第6章机械系工程材料教学分解课件.ppt
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1、1Mechanical Engineering Materials2第第6章章 非铁金属材料非铁金属材料 本章目录本章目录6.1 6.1 铝及铝合金铝及铝合金 6.2 6.2 铜及铜合金铜及铜合金 6.3 6.3 钛及钛合金钛及钛合金 6.4 6.4 滑动轴承合金滑动轴承合金6.5 6.5 粉末冶金材料粉末冶金材料36.1 6.1 铝及铝合金铝及铝合金 6.1.1 工业纯铝工业纯铝 1.纯铝的主要特性纯铝的主要特性铝的熔点为铝的熔点为660.4,密度低,密度低,铝的导电性和导热性好铝的导电性和导热性好;铝;铝的化学活泼性极高的化学活泼性极高;铝的无磁性;铝的无磁性;在淡水、食物中也具;在淡水、
2、食物中也具有很好的耐蚀性。有很好的耐蚀性。纯铝的强度低,纯铝的强度低,b仅为仅为70MPa,可进行冷热压力加工,可,可进行冷热压力加工,可通过冷加工强化或加入合金元素及其热处理强化。通过冷加工强化或加入合金元素及其热处理强化。纯铝中的主要杂质是纯铝中的主要杂质是Fe和和Si,其次尚有,其次尚有Cu、Zn、Mn、Ni、Ti等等。返回42.纯铝的牌号及应用纯铝的牌号及应用 工业纯铝:工业纯铝:纯度为纯度为98.0%99.0%,字母字母“L”表示,数字越表示,数字越大,纯度越低大,纯度越低,如:如:L1、L2、L3.。用途:用途:L1、L2、L3用于高导电体、电缆、导电机件和防用于高导电体、电缆、导
3、电机件和防腐机械;腐机械;L4、L5、L6:用于器皿、管材、棒材、型材和:用于器皿、管材、棒材、型材和铆钉等;铆钉等;L7:用于日用品。:用于日用品。工业高纯铝:工业高纯铝:纯度为纯度为99.9099.99的铝的铝。用途:用作电解电容器用的阳极箔、电容器引线、集成用途:用作电解电容器用的阳极箔、电容器引线、集成电路导线、真空蒸发材料、超导体的稳定导体、磁盘合电路导线、真空蒸发材料、超导体的稳定导体、磁盘合金和高断裂韧性铝合金的基体金属。金和高断裂韧性铝合金的基体金属。6.1.1 工业纯铝工业纯铝 51.铝合金的分类铝合金的分类6.1.2 铝合金及其应用铝合金及其应用可将铝合金分为变可将铝合金分
4、为变形铝合金和铸造铝形铝合金和铸造铝合金两大类。合金两大类。变形铝合金又分为变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化和不可热处理强化两类可热处理强化两类.铝合金分类示意铝合金分类示意图图62.铝合金的强化途径铝合金的强化途径 加热固溶淬火过饱和时效析出l可热处理强化变形铝合金的可热处理强化变形铝合金的热处理方法:固溶处理热处理方法:固溶处理 +时效。时效。l固溶处理固溶处理是指将合金加热到是指将合金加热到固溶线以上,保温并淬火后固溶线以上,保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组获得过饱和的单相固溶体组织的处理。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,时效是指将过饱和的固
5、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。以析出弥散强化相的热处理。72.铝合金的强化途径铝合金的强化途径 在室温下进行的时效称自然在室温下进行的时效称自然时效;在加热条件下进行的时效;在加热条件下进行的时效称人工时效。时效称人工时效。时效强化效果与加热温度和时效强化效果与加热温度和保温时间有关。保温时间有关。温度一定时,随时效时间延温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出现峰值,长,时效曲线上出现峰值,超过峰值时间,析出相聚集长大,强度下降,为过时效,超过峰值时间,析出相聚集长大,强度下降,为过时效,随时效温度提高,峰值强度下降,出现峰值的时间提前。随时效温度提高,峰值强度下
6、降,出现峰值的时间提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/d83.常用铝合金牌号、性能及用途常用铝合金牌号、性能及用途(1)变形铝合金)变形铝合金变形铝及铝合金牌号表示方法变形铝及铝合金牌号表示方法:根据国标规定:根据国标规定,变形铝及,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。四位字符牌号。GB 3190-82GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用,表示方法为中的旧牌号仍可继续使用,表示方法为:防锈铝合金:防锈铝合金:LF+LF+序号序号 硬铝合金:硬铝合金:LY+LY+序号
7、序号 超硬铝合金:超硬铝合金:LC+LC+序号序号 锻铝合金:锻铝合金:LD+LD+序号序号9铝合金波纹管铝合金波纹管LD31铝合金型材铝合金型材10常用热处理不强化变形铝常用热处理不强化变形铝合金合金 防锈铝合金防锈铝合金主要是主要是Al-MnAl-Mn和和Al-MgAl-Mg系系合金。合金。MnMn和和MgMg主要作用是主要作用是 提高抗蚀能力和塑性,并起固溶强化作用。提高抗蚀能力和塑性,并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体,抗蚀性、焊接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。性能好,易于变形加工,但切削性能差。l不能进行热
8、处理强化,常利用加工硬化提高其强度。不能进行热处理强化,常利用加工硬化提高其强度。卫星天线卫星天线(LF2)常用热处理不强化变形铝合金常用热处理不强化变形铝合金11常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21(3A21),),其抗蚀性和强度高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。压加工的零件。常用的常用的Al-MgAl-Mg系合金有系合金有 LF5(5A05),),其密度比纯铝其密度比纯铝小,小,强度比强度比Al-Mn合金高,合金高,在航空工业中得到广泛应用,在航空工业中得到广泛应用,如制造管道
9、、容器、铆钉及如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。承受中等载荷的零件。汽化汽化器器(热热交换交换管为管为LF21)常用热处理不强化变形铝合金常用热处理不强化变形铝合金12热处理强化的变形铝合金热处理强化的变形铝合金 硬铝合金硬铝合金主要是主要是Al-Cu-Mg系合金,并含少量系合金,并含少量Mn。可进行时效强化,也可进行变形强化。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。强度、硬度高,加工性能好,耐蚀性低于防锈铝。l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11 LY11(2A11)(2A11)、LY12(2A12)LY12(2A12)等,用于制造冲压件、模等
10、,用于制造冲压件、模锻件和铆接件,如螺旋桨、锻件和铆接件,如螺旋桨、梁、铆钉等。梁、铆钉等。飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)13热处理强化的变形铝合金热处理强化的变形铝合金 超硬铝合金超硬铝合金属属Al-Zn-Mg-CuAl-Zn-Mg-Cu系合金,并含有系合金,并含有少量少量CrCr和和MnMn。时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.热态塑性好,但耐蚀性差。常用热态塑性好,但耐蚀性差。常用合金有合金有 LC4(7A04)LC4(7A04)、LC9 LC9(7A09)(7A09)等,主要用于工作温度较等,主要用于工作温度较低、受力较大的结构件低、受力较大的结构件,如
11、飞机大如飞机大梁、起落架等。梁、起落架等。飞机主起落架飞机主起落架14 锻铝合金锻铝合金Al-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si系合金系合金 可锻性可锻性好,力学性能高,用于形状好,力学性能高,用于形状复杂的锻件和模锻件,如喷复杂的锻件和模锻件,如喷气发动机压气机叶轮、导风气发动机压气机叶轮、导风轮等。轮等。热处理强化的变形铝合金热处理强化的变形铝合金压气机叶片压气机叶片lAl-Cu-Mg-Fe-NiAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)LD7(2A70)、LD8(2A80)LD8(2A80)、LD9(2A90)LD9(2A90)等
12、等 。用于制造。用于制造150 225150 225下工下工作的零件,如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。作的零件,如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。15(2)铸造铝合金)铸造铝合金Al-Si系:系:代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Cu系:代号为系:代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Mg系:代号为系:代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Zn系:系:代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号铸造铝合金铸造铝合金lAl-SiAl-Si系铸造铝合金:又称系铸造铝合金:又称为硅铝明。其中常用合金为硅铝明。其中常用合金ZL102(ZAlSi12)ZL102
13、(ZAlSi12)是含有是含有12%Si12%Si的铝硅二元合金,的铝硅二元合金,称为简单硅铝明。称为简单硅铝明。57712.7%16 在普通铸造条件下,在普通铸造条件下,ZL102组织几乎全部为共晶体,由组织几乎全部为共晶体,由粗针状的硅晶体和粗针状的硅晶体和 固溶体组成,强度和塑性都较差。生产上固溶体组成,强度和塑性都较差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理,得到细小均匀的共晶体加一通常用钠盐变质剂进行变质处理,得到细小均匀的共晶体加一次次 固溶体组织,以提高性能。固溶体组织,以提高性能。未变质处理未变质处理 已变质处理已变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织Al-Si系铸造铝合金系铸造
14、铝合金17加入其他合金元素的铝硅铸造合金加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂称复杂(或特殊或特殊)硅铝明。硅铝明。Al-SiAl-Si系铸造铝合金的铸造性能好,系铸造铝合金的铸造性能好,具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。性能。活塞活塞(裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金)l用于制造飞机、仪表、电用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。叶片、发动机活塞等。Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金18Al-Cu系铸造铝合金:这类合金的耐热性好,强度较高;但系铸造铝合金: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
15、度低于密度大,铸造性能、耐蚀性能差,强度低于Al-Si系合金。系合金。l常用合金牌号有常用合金牌号有ZAlCu5Mn(ZL201)、ZAlCu4(ZL203)等,主要用于制造在较高温等,主要用于制造在较高温度下工作的高强零件,如内度下工作的高强零件,如内燃机汽缸头、汽车活塞等。燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头汽缸头Al-CuAl-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金19Al-MgAl-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金Al-Mg系铸造铝合金:这系铸造铝合金:这类合金的耐蚀性好,强度类合金的耐蚀性好,强度高,密度小;但铸造性能高,密度小;但铸造性能差差,耐热性低。耐热性低。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL10
16、2、301)l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)ZL303(ZAlMg5Si1)等。等。l主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下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。工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。20Al-ZnAl-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金Al-Zn系铸造铝合金:这类合金的铸造性能好,强度较高,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。可自然时效强化;但密度大,耐蚀性较差。l常用代号为常用代号为ZL401(Z
17、AlZn11Si7)ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)ZL402(ZAlZn6Mg)等等.l主要用于制造形状复杂受主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪力较小的汽车、飞机、仪器零件。器零件。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)216.2 铜及铜合金铜及铜合金6.2.1 6.2.1 工业纯铜工业纯铜1.1.铜及铜合金性能特点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;纯铜具有优良的导电性和导热性,素异构转变,无磁性;纯铜具有优良的导电性和导热性,在大气、淡水和冷
18、凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。2.2.工业纯铜的牌号及应用工业纯铜的牌号及应用工业纯铜工业纯铜 :用:用“T”T”作为铜的汉语拼音字头,数字表示顺作为铜的汉语拼音字头,数字表示顺序号。数字越大,纯度越低。序号。数字越大,纯度越低。无氧铜:用无氧铜:用“T”T”和和“W”W”加上序号表示,如加上序号表示,如TW1TW1、TW2TW2,在,在TWTW后加脱氧剂化学元素符号表示,如后加脱氧剂化学元素符号表示,如TWPTWP、TWMnTWMn。返回22铜合金常加元素为铜合金常加元素为ZnZn、SnSn、AlAl、MnMn、NiNi、FeFe、BeBe、Ti
19、Ti、ZrZr、CrCr等,既提高了强度,又保持了纯铜特性等,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。铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。铜管铜管铜与黄铜带铜与黄铜带236.2.2 铜合金及其应用铜合金及其应用1.1.黄铜黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。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。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。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。黄铜铸件黄铜铸件黄铜棒黄铜棒24普通黄铜:铜与锌的二普通黄铜:铜与锌的二元合金称为普通黄铜。元合金称为普通黄铜。加工普通黄铜的牌号为加
20、工普通黄铜的牌号为H(黄黄)+表示铜平均百表示铜平均百分含量的数字,如分含量的数字,如H68。从铜锌合金相图可以看从铜锌合金相图可以看出黄铜有出黄铜有 和和+两种两种组织组织,分别称单相黄铜分别称单相黄铜和两相黄铜。和两相黄铜。普通黄铜普通黄铜25普通黄铜的显微组织普通黄铜的显微组织 单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 普通黄铜普通黄铜26普通黄铜普通黄铜单相黄铜塑性好。单相黄铜塑性好。常用牌号有常用牌号有H80、H70、H 68。适于制造冷变形零件,如弹壳、适于制造冷变形零件,如弹壳、冷凝器管等。冷凝器管等。两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好,强度高强度高.常用牌号有常用牌号有H59、H62。
21、适于制造受力件,如垫圈、弹适于制造受力件,如垫圈、弹簧、导管、散热器等。簧、导管、散热器等。冷凝器管冷凝器管子弹壳子弹壳27特殊黄铜:特殊黄铜:在普通黄铜的基础上在普通黄铜的基础上加入加入AlAl、FeFe、SiSi、MnMn、PbPb、SnSn、NiNi等元素形成特殊黄铜。等元素形成特殊黄铜。加工特殊黄铜的牌号为加工特殊黄铜的牌号为H(H(黄黄)+)+主主加元素符号加元素符号(Zn(Zn除外除外)+)+铜平均百分铜平均百分含量含量+主加元素平均百分含量主加元素平均百分含量,如如HPb59-1.HPb59-1.特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好,铸造性能改善。铜好,铸
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