9第九章-非铁金属及其合金.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,机械工程材料,-教材配套PPT课件,第九章 非铁金属及其合金,在工业生产中，通常把钢和铸铁称为,黑色金属,，把其以外的其他金属及其合金称为,有色金属（即铝、铜、钛及其合金）、轴承合金、硬质合金等,。,第一节,铝及铝合金,第二节,铜及铜合金,第三节,钛及钛合金,第四节,轴承合金,第五节 硬质合金,第一节 铝及铝合金,一、铝及铝合金性能特点,纯铝具有银白色金属光泽,密度小(2.72),熔点低(660.4),导电、导热性能优良。,耐大气腐蚀，易于加工成形.,具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。,铝合金制造的机翼,可将铝合金分为,变形铝合金,和,铸造铝合金,两大类。,变形铝合金又分为,可热处理强化,和,不可热处理强化,两类.,铝合金分类示意图,二、铝合金的分类,铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。,三、铝合金的热处理,并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。,时效,是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。,可热处理强化变形铝合金的热处理方法：,固溶处理,+,时效,。,固溶处理,是指将合金加热到固溶线以上，保温,四、铝合金的牌号、性能及用途,1、变形铝合金,变形铝及铝合金牌号表示方法,根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号,或采用国标规定的四位字符牌号,。,全世界铝的用量,百万吨,一次生产量,二次回收量,总用量,GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，,表示方法为:,防锈铝合金：,LF+序号,硬铝合金,：,LY+序号,超硬铝合金,：,LC+序号,锻铝合金,：,LD+序号,铝合金制品,铝是可以回收利用的金属,常用变形铝合金,防锈铝合金,主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。,Mn,和,Mg,主要作用是,卫星天线（LF2）,提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。,防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。,不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。,汽化器(热交换管为LF21),常用的,Al-Mn,系合金有,LF21（3A21）,，其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道,、,铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。,常用的,Al-Mg,系合金有,LF5（5A05）,其密度比,纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。,硬铝合金,主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。,可进行时效强化，也可进行变形强化。,强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。,常用硬铝合金如,LY11,(,2A11,),、,LY12,(,2A12,),等，用于制造冲压件,、,模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、铆钉等,.,超硬铝合金,属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。,时效强化效果超过硬铝合金.,热态塑性好，但耐蚀性差。,常用合金有,LC4,(,7A04,)、,LC9,(,7A09,)等，主要用于工作温度较低、受力较大的结构件,如飞机大梁,、,起落架等.,飞机主起落架,锻铝合金,Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等.,压气机叶片,Al-Cu-Mg-Fe-Ni,系耐热锻铝合金,常用牌号有,LD7,(,2A70,),、,LD8,(,2A80,),、,LD9(,2A90,),等。用于制造,150 225,下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。,2、铸造铝合金,包括：,Al-Si,系：,代号为ZL1+两位数字顺序号,Al-Cu,系：,代号为ZL2+两位数字顺序号,Al-Mg,系：,代号为ZL3+两位数字顺序号,Al-Zn,系：,代号为ZL4+两位数字顺序号,Al-Si系铸造铝合金,又称,硅铝明,。其中,ZL102,(,ZAlSi12,),是含,12%Si,的铝硅二元合金，称为,简单硅铝明,.,Al-Cu系铸造铝合金,这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。,汽缸头,常用代号有,ZL201,(ZAlCu5Mn),、,ZL203,(ZAlCu4),等。,主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。,Al-Mg系铸造铝合金,这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。,常用代号为ZL301(ZAlMg10),、,ZL303(ZAlMg5Si1),等。,主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。,鼓风机密封件等(ZL102、301),Al-Zn系铸造铝合金,这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。,大型空压机活塞(ZL401),常用代号为,ZL401,(ZAlZn11Si7),、,ZL402,(ZAlZn6Mg),等,.,主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。,第二节 铜及铜合金,一、铜及铜合金性能特点,纯铜呈紫红色，故又称紫铜,具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。塑性好.,纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。,热轧铜合金,铜合金常加元素为,Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be,、,Ti、Zr、Cr,等，既提高了强度，又保持了纯铜特性.,铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。,二、黄铜,以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。,黄铜按化学成分可分为,普通黄铜,和,特殊黄铜,。,按工艺可分为,加工黄铜,和,铸造黄铜,。,1、普通黄铜,铜与锌的二元合金称为普通黄铜。,加工普通黄铜的牌号为：,H(黄)+表示铜平均百分含量的数字,，如H68。,从铜锌合金相图可以看出黄铜有,和,+,两种组织，分别称,单相黄铜,和,两相黄铜,。,单相黄铜,塑性好。,常用牌号有H80、H70、,H 68。,适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。,两相黄铜,热塑性好,强度高.,常用牌号有H59、H62。,适于制造受力件，如垫圈,、,弹簧、导管、散热器等。,2、特殊黄铜,在普通黄铜的基础上加入Al,、,Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黄铜。,加工特殊黄铜的牌号为：,H,(黄),+主加元素符号,(Zn除外),+铜平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.,特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改善。,三、青铜,除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。,加工青铜的牌号为：Q+主加元素符号及其平均百分含量+其他元素平均百分含量,如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn).,常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。,青铜制品,1、锡青铜,是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。,锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最小。,锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。,常用牌号有QSn4-3、ZCuSn10Pb1等。,主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。,锡青铜管,船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖),2、铝青铜,以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。,强度、硬度、耐,磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性能好，但焊接性能差。,常用牌号有,QAl5,、,QAl7,、,ZCuAl8Mn13Fe3Ni2,等,.,主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨,、,耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等,.,大型水力发电设备中的抗磨环,性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。,普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量。常用牌号有 B5、B19 等。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等.,四、白铜,以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。,分普通白铜和特殊白铜。,普通白铜,是,Cu-Ni,二元合金，具有较高的耐蚀,第三节 钛及钛合金,一、工业纯钛,纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转变,-Ti,-Ti,由体心立方,-Ti转变为密排六方,-Ti.,纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。,美F-22战机约36%重,量的零件用钛合金制造,纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。,钛钢复合反应釜,钛管换热器,钛制蒸馏塔,二、钛合金,纯钛加入合金元素形成钛合金。,钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.,按退火组织，钛合金可分为,型钛合金、,型钛合金和,+,型钛合金三类，它们的牌号分别用,TA,、,TB,、,TC,加顺序号表示。如,TA5,、,TB2,、,TC4,等。其中,TA0TA3,为工业纯钛。,钛合金泵,1、,型钛合金,主加元素为铝，还有锡、硼等。,不能热处理强化，通常在退火状态下使用,组织为单相,固溶体.,强度低于另两类钛合金，但高温强度、低温韧性及耐蚀性优越.,钛合金氢泵诱导轮,钛合金氢泵壳体,常用牌号有TA5、TA7等,主要用于制造500以下工作的零件，如飞机压气机叶片、导弹的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机匣及飞船上的高压低温容器等。,2、,型钛合金,加入的合金元素有钼、铬、钒、铝等。,经淬火加时效处理后，组织为,相基体上分布着细小的,相粒子。,这类合金强度高，但冶炼工艺复杂，难于焊接,应用受到限制。,型钛合金有TB2,、,TB3,、,TB4三个牌号,。,主要用于350以下工作的结构件和紧固件,如飞机压气机叶片,、,轴,、,弹簧,、,轮盘等.,钛合金眼镜架,钛离心泵,3、,+,型钛合金,加入的合金元素有铝、钒、钼 铬等。,可进行热处理强化，强度高，塑性好，具有良好的热强性、耐蚀性和低温韧性。,钛合金列管式换热器,第四节 轴承合金,制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承合金。,滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起,支撑作用的重要部件，由轴承体和轴瓦两部分组成。,与滚动轴承相比滑动轴承具有承载面积大，工作平稳，无噪音及拆装方便等优点。,一、轴承的工作特性,当轴高速旋转时，轴瓦与轴颈发生强烈摩擦，承受轴颈施加的交变载荷和冲击力。,对轴承合金的性能要求：,足够的强韧性，以承受轴颈施加的交变冲击载荷,.,较小的热膨胀系数,，,良好的导热性和耐蚀性，以防止轴与轴瓦之间咬合。,较小的摩擦系数，良好的耐磨性和磨合性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。,1、锡基轴承合金,是以锡为主并加入少量锑、铜等元素组成的合金，熔点较低，是软基体硬质点组织类型的轴承合金。,二、常用轴承合金,工业上常用锡基、铅基轴承合金，又称,巴氏合金,。,典型牌号为,ZSnSb11Cu6,。,(,其组织为,基体,+,白亮块状,SnSb,+,星状,Cu,3,Sn,),锡基轴承合金具有较高的耐磨性、导热性、耐蚀性和嵌藏性，摩擦系数和热膨胀系数小，但疲劳,强度较低，工作温度不超过 150，价格高。,广泛用于重型动力机械，如气轮机、涡轮机和内燃机等大型机器高速轴瓦,.,巴氏合金轴瓦,2、铅基轴承合金,是以铅为主加入少量锑、锡、铜等元素的合金，也是软基体硬质点型轴承合金。,典型牌号为ZPbSb16Sn16Cu2。,（其组织为,(,+,)共晶基体+方块状SnSb+针状,Cu,3,Sn,）,铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不如锡基轴承合金，但其成本低，高温强度好，有自润滑性。,内燃机轴瓦,常用于低速,、,低载条件下工作的设备,如汽车、拖拉机曲轴的轴承等。,第五节 硬质合金,硬质合金是把一些高硬度、高熔点的粉末（WC,Tic等）和胶结物质（Co,Ni等）混合，加压制坯，再经烧结而成的一种粉末冶金工具材料，是粉末冶金法在制造工具的重要应用。,一、硬质合金的性能特点,由于高熔点、高硬度的金属碳化物WC,Tic及TiN作为基体，软又韧的Co,Ni等金属起粘结作用，从而使硬质合金具有很高的硬度（76HRC），很高的热硬性，切削温度可达1000，高的耐磨性以及一定的强度。,使用这种合金,制作刃具,，可以提高其切削速度比高速钢的可,提高4-5倍,。硬质合金的主要缺点是,韧性低、价格高，,所以在用硬质合金做刀具或模具时，常常将,硬质合金镶嵌,在其他价廉材料之上使用。同时由于硬质合金的硬度很高，对其进行切削加工将非常困难。因此形状复杂的刀具，如拉刀、滚刀就不能用硬质合金来制作。,硬质合金按其成分和性能特点分为钨钴合金（YG）、钨钛钴合金（YT）、钨钛担（铌）钴合金(YW)和碳化钛铌铝合金(YN)四类。它们的牌号用汉语拼音字母Y”和决定合金特性的主要元素（或化合物）及其成分数字（或顺序号）表示。,二、硬质合金的分类及牌号,1)钨钴类硬质合金,（K类）,牌号有YG3、YG6、YG8等。YG表示钨钴类硬质合金，“G”是Co的代号，后边的数字表示C。的质量分数，如YG8表示Co的质量分数为8、WC的质量分数为92的钨钴类硬质合金。,2）钨钴钛类硬质合金（P类）牌号有YT5、YT15、YT30等。YT表示钨钴钛类硬质合金，“T”是钛的代号，后边的数字表示Tic的质量分数。如YT15表示Tic的质量分数为巧，其余为WC和Co的钨钴钛类硬质合金。,3）钨钛钽（铌）钴类硬质合金（M类）。牌号有YW1中“W”是“万”的代号，YW表示钨钴钛担 （铌）硬质合金（也叫通用合金或万能合金），后面的数字是顺序号，不代表化学成分。,4）碳化钛铌钼合金类 牌号有YN10中的“N”是钼的代号，表不碳化钛镍钼合金，后的数字表示含钼量，即YN10表示钼含量为10的碳化钛镍钼硬质合金。,常用硬质合金的牌号、化学成分、力学性能及用途,类别,牌号,ISO,化学成分/%,力学性能（不低于）,用 途,WC,TiC,TaC,Co,HRA,抗弯强度,钨钴,类合金,YG3X,K01,96.5,0.5,3,92,1000,适用于制造加工铸铁、非铁金属及非金属材料的刀具，钢、非铁金属棒料与管材的拉伸模，冲击钻钻头，机器及工件的易磨损零件,YG6,K20,94.0,6,89.5,1450,YG6X,K10,93.5,0.5,6,91,1400,YG8,K20K30,92.0,8,89,1500,YG11C,K40,89.0,11,88.5,2100,YG15,K40,85.0,15,87,2200,钨钴钛,类合金,YT5,P30,85.0,5,10,88.5,1400,适于碳素钢、合金钢的连续切削加工,YT15,P10,79.0,15,6,91,1130,YT30,66.0,30,4,92.5,880,通用合金,YW1,M10,84.0,6,4,6,92,1230,适于高猛钢、不锈钢、耐热钢、普通合金钢及铸铁的加工,YW2,M20,82.0,6,4,8,91.5,1470,三、硬质合金的应用,1,)制作刀具，如车刀、铣刀、钴头、铰刀、键刀等。其中，YG类合金适用于加工铸铁、有色金属及某些非金属材料，YT类合金适用于加工钢材，YW类适用于对铸铁及钢件的加工。,2）制作模具，如拉伸模、冲压模、成型模等，小的拉伸模一般都用YG6X和YG8,大的拉伸模则用YG8和YG15。,3）制作凿岩工具，一般用YGSC和YG15。,4）制作量具，如千分尺、块规、塞块等各种专用量具，一般用YG类的硬质合金。,5)制作耐磨零件，在容易磨损的工作面上镶以硬质合金，如精轧辊、顶尖、精密磨床的精密轴承等，常用的是YG类硬质合金。,