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1、2014-01,第5章 常用金属材料,湖北理工学院,2014-01,2,工程材料的分类,2014-01,3,钢的分类,2014-01,4,钢中的常存元素锰 是一种有益元素。硅 也是一种有益元素。硫 在一般钢中是有害杂质元素(有时也作为合金元素，如作为易切元素)，它在铁素体中几乎不能溶解，而是以低熔点夹杂物FeS的形态存在。磷 一般也是钢中的有害元素(有时也作为合金元素，如作为耐腐蚀元素)，以单质形态存在。,2014-01,5,合金元素：为了改善钢的力学性能或获得特殊性能、有目的加入的元素。合金元素在钢中的作用形成合金铁素体；形成合金碳化物；细化晶粒；提高淬透性和红硬性；但增加残余奥氏体的量。,
2、2014-01,6,常用碳素钢,2014-01,7,低合金高强度钢典型牌号：Q390、Q460等典型用途：桥梁、船舶、车辆、压力容器等注意：不热处理直接使用,2014-01,8,常用合金结构钢,2014-01,9,调质钢典型牌号：40MnB；40Cr、40CrNiMo；38CrMoAl典型用途：汽车半轴；通用或重载轴；镗床镗杆等注意：一般需热处理后使用,2014-01,10,量具刃具钢典型牌号：9CrSi、Cr2等典型用途：丝锥、剪切刀片等热处理：淬火，低温回火，冷处理,2014-01,11,高速钢是一种红硬性、耐磨性较高的高合金工具钢，它的红硬性高达600，可以进行高速切削，故称为高速钢。高
3、速钢具有高的强度、硬度、耐磨性及淬透性。主要用来制作各种高速切削刃具，如齿轮铣刀、钻头、拉刀等。,2014-01,12,高速工具钢典型牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等典型用途：车刀、铣刀等刃具热处理：淬火+多次高温回火,2014-01,13,模具钢,2014-01,14,特殊性能钢-不锈钢 不锈钢是不锈钢与耐酸钢的统称。金属的腐蚀通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型，大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀。提高钢耐蚀性的主要方法有：形成钝化膜提高电极电位形成单相组织,2014-01,15,分类：M不锈钢、F不锈钢、A不锈钢典型牌号：14Cr13；00Cr18Ni9；1Cr17Mo等。典型
4、用途：食品、化工、原子能设备；一般刀具、医疗器械；重油燃烧器、家具构件、汽轮机部件等。,2014-01,16,特殊性能钢-耐热钢 耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。在钢中加入铬、硅、铝等合金元素，使之优先氧化形成一层致密、完整、高熔点的氧化膜(Cr2O3、Fe2SiO4、Al2O3)，牢固覆盖于钢的表面，可将金属与外界的高温氧化性气体隔绝，从而避免进一步被氧化。,2014-01,17,分类：奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢（还有珠光体耐热钢）典型牌号：5Cr21Mn9Ni4N；0Cr25Ni20、1Cr11MoV典型用途：内燃机排气阀、加热炉部件；透平机叶片；锅炉结构件等热处理：固溶等,2014-01
5、,18,特殊性能钢-耐磨钢典型牌号：ZGMn13典型用途：破碎机齿板、履带板、铁路道岔等热处理：水韧处理,2014-01,19,有色金属-铝及铝合金纯铝熔点660，密度2.72g/cm3，有银白色光泽，有良好的导电性(仅次于银和铜)和导热性。纯铝在空气中易氧化，形成一层致密的氧化膜，因此具有良好的抗大气腐蚀性能，但不能耐酸、碱、盐的腐蚀。纯铝有极好的塑性和较低的强度(纯度为99.99%时，b=45MPa、=50%)，良好的低温性能(到-235时，塑性和韧性也不降低)。,2014-01,20,铝合金分类变形铝合金铸造铝合金可热处理强化铝合金不可热处理强化铝合金,2014-01,21,变形铝合金牌
6、号按GB/T 164741996规定,采用4位数字、字母来表示。如2A11表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。实际上，工业上将变形铝分成四类：防锈铝(LF)、硬铝(LY)、超硬铝(LC)、锻铝(LD)。,2014-01,22,铝及铝合金牌号,2014-01,23,防锈铝合金(加Mn或Mg)典型牌号：5A05(LF5)典型用途：航空油管、油箱退火后为单相固溶体，耐蚀性/焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。产品不热处理。,汽化器(热交换管为LF21),2014-01,24,锻造铝合金(加CuMgSi)可锻性好，力学性能高。典型牌号：6A02，2A50热处理：固溶后时效,用于形状复杂的锻件和模锻
7、件，如喷气发动机压气机叶轮或叶片、导风轮和铆钉等。,2014-01,25,硬铝合金(加Cu-Mg)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。典型牌号：2A11(LY11)典型用途：飞机翼梁腹板等热处理：固溶后时效,2014-01,26,超硬铝合金(加Zn-Mg-Cu)典型牌号：7A04(LC4)时效强化效果超过硬铝合金。热态塑性好，但耐蚀性差。主要用于制作工作温度较低、受力较大的结构件：如飞机大梁、起落架等。热处理：固溶后时效,飞机主起落架,2014-01,27,常见铸铝代号(牌号)、成分、性能及用途,铸造铝合金,2014-01,28,2014-01,29,有色金属-铜及铜合
8、金铜是重有色金属，其全世界产量仅次于铁和铝。纯铜熔点1083，密度8.96g/cm3，面心立方结构，无同素异晶转变，无磁性。有优良的导电性(仅次于银)和导热性。表面因氧化呈紫色，故称紫铜。纯铜在大气、淡水中有良好的耐蚀性，在海水中耐蚀性较差。纯铜强度不高(b=250MPa)，硬度较低(50HBS)，塑性很好(50%)。冷变形后，强度可达500 MPa，硬度可达200HBS，但降到5%以下(退火可消除铜的加工硬化)。,2014-01,30,铜合金是在纯铜中加入Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr等合金元素所制成的。分类按化学成分分：黄铜、青铜、白铜按生产方式分：变形铜合金、铸造铜
9、合金 主要合金元素黄铜：Zn青铜：除Zn、Ni以外的元素白铜：Ni,2014-01,31,黄铜：以锌为主要合金元素的铜合金。普通黄铜是由铜与锌组成的二元合金。它的色泽美观，对海水和大气腐蚀有很好的抗力。特殊黄铜是在普通黄铜的基础上加入Al、Si、Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等合金元素形成特殊黄铜，相应称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。,2014-01,32,2014-01,33,常用牌号：H80、H 68；H62；HPb63-3。典型产品：弹壳、冷凝器管；散热器；齿轮等。,冷凝器管,2014-01,34,铸造黄铜的牌号表示方法为：ZCu+主加元素的化学符号及平均质量分数+其他元素的化学符号及平均质
10、量分数。,如ZCuZn38表示wZn=38%，余量为铜的铸造普通黄铜。,2014-01,35,青铜原指人类历史上应用最早的一种Cu-Sn合金。但逐渐地把除锌、Ni以外的其他元素的铜基合金，也称为青铜。有锡青铜和特殊青铜两种。特殊青铜按加入元素而称作X青铜。,2014-01,36,2014-01,37,典型牌号：QSn4-3；QAl7；QBe2等。典型产品：弹簧、轴承；航海罗盘等。,大型水力发电设备中的抗磨环,2014-01,38,白铜：以Ni为主要合金元素的铜合金。还可加Zn、Mn、Al等。命名：B(其它元素)+镍含量(-其它元素含量)典型牌号：B5；BMn40-1.5(康铜)典型产品：蒸汽/
11、海水环境使用的仪表零件、热交换器；热电偶等。,2014-01,39,有色金属-钛及其合金*熔点高(1668)、密度小(4.51g/cm3)、有同素异构转变：钛(HCP)、钛(BCC)。强度高(1400Mpa)、良好的低温和高温性能、加工工艺性能良好。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等。,2014-01,40,钛合金主要加Al、也可加Sn、B、Mo、Cr、V等。有钛合金、钛合金和+钛合金三类，对应的牌号分别以TA、TB、TC 开头。典型牌号：TA5；TB3；TC4等。典型产品：飞机压气机叶片；压气机轴、眼镜；火箭发动机外壳等
12、。,2014-01,41,有色金属-轴承合金 轴承合金是用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬的合金。轴承合金的性能要求一定的强度和疲劳抗力，以承受较高的交变载荷；足够的塑性和韧性，以抵抗冲击和震动并保证与轴的良好配合；较小的摩擦系数和良好的磨合能力，并能储油；良好的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数，以防温升和轴的咬合；具有良好的工艺性，容易制造且价格低廉。,2014-01,42,较小的摩擦系数和良好的磨合能力，并能储油；良好的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数，以防温升和轴的咬合；具有良好的工艺性，容易制造且价格低廉。,2014-01,43,所以，轴承合金要么是软基体上分布硬质点，要么是硬基体上分布软质点。其
13、中硬质点承力，软凹面储油润滑。轴承合金的种类锡基轴承合金(又称锡基巴氏合金)Sn-Sb-Cu合金，软组织为Sb在Sn中的固溶体，硬质点是SnSb基固溶体。如ZSnSb11Cu，做高速重要轴承。铅基轴承合金(又称铅基巴氏合金)Pb-Sb-Sn-Cu合金，软组织是+共晶体，硬质点是-SnSb方块和Cu2Sb针状质点。如ZPbSb16Sn16Cu2，做低速低载轴承。其他轴承合金 铜基(ZCuSn10Pb1)、铝基(ZAlSn6Cu1Ni1)轴承合金。,2014-01,44,粉末冶金是用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物做原料，经压制成形后烧结，以获得金属零件的方法。常用粉末冶金材料有硬质合金和烧结减摩材料两类，前者主要制作切削刀具(如车刀)和模具，后者主要制作含油轴承、摩擦材料(如刹车块)等。,2014-01,45,典型粉冶金工艺：混合-压制-烧结-后处理(如浸油)。烧结工艺主要参数温度：被烧结材料熔点的70-90%；时间：几分钟到若干小时；气氛：无氧环境，如真空、惰性气氛或中性气氛。,
