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第六章 有色金属及其合金

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第六章 有色金属及其合金

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  1. 第六章 有色金属及其合金 2006年4月25日

  2. 第六章 有色金属及其合金( Colored Metal and Alloy ) • 铝及铝合金 • 铜及铜合金 • 滑动轴承合金 • 粉末冶金材料

  3. 概 述 1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所 有金属。 2.性能特点:具有独特的物理、化学性能。 重金属(密度>3.5); Cu、Ni 等。 轻金属(密度<3.5); Al、Mg 等。 贵重金属; Au、Ag、Pt 等。 稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。 半金属; Si、Te、B 等。 3.分类

  4. 第一节 铝及铝合金 一、工业纯铝 特点: 密度小;导电及导热性能好;抗大气腐蚀性好;塑性高;强度低;无磁性;无打击火花;加工工艺 性好等。 牌号: 旧 代 号: L1 L2 L3 ······ 四位数字牌号:1070 1060 1050

  5. 二、铝合金的分类

  6. 不能热处理强化 变形铝合金 铝合金 的分类 能热处理强化 铸造铝合金

  7. 三、铝合金的热处理 • 时效强化 ( ageing strengthening ) • 退火 ( anneal ) • 回归 ( regression )

  8. 1. 固溶、时效 在固溶处理后的合金随时间延续而发 生进一步强化的现象。 背景资料: 1906年德国 Duralumin首次发现。 1910年德国A· Welmer 发明并获专利。 1916年用于制造飞机。 1938年 Guinier – Preston 建立学说。

  9. 固溶处理: 将铝合金加热至α单相区恒 温保持, 然后快速冷却。 ,然后快速冷却。 自然时效 时效处理 人工时效 固溶处理后的铝合金强度随时间而变 化的现象。

  10. 含4%Cu的铝合金自然时效曲线

  11. 含4%Cu的铝合金的人工时效曲线 *过时效:时效温度过高合金软化

  12. 2、 退火 ( anneal ) 形变铝合金的退火: *消除应力,硬度不变。 *消除加工硬化, 降低硬度, 便于冷塑 性加工。 铸造铝合金的退火 : 消除应力; 均匀成分;

  13. 温度 200~270℃ 加 热 水 淬 时效组织 原淬火组织 时间 3、 回归 ( regression ) 回归:人工时效的铝合金再经固溶后 性能恢得现象(塑性改善,强 度下降) *人工时效后的铝合金没有回归现象。

  14. 常用的铝合金 • 变形铝合金 ( deformation aluminum alloy ) • 铸造铝合金 ( cast aluminum alloy )

  15. 三、 变形铝合金( deformation aluminum alloy ) 1.防锈铝合金 ( LF ) : Al – Mn通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝好 )。 例如:LF21。 Al – Mg通过固溶强化提高铝合金的 强度和抗蚀性 ( 比纯铝轻 )。 例如:LF2、LF6等。

  16. 飞机翼梁(腹板为硬铝合金) 飞机主起落架 2.硬铝合金 ( LY ) : Al – Cu – Mg通过 时效强化提铝合金强度, 但耐蚀性不高。LY1、 LY11、LY12。 3.超硬铝合金 ( LC ) : Al – Zn – Mg – Cu通过 时效强化和形成的强化相, 使铝合金达到最高的硬度和 强度。但耐蚀性较差。LC4、 LC9。

  17. 压气机叶片 4.锻铝合金 ( LD ) : Al – Mg – Si – Cu具有良好的热塑性, 通过固溶处理和人工时效 来提高铝合金的力学性能。 LD5、LD6、LD10。

  18. 变形铝合金牌号表示方法:GB/T 16474-1996 四位字符: 如:2A11:11号铝铜合金

  19. 四、 铸造铝合金( cast aluminum alloy ) • 铸造铝 –硅合金 • 铸造铝 –铜合金 • 铸造铝 –镁合金 • 铸造铝 –锌合金

  20. 1.铸造铝 – 硅合金 ( ZL101~ZL111 ) : 特点:铸造性能好 是最常用的铸铝合金 活塞(裙部为铝硅合金)

  21. 铝硅合金变质处理 • 变质剂: 2/3NaF+1/3NaCl • 组织变化: 细化硅晶体 • 性能变化: 强度提高、塑性改善 ZL102未变质 ZL102变质

  22. 汽缸头 铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210× 2.铸造铝 – 铜合金 ( ZL201~ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性,但铸 造性能和耐蚀性较差。

  23. 鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301) 铝镁合金铸造组织 (化染) 150× 3.铸造铝 – 镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸 造性能和耐热性较差。

  24. 大型空压机活塞(ZL401) 4.铸造铝 – 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性,经变质处理和 时效处理后,强度高,但耐蚀性差。

  25. 铸铝合金牌号表示:例:ZAlCu5Mn

  26. 第二节 铜及铜合金 一、纯铜 性能特点:密度大;导电及导热性能好; 抗大气腐蚀性好;塑性高;强度低; 无磁性;无打击火花;加工工艺性好 分类: 工业纯铜 T1~T4 无氧铜 TU2

  27. 纯铜组织金相图

  28. 二、铜合金的分类 黄铜 : Cu – Zn 白铜 : Cu – Ni 青铜 : 除黄铜和白 铜外的所有 铜合金。

  29. 三、黄铜 ( brass ) • 普通黄铜 ( common brass ) • 特殊黄铜 ( special brass )

  30. +’  500 70 110 b 60 100 400  b(Mpa) (%) 90 50 300 80 40 HB 70 200 30 60 20 100 50 10 HB 0 40 0 10 20 30 40 50 1、 普通黄铜 ( common brass ) (1)黄铜的力学性能与含锌量的关系

  31. 含铜量 WCu = 90% 黄铜 (2)黄铜的牌号 H 90

  32. 冷凝器管 法兰阀 闸阀 (3)常用的黄铜 • 金奖黄铜 --- H90 • 弹壳黄铜 --- H70 ( H68 ) • 日用黄铜 --- H62 ( H59 )

  33. 含铝量WAl = 3% 含铜量WCu = 59% 2、 特殊黄铜 ( special brass ) 定义:在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。 牌号: H Al 59 - 3

  34. 常用的特殊黄铜 • 海军黄铜 --- HSn62 - 1 • 易切削黄铜 --- HPb59 - 1

  35. 四、青铜 ( bronze ) • 普通青铜 ( 锡青铜 ) ( tin bronze ) • 特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin – free bronze )

  36. 其它合金元 素含量为1% 主加元素锡其含 量为WSn = 10% 青铜 铸造 青铜牌号的表示方法 Z Q Sn10 – 1

  37. 压力加工 α+δ δ σb 铸造成形 α δ 3 7 10 14 1、 锡青铜 ( tin bronze )

  38. 锡青铜的性能特点: 耐磨性 强度高 耐蚀性 流动性差 收缩小 不致密、易渗漏 无磁性 锡青铜的应用: 弹簧、轴承、轴瓦

  39. 2、 特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin – free bronze ) 硅青铜 : QSi3 – 1 铝青铜 : QAl7 铍青铜 : QBe2; 具有非常好的力学 性能。用于制造重要、精 密、高温、高速下工作的 零件。

  40. 本课小结 • 铝合金分类:变形铝合金、铸造铝合金 • 铝合金强化:固溶处理+时效强化、变质处理 • 常用铝合金代号应用(牌号):例LF5、ZL102 • P 124 一、二、四(1、4、5) • 铜合金分类:黄铜、白铜、青铜 • 常用铜合金代号应用(牌号):例H90、H62 本课作业