金属材料与热处理4.ppt
《金属材料与热处理4.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《金属材料与热处理4.ppt(184页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、授人以鱼不如授人以渔,金属材料与热处理-7,主讲:朱明 高级技师、经济师、工程师高级技能专业教师汽车维修高级考评员,授人以鱼不如授人以渔,模块八 有色金属,金属元素除了铁、锰和铬之外,统称有色金属。有色金属种类繁多,本模块仅介绍铜及铜合金、铝及铝合金、轴承合金的分类、编号方法、性能特点及用途。,授人以鱼不如授人以渔,第三套人民币硬币 1元硬币:铜镍合金 5角硬币:铜锌合金 2角硬币:铜锌合金 1角硬币:铜锌合金 第四套人民币硬币 1元硬币:钢芯镀镍 5角硬币:铜锌合金 1角硬币:铝镁合金 第五套人民币硬币 1元硬币:钢芯镀镍 5角硬币:钢芯镀铜合金 1角硬币:铝合金,授人以鱼不如授人以渔,新型
2、合金之一储氢合金:Ti-Fe、La-Ni储氢合金可用于以H2为燃料的汽车钛合金:亲生物金属人造骨头,授人以鱼不如授人以渔,新型合金之二形状记忆合金:钛镍合金合金的形状被改变之后,一旦加热到一定的跃变温度时,它又可以魔术般地变回到原来的形状,人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。形状记忆效应可用下图所示的简单实验演示,原本弯弯曲曲的形状记忆合金丝(a)经拉直后(b),只要放入盛有热水的烧杯中,合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲的形状(c)。,(a)原始形状(b)拉 直(c)加热后恢复,授人以鱼不如授人以渔,形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分之百,即恢复到和原来一模一样
3、的形状,更可贵之处在于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂。因此,形状记忆合金享有“永不忘本”、“百折不挠”等美誉,被比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气节。形状记忆合金(a)能撑起自重100倍以上的重量,马达(b)的驱动力可达自重的50倍,而蚂蚁(c)和人(d)则分别是20倍和2倍。,(a)记忆合金(b)马 达(c)蚂 蚁(d)人,授人以鱼不如授人以渔,实例:用钛-镍形状记忆合金制造的人造卫星天线科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成了如图a所示的抛物线形天线。在宇宙飞船发射之前,首先将抛物面天线折叠成一个小球,如图b所示,这样很容易就能装进宇宙飞船上
4、的登月舱内。当登月舱在月球上成功着陆后,只需利用太阳的辐射能对小球加温如图c所示,折叠成球形的天线因具有形状“记忆”功能便会自然展开,恢复到原始的抛物面形状,如图d 所示。,授人以鱼不如授人以渔,1969年7月20日,乘坐“阿波罗-11号”登月舱的美国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下的第一个人类的脚印,谛听着这位勇士从月宫里传回的富于哲理的声音:“对我个人来说,这只是迈出的一小步;但对全人类来说,这是跨了一大步”。阿姆斯特朗当时的图像和声音就是通过形状记忆合金制成的天线从月球传输回地面的。,授人以鱼不如授人以渔,实例:用钛-镍形状记忆合金制造的医用腔内支架的应用原理示意,(a)预压缩(b)受热扩张
5、后(c)植入腔道内效果,授人以鱼不如授人以渔,实例:用钛-镍形状记忆合金在其它领域的应用作为一类新兴的功能材料,形状记忆合金的很多新用途正不断被开发。记忆合金还可以制成任意变形的眼镜架,如果不小心被碰弯曲了,只要将其放在热水中加热,就可以恢复原状。不久的将来,汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了,只要用电吹风加加温就可恢复原状,既省钱又省力,实在方便。,授人以鱼不如授人以渔,任务一:选择材料制造汽车发动机散热器,汽车发动机散热器的材料可选用导热性好的银、铜、金、铝等,不过金和银的价格较高,而铝的延展性不如铜,所以在生产中广泛使用铜合金。见下面的对比:热传导系数的定义为:每单位长度、
6、每度K(绝对温度),可以传送多少瓦数的能量,单位为:“w/mK”,该数值越大说明导热性能越好。1.纯银导热系数为429。2.纯铜导热系数为401;黄铜导热系数为108.9/;铍铜导热系数为195。3.纯金导热系数为317。4.纯铝导热系数为240。,授人以鱼不如授人以渔,战国初期的曾侯乙编钟(青铜器),授人以鱼不如授人以渔,司母戊鼎是中国商代后期(约公元前16世纪至公元前11世纪)王室祭祀用的青铜方鼎,1939年3月19日在河南省安阳市武官村一家的农地中出土,因其腹部著有“司母戊”三字而得名,现藏中国国家博物馆。司母戊鼎器型高大厚重,又称司母戊大方鼎,高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米
7、、重832.84千克,鼎腹长方形,上竖两只直耳(发现时仅剩一耳,另一耳是后来据另一耳复制补上),下有四根圆柱形鼎足,是中国目前已发现的最重的青铜器。该鼎是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。,授人以鱼不如授人以渔,鼎为中国古代炊食器。中国鼎文化的起源可以一直追溯到原始社会新石器时代,早在7000多年前就出现了陶制的鼎。而其真正的发展最高峰则出现在商朝和西周时期,尤其是商代以鼎为代表的祭祀用容器的制作,盛行于商周时期,延续到汉代。在奴隶制鼎盛时代,被用作“别上下,明贵贱”,是一种标明身份等级的重要礼器。文献记载:“天子九鼎,诸侯七鼎,大夫五鼎,元士三鼎或一鼎”,又载“铸九鼎,像九州”。又有成语一言九鼎
8、、问鼎中原、三足鼎立等。青铜鼎的前身是原始社会的陶鼎,本来是日用的饮食容器,后来发展成祭祀天帝和祖先的“神器”,并被笼罩上一层神秘而威严的色彩。在古代,鼎是贵族身份的代表。典籍载有天子九鼎、诸侯七鼎、大夫五鼎、元士三鼎或一鼎的用鼎制度。此外,鼎也是国家政权的象征,左传有载:“桀有昏德,鼎迁于商;商纣暴虐,鼎迁于周”。鼎大多为三足圆形,但也有四足的方鼎。(司母戊鼎便是最负盛名的四足大方鼎),授人以鱼不如授人以渔,司母戊鼎是商后期(约公元前十四世纪至公元前十一世纪)铸品,原器1939年3月出土于河南安阳侯家庄武官村。此鼎形制雄伟,重达 832.84公斤,高133厘米、口长110厘米、口宽79厘米,
9、是迄今为止出土的最大最重的青铜器。司母戊鼎初为乡人私自挖掘,出土后因过大过重不易搬迁,私掘者又将其重新掩埋。司母戊鼎在1946年6月重新出土。新中国成立后,于1959年入藏中国历史博物馆。此鼎器形庞大浑厚,其腹部铸有“司母戊”3字;是商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸。司母戊鼎的鼎身和鼎足为整体铸成,鼎耳是在鼎身铸好后再装范浇铸的。铸造这样高大的铜器,所需金属料当在1000千克以上,且必须有较大的熔炉。经测定,司母戊鼎含铜84.77%,锡11.64%,铅2.79%,其他0.8%。与古文献记载制鼎的铜锡比例基本相符。司母戊鼎充分显示出商代青铜铸造业的生产规模和技术水平。,授人以鱼不如授人以渔,一.铜及
10、铜合金铜及其合金是人类应用最早的金属,目前工业上使用的主要有工业纯铜、黄铜、青铜。1.工业纯铜 纯铜呈玫瑰红色,因表面经常形成一层紫红色的氧化物,俗称紫铜、电解铜。其熔点为1083,密度为8.96g/cm3,为面心立方晶格。纯铜的性能特点:具有很高的导电导热性,仅次于银;化学稳定性高,抗大气腐蚀性好,无磁性,塑性好,但强度低。牌号:工业纯铜牌号为T+顺序号,共有T1,T2,T3,T4;序号越大,纯度越低(见下图)。,授人以鱼不如授人以渔,纯铜牌号,纯度,铋,授人以鱼不如授人以渔,2.黄铜 黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金。它具有良好的力学性能、加工成形性、导电性和导热性,价格较低,是有色金属中
11、应用最广的金属材料。可分为普通和特殊黄铜两类,按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜。,授人以鱼不如授人以渔,3.压力加工普通黄铜:也叫二元黄铜,是Cu-Zn二元合金。根据含锌量,可分为(小于39)单相()黄铜和(3945)双相()黄铜两种。相是锌溶于铜中的固溶体,溶解度随温度的下降而增大,为面心立方晶格,塑性好,可冷热加工。相是以电子化合物CuZn为基的固溶体,室温下较脆,但加热到450以上时,塑性良好。其性能随锌含量增加,起初强度和塑性都提高,而后由于出现了相,强度继续升高,但塑性下降,直至全部为相时,强度塑性急剧下降,如下页图所示。其牌号为H+铜的名义质量分数,如H62。而H70、H68又
12、称为三七黄铜,因强度高,塑性好常用来制作枪弹壳和炮弹筒,有“弹壳黄铜”之称。,授人以鱼不如授人以渔,黄铜的机械性能与含锌量的关系,伸长率,抗拉强度,授人以鱼不如授人以渔,单相黄铜的显微组织 双相黄铜的显微组织,授人以鱼不如授人以渔,4.压力加工特殊黄铜:在铜锌二元合金的基础上加入其它合金元素组成的多元合金。常加入锡、硅、铅、铝、锰等,称为锡黄铜、硅黄铜、铅黄铜,铝黄铜。锡能显著提高耐蚀性,主要用于船舶及汽车的零件;铅能改善切削加工性能,提高耐磨性,故铅黄铜用于钟表零件;硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性,具良好铸造性能,用于船舶及化工零件。其牌号为H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义质量分数
13、,如HPb59-1。,授人以鱼不如授人以渔,5.铸造黄铜:采用铸造方法来生产的黄铜。其代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数,如:ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等。,授人以鱼不如授人以渔,6.青铜 除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜。工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等。一般都有高的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性。分为压力加工青铜,代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其名义质量分数-数字(其它合金元素的名义质量分数),如QSn4-3表示含锡4,含锌3。铸造青铜,代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数+合金元素2及其名义质量分数+如ZCuSn10Zn2
14、。,授人以鱼不如授人以渔,锡青铜:以锡为主要添加元素的铜基合金。耐蚀、耐磨、强度高、弹性好,常用牌号有QSn4-3等,用于弹簧、轴瓦、衬套等耐磨零件。铝青铜:以铝为主要合金元素的铜基合金。它有良好的力学性能,耐蚀、耐磨,有良好的铸造性能,受冲击无火花。常用牌号有QAl9-4,QAl5等,用于轴套、齿轮、蜗轮、管路配件等。铍青铜:以铍为主要合金元素的铜基合金。有很高的强度、硬度疲劳极限和弹性极限,耐蚀、耐热、无磁性、导电导热性好,受冲击无火花,冷热加工,铸造性能均好。常用牌号有QBe2,主要用于制作高级精密的弹性元件,如弹簧、膜片。特殊要求的耐磨零件,如钟表的齿轮和发条,高速高温高压下的轴承、衬
15、套。,授人以鱼不如授人以渔,授人以鱼不如授人以渔,7.本任务的结论(课本P129):根据对铜合金性能特点及主要用途的分析,依据发动机散热器使用性能要求,最好选用普通黄铜制造,例如H68。,授人以鱼不如授人以渔,任务二:选择铝合金制造内燃机活塞,发动机活塞是发动机上除了火花塞之外,工作环境最恶劣的了。要求在高温条件下,承受无限次的周期变速载荷,要求其质量轻,又要强度高,还要耐腐蚀,因此选择材料的范围很窄。纯铝虽然导热性好,密度小,但强度很低,显然不是首选。但是,在纯铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素,再经过冷变形和热处理之后,情况就改观了。下面先介绍纯铝。,授人以鱼不如授人以渔,1.工业纯铝
16、其熔点为660.37,密度为2.7g/cm3,为面心立方晶格,呈银白色。强度(80100MPa)和硬度(20HBS)很低,塑性(80)很高,有良好的导热导电性。工业纯铝为L1-L7,其顺序数越大,纯度越低。,授人以鱼不如授人以渔,2.铝合金的分类及用途:根据铝合金的成分以及生产工艺特点,铝合金可分为形变铝合金和铸造铝合金。铝合金的一般类型相图如图所示,在D点以左的合金,在加热到DF线以上时,得到单相固溶体组织,塑性好,适于压力加工,故称形变铝合金;成分在F点以左的合金,冷却时组织不随温度变化,故不能热处理强化,因而称为热处理不能强化铝合金;在D点以右为铸造铝合金。,铝合金状态图的一般类型,授人
17、以鱼不如授人以渔,形变铝合金:在加热时能形成单相的固溶体,塑性很好,适于冷热压力加工的铝合金。又可分为:热处理不能强化的铝合金和热处理能强化的铝合金。铸造铝合金:含有低熔点的共晶体,液态流动性较高,适于铸造的铝合金。它具有良好的力学性能,抗蚀性及良好的工艺性能。而且生产工艺较为简便,成本较低。用途较广。其合金代号为ZL+三位数字,第一位为合金系,1位铝硅系,2位铝铜系,3位铝镁系,4位铝锌系(所谓的“1硅2铜3镁4锌”),后两位为顺序号。,授人以鱼不如授人以渔,形变铝合金,授人以鱼不如授人以渔,铸造铝合金,授人以鱼不如授人以渔,授人以鱼不如授人以渔,3.铝合金的热处理铝合金的热处理与钢不同。正
18、如上述所说,铝合金的热处理强化是通过固溶强化和时效强化达到的,即将合金元素含量在加热到相区的某一温度,经保温后迅速水冷,在室温下得到过饱和的固溶体,这种淬火称为固溶处理。淬火后的铝合金硬度并不高,但在室温下放置或低温加热后,强度和硬度明显提高,塑性下降,这种现象称为时效。经固溶处理后铝合金随时间发生的强化现象称为时效强化。在室温下进行的时效称为自然时效,在加热条件下(固溶温度与室温之差的15到25)进行的时效称为人工时效。请看课本P136的图:铝合金经过2个小时的孕育期而逐渐强化起来。,授人以鱼不如授人以渔,固溶时效处理是有色金属材料如铝合金、钛合金、高温合金,以及少量钢铁材料如不锈钢以及耐热
19、钢等的最重要的强化处理手段。,待处理的有色金属铸件,授人以鱼不如授人以渔,共析钢和铝合金淬火时的组织变化比较示意图,授人以鱼不如授人以渔,硅铝明 典型的牌号为ZL10 x,Al-Si合金(未变质处理)组织,Al-Si合金(变质处理后)组织,授人以鱼不如授人以渔,4.本任务的结论(课本P135):为满足内燃机活塞的使用性能,应选用铸造铝硅合金或铸造铝铜合金,如ZL108、ZL201等。,授人以鱼不如授人以渔,任务三:选择材料制造车床主轴轴承,车床主轴轴承是滑动轴承,其材料是轴承合金。所谓轴承合金,即制造滑动轴承轴瓦和内衬的材料。生产中常用的轴承合金种类较多,性能有很大差异,使用场合也有所不同。滑
20、动轴承在工作时,承受一定的交变载荷及较大的压力,并与轴之间产生强烈的摩擦。为保证车床主轴的平稳运转,确保轴颈受到最小的磨损,延长主轴的使用寿命,应合理选用轴承合金。,授人以鱼不如授人以渔,1.轴承轴承是用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。轴承一般分为两大类:滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承有着一系列优点广泛应用。但是在高速、高精度、重载、特别是结构上要求剖分等场合下,滑动轴承就体现出它的优异性能。因而在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用滑动轴承。此外,在低速而带有冲击的机器中,如发电厂的磨煤机、水泥球磨机、滚筒清砂机、破碎机等也采用滑动轴承。,授人以
21、鱼不如授人以渔,2.润滑状态滑动润滑的目的是在摩擦表面之间形成低剪切强度的润滑膜,用它来减少摩擦阻力和降低材料磨损,润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜。根据润滑膜的形成原理和特征,润滑状态可以分为:(1)流体动压润滑;(2)液体静压润滑;(3)弹性流体动压润滑;(4)薄膜润滑;(5)边界润滑;(6)干摩擦状态。(见下页表),授人以鱼不如授人以渔,授人以鱼不如授人以渔,各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同,但是单纯由润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑状态,尚须与表面粗糙度进行对比。下页的图列出润滑膜厚度与粗糙度的数量级。只有当润滑膜厚度足以超过两表面的粗糙峰高度时,才有可能完全避免峰点接
22、触而实现全膜流体润滑。对于实际机械中的摩擦副,通常总是几种润滑状态同时存在,统称为混合润滑状态。,授人以鱼不如授人以渔,润滑膜厚度与粗糙度高度,授人以鱼不如授人以渔,3.建立油膜的条件一般认为,混合润滑是建立油膜,必须要有四个条件:需要润滑的两个零件要处在运动状态;两个零件的进油口要有一个锲角;润滑油要有一定的黏度;要有足够的润滑油。,授人以鱼不如授人以渔,4.滑动润滑的微观分析:,授人以鱼不如授人以渔,典型的锡基巴氏合金,授人以鱼不如授人以渔,5.典型磨损过程,授人以鱼不如授人以渔,6.轴承合金的性能综上所述,对轴承合金提出如下的要求:足够的强度;摩擦系数小,耐磨性好;足够的塑性和韧性,较高
23、的疲劳强度;良好的磨合性;轴瓦和轴颈的结合表面应有微孔;良好的导热性,较小的膨胀系数和一定的耐蚀性。下页图为常用轴承合金的牌号、性能。,授人以鱼不如授人以渔,授人以鱼不如授人以渔,7.本任务的结论(课本P140)根据上述分析,依据车床主轴轴承的性能要求和工作特点,最好选取锡基轴承合金制造,如ZSnSb11Cu6。,授人以鱼不如授人以渔,8.简介钛及钛合金 钛及钛合金具有良好的综合机械性能。其突出的特点是比强度很高。且具有较高的耐热性和优良的耐蚀性。钛合金广泛用于航天、航空和热能、化工工业。钛合金常分为()钛合金、()钛合金和(+)钛合金三种。常用()钛合金和(+)钛合金。,授人以鱼不如授人以渔
24、,钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强,这是由于它对氧的亲合力特别大,能在其表面上生成一层致密的氧化膜,可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中,都能在表面生成钝化氧化膜。因此,钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性,比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好,甚至可与铂比美。但是,如果在某种介质中,能连续溶解钛表面氧化膜时,则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如,钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中,由于这些溶液溶解钛表面氧化膜,所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时,则钛表面氧化膜便会受到保护,此时钛的稳定就趋于增加。,授人以鱼不如授人以渔,钛及其合金
25、的比强度(强度与重量比)在金属结构材料中是很高的,它的强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%。另外,钛及其合金的耐热性很强,在500的大气中仍能保持良好的强度和稳定性,短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150,不锈钢在310,就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时,其发动机和表面温度相当高,铝合金已不能胜任,应用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能,在飞机制造中用它来代替其它金属时,不仅可延长飞机的使用寿命,而且可以减轻其重量,从而大大提高其飞行性能。所以,钛是航空工业和宇宙航空工业中最有前途的结构材料之一。,授人以鱼不如授人以渔,钛
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 金属材料 热处理
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5794142.html