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1、金属与热处理第十三章 有色金属及合金,第十三章 有色金属及合金,教学目的,通过本章学习，使学生了解常用有色金属的牌号、化学成分、性能特点和用途。,课程内容设计,一、引言简单复习，引出正文,二、正文,三、课程内容小结,13.1 铝及铝合金,13.2 钛及钛合金,13.3 铜及铜合金,13.4 轴承合金,一、引言复习,金属材料的分类？,有色金属及合金的应用航空及宇航业（飞机等）；表面工程业（表面镀Zn等）；电气工程业（电缆铜芯等）；机械及轻工业（如机械加工中线切割Mo丝）等等，应用广泛。,力学性能：高的比强度（强度/密度）；物理性能：导电性、导热性、无磁性、形状记忆特性化学性能：耐腐蚀,正文有色金
2、属及合金,二、,难点,本章(讲)重点、难点,重点（1）铝及铝合金的成分、性能、分类、组织、用途,(2)铜及铜合金的成分、性能、分类、组织、用途,难点铝合金的强化机理,主要内容,13.1 铝及铝合金,13.2 钛及钛合金,13.3 铜及铜合金,13.4 轴承合金,13.1 铝及铝合金,其他性能：导电、导热性好、耐蚀性很好,纯铝：强度低、塑性好、密度小、熔点低,用途：电线 电缆,一、铝及铝合金的性能、用途和分类编号,在纯铝中加入适当量的硅、铜、镁、锌、锰等合金元素制成铝合金,解决办法,铝合金保持了纯铝的基本物化性能。如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好等，且强度有了大幅度上升。,铝合金：热处理后强度
3、高、密度小，因此，比强度高，是重要的航空材料,可通过变形或热处理强化,铝合金的分类？,铝合金按其成分和生产工艺特点的不同，可分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。,共晶点,变形铝的分类？,根据性能特点和用途可分为：,硬铝,防锈铝,超硬铝,不可热处理强化。,可热处理强化。,锻 铝,编 号,2：铜（Cu）为主要合金元素的铝合金 其它字母表示改型合金3：锰（Mn)为主要合金元素的铝合金 第三、四位：区分同一组的不同合金。4:硅（Si）为主要合金元素的铝合金 无特殊意义5：镁（Mg）为主要合金元素的铝合金6：镁和硅（Mg/Si)为主要合金元素的铝合金7:锌（Zn）为主要合金元素的铝合金,形变铝合金:根据国
4、标规定采用国际四位数字体系牌号;例如2014,5006,识别牌号:2A11(LY11);7A04(LC4);2A50(LD5)3A21(LF21),铸造铝合金:,Al-Si合金,Al-Cu合金,Al-Mg合金,Al-Zn合金,铝合金的用途,1防锈铝（铝锰合金）成分：ALMn（主）Mg；Mn、Mg的作用：提高抗腐蚀性能及塑性，固溶强化。性能：抗蚀性高，塑性和焊接性好，不能热处理强化，可冷变形强化。应用：主用于制作耐蚀性要求高的容器、管道、蒙皮及受力不大的结构件，如油箱、导管、铆钉（3A21）及生活器皿等。,变形铝合金,卫星天线（LF2）,2硬铝（铝铜合金）成分：ALCuMg(Mn)元素作用：Cu
5、、Mg:形成强化相（CuAL2、CuMgAL2），时效强化；Mn提高抗腐蚀性能；固溶强化。性能：强度较高，塑性好，可时效强化（“淬火时效”后抗拉强度可达 420Mpa）；耐蚀性差，常在硬铝材表面包覆一层纯铝，以增强耐蚀性。应用：在仪器、仪表及航空工业中广泛应用。如飞机构件（飞机蒙皮(2A12)、挤压成螺旋桨、叶片(2A11)等重要零件）,3超硬铝合金（铝锌合金）是在硬铝基础上再加入锌，加入锌后，经淬火人工时效后，获得抗拉强度为680MPa，硬度为190HBS，比硬铝更高，故称超硬铝。成分：AlZnCuMg特点：强度很高（可达680MPa)，耐热性、抗蚀性差。应用：主用于高强度构件，多用于制造飞
6、机中的受力件，如大梁、起落架（7A04）等。,飞机主起落架,4、锻铝合金（铝镁合金）锻铝是铝铜镁硅系和铝铜镍铁系合金，其性能与硬铝接近，但耐蚀性上升，具有良好的铸造性能和锻造性能，更适于锻造，故名锻铝，代号用“LD”顺序号表示，用于制造形状复杂的大型锻件或模锻件。,压气机叶片,铸造铝合金,特点：力学性能不如变形铝合金，铸造性能好，一般用制作质轻、耐蚀、形状复杂及要求有一定机性的零件，如发动机的活塞、气缸体、仪表外壳等。,以Al-Si系铸造铝合金为例（铸造性能和力学性能配合最佳）,（1）简单硅铝明：ZL102（ZALSi12）组织：+Si 共晶体 性能：铸造性能好，强度低。用途：形状复杂、受力不
7、大的零件，如仪 表外壳等。,（2）复杂(特殊）硅铝明：在AL-Si基础上加入其它合金元素（Cu、Mn、Ni、Mg等）强化方式（时效强化，并变质处理（加入2-3 的变质剂2/3NaF+1/3NaCl）。性能：铸造性能好，较高的强度和耐磨性、耐热性。应用：用于制造形状复杂中等强度的零件，如发动机活塞、气缸体、风机叶片、液压泵壳体等（代号ZL109)。,铝合金强化的主要方式有：,1变形强化（加工硬化）：对不能热处理强化的防锈铝合金施以冷压力加工，产生加工硬化而强化。,2 变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金,3 固溶强化：铝合金都有，如加入Cu、Mg、Zn、Si、Mn等可形成有限固溶体。,4时效强化
8、：可热处理强化铝合金（重点）,铝合金淬火后在室温或者较低温度下加热保温一段时间，随时间延长其强度硬度显著增加的现象，称为时效强化。,“淬火时效”处理是铝合金强化的主要途径。,13.2 钛及钛合金,本部分内容学生自学,（一）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。,（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
9、度、比强度和再结晶温度.,钛合金泵,铜的分类：紫铜、黄铜、白铜和青铜,13.3 铜及铜合金,铜合金,纯铜,一、纯铜 性质：呈紫红色，故又称紫铜，熔点为10830C，面心立方晶格结构性能特点：（1）良好的导电、导热性，仅次于银居第二位；（2）塑性好，铸造性能好，可冷热压力加工；（3）较高的抗蚀性，如大气、水中不受腐蚀；（4）具有抗磁性；（5）减摩性耐磨性好；（6）色泽美观。,二、铜合金 铜合金分类：黄铜（铜锌合金）、白铜（铜镍合金）、青铜（铜锡合金），应用最广的为黄铜和青铜。,黄铜：,当含锌量小于39%时，锌能溶于铜内形成单相固溶体，称为单相黄铜，塑性好，适于冷热加压加工。当含锌量大于39%时，
10、除相外，合金中还出现以铜锌为基的固溶体，称为双相黄铜。相的出现使合金的强度升高，塑性下降，只适于热变形加工。,工业黄铜代号用“H 数字”表示，H 表示黄铜，数字表示铜的质量分数。如H68，表示含铜量为 68%、含锌量为 32%的黄铜H90、H80属于单相黄铜，金黄色，故有金色铜之称，常作镀层、装饰品、奖章等。H68、H59属于双相黄铜，广泛用于电器上的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧等。一般情况下，冷变形加工用单相黄铜，热变形加工用双相黄铜。,除黄铜、白铜外，其余的铜的合金统称青铜，青铜又可分为锡青铜和特殊青铜（即无锡青铜）两类。代号表示方法为“Q+主加元素符号及含量+其它元素含量”所组成。适
11、于制造仪表上要求耐蚀及耐磨件，弹性件，抗磁件及机器中滑动轴承，轴套等。常用的有QSn4-3、QSn6.5-0.1、QAL7、QAL5,青铜,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,船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖),铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为5-11%。,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,13.4 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。,对轴承合金的性能要求：足够的强度和硬度
12、，以承受轴径较大的单位压力。足够的塑性和韧性，以承受轴颈施加交变冲击载荷.(3)良好的磨合能力，以防止轴与轴瓦之间咬合。(4)高耐磨性，以减少轴颈磨损，保证轴与轴瓦良好的跑合。(5)良好的导热性和耐蚀性，较小的膨胀系数，防止因摩擦升温而发生咬合。,为满足上述性能要求,轴承合金的组织应是软的基体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点.,工业上常用的是锡基、铅基轴承合金,又称巴氏合金。,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。,典型牌号为ZSnSb11Cu6。,ZSnSb11Cu6合金的显微组织,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。,ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织,小结,铝合金的分类和应用及强化机制,铜合金的分类和应用,思考题:,1铸造铝合金（如Al-Si合金）为何要进行变质处理？2以Al-Cu合金为例，说明时效硬化的基本过程及影响时效硬化过程的因素。,3铝合金能象钢一样进行马氏体相变强化吗？可以通过渗碳、氮化的方式表面强化吗？为什么？4铝合金的自然时效与人工时效有什么区别？选用自然时效或人工时效的原则是什么？,The End,谢谢各位老师和同学的参与！,
