机械制造基础有色金属
机械制造基础课程—课题五有色金属与非金属材料
根据原料来源不同，橡胶可分为天然 橡胶和合成橡胶两类。 天然橡胶是橡胶树流出的胶乳，经采集和适 当加工后制成的弹性固状物，其主要化学成 分是聚异戊二烯。 合成橡胶是指具有类似橡胶性质的用人工合 成的各种高分子化合物。
三、陶瓷 陶瓷是无机非金属材料，一般可分为普 通陶瓷（普通工业陶瓷、化工陶瓷）和特种 陶瓷（氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶 瓷、氧化镁陶瓷、氧化铍陶瓷等）两大类。
2.物理性能 塑料密度小，不加任何填料或增强材料的塑 料，其密度在0.85～2.20 g／cm3之间，只有钢的 1／8～1／4，泡沫塑料的密度仅为0.02～0.2 g ／cm3。 塑料的热性能不及金属，受热易老化、分解， 故大多数塑料只能在100 ℃以下使用，极少数塑料 （如聚四氟乙烯、有机硅塑料）可在250 ℃左右长 期使用。
纯铜的强度、硬度较低，塑性很好，易 于冷热压力加工，因此纯铜一般不用做结构零 件，而主要用于制造电线、电缆、铜管、抗磁 性干扰的仪表零件及制造铜合金。
工业纯铜分为未加工产品（铜锭、电 解铜）和加工产品（铜材）两种。加工铜的 代号用汉语拼音字母“T”加顺序号表示。 代号中顺序号数字越大表示杂质含量越多。
二、铝合金 （一）铝合金的分类 铝合金按其成分和生产工艺的不同， 可以分为变形铝合金和铸造铝合金两大类， 这种分类法是以铝合金相图为依据的。该图 为铝基二元合金相图的一般类型。
图中，凡位于D点左边的合金，加热时均能得到 单相固溶体组织，其塑性好，适宜进行压力加工，这 种铝合金称为变形铝合金。 位于D点以右的合金都具有共晶组织，其塑性较 差，不宜进行压力加工，但其结晶温度较低，液态合 金流动性好，适宜铸造成型，这种铝合金称为铸造铝 合金。
机械工程材料及成型基础第6章有色金属及其合金
这些合金在加热状态下具有好的塑性， 而在退火后的冷状态下也比较容易变形。 为了提高抗腐蚀性，LC4合金板材要用含有 0.9~1.3%Zn的铝合金包覆。LC4铝合金很好 切削加工和点焊。这种合金用于飞机制造 的在温度低于120C下的长时间工作的受力 结构中（蒙皮、隔框、桁条，受力骨架 等）。
（3）锻造铝合金。 这种类型的合金是高塑性和能得到优质 铸锭的合格的铸造性能。 LD6合金用于加工在加热状态下（管接 头、支架件、叶片等）要求高塑性，复杂 形状和中等强度的零件。LD8合金用于重载 荷的模锻件（接插件、直升机的螺旋桨 等）。LD8的工艺性能比LD6差。
（7） 淬火+软化回火，T8表示。温度是 240~260C，保温3~5小时。高温回火要明 显地降低强度，但提高了塑性和尺寸的稳 定性。 Al-Si合金，也称为“硅铝明”。按成 分来看，它接近共晶成分，铸造性能好， 铸件的密度大。
最广泛使用的是含有10~13%Si （ZL102），具有高抗腐蚀性的合金。 ZL102合金组织中含有+共晶体，经常还 有硅的一次晶体。共晶体凝固时，硅以粗 大的针状晶体析出，针状晶体在塑性的固 溶体中起到内部切口的作用。这种组织就 具有低的机械性能。
6.1.2 铝合金 最广泛使用的铝合金是：Al-Cu；Al-Si； Al-Mg；Al-Cu-Mg；Al-Cu-Mg-Si；Al-MgSi；以及Al-Zn-Mg-Cu。在平衡状态下，这 些合金都是低合金固溶体和金属间化合物 相CuAl2(相)，Mg2Si，Al2CuMg(S-相)， Al6CuMg4，和Al2Mg3Zn3(T-相)，Al3Mg2 等。 所有的铝合金可分为两大类：变形铝合 金和铸造铝合金。变形铝合金又分为热处 理不能强化的变形铝合金和热处理能够强 化的变形铝合金(图6.1)。
机械基础——第二节黑色金属、第三节有色金属及其合金
主要用于形状复杂、强度和韧性要求较高的钢件。
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2、钢的淬透性与淬硬性
淬透性是指钢在一定条件下淬火时淬硬层所能进入的深度。 如果某种材料的淬硬层深，我们就说它的淬透性好。 淬硬性指钢在理想条件下淬火所能达到最高硬度的能力。 淬透性好的钢，其淬硬性不一定高。
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(2)球化退火
将钢加热到Ac1以上20～40℃，缓冷到600℃出炉 空冷到室温。
主要用于消 除共析钢和过共 析钢组织中的粗 片状珠光体，降 低硬件度和提高 塑性。
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(3)去应力退火
将钢加热到Ac1以下温度（一般500～650℃）， 保温后随炉缓冷到200～300℃出炉空冷到室温。
主要用于消除铸件、焊件及切削加工件的 应力，减小变形，稳定尺寸。
常用的回火方法有低温回火、中温回火、高温回火。
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2．回火种类
①低温回火（150～250℃） 目的：减小淬火应力和脆性、保持淬火后的高硬度和耐磨性。 应用：各种工模具、滚动轴承及渗碳、表面淬火的零件。 ②中温回火（350～500℃） 目的：获得高的弹性极限、屈服强度和较好的韧性。 应用：用于各种弹簧和某些模具。 ③高温回火（500～650℃） 目的：获得强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。 应用：用于各种重要结构件，也可作为某些精密零件的预先热 处理。
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六、钢的热处理 (一)钢的热处理原理
1．概述
热处理是将钢在固态加热到一定温度，并在此温度保持一 定时间，然后以选定的冷却速度冷却，以改变钢的内部组织， 从而获得所需要性能的一种金属加工工艺。
根据热处理的目的和工艺方法的不同，热处理可分为：
机械制造基础 第五章 有色金属
第三节
滑动轴承合金
滑动轴承合金：用来制造滑动轴承中的轴瓦及内 衬的合金 与滚动轴承相比，承压面积大，工作平稳无 噪声，制造、检查方便
一、对轴承合金性能的要求 ① 摩擦系数低，能保留润滑油，减少摩擦
② 足够强度和疲劳抗力，承受较高的周期性载 荷
③ 一定的塑性、韧性，抵抗冲击和振动，保证 轴承和轴颈自动磨合 ④ 良好的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数，防 止摩擦升温并发生咬合
等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。
铝合金型材
铝铸件
1.铝合金的分类 变形铝合金、铸造铝合金
机械性能对比
低碳钢
相对密度 相对比 强度极限 1.0 1.0 1.0 1.0
低合 金钢 1.0 1.6 1.7 1.0
高合 铸铁 金钢 1.0 2.5 4.2 1.0 0.92 0.60 0.70 0.51
强度比纯铝高，良好的耐蚀性、塑性和焊接性，
不能热处理强化，通过冷变形加工产生加工硬
化提高强度
制造耐蚀性高的容器、防锈蒙皮、窗框等、承
受力小、质轻、耐腐蚀的结构件
2. 硬铝合金（LY）
• 主要是Al-Cu-Mg系合金，含少量Mn。加入铜与
镁等合金元素可形成强化相，经固溶、时效处理
后获得高强度 • 耐蚀性比纯铝差，不耐海水腐蚀，在硬铝板材表 面轧覆薄层纯铝（包铝），增加耐蚀性 • 常用硬铝合金如LY1、 LY10中铜、镁含量低， 可做各种铆钉，称为“铆钉硬铝”，LY11称为 “标准硬铝”，用做中等强度的结构零件
加热固溶
时效析出
淬火过饱和
室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进 行的时效称人工时效。 • 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 • 温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰 值，超过峰值时间， 析出相聚集长大，强
机械制造基础第八章有色金属及其合金习题解答
第八章有色金属及其合金习题解答8-1变形铝合金和铸造铝合金是怎样区分的？热处理能强化铝合金和热处理不能强化铝合金是根据什么确定的?答：1、两者依相图进行区分，会发生共晶转变的是铸造铝合金，加温后可得到单固溶体的是变形铝合金。
2、铝合金其固溶体的溶解度不随温度而变化，故不能用热处理方法强化，称为不能用热处理强化合金；铝合金其固溶体的溶解度随温度而变化，可用热处理方法强化，称为能用热处理强化合金。
8-2 试述各种变形铝合金的特性和用途。
答：列表进行阐述和比较：8-3 铸造铝合金中哪种系列应用最广泛? 用变质处理提高铸造铝合金性能的原理是什么?答：应用最广的是铝硅系铸造铝合金，其代号为ZL101。
变质处理的原理是：是在合金浇注前，向液态合金中加入占合金的质量分数为2％～3％的变质剂(2／3的氟化钠和1／3的氯化钠的混和物) 以细化共晶组织，从而显著提高合金的强度和塑性(强度提高30％～40％，伸长率提高1％～2％)的一种方法。
8-4 铝合金的强化措施有哪些? 铝合金的淬火与钢的淬火有什么不同?答：铝合金强化措施有形变强化、固溶-时效、变质处理。
铝合金的淬火是将能热处理强化的变形铝合金加热到某一温度，保温获得均匀一致的α固溶体后，在水中急冷下来，使α固溶体来不及发生脱溶反应。
这样的热处理工艺称为铝合金的固溶处理。
经过固溶处理的铝合金，在常温下其α固溶体处于不稳定的过饱和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状态的趋向。
由于不稳定固溶体在析出第二相过程中会导致晶格畸变，从而使合金的强度和硬度得到显著提高，而塑性则明显下降。
这种力学性能在固溶处理后随时间而发生显著变化的现象称为“时效强化”或“时效”。
而钢淬火后则需进行回火。
8-5 什么是黄铜? 为什么黄铜中的锌含量不大于45％?答：黄铜是指铜-锌合金。
黄铜中的锌含量超过45%，将会产生脆性，使合金性能变坏，所以黄铜中的锌含量不大于45%。
8-6 什么是锡青铜？它有何性能特点? 为什么工业用锡青铜的锡含量为3％～14％?答：以锡为主加元素的铜合金为锡青铜。
机械制造基础有色金属-59页精选文档
铸造铝硅合金（俗称硅铝明 ）
特性
铸造性能优良（流动性好、收缩率小、热裂倾向小） 密度小、强度较高 耐腐蚀性和导热性良好
变质处理
变质剂：氟化钠和氯化钠的复合盐 目的：使共晶体中的硅呈细密分布，细化组织，提高强度 变质处理性能变化：变质后强度可提高30%~40%
组织（软硬兼备）
（1）软基体和均匀分布的硬质点 （2）硬基体上分布着软质点。
常用滑动轴承材料：金属（锡基与铅基轴承合金、铜基合合、铝
基合金）、非金属（塑料、橡胶）、含油轴承等
锡基与铅基轴承合金显微组织
锡基轴承合金组织 ( SnSb+Cu Sb+α基体) 铅基轴承合金组织 ( Sn ,Cu3Sb ,Pb-Sb 共晶体 )
铝合金门窗（一般用材6063）
硬铝合金、超硬铝合金
硬铝合金 ( LF ) :
成分： Al – Cu – Mg ，常用LY1、LY11、LY12 性能：能通过时效强化提高强度
耐蚀性不高，构件表面包铝可改善耐蚀性
超硬铝合金 ( LC ) :
成分： Al – Cu – Mg – Zn ，常用LC4、LC9 性能：通过时效强化显著提高强度
钛合金：强度和冲击韧性高，压力加工性能和焊接性能良好。组织和 性能不太稳定
＋钛合金：热压力加工性能好，耐热性比较好，但组织不够稳定
钛合金的性能
铸造和变形钛合金铁室温力学性能
合金
Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V Ti-5Al-2.5Sn Ti-6Al-2Sn4Zr-2Mo
热处 理
退火 固溶 处理 退火 退火
钛的牌号（GB/T3620.1-1994）
《机械制造基础》教材目录
《机械制造基础》教材目录绪论第1章工程材料1.1 材料的物理、化学及机械性能一、物理性能二、化学性能三、金属材料试验与金属材料的机械性能1.2 钢的热处理一、铁碳相图二、钢的热处理方法1.3 钢铁材料一、钢的分类二、碳素钢三、合金钢四、铸铁1.4 有色金属一、铝及铝合金二、铜及铜合金三、钛及钛合金四、轴承合金五、粉末冶金材料1.5 非金属材料一、陶瓷二、高分子材料三、复合材料1.6 主要材料的加工性能一、主要机械材料的加工性能二、材料的选用第2章铸造2.1 砂型铸造一、造型材料二、砂型三、浇注系统、冒口及溢放口四、造型2.2 特种铸造一、金属材料铸造二、压力铸造三、离心铸造四、熔模铸造五、特种铸造的特点和应用2.3 铸件的清理与检验第3章塑性加工3.1 塑性加工概述3.2 金属热变形加工一、锻造二、轧制三、其他热变形加工法3.3 冲压第4章焊接4.1 焊接概述4.2 气焊4.3 电弧焊4.4 其他焊接方法一、电阻焊二、钎焊三、特殊焊接第5章切削加工5.1 切削加工概述5.2 切削基本原理5.3 切削液第6章常用加工机械6.1 车床6.2 钻床与镗床一、钻床二、镗床6.3 刨床6.4 铣床6.5 磨床第7章螺纹及齿轮制造7.1 螺纹加工7.2 齿轮加工第8章特种加工8.1粉末冶金加工8.2 电火花加工8.3 电镀加工8.4 特殊切削加工简介第9章计算机辅助制造9.1 数控加工基础9.2 生产自动化9.3 机械制造的展望第10章新兴制造技术10.1 半导体制造简介10.2 微细制造简介10.3 其他制造技术。
机械制造基础第八章有色金属及其合金习题解答
第八章有色金属及其合金习题解答8-1变形铝合金和铸造铝合金是怎样区分的？热处理能强化铝合金和热处理不能强化铝合金是根据什么确定的?答：1、两者依相图进行区分，会发生共晶转变的是铸造铝合金，加温后可得到单固溶体的是变形铝合金。
2、铝合金其固溶体的溶解度不随温度而变化，故不能用热处理方法强化，称为不能用热处理强化合金；铝合金其固溶体的溶解度随温度而变化，可用热处理方法强化，称为能用热处理强化合金。
8-2 试述各种变形铝合金的特性和用途。
答：列表进行阐述和比较：8-3 铸造铝合金中哪种系列应用最广泛? 用变质处理提高铸造铝合金性能的原理是什么?答：应用最广的是铝硅系铸造铝合金，其代号为ZL101。
变质处理的原理是：是在合金浇注前，向液态合金中加入占合金的质量分数为2％～3％的变质剂(2／3的氟化钠和1／3的氯化钠的混和物) 以细化共晶组织，从而显著提高合金的强度和塑性(强度提高30％～40％，伸长率提高1％～2％)的一种方法。
8-4 铝合金的强化措施有哪些? 铝合金的淬火与钢的淬火有什么不同?答：铝合金强化措施有形变强化、固溶-时效、变质处理。
铝合金的淬火是将能热处理强化的变形铝合金加热到某一温度，保温获得均匀一致的α固溶体后，在水中急冷下来，使α固溶体来不及发生脱溶反应。
这样的热处理工艺称为铝合金的固溶处理。
经过固溶处理的铝合金，在常温下其α固溶体处于不稳定的过饱和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状态的趋向。
由于不稳定固溶体在析出第二相过程中会导致晶格畸变，从而使合金的强度和硬度得到显著提高，而塑性则明显下降。
这种力学性能在固溶处理后随时间而发生显著变化的现象称为“时效强化”或“时效”。
而钢淬火后则需进行回火。
8-5 什么是黄铜? 为什么黄铜中的锌含量不大于45％?答：黄铜是指铜-锌合金。
黄铜中的锌含量超过45%，将会产生脆性，使合金性能变坏，所以黄铜中的锌含量不大于45%。
8-6 什么是锡青铜？它有何性能特点? 为什么工业用锡青铜的锡含量为3％～14％?答：以锡为主加元素的铜合金为锡青铜。
机械基础4-3有色金属材料
②、硬铝（代号LY） 它是铝-铜-镁系合金。 特点：经过适当热处理后，强度和
硬度显著提高，但耐蚀性不如纯铝
用途：用于制造飞机零部件及仪器仪 表零件。
③、超硬铝（代号LC） 它是铝—铜—镁—锌系合金。 性能：通过适当热处理后，强度、硬度
分类： 锡基轴承合金
铅基轴承合金
铝基轴承合金
1、锡基轴承合金 锡基轴承合金以锡（Sn）为基础，加入锑
（Sb）、铜等元素组成的合金。 性能：硬度适中，减摩性好，足够的塑性、韧性，
良好的耐蚀性、导热性，膨胀系数小。但疲劳强度 低，熔点低，工作温度不超过150℃。
用途：汽车、汽轮机高速轴上使用。
牌号：以“铸”字的汉语拼音字首Z和集体元素 锡（Sn）的化学元素符号，以及主加元素和附加元 素符号、名义百分含量的数字组成。
较高。
用途：制造飞机上受力较大的结构件， 如飞机大梁。
④、锻铝（代号LD） 它是铝-铜-镁-硅系合金。 性能：经过适当热处理后，强度和硬度
显著提高，有较好的锻造性能。
用途：制作航空仪表工业中形状复杂、 要求强度高的锻件。
（2）、铸造铝合金 性能：有较好的铸造性能，抗腐蚀性好。
根据化学成份分：
用途：铝锑镁轴承合金用在低速柴油机的 轴 承上使用。
高锡铝基轴承合金应用最广，用于 汽车、拖拉机、内燃机车的轴承。
《从军行》----其四
王昌龄
青海长云暗雪山，
孤城遥望玉门关。
黄沙百战穿金甲，
不破楼兰终不还。
《七绝·改诗赠父亲》 毛泽东
孩儿立志出乡关， 学不成名誓不还。 埋骨何须桑梓地， 人生无处不青山。
汽车机械基础-有色金属与非金属材料
•3.铍青铜 :用于制造重要、精
•
密、高温、高速下工作的
•
零件。
•
14.1.3 滑动轴承合金
用于制作轴瓦及其内衬的合金，轴瓦可直接用耐 磨合金制成，也可在钢背上浇注（或轧制）一层耐磨 合金形成复合的轴瓦。
•鼓风机用密封件(ZL102)及 抗空架件(ZL301)
•
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。
•大型空压机活塞
•
铜及铜合金
•铜的性能特点:
•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 性好等。
•
1．塑料
（1）塑料的组成
塑料是以合成树脂为主要成分，加入一些用来改善使用性 能和工艺性能的添加剂而制成的。
（2）塑料的特性
①质轻 塑料的密度为0.9～2.2g／cm3，只有钢铁的1／8 ～1／4，铝的1/2。
②比强度高 塑料的强度比金属低，但密度小，其比强度 高。③化学稳定性好 塑料能耐大气、水、碱、有机溶剂 等的腐蚀。④优异的电绝缘性 塑料的电绝缘性可与陶瓷 、橡胶以及其他绝缘材料相媲美。
•
表14-4 汽车发动机、底盘主要零件的用材情况
•
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14.3.2 零件失效的原因
零件时效的原因一般从以下几个方面进行分析：
(1)设计不合理：
机械零件的结构形状和尺寸设计不合理引起的。如尖角、尖 棱等。
(2)选材不合理：
对失效形式误判，或选材不能满足工作条件的要求；或错误 选择了材料。
(3)加工工艺不当：