非铁金属及其合金 (1)PPT课件下载推荐.ppt

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纯铝还可用来制造导线、包覆材料、耐蚀和生活器皿等。

2）铝中加入适量Si、Cu、Mg、Zn、Mn等主加元素和Cr、Ti、Zr、B、Ni等辅加元素，组成铝合金，可提高强度并保持纯铝的特性。

根据成分和生产工艺特点可将铝合金分为两大类：

1）形变铝合金2）铸造铝合金,形变铝合金:

成分在D点以左的合金，加热至固溶线DF以上温度得到均匀的单相固溶体，塑性好，适于进行锻造、轧制等。

铸造铝合金:

成分在D点以右的合金，存在共晶组织，塑性较差，不宜压力加工，但流动性好，适宜铸造。

不能热处理强化的铝合金,形变铝合金中，小于F点的合金，固溶体成分不随温度而变化，不能通过热处理方法强化，称为不可热处理强化的铝合金；

成分在F-D之间的合金，固溶体成分随温度变化，可通过热处理方法强化，称为可热处理强化的铝合金。

不能热处理强化的铝合金,4.热处理（退火、淬火和时效）,1）退火

（1）再结晶退火再结晶温度以上保温一段时间后空冷，用于消除变形工件的加工硬化，提高塑性，以便继续进行成形加工。

（2）低温退火消除内应力，适当增加塑性，通常在180300保温后空冷。

（3）均匀化退火消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温长时间保温后空冷。

2）淬火（固溶处理）将铝合金加热到固溶线以上保温后快冷，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一固溶体。

淬火后铝合金的强度和硬度不高，具有很好的塑性。

3）时效将淬火后的铝合金，在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效。

室温下进行的时效称为自然时效；

低温加热下进行的时效称为人工时效。

时效的实质，是第二相从过饱和、不稳定的单一固溶体中析出和长大，由于第二相与母相（相）的共格程度不同，使母相产生晶格畸变而强化。

时效曲线【Al-4%Cu合金】,自然时效人工时效,热处理,

（1）形变铝合金,形变铝合金依据其性能特点可分为四种：

防锈铝合金LF硬铝合金LY超硬铝合金LC锻造铝合金LD其中防锈铝合金为不可热处理强化铝合金，其它三种为可热处理强化铝合金。

1）防锈铝合金LF,主要系列：

Al-Mn系、Al-Mg系主要性能：

具有很高的塑性、较低或中等的强度、优良的耐蚀性能和良好的焊接性能。

使用：

防锈铝只能用冷变形来强化，一般在退火态或冷作硬化态使用。

常用Al-Mn系：

LF21，抗腐蚀性较好，常用来制造需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、油箱等。

常用Al-Mg系：

F2、LF3、LF5、LF6等，有较高的疲劳性能和抗振性，强度高于Al-Mn系合金，但耐热性较差，广泛用于航空航天工业中，如制造油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。

2）.硬铝合金LY,硬铝包括：

Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类常用Al-Cu-Mg系分为：

低强度硬铝（铆钉硬铝），如LY1、LY3、LY10等，强度较低，但有很高的塑性；

中强度硬铝（标准硬铝），如LY11；

高强度硬铝，如LY12。

硬铝包括：

Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类Al-Cu-Mg系硬铝的性能：

焊接性和耐蚀性较差，对于板材可包覆一层高纯铝，通常还要进行阳极氧化处理和表面涂装，为提高其耐蚀性一般采用自然时效。

部分Al-Cu-Mg系硬铝具有较高的耐热性，如LY11、LY12，可在较高温度使用。

Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mn系两类Al-Cu-Mn系硬铝：

为超耐热硬铝合金，具有较好的塑性和工艺性能，常用代号有LY16、LY17。

硬铝合金的用途：

常制成板材和管材，主要用于飞机构件、蒙皮、螺旋桨、叶片等。

3）.超硬铝合金LC,Al-Zn-Mg-Cu系合金：

强度最高，常用LC4、LC9等；

具有良好的热塑性，但疲劳性能较差，耐热性和耐蚀性也不高；

表面通常包覆wZn=1%的铝锌合金，零构件也要进行阳极化防腐蚀处理；

一般采用淬火+人工时效的热处理强化工艺；

用于工作温度较低、受力较大的结构件，如飞机蒙皮、壁板、大梁、起落架部件等。

4）.锻造铝合金LD,Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；

Al-Cu-Mg-Si系：

热塑性好，可用锻压方法来制造形状较复杂的零件；

一般在淬火加人工时效后使用；

常用LD2、LD5、LD6、LD10等；

主要制造要求中等强度、高塑性和耐热性的锻件、模锻件，如各种叶轮、导风轮、接头、框架等。

Al-Cu-Mg-Si系和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系两类；

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系：

常用代号有LD7、LD8、LD9等，此类合金耐热性较好，主要用于250温度下工作的零件，如叶片、超音速飞机蒙皮等。

牌号,

（2）铸造铝合金,铸造铝合金：

Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系代号：

ZL1、ZL2、ZL3、ZL4加两位数字的顺序号表示；

若为铸锭，则在ZL后加D；

若为优质，则在代号后加A；

需表示状态时，在合金代号后用短横线连接状态代号；

铸造方法代号不写入合金代号中。

1）.Al-Si系,Al-Si（11-13%）系铸造铝合金俗称硅铝明：

铸造铝合金的铸造性能好，密度小，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性；

用于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，如飞机、仪表壳体等；

制造低、中强度的形状复杂的铸件，如电机壳体、气缸体、风机叶片、发动机活塞等。

铸造铝合金的应用,Al-Si系相图,ZL102变质前：

b140MPa3后：

s180MPa8,2）.Al-Cu系,Al-Cu系铸造铝合金有较高的强度、耐热性，但密度大、耐蚀性差，铸造性能不好，常用代号有ZL201、ZL202、ZL203等，主要用于制造较高温度下工作的要求高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。

3）.Al-Mg系,Al-Mg系铸造铝合金：

耐蚀性好，强度高，密度小，但铸造性能差，耐热性低。

常用代号有ZL301、ZL303等，主要用于制造在腐蚀介质下工作的承受一定冲击载荷的形状较为简单的零件，如舰船配件、氨用泵体等。

4）.Al-Zn系,Al-Zn系铸造铝合金：

Al-Zn系铸造铝合金铸造性能好，强度较高，但密度大，耐蚀性较差。

常用代号有ZL401、ZL402等，主要用于制造受力较小、形状复杂的汽车、飞机、仪器零件。

牌号,2铜及其合金,一、纯铜,纯铜又称紫铜，密度为8.96g/cm3，熔点为1083.4，具有优良的导电性和导热性，其导电性仅次于银。

纯铜在大气、淡水中具有良好的耐蚀性，但在海水中较差。

纯铜具有面心立方结构，无同素异构转变，无磁性。

060417,b=200250MPa，HB:

4050HBS，塑性45%50%；

冷变形后，其强度可达400500MPa，硬度提高到100200HBS，但伸长率下降到5%以下；

退火处理可消除铜的加工硬化；

纯铜还具有优良的焊接性能；

工业纯铜产品的代号为T1（wCu99.95%）、T2（wCu99.9%）、T3（wCu99.7%），主要用于配制铜合金，制作导电、导热材料及耐蚀器件等。

二、黄铜,普通黄铜：

Cu-Zn二元合金，产品代号HCu，如H68表示含Cu68%的铜锌合金。

单相黄铜：

wZn39%称为，强度低、塑性好，冷塑性加工成板材、线材、管材等，常用H68、H70、H80，主要用作弹壳和精密仪器；

两相黄铜：

wZn3945%，热塑性好，一般热轧成棒材、板材，常用H59、H62等，主要用作水管、油管、散热器、螺钉。

普通黄铜具有良好的耐蚀性，但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，应进行去应力退火。

特殊黄铜：

普通黄铜中加入Al、Si、Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等，称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。

合金元素能提高合金的强度，Al、Sn、Mn、Ni能提高耐蚀性和耐磨性，Mn提高耐热性，Si改善铸造性能，Pb改善切削性能。

其表示方法为：

H主加元素符号铜及各合金元素的平均质量分数（w100），如HPb59-1表示含wCu59%、wPb1%铅黄铜。

常用代号有HPb59-1、HSn90-1等，主要用于制造冷凝管、齿轮、螺旋桨、钟表零件等。

铸造黄铜,牌号表示：

Z铜元素化学符号主加元素的化学符号及平均质量分数（w100）其它元素的化学符号及平均质量分数（w100），如ZCuZn38表示wZn38%、余量为铜的铸造普通黄铜。

相图、含Zn量与力学性能的关系,图9-7黄铜的组织和力学性能与含锌量的关系,单相（锌溶于铜形成的固溶体，体心立方晶格）状态，相（电子化合物CuZn为基的有序固溶体，体心立方晶格），少量相的存在对强度无坏影响，合金强度仍然很高。

锌含量超过45%以后，组织全部为脆性大的相，强度急剧下降，塑性继续降低。

所以工业黄铜的锌含量多不超过47%，,牌号,三、青铜,青铜：

除Zn以外，所有Cu合金的总称。

根据所加主要合金元素Sn、Al、Be、Si、Pb等，青铜分为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。

代号：

Q+主加元素符号及平均质量分数（w100）其它元素平均质量分数（w100）表示，如QSn4-3表示含wSn4%、wZn3%的锡青铜。

1）锡青铜,锡青铜的性能受锡含量的显著影响：

wSn5%的锡青铜塑性好，适于进行冷变形加工；

wSn=5%7%的锡青铜热塑性好，适于进行热加工；

wSn=10%14%的锡青铜塑性较低，适于作铸造合金。

锡青铜的铸造流动性差，易形成分散缩孔，铸件致密度低，但合金体积收缩率小，适于铸造外形及尺寸要求精确的铸件。

（1）锡青铜性能,锡青铜的性能：

良好的耐蚀性、减磨性、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较差。

常用锡青铜：

QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等，主要用于制造弹性元件、耐磨零件、抗磁及耐蚀零件，如弹簧、轴承、齿轮、蜗轮、垫圈等。

青铜（Cu-Sn合金相图）,2）铝青铜,铝青铜的性能：

强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐蚀性都高于黄铜和锡青铜，是无锡青铜中应用最广的一种。

常用铝青铜：

低铝和高铝两种。

低铝青铜如QAl5、QAl7等，具有一定的强度，较高的塑性和耐蚀性，一般在压力加工状态使用，主要用于制造高耐蚀弹性元件；

高铝青铜如QAl9-4、QAl10-4-4等，具有较高的强度、耐磨性、耐蚀性，主要用于制造齿轮、轴承、摩擦片、蜗轮、螺旋桨等。

铝青铜相图,力学性能的影响,3）铍青铜,性能最好的一种铜合金，唯一可固溶强化的铜合金；

具有很高的强度、弹性、耐磨性、耐蚀性及耐低温性，良好的导电、导热性，无磁性、受冲击时不产生火花，还具有良好的冷、热加工和铸造性能；

常用代号QBe2、QBe1.9等；

用于制造重要的精密弹簧、膜片等弹性元件，高速、高温、高压下工作的轴承等耐磨零件，防爆工具等。

青铜牌号,3钛及其合金,一、纯钛1.性能,Ti：

4.507g/cm3，Tm：

1688。

具有同素异构转变，882.5为密排六方结构的相，882.5体心立方结构的相。

纯钛的强度低，但塑性好，低温韧性好，耐蚀性很高。

钛具有良好的压力加工工艺性能，切削性能较差。

钛在氮气中加热可发生燃烧，因此钛在加热和焊接时应采用氩气保护。

2.分类用途,根据杂质含量，钛分为高纯钛（纯度达99.9%）和工业纯钛（纯度达99.5%）。

工业纯钛有三个牌号，分别用TA顺序号数字1、2、3表示，数字越大，纯度越低。

杂质含量对钛的性能影响很大，少量杂质可显著提高钛的强度，故工业纯钛强度较高，接近高强铝合金的水平，主要用于制造350以下温度工作的石油化工用热交换器、反应器、船舰零件、飞机蒙皮等。

3.杂质对性能的影响,二、钛合金,在纯钛中加入Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等合金元素形成钛合金，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。

工业纯钛的室温组织为相，因此牌号划入型钛合金的TA序列。

1.型钛合金,性能：

室温强度低，高温强度高；

具有良好的抗氧化性、焊接性和耐蚀性，不可热处理强化，退火态使用；

牌号：

TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等，常用的有TA5、TA7等，以TA7最常用。

TA7还具有优良的低温性能；

用于制造500以下温度工作的火箭、飞船的低温高压容器，航空发动机压气机叶片和管道、导弹燃料缸等。

TA5主要用于制造船舰零件。

2.型钛合金,牌号：

有TB1、TB2两个，可热处理强化，实际应用的为TB2。

性能：

合金的强度高、焊接性好。

热稳定性差。

用于制造350以下温度工作的飞机压气机叶片、弹簧、紧固件等。

3.（）型钛合金,性能：

具有型和型钛合金的优点，但焊接性能不如型钛合金，可通过热处理来强化。

TC1TC11，常用的有TC3、TC4、TC6、TC10等，以TC4最常用。

制造400以下工作的航空发动机压气机叶片，火箭发动机外壳，火箭和导弹的液氢燃料箱部件，船舰耐压壳体等。

TC10是在TC4基础上发展起来的，具有更高的强度和耐热性。

钛飞船,4.Ti合金的发展,一般：

最高使用温度为500。

中国：

Ti-Al-Sn-Mo-Si-Nd系，使用温度达550。

英美：

的Ti-5.5Al-4Sn-4Zr-1Nb-0.3Mo-0.5Si合金和Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Nb-0.45Si合金，使用温度可达600。

最高：

以钛铝金属间化合物为基的Ti3Al基高温钛合金和TiAl基高温钛合金，使用温度将可达700以上。

钛合金牌号,4镁及其合金,纯镁：

1.74g/cm3，Tm651，密排六方结构。

纯镁强度不高，室温塑性较低，耐蚀性较差，易氧化。

工业纯镁代号用M顺序号表示。

纯镁主要用于配制镁合金和其它合金，还可用作化工与冶金的还原剂。

镁合金：

纯镁中加入Al、Zn、Mn、Zr及稀土等元素，制成镁合金。

主要有Mg-Mn系、Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系和Mg-Re-Zr系等合金系。

它们分为变形镁合金和铸造镁合金两大类。

应用,1.变形镁合金,代号：

MB顺序号表示。

MB1、MB8为Mg-Mn系合金，具有良好的耐蚀性和焊接性，使用温度不超过150。

主要用于制作飞机蒙皮、壁板及宇航结构件。

Mg-Li系合金是一种新型的镁合金，它密度小，强度高，塑性、韧性好，焊接性好，缺口敏感性低，在航空、航天工业中具有良好的应用前景。

2.铸造镁合金,代号：

ZM顺序号表示。

Mg-Al-Zn系的ZM5和Mg-Zn-Zr系的ZM1、ZM2、ZM7、ZM8具有较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，但耐热性较差，主要用于制造150以下温度工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。

Mg-Re-Zr的ZM3、ZM4和ZM6具有良好的铸造性能，常温强度和塑性较低，但耐热性较高，主要用于制造250以下温度工作的高气密零件。

4轴承合金,轴承合金：

制造滑动轴承中轴瓦及内衬。

按主要化学成分可分为锡基、铅基、铝基、铜基、铁基等轴承合金。

性能要求：

1.足够的强度和硬度2.塑性和韧性好3.与轴之间有良好的磨合能力及较小的摩擦系数4.良好的导热性和抗蚀性5.良好的工艺性、价格低廉,轴承合金耐磨机理,软基体硬质点：

硬质点起支撑作用。

硬基体软质点：

承载能力大、磨合能力差。

一、锡基和铅基轴承合金（表示方法）,锡基和铅基轴承合金又称为巴氏合金，其代号用ZCh基本元素符号（Sn或Pb）主加元素符号主加及辅加元素的平均质量分数（w100）表示。

如ZChSnSb11-6表示含wSb11%、wCu6%、余量为锡的锡基轴承合金，ZChPbSb16-16-2表示含wSb16%、wSn16%、wCu2%、余量为铅的铅基轴承合金。

锡基和铅基轴承合金都属于软基体加硬质点型的合金，熔点都较低。

由于它们的强度都较低，因此生产上常采用离心浇注法，将它们镶铸在低碳钢轴瓦（常用08钢）上，形成一层薄而均匀的内衬，以提高承载能力及使用寿命。

锡基轴承合金,锡基轴承合金是以Sn为主并加入少量Sb、Cu等元素组成的合金，它具有较高的耐磨性、导热性、嵌藏性和耐蚀性，浇注性好，摩擦系数小，但疲劳极限较低，工作温度不超过150，价格高。

广泛应用于重型动力机械，如汽车发动机、气体压缩机、涡轮机、内燃机的轴承和轴瓦。

铅基轴承合金,铅基轴承合金的硬度、强度、韧性、导热性、耐蚀性都比锡基轴承合金低，但摩擦系数较大，高温强度较好，价格较便宜。

广泛用于制造承受低、中载荷的轴承，如汽车、拖拉机曲轴、连杆轴承。

二、铜基轴承合金,常用铜基轴承合金ZCuSn10P1、ZCuSn5Pb5Zn5等锡青铜和ZCuPb30等铅青铜。

前者适于制造中速、中载下工作的轴承，如电动机、泵上的轴承；

后者适于制造高速、重载下工作的轴承，如高速柴油机、汽轮机上的轴承。

因铜基轴承合金价格较高，有被新型滑动轴承合金取代的趋势。

三、铝基轴承合金,铝基轴承合金的密度小，导热性好，耐磨性和疲劳极限高，价格便宜，但膨胀系数较大，抗咬合性低于巴氏合金。

目前广泛使用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝轴承合金两种，常与08钢作衬背制成双金属轴承。

三、铝基轴承合金（铝锑镁）,该合金为wSb3.5%5%、wMg0.3%0.7%的铝合金，具有较高的疲劳极限，适用于制造高速、载荷不超过20MPa、滑动速度不大于10ms的工作条件下柴油机轴承。

三、铝基轴承合金（高锡铝）,该合金为wSn5%40%、wCu0.8%1.2%的铝合金，以wSn17.5%22.5%合金最常用。

该合金具有较高的疲劳极限，良好的耐磨性、耐热性和耐蚀性，是应用最广泛的铝基轴承合金，适用于制造高速、重载下工作的轴承，如汽车、拖拉机、内燃机轴承。

轴承合金的牌号,ENDOfch9,