高温强度较好，价格便宜。,一、锡基和铅基轴承合金（巴氏合金）,8.4 轴承合金,73,一、锡基和铅基轴承合金（巴氏合金）,8.4 轴承合金,74,汽车零部件材料选用举例,锡基轴承合金在汽车上的应用高速重负荷零件，如曲轴轴瓦、连杆轴瓦等,一、锡基和铅基轴承合金（巴氏合金）,8.4 轴承合金,铅基轴承合金在汽车上的应用中等负载的轴瓦,75,锡基轴承合金组织(SnSb+Cu Sb+基体,溅射) 52,一、锡基和铅基轴承合金（巴氏合金）,8.4 轴承合金,铅基轴承合金组织 (Sn ,Cu3Sb ,Pb-Sb 共晶体) 52,ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织(+)共晶基体+方块状SnSb+针状Cu3Sn,76,二、铝基轴承合金,8.4 轴承合金,铝基轴承合金的密度小，导热好，耐磨性和疲劳极限高，价格便宜；膨胀系数大，抗咬合性低于巴氏合金。（一）铝锑镁轴承合金（二）高锡铝基轴承合金,汽车零部件材料选用举例,铝基轴承合金在汽车上的应用曲轴轴瓦、连杆轴瓦,77,三、铜基轴承合金,8.4 轴承合金,常用的铜基轴承合金:ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等锡青铜 适于制造中速、中载下工作的轴承2. ZCuPb30等铅青铜 适于制造高速、重载下工作的轴承,汽车零部件材料选用举例,铜基轴承合金在汽车上的应用承受高载荷、在高速度及高温下工作的轴承,78,贵金属,一、制作首饰常用的贵金属材料 1. 金 2. 银 3. 铂,8.5 贵金属,79,一、制作首饰常用的贵金属材料,金：是一种金黄色的金属，俗称“黄金”，它质地柔软，极富延展性。黄金的比重为 19.36，熔点为 1064 。金最可贵的地方是不易被氧化，化学溶剂也不容易溶解黄金。黄金的成色（含金百分率）在 99% 以上，都称为“足金”。足金比较柔软，一般用来制作没有镶宝石的首饰， 如车花的戒指、手镯、手链、项链、耳环和吊坠等。,8.5 贵金属,80,一、制作首饰常用的贵金属材料,金的合金（K金）：为改变纯金质地柔软的性能，人们常在黄金中加入少量的其它金属熔炼成金的合金，以增加黄金的硬度与韧性。这种黄金的合金被称为“K金”。在黄金成色标准中，K金从1K24K分成24个等级。1K金的含金量=100/24%=4.176%，24K金是指在24份金属中有24份是黄金，也就是成色最高的纯金。因此，K金成色计算公式为：K金成色=K数4.167%，如22K金的成色=22 4.167%=91.7%。 K 金有硬度高、耐磨损、耐腐蚀、不易变形、颜色丰富、款式新潮等特点，因此，国际市场上的金饰大部分采用K金铸造。,8.5 贵金属,81,一、制作首饰常用的贵金属材料,K金中除了黄金外，还有其它金属，如银、铜、锌、钯、镍等， 这些 金属习惯称为“补口”（市场上均有专门的补口出售），欲配制 100克 18K金其材料分别为：足金=100 75%（18K 含金量）=75克，补口25克。（配制成的18K金的比重为15.58，故它与足金的重量换算系数为15.58/19.36=0.8） K金有黄色K金和白色K金（人称K白金或K白）之分。相同K数的黄 K金和白 K 金的含金量是相等的， 只是由于补口的金属不同而呈现较黄或 较白的颜色，如黄色18K金是以黄金为主与银、铜的合金的，白色18K金是金、银、锌、镍等金属按劳取酬定的比例熔炼而成。,8.5 贵金属,82,2. 银： 是一种白色带有光泽的金属，比重为10.53，其延展性仅次于金，比较柔软，熔点是961 ，它易与空气中的二氧化硫反应变成褐色。 （1）足银，即99%的纯银，因其太软，一般不适合做首饰，多用来制造银币； （2）纹银（K银），其标准含银为 92.5%，俗称为925银，另外7.5%为铜，它的比重为 10.40。由于掺了铜，强度增加， 其制品在打磨后的光泽比足银更耀眼美观。,一、制作首饰常用的贵金属材料,8.5 贵金属,83,3. 铂：俗称白金，是一种天然纯白色的的金属，质地纯净，比黄金、白银坚硬一些，比重是21.05，熔点是1773 ，其化学性质也十分稳定。铂要比黄金昂贵，原因是铂矿藏量比黄金少，大约在320公斤的矿石才可提炼到1克的铂金，可见十分罕有。,一、制作首饰常用的贵金属材料,8.5 贵金属,84,铂金首饰，高洁、庄重，且精美豪华，光泽灿烂而持久，但不是所有的白色金属首饰都是铂金铸造。铂金首饰有印记，用Pt、PT或P表示，如“Pt900”则表示该首饰含铂90%，含钯10%。而另一种被人们称为K白的白色首饰，是黄金与镍、钯、银、锌等金属的合金（不含铂），即白色K金，两者在颜色上十分接近，其实那是两种完全不同的金属。,一、制作首饰常用的贵金属材料,8.5 贵金属,85,提问与解答环节Questions and answers,86,点击此处添加段落文本 . 您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字,87,感谢您的观看与聆听,本课件下载后可根据实际情况进行调整,