《铝及铝合金》PPT课件.ppt

5.1铝及铝合金,5.2铜及铜合金,5.3其他非铁金属材料,5.4滑动轴承合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料,5.5粉末冶金材料,本章重点内容,学习目的,通过本章的学习，了解粉末冶金方法及滑动轴承合金的组织特征；掌握常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。,常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。,5.1 铝及铝合金,5.1.1 工业纯铝,纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时，会使性能下降。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.1铝及铝合金,1,第5章,铝（铝合金）的特点,密度低、比强度高，纯铝的密度只有2700kg/m仅为铁的1/4。,优良的物理、化学性能。导电性能好、磁化率低、耐腐蚀等。,加工性能好，铸造性能好，易于塑性变形，经热处理后还具有很高的强度。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 工业纯 铝,2,纯铝的强度低，不能用作结构材料,铝合金,纯铝通常制成管、棒、箔等型材，配制合金和脱氧剂、电线、电缆等。,3,第5章,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合金,3,5.1.2 铝合金,1.铝合金的分类,根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。请点击,（1）,变形铝合金,不可热处理强化铝合金防锈铝,可热处理强化铝合金硬铝、超硬铝和锻铝,（2）,变形铝合金,铸造铝合金,具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好,第5章,(1)铝合金的时效强化,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合金,4,2.铝合金的热处理,固溶处理+时效处理,强度不高，塑性好,孕育期,冷变形加工,将铝合金加热到相区，经保温，使第二相溶入固溶体中，然后水冷，得到过饱和的固溶体固溶处理。,第5章,将铝合金加热到相区，经保温，使第二相溶入固溶体中，然后水冷，得到过饱和的固溶体固溶处理。,将经过固溶热处理的合金，在常温放置（自然时效）或在较高温度保温（人工时效），第二相从过饱和固溶体中缓慢析出，使铝合金的强度、硬度明显提高。这种固溶处理后的铝合金随时间延长而发生硬化的现象，称为时效（时效强化）。,(2)回归处理,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合 金,5,将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态，这种处理方法叫回归处理。,可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。,(3)退火,铸造铝合金退火,消除内应力及成分偏析，稳定组织。,变形铝合金退火,消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。,时效规律请点击,第5章,(1)变形铝合金的分类、代号与牌号,3.变形铝合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合金,6,分类：防锈铝合金(LF)、硬铝合金(LY)、超硬铝合金(LC)及锻铝合金(LD)。,四位数字体系和四位字符体系：如3A21、2A01等 请点击,代号与牌号：,(2)常用的变形铝合金 不能热处理强化的铝合金,用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字母“L”和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5(5A05)表示。,防锈铝,第5章,Al-Mn系合金 如3A21(LF21),Al-Mg系合金 如5A05(LF5)、5A11(LF11),Al-Zn-Mg-Cu系合金,能热处理强化的铝合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合金,7,防锈铝,优良的抗腐蚀，良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。力学性能较低，可用冷加工方法使其强化。切削加工工艺性能差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。,硬铝,用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母“L”和“Y”加顺序号表示，如12号硬铝用LY12(2A12)表示。,（铝-铜-镁系合金）,第5章,硬铝有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在航空，汽车和机械中。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合 金,8,铆钉硬铝 典型牌号2A01(LY1)、2A10(LY10),标准硬铝 典型牌号2A11(LY11),高强度硬铝 典型牌号2A12(LY12),超硬铝,用“铝”和“超”二字的汉语拼音首字母“L”和“C”加顺序号表示，如4号超硬铝用LC4(7A04)表示。,（铝-锌-铜系合金）,第5章,超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500700MPa，超过高强度的硬铝LY12合金(400-430 MPa)。,应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。,用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字母“L”和“D”加顺序号表示，如5号锻铝用LD5(2A50)表示。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合 金,9,锻铝,（铝-镁-硅-铜系合金）,锻铝合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外 形复杂的锻件。,第5章,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合金,10,4.铸造铝合金,铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首写字母“ZL”加三位数字表示,第一位数表示合金系别：1为铝硅系合金；2为铝铜系合金；3为铝镁系合金；4为铝锌系合金。第二、三位数字表示合金的顺序号。如ZL111表示11号铝硅系铸造铝合金。,(1)铸造铝合金的分类、代号及牌号,铸造铝合金的牌号是由“Z+基体金属的化学元素符号+合金元素符号+数字”组成。如ZA1Si12表示wsi12%的铸造合金。,第5章,ZL101、ZL104、ZL105、ZL107、ZL109,优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的机械性能，但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。,铝-硅铸造合金,ZL201 ZL202 ZL203,耐热性高，其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的铸缩率和形成裂纹的趋向则减小。但由于铜含量增加，使合金的脆性增加,故铜含量一般不超过14。,铝-铜铸造合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合 金,11,(2)常用的铸造铝合金,第5章,比重最小(2.55)、耐蚀性最好、强度最高(抗拉强度可达350MPa)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差,形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝-硅合金好。,ZL301 ZL302 ZL303,有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金。其主要缺点是抗蚀性差。,ZL401 ZL402,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 铝合金,12,铝-镁铸造合金,铝-锌铸造合金,第5章,5.2 铜及铜合金,5.2.1 工业纯铜,纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。工业纯铜除配制铜合金和其他合金外，主要用于电器工业，制造电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器等。,纯铜的强度低，不宜用作结构材料,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2铜及铜合金,13,第5章,铜及铜合金的特点,优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。,加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。,具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。,色泽美观。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.1工业纯 铜,14,第5章,铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能。,按化学成分,黄铜,青铜,白铜,以Zn为主要合金元素。良好的加工性能，良的铸造性能，耐腐蚀性能也好。,以Sn为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。,以Ni为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,15,5.2.2 铜合金,1.铜合金的分类,第5章,按生产方式,加工铜合金,铸造铜合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,16,2.黄铜,(1)普通黄铜(铜锌二元合金)Zn的质量分数的影响,Zn32%时，塑性下降；Zn=40%45%时，强度最高；Zn45%时，塑性和强度均急剧下降。,第5章,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,17,普通黄铜的代号及牌号,H62表示Cu的平均质量分数为62%，其余为Zn的普通加工黄铜。,ZCuZn38，其含义是wZn38%，其余为Cu的铸造黄铜。,H80 金色黄铜，装饰件，薄管。,H62、H59 强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件。,H96 冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。,H70“三七黄铜”弹壳、套管和复杂深冲零件(H68)。,普通黄铜的用途,第5章,(2)特殊黄铜,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,18,合金元素的影响,Pb改善切削加工性和耐磨性；Si改善铸造性能，提高强度和耐蚀性；A1提高强度、硬度和耐蚀性；Sn、Al、Si、Mn提高耐蚀性，减少应力腐蚀破裂。,特殊黄铜的代号、牌号与应用,HSn62-1表示wCu62%，wSn1%，其余为Zn的加工锡黄铜。ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn40%、wMn3%wFe1%、其余为Cu的铸造特殊黄铜。,第5章,Pb黄铜：HPb60-1 切削性能好，耐磨性好钟表零件,Sn黄铜：HSn90-1 HSn62-1 耐蚀性好 船舶零件。海军黄铜,Al黄铜：HAl 77-2 HAl60-1-1,耐蚀性好，强度和硬度高船舶零件，机械及电机零件。,Si 黄铜 HSi80-3,耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好,船舶零件，机械及化工零件,其它还有锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,19,第5章,消除加工黄铜的加工硬化现象。,(3)黄铜的热处理,去应力退火：将黄铜制件加热到200300，保温后缓冷。,消除应力，防止应力腐蚀破裂及切削加工后的变形。,再结晶退火：一般是将黄铜制件加热到500700，保温后缓冷.,3.青铜,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,20,(1)青铜的代号及牌号 加工青铜的代号如QSn4-3表示平均wSn4%、wZn3%，其余为Cu的加工锡青铜。,第5章,铸造青铜的牌号如ZCuSn10Zn1，表示平均wSn10%、wZn1%，其余为Cu的铸造锡青铜。(2)普通青铜(锡青铜),第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,21,Sn的质量分数的影响,Sn7%以后，强度继续升高，塑性急剧下降；wSn20%时，合金变脆，强度显著降低,第5章,锡青铜的性能及用途,QSn4-3,QSn6.5-0.1,耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。,(3)特殊青铜(无锡青铜),铝青铜 QAl9-4 QAl7 耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，力学性能好。,QAl10-3-1.5 飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件,QAl9-4 船舶及电气零件，耐磨件,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合 金,22,第5章,铍青铜,耐蚀性、耐磨性、弹性、抗磁性、抗疲劳都很好，耐寒，冲击无火花。,QBe2 重要的弹簧及弹性元件、耐磨件、高压高速高温轴承，防爆工具，钟表件。,硅青铜 耐蚀件、弹簧、涡轮、蜗杆等。,QAl7 重要的弹簧及弹性元件。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,23,第5章,5.3 其他非铁金属材料,密度低、比强度高。,耐高温、耐腐蚀性能、低温韧性好等。,加工条件复杂，成本较高。,5.3.1 钛及钛合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.2.2铜合金,24,特点,第5章,纯钛,钛的密度低，熔点高，线膨胀系数小。导热性差。纯钛塑性好，强度高，可以加工成细丝和薄片。钛在大气、海水及酸碱中的抗腐蚀性能好。,纯钛的晶体结构,882.5度以下：体心立方结构，称为Ti。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.3.1钛及钛合 金,25,第5章,钛合金的种类,钛合金,钛中加铝、硼等稳定元素获得Ti合金。这种合金的室温强度较低，但高温（500600度）强度很高。抗氧化性、抗蠕变性以及焊接性能良好。,钛中加入钼、铬、钒等元素后可获得Ti合金。这种合金的强度高，冲压性能好，并可通过淬火和时效获得强化。,这种合金的塑性好，容易锻造、压延和冲压，并可通过固溶和时效进行强化。热处理后的强度可提高50100。,钛合金,钛合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.3.1钛及钛合金,26,第5章,密度低、比强度高。纯镁的密度只有1749kg/m仅为铁的1/4、铝的2/3。,镁的电极电位较低，抗腐蚀性能差。,镁属于密排六方结构，因此塑性变形能力差。,5.3.2 镁及镁合金,镁的特点,3,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.3.2镁及镁合 金,27,第5章,镁合金的特点,低比重：工业用材料中最轻量材料(铝的2/3重)。,高比强度：优于钢和铝。,振动吸收性好：可将振动能吸收并转化成热放出。,易机械加工。,耐冲击性好。,电磁屏蔽性好。,可再生利用：有利于环境优化。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.3.2镁及镁合金,28,第5章,镁合金的种类,变形镁合金,铸造镁合金,各种型材,复杂形状的铸件等,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.3.2镁及镁合金,29,第5章,5.4 滑动轴承合金,轴承合金的工作条件及性能要求,较高的抗压强度和疲劳强度；高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦数；足够的塑性和韧性；良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数和良好的工艺性。,强烈的摩擦，并承受周期性载荷。并要考虑使轴磨损最小,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.4滑动轴承合金,30,第5章,1.软基体上均匀分布着硬质点,2.硬基体上均匀分布着软质点,具有较好的磨合性，耐冲击与振动，但承载能力不高。,摩擦系数低，承载能力高，但磨合性差。,5.4.2 轴承合金的组织特征,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.4.2轴承合金的组织特征,31,软基体贮存润滑油；承受冲击和振动，嵌藏外来小硬物。,硬质点支撑轴颈，承受载荷，抵抗磨损。,软质点贮存润滑油，硬基体承受载荷并抵抗磨损。,第5章,牌号：“Z+基体合金元素符号+主添加合金元素符号+数字+辅添加元素符号+数字”组成。元素符号后的数字是以名义百分数表示的该元素的质量分数。如ZSnSb11Cu6表示wsb11%、wCu6%，余量为锡的铸造锡基轴承合金。,5.4.3 轴承合金的分类及牌号,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.4.3轴承合金的分类及牌号,32,分类：锡基、铅基、铝基、铜基等,第5章,5.4.4 常用的轴承合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.4.4常用的轴承合金,33,1.锡基轴承合金制作航空发动机、汽轮机、内燃机等大型机器的高速轴瓦。典型牌号ZSnSb11Cu6。2.铅基轴承合金(铅基巴氏合金)制造汽车、拖拉机、轮船、减速器等承受中、低载荷的中速轴承。典型牌号有ZPbSb16Sn16Cu2。3.铜基轴承合金铅青铜制造高速、重载轴承。典型牌号ZCuPb30。锡青铜适于制造高速度、高载荷的柴油机轴承。典型牌号ZCuSn10Pb1。,第5章,4.铝基轴承合金高锡铝基轴承合金，制造高速、重载汽车、拖拉机和内燃机车上的发动机轴承。典型牌号ZAlSn6Cu1Ni1。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.4.4常用的轴承合金,34,第5章,5.5 粉末冶金材料,粉末冶金材料是用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结和后处理等工艺过程而制成的材料。生产粉末冶金材料的方法称为粉末冶金法。,5.5.1 粉末冶金法的特点及粉末冶金材料的应用,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5粉末冶金材料,35,1.粉末冶金法的特点 生产减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、特殊电磁性能材料、过滤材料、无偏析高速钢等；少屑或无屑精密加工方法、生产率高、材料利用率高。,第5章,5.5.1粉末冶金的特点及粉末冶金材料的应用,36,2.粉末冶金材料的应用(1)粉末冶金减摩材料,滑动轴承(含油轴承),(2)粉末冶金摩擦材料,铁基摩擦材料：承受较大压力，在高温、高载荷下摩擦性能优良，多用于各种高速重载机器的制动器。铜基摩擦材料：工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、抗卡性好，湿式工作条件下耐磨性优良，常用于汽车、拖拉机、锻压机床的离合器与制动器。,(3)粉末冶金结构材料,铁基结构材料：零件精度较高，粗糙度值小，无屑和少屑加工，生产率高，制品多孔，可浸润滑油，减摩、减振、消声。,第5章,铜基结构材料比铁基结构材料抗拉强度低，但塑性、韧性较高，具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能，可进行各种镀涂处理。,1.常用硬质合金的类别、成分和牌号,5.5.2 硬质合金,一种或几种难熔碳化物(如碳化钨、碳化钛等)粉末，加入起粘接作用的金属粉末，用粉末冶金法制得的材料。,成分：WC+Co。牌号：如 YG6表示wCo6%，余量为WC的钨钴类硬质合金。,(1)钨钴类硬质合金,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5.2硬质合金,37,第5章,成分：WC+TiC+Co牌号：如 YT15表示wTiC15%的钨钛钴类硬质合金。,(3)钨钛钽(铌)类硬质合金(万能硬质合金或通用硬质金),第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5.2硬质合金,38,高的抗压强度、耐蚀性和抗氧化性，常温下硬度可达8693HRA(相当于6981HRC)；热硬性高，可达9001000；耐磨性好。,2.硬质合金的性能,(2)钨钛钴类硬质合金,成分：WC+TiC+TaC+Co 或WC+TiC+NbC+Co 牌号：如YW1表示是1号万能硬质合金。,第5章,其切削速度比高速工具钢高47倍，刀具寿命高580倍，可切削50HRC左右的硬质材料。但抗弯强度较低，韧性差，线膨胀系数小，导热性差。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5.2硬质合金,39,3.硬质合金的应用,刀具材料：高速切削高硬度或高韧性材料,YG类合金：加工脆性材料(如铸铁等)；YT类合金：加工塑性材料(如钢等)。同类合金中，钴的质量分数高的适于粗加工，钴的质量分数低的适于精加工。,万能硬质合金适用于切削各种钢材。,第5章,易磨损面镶以硬质合金,冷作模具材料：如冷拉模、冷冲模、冷挤模和冷镦模等。YG6、YG8适用于小拉深模，YG15适用于大拉深模和冲压模具。,4.切削加工用硬质合金的分类和分组代号,按其切屑排出形式和加工对象范围不同，分为P、M、K三类，用途代号由“类别代号+数字”组成，如P01、M10、K20。,第5章 非铁金属材料与粉末冶金材料 5.5.2硬质合金,40,请点幻灯片 46,第5章,说明：牌号中“A”表示该合金中含有TaC或NbC，“X”表示该合金为细颗粒，“N”表示合金有少量NbC。,