第十一章有色金属及其合金

null第十一章 有色金属及其合金 （Nonferrous metals and alloys) 第十一章 有色金属及其合金 （Nonferrous metals and alloys) 通常把所有的非铁金属及其合金统称为有色金属。 null特点（与钢铁相比）： （1）耐蚀性好（Corrosion resistance)，钢铁如果具有的话，需要加入昂贵的金属：Cr，Ni等。 （2）容易加工（ease of fabrication）； （3）高的导电及导热性（high electrical and thermal conductivity）（Cu、Al）； （4）重量轻 （light in weight) 航空机械，飞机等（Al、Ti）； （5）有色泽 （color)。 几乎所有的金属都具有以上五条中的2条以上。目前，其消耗量占金属材料的5％左右。§11－1 铜及其合金§11－1 铜及其合金铜的储量少，价格高，是贵重稀有金属。 铜及其合金分类：紫铜、黄铜（普通黄铜、特殊黄铜）、青铜（锡青铜、无锡青铜）、白铜。 一、紫铜（工业纯铜）（含0.1～0.5%杂质Pb、O、S、P等），纯铜外观呈紫红色，故称为紫铜。 1、一般特性 （1）熔点：1083℃； （2）在固态下无同素异构转变，面心立方； （3）比重：8.9 （4）性能：导电性、导热性（仅次于银）、好的塑性、（在大气和淡水中）耐蚀性好，但在海水中耐蚀性差。null2、牌号及用途 紫铜共有4个牌号：T1（99.95%）；T2（99.90%）；T3（99.70%）；T4（99. 50%）。 用途：柴油机润滑油管路；小柴油机的高压油管，密封垫片。不能作结构材料。 3、热处理 加工硬化：反复冷变形（锤击等）后，会显著硬化，强度从240 提高到400～500，塑性由45％下降到5％。 缺点：强度低，形变强化，塑性降低。 null二、黄铜 铜与锌的合金，或以锌为主要合金元素的铜合金，按化学成分分两类： 1. 普通黄铜（Cu-Zn合金） 1）成分与组织 一般Zn%<47%。 当Zn%<39%时，组织为α相，单相黄铜； 当Zn%:39～45%时，组织为α+ β（硬而脆）相，两相黄铜； 2）牌号，性能及用途null如属压力加工普通黄铜：用代号“H”+Cu的％表示，如H62，表示含铜量为62％的普通黄铜，用于制造垫圈、弹簧、各种铜网等。 ★   若属铸造普通黄铜：用“Z”+CuZn+锌的％表示，如ZCuZn38，用于制造一般结构件、耐蚀件、弹簧等。 性能:铸造性好，塑性好，耐蚀性好，可切削加工性差。 缺陷: （1） 脱锌:黄铜表面氧化膜破坏后，锌被溶解，表面残存一层多孔（海绵状）的纯铜。 （2）季裂(应力腐蚀开裂):冷加工零件有残余应力，在海水( 氨)的情况下，造成晶间腐蚀，自动开裂。当锌含量超过20％时，最易发生。 用低温退火（260～300℃，1～3小时）消除。 null2 .特殊黄铜: 在普通黄铜的基础上加入合金元素(Al、Mn、Si、Pb等)。目的：提高机械性能和耐蚀性。 编号 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ★   如属压力加工产品： 用代号“H”+主加元素符号＋Cu的％表示＋主加元素的％，若后边还有几组数字，则表示其它合金元素的％。例： ☆ HMn55－3－1，表示Cu%=55％，Mn％=3%，Fe％=1%的锰黄铜，用于制造螺旋桨。null☆  HSn70-1，锡黄铜： Cu%=70%， Sn%=1%， Zn%=29%。耐海水腐蚀（加锡的原因）。 称为：海军黄铜，与海水、油类接触的导管、冷凝器。 ★  若属铸造产品：用“Z”+Cu＋合金元素＋合金元素的％+…表示，如： ☆ ZCuZn25Al6Fe3Mn3，表示Cu%=66％、Zn%=25%、Al%=6%、Fe%=3%、Mn=3%的铸造铝黄铜，用于制造重载螺母、蜗杆等。 ☆  ZCuZn40Mn3Fe1： 铸造锰黄铜 Cu%=55%、Mn%=3%，Fe%=1%。制造海船的螺旋桨及其它管配件。null三、青铜 其耐磨性、耐蚀性均好于黄铜和纯铜。 1．压力加工青铜 牌号表示方法：“Q” ＋主加元素符号＋主加元素％；如果后面还有几组数字，则为其它元素％。 如：QAl7，表示含铝7％的铝青铜，可制造重要弹簧等。 2．铸造青铜 牌号表示方法：ZCu+合金元素＋合金元素的％＋…。null例:☆ZCuSn10Zn2 （名称：10－2锡青铜），铸造锡青铜：Sn%=10%， Zn%=2%， Cu%=88%。用途: 螺旋桨轴的轴套。 ☆ZCuSn10P1 (名称：10－1锡青铜) 铸造锡青铜: Sn%=10%， P%=1%(提高耐磨性)， Cu%=89%。用途:高速、高负荷的轴承。 ☆ZCuAl14Mn8Fe3Ni2 , 铸造铝青铜 Al%=14%，Mn%=8%，Fe%=3%，Ni%=2%，用于制造海水中耐蚀的高强度零件，如螺旋桨。 ☆  ZCuPb30 (30铅青铜) 铸造铅青铜 ，高速发动机轴瓦。null四、白铜（Cu－Ni合金） 好的耐蚀性，高的电阻率，抗氧化。机器及仪器中使用的白铜有以下两个牌号： ★CuNi19（普通白铜），耐蚀性好，耐海水腐蚀，适于船舶仪器中使用。 ★CuNi15Zn20（锌白铜），机械性能稍有提高，具有美丽的银白色，可用于船舶仪表的刻度盘等。 §11-2 铝及其合金§11-2 铝及其合金主要特点：比重小、优良的理化性能和加工性能。 一、工业纯铝 1.主要特点: 比重小（2.7是铁的三分之一）轻； 面心立方晶格：塑性好Ψ=8%； 导热性，导电性好（仅次于Cu，Ag，Au是铜的60％），无磁性；熔点低。 在大气和淡水中耐蚀性好，易氧化形成Al2O3保护膜，不耐酸碱。 缺点: 强度低。（抗拉强度为80MPa）不能做机械的结构零件。 null2 分类及牌号 工业纯铝的代号是依其中的杂质的限量来编制的。冶炼产品用元素符号和数字表示（数字越大，纯度越低）。 2 分类及牌号 工业纯铝的代号是依其中的杂质的限量来编制的。冶炼产品用元素符号和数字表示（数字越大，纯度越低）。 用途：电线、生活器皿； null二、铝合金 目的：提高强度。纯AL的强度低（只有80MPa)， 方法：在纯AL中，加入适量的合金元素（Cu，Mg，Si，Mn等）通过合金化及冷加工和热处理，可以使强度提高到：490～588Mpa。此外，铝合金的性能还可以通过热处理来进一步提高。铝合金的相图如右图示： null 依据铝合金的成分及生产工艺特点，常把铝合金分为两类： 1．形变铝合金 成分：D点以左的合金。 特点：好的塑性，适合于压力加工，F点以左的合金，固溶体成分不随温度变化，不能热处理强化。F，D之间的合金，可热处理强化。分为4种： 牌号：★防锈铝合金：代号为“LF”，如：LF21，21号防锈铝。null★硬AL：代号为“LY”，如：LY11，11号硬铝。 ★超硬铝：代号为“LC”；如；LC4 ，四号超硬铝。硬AL与超硬铝用于飞机的结构件，如大梁，起落架等。 ★锻AL： 代号为 “LD”，如：LD8，8号锻铝。航空机械中复杂的大型锻件，活塞等。 热处理工艺：淬火＋时效处理（合金的性能随时间延长而变化） 淬火温度：500℃水淬，得到过饱和固溶体。 null2．铸造铝合金 D点以左的合金，具有共晶组织，流动性好，适合于铸造。 如：★ZL101（代号，对应牌号为ZAlSi7Mg）， （注；第一位数表示合金系，1－Al-Si;2-Al-Cu;3-Al-Mg;4-Al-Zn，后面的两位表示序号） ★ZL108（牌号为ZAlSi12Cu2Mg1）和ZL109（牌号为ZAlSi12Cu1Mg1Ni1）又称特殊硅铝明。是制造汽车及船用中、高速柴油机或汽油机活塞的主要材料。§11－3 钛及其合金§11－3 钛及其合金一、纯钛 钛呈灰白色，熔点为1680℃，比重比铝大，但比钢轻43％。钛的强度是铝的6倍。好的耐热性（可用于500℃），也是优良的低温材料（在－253℃仍有好的塑性和韧性）。有同素异构转变。 钛的性能极易受杂质的影响。根据杂质的含量，工业纯钛分三个等级：TA1、TA2、TA3，号越大，纯度越低。用途：如TA1可用于制造船用板式换热器的传热板。null一、 钛合金 根据钛合金的热处理组织，可分为三种类型： 1．α型钛合金 牌号有：TA4、TA5、TA6、TA7、TA8，主要合金元素为Al，其室温强度低于其它类型的钛合金，但在500～600℃的强度和蠕变强度居钛合金之首。属于耐热型钛合金。一般用于500℃以下，如：TA7，可用于导弹的燃料罐，飞机的涡轮机匣等。 1．β型钛合金null我国现有2个牌号：TB1、TB2。淬火组织为β固溶体，合金元素含量较高，其耐热性差，一般用于350℃以下。如：TB1可用于压气机叶片、轴等。各国都在研究这类钛合金。 3．(α+β)型钛合金 退火态组织为：(α+β),故兼有α及β类的特点。这类钛合金综合机械性能好，应用最广。 牌号有10个：TC1～TC10。 其中：TC4（Ti－6Al－4V）应用最广，经过热处理后，其性能指标为：σb=1300MPa、σs=1200MPa、δ=13%。在导弹和超音速飞机中，其用量约占钛总用量的50％以上，被称为“国际合金”。主要用于制造需要高温强度的发动机零件，也可作火箭及导弹的液氢燃料箱。§11－4滑动轴承合金§11－4滑动轴承合金用来制造滑动轴承瓦的合金称为轴承合金。 轴承的组成：轴承座，轴瓦，轴承盖。其中轴瓦与轴直接相接触。 轴瓦的生产：1）耐磨合金＋钢板，一起轧制； 2）在瓦壳上浇铸一层耐磨合金瓦衬。 一、对轴承合金的性能要求： （1）在工作温度下，具有足够的强度，疲劳强度和硬度；（2）摩擦系数小，耐磨性好，磨合性，亲油性，抗咬合性好； null（3）导热性，抗蚀性好，膨胀系数小；（4）工艺性好，价格低。（5）合适的成分：与钢轴的相容性差。 组织：软基体上均匀分布硬质点或硬基体上均匀分布软质点。即软硬混合的组织最理想。硬的部分承受外载，软的部分磨掉后储油。 种类：巴氏合金、铜基轴承合金、铝基轴承合金。 null二、巴氏合金（白合金，乌金） 牌号：“ZCh”+基本元素符号（起分组的作用）＋主加元素符号＋主加元素含量＋辅加元素含量。Z－“铸”，Ch－“承” 例：ZChSnSb11－6 （ZSnSb11Cu6）; 名称：11－6锡锑轴承合金或2号锡基轴承合金，基本元素Sn，主加元素Sb%=11%，辅加元素Cu％＝6％，Sn%=83%. 1．锡基巴氏合金（共4个牌号） 成分：以锡为主，加入少量的Sb，Cu等（消除比重偏析）形成；null组织特点：软基体上均布硬质点组织。 常用牌号：ZChSnSb11-6（ZSnSb11Cu6） 性能：摩擦系数小，耐蚀性好，韧性好；但疲劳强度低。许用温度<110℃。 用途：船用低速和中速柴油机主轴承、曲柄销轴承、中间轴轴承、尾轴承等（最重要的低、中速轴承）。 2．铅基巴氏合金（共5个牌号） 成分：在Pb－Sb合金中加入锡和铜。null常用代号：ZChPbSb16-16-2（ZPbSb16Sn16Cu2），名称：16－16－2铅锑轴承合金或1号铅基轴承合金。基本元素Pb，Sb％与Sn%＝16％，Cu%=2%; 组织：也是软基体（（＋）共晶体，是铅溶人锑中的固溶体，性能硬而脆）上均布硬质点、Cu6Sn5（针状）、SnSb（块状）。 性能: 比锡基轴承合金的差，韧性、耐蚀性差、 －1 小，但价格低。 用途：中、低载和低速机器的轴瓦，如起锚机、起货机的轴承、拖拉机的轴承。 null三 、铜基轴承合金 1．铅青铜 组织：硬基体（Cu）上分布软质点（Pb)； 常用牌号： ZCuPb30 (30铅青铜） 铸造铅青铜：Pb%=30%，Cu％＝70％ 性能：（与巴氏合金比）承载能力高，疲劳强度高，导热性好，工作温度250℃。 缺点：耐蚀、磨合性、嵌藏性及抗咬合性差，摩擦系数大。 用途：高速、重载的重要轴承，高速柴油机的主轴承和连杆轴承。null2．锡青铜 P青铜：ZCuSn10P1，Sn%=10%，Cu%=89%，P%=1%。 性能：由于锡的存在，性能好，工作温度>280℃。 用途：高速、重载柴油机的轴承，耐蚀性和磨合性好。 四、铝基轴承合金 特点：比重小，导热性好，疲劳强度高，耐磨性好，原料丰富（符合我国的资源特点），成本低。缺点：膨胀系数大，运转时容易与轴咬死。null1．低Sn 铝合金： 锡含量<10％ ，Cu、Ni、Mg的铝基轴承合金。 承载能力大，疲劳强度高，摩擦系数大。 用途：中、高速、重载轴承。 2．铝锑镁轴承合金： 锑：4％；镁：0.3～0.7％，其余为AL。 组织：软基体（铝）上分布硬质点（AlSb 、Mg3Sb）。特点：疲劳强度高，耐蚀，耐磨，但承载能力不大。用途：低速，中等负荷的柴油机轴承。（如：农机，拖拉机） null3．高锡铝合金： 成分：Sn％：20％左右 ，1％的铜（溶入铝强化基体），其余为铝。 组织：硬基体（AL基固溶体）＋锡的软质点； 特点：性能好，寿命长，成本低，可代替巴氏合金。（磨合性、嵌藏性、抗咬合性差）。 用途：高速重载船用柴油机的主轴承和连杆轴承、高速大功率的内燃机车、重型汽车上等。 为了满足大型低速船用柴油机的需要，改善20高锡铝合金的磨合性等，目前已将锡的含量提高到30～40％。如40高锡铝合金（疲劳强度更低），可用于低速机的主轴承等。null思 考 题 1铜及其合金的种类，各有何用途？ 2 AL合金有何特点？高速柴油机中的活塞一般用的是哪种铝合金？ 3钛及其合金的种类、特点及应用。 4轴承合金的理想组织是什么？锡基和铅基巴氏合金有何区别？如何选用？ 5 解释牌号并说明用途： （1）ZChSnSb11-6， ZChPbSb16-16-2；（2）ZCuSn10P1 、ZCuPb30 （3）ZL102，ZL108；（4）CuZn38、ZCuZn40Mn3Fe1、TC4