第八章有色金属及其合金

纯铜 —— 紫铜（紫红色），具有面心立方晶格。
• ● 物理性能 —— d = 8.9 g/cm3 ，Tm = 1083℃ ；导电导热性好；抗磁性。 • ● 化学性能 —— 抗大气腐蚀。 • ● 力学性能 —— σb = 230～250MPa；δ = 40～50 % ；HB = 30～40 。 • ● 加工性能 —— 切削性能、锻造性能好。 • ● 牌号 —— 工业纯铜 T1～ T4 ；磷脱氧 铜 TP1，TP2；无氧铜TU1，TU2
二、钛合金
• 合金元素溶入 α-Ti中形成 α固溶体，溶入 β-Ti中，形成 β固溶体。 • 钛合金按其退火状态的组织可分为：α 型钛 合金、 β型钛合金、（α + β）型钛合金等 三种类型，合金牌号分别为TA,TB,TC与编 号顺序数字结合起来表示。如：TA5, TB2, TC3等。
三、钛及钛合金的热处理
§8.2 铜及铜合金
• 一、铜及铜合金的特性 • 二、铜及其合金的分类与牌号 • 三、铜合金选用原则
一、铜及铜合金的特性
• 1）优异的物理化学性能：导电性、导热性 好；抗蚀能力高；铜（紫铜）抗磁性； • （2）良好的加工性能：塑性好，铸造性能 好； • （3）特殊机械性能：减摩性耐磨性好，高 的弹性极限和疲劳极限； • （4）色泽美观。
主要内容
• • • • • §8.1 铝及铝合金 §8.2 铜及铜合金 §8.3 钛及钛合金 §8-4 轴承合金 有色金属” “有色金属” 练习题
§8.1 铝及铝合金
• • • • 一、铝及铝合金的特性 二、铝及其合金的分类与牌号 三、铝合金的强化 四、常用铝合金选用原则
一、铝及铝合金的特性
• • • • • • • • • • （1）比重小，比强度高；ρ纯铝=2.7g/cm3 （2）优良的物理、化学性能； i 导电性好，仅次于Ag, Cu, Au； ii 极好的抗大气腐蚀能力；“钝化” iii 非磁性，即磁化率极低。 （3）加工性能良好： i 塑性好，可冷成形； ii 切削性能好； iii 超高强度铝合金成形后热处理，可以有很多的σ； iiii 铸造铝合金铸造性能极好。
• 钛合金特性 —— 强度、塑性、比强度高， 耐蚀、耐热、耐低温。 • 一、纯钛 • ● 物理性能 —— 银白色，Tm =1680℃，d = 4.54 g/cm3 。 • ● 同素异构转变 —— 882℃时，密排六方 α-Ti ←→ β-Ti（体心立方）。 • ● 牌号 —— 工业纯钛 TA1～TA3
铝及其合金
Al 面心立方 Mp：660℃，ρ ： 2.7 低强度，不宜作结 构材料 导电、导热性略低 于银和铜 Al合金 合金：加Si、Cu、 合金 Mg、Mn 强度较高
• 一）高纯铝（Fcc） • LG1, LG2, LG3, LG4, LG5, 由1 5，Al的含量由99.85 99.99%. • （二）工业纯铝： • L6, L5, L4, L3, L2, L1, 由6 1，Al的含量由98.8 99.7%. • （三）铝合金： • LF+数字：防锈铝合金； • Ly+数字：硬铝合金； • LC+数字：超硬铝合金； • LD+数字：锻铝合金； • ZL+数字：铸造铝合金； • ZL1××：Al-Si合金； • ZL2××：Al-Cu合金； • ZL3××：Al-Mg合金； • ZL4××：Al-Zn合金。
§8-4 轴承合金
• 一、轴承合金概述 —— 制造滑动轴承中的轴瓦及 内衬的合金。 • ● 工作条件 —— 冲击、交变载荷，轴颈压力、 摩擦。 • ● 性能要求 • ◆ 足够的强、硬度，塑性和韧性好，与轴有良 好磨合能力、减摩性好。 • ◆ 有良好的导热性、抗蚀性和工艺性。 • ● 组织要求 —— 软基体 + 硬质点；或： 硬基体 + 软质点
(二)黄铜（以Zn为主要合金元素的铜合金）
黄铜分普通黄铜和复杂黄铜两种。 • 1.普通黄铜： • 如：H96, H80, H70, H68, H59等。 • H70称：“三七黄铜”， σb=320MPa, δ5=55%, 形变强化后 σ b≥660MPa，δ5 =3%。大量用于作 弹壳、套管和复杂深冲零件 • 2.复杂黄铜： • 在Cu-Zn二元合金基础上加入其它合金元素形成 的。如Pb黄铜，Sn黄铜，Al黄铜，Si 黄铜等
二、铜及其合金的分类与牌号
(一)紫铜（纯铜）： 一 紫铜 纯铜）： 紫铜（ Fcc无磁性，无同素异构转变，熔点 无磁性， 无磁性 无同素异构转变，熔点1083℃。 ℃ 据铜中的含氧量可将铜分为三类： 据铜中的含氧量可将铜分为三类： a.工业纯铜 a.工业纯铜：O%=0.02-0.10%. 牌号为T1, T2, T3, 工业纯铜： 牌号为T1, 1—3， 由1—3，含Cu 为 • 99.95---99.70% • b.磷脱氧铜：O%<0.01%. 牌号为 磷脱氧铜： 牌号为TP1(99.90%)， 磷脱氧铜 ， TP2(99.85%) • c.无氧铜：O%<0.003%. 牌号为 无氧铜： 牌号为TU1(99.97%)， 无氧铜 ， TU2(99.95%) • • • •
二、铝及其合金的分类与牌号
形变铝合金
• ● 防锈铝（Al-Mg、Mn）—— LF，不能热 处理强化，做油箱、油管、铆钉等。 • ● 硬铝（Al-Cu-Mg）—— LY，可热处理 强化，做螺旋桨叶片、支柱等。 • ● 超硬铝（Al-Zn-Mg-Cu）—— LC，可热 处理强化，做飞机大梁、起落架等。 • ● 锻铝（Al-Mg-Si）—— LD，可热处理强 化，做锻件、模锻件等。
“有色金属” 练习题 参考答案 有色金属” 参考答案1 有色金属
青铜
Cu-Sn合金 合金（及含Al、Si、Pb、Mn、Be） 合金 Sn：〈5~6% 单相α固溶体 〉6% α+δ Cu31Sn8共析体，硬而脆
（四）白铜（以Ni为主要合金元素的铜合金）
• 编号为：B+镍的平均含量，“B”意指“白 铜”， • 如：B19表示含19%Ni的普通白铜。
三、铜合金选用原则
• 其主要热处理方式：退火、淬火、时效，并分别 用M、C、S表示。 • （1）退火：650℃～850℃退火，可去加工硬化； 450℃～650℃可去内应力。 • （许多钛合金以退火状态供货。） • （2）淬火、时效处理：α 型钛合金不能进行热处 理强化； • β钛合金通过淬火得 相（亚稳定相），再经 400℃～600℃时效，可析出弥散 相，从而使σ提 高，但塑性下降。
二、常见轴承合金
• ● 锡基轴承合金（锡基巴氏合金）—— 如 ZChSnSb11-6，软基体 + 硬质点 • ◆ 摩擦系数、膨胀系数小，导热性、塑性 和耐蚀性好；但疲劳强度较差，工作温度 低（＜150℃）。 • ● 铅基轴承合金（铅基巴氏合金）—— 如 ZChPbSb16-16-2，软基体 + 硬质点 。 • ◆ 其硬度、强度、韧性和耐蚀性、导热性 比锡基轴承合金低，工作温度小于120℃
纯铝性能
• ● 物理性能 —— 比重小，2.7g/cm3 ；导电导热 性仅次于Ag，Cu，Au 。非磁性（磁化率极低）。 • ● 化学性能 —— 极好的抗大气腐蚀能力（Al2O3 的“钝化”作用）。 • ● 力学性能 —— 强度低，σb = 50MPa ；塑性好， 可冷变形成型及强化。 • ● 加工性能 —— 切削性能、锻造性能好。 • ● 牌号 —— 高纯铝 LG1～LG5，工业纯铝 L7～ L1，数字表示Al的纯度
第八章 有色金属及其合金
黑色金属：钢铁材料的总称；有色金属：非铁金属材料。 有色金属有以下几类： 有色金属有以下几类： （1） 轻金属：Al、Mg、Na等， （2） 重金属： 等， （3）贵金属：Au, Ag, Pt等 （4）半金属：S, Se,Te, As ,B等 （5）稀有金属：W, Mo, Ta, Nb ,Zr, V及稀土金属（Y, Ce 等）和放射性金属（Ra, U等）。 • 有色金属及合金的应用： 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。 • • • • • • •
• （1）充分考虑其导电导热性能特点， • 可制：导体及散热器片、线材、管材、薄板材、 电缆等。 • （2）考虑其机械性能及耐磨，耐蚀性能等， • 对于一些耐蚀件、散热器件、减摩零件及弹性元 件等，可选用铜合金。 • （3）考虑其工艺性能特点， • 塑性好：冲压或锻轧成型件可选用之； • 铸造性能好：普通铸件和压铸件可用之； • 切削加工性好和光洁度高：大量生产的切削成型 件可用之； • 但是Cu的储量小，价格较贵，应节约使用，特殊 条
三、铝合金的强化
• 1、固溶强化；如Cu, Mg, Zn, Si, Mn等加入可形 成有限固溶体。 • 2、时效强化：经长时间室温停留或加热至100200℃一定时间保温后，在母相固溶体的一定晶 面上出现一个原子层厚度的铜或其它原子的偏聚 区，偏聚区边缘发生晶格略变，阻碍位错运动， 因而合金强度，硬度提高。 • • 3、第二相强化和细晶强化； • 4、冷变形强化。
§8.3 钛及钛合金
• 钛在地壳中蕴藏量丰富，仅次于Al, Fe, Mg，居第 四位。 • 一、纯钛 • 在固态下有同素异构转变：882.5℃以下为 α钛， 是密排六方晶格； • 882.5℃以上为 β钛，是体心立方晶格。 • 工业纯钛的纯度为99.5%-99.0%，其性能很大程 度上取决于氧的含量。 • 工业纯钛可分为TA1，TA2，TA3等三个牌号，编 号越大，杂质越多。
铸造铝合金
● Al-Si 系合金（硅铝明）—— 铸造性好、 线收缩系数小、热裂倾向小。 • ◆ 变质处理 —— 浇注前加变质剂。变质 后力学性能显著提高。 • ◆ 变质前组织（左图，×100）—— 共晶 体（粗针状Si + α 基体 ）+ 初晶Si • ◆ 变质后组织（右图，×400）—— 共晶 体（细点状Si + α 基体 ）+ 初晶 α
“有色金属” 练习题 有色金属” 有色金属
1. 说出下列材料常用的强化方法：H70；45钢； HT350；LY12 。 2. 指出下列材料牌号或代号的含义： H59；ZCuSn10Pb5；QBe2；ZChSnSb11-6； LF21；LC6；ZL102 。 3. 试述下列零件进行时效处理的作用： a. 形状复杂的大型铸件在500～600℃进行时效处 理； b. 铝合金件淬火后于140℃进行时效处理； c. GCr15钢制造的高精度丝杠于150℃进行时效 处理。
铜及其合金 Copper and its Alloys
(1) 纯铜（紫铜） 纯铜（紫铜） 面心立方，mp 1083℃，ρ：8.96 塑性好 微量杂质：Pb、Bi、O、S、P （2）黄铜 Cu-Zn合金 黄铜 合金 固溶体、面心立方 普通黄铜 Zn含量：〈39% 单相黄铜 普通 39~45% 双相黄铜 特殊黄铜：多元合金 Sn、Al、Mn、Pb、Si 特殊
（三）青铜 （含有Sn. Al. Si. Pb. Be, Mn等的铜基合金）
• 包括：锡青铜，铝青铜，铍青铜等等。 • 分类：压力加工青铜（以压力加工产品的 形式供应）和铸造青铜。 • 编号方法：① Q+主加元素符号+主加元素 含量+其它元素含量； • 如：QSn4-3, 表示含4%Sn 、3%Zn，其余 为Cu的锡青铜。 • ②铸造青铜在编号前加“Z”字， • 如：ZQSn10-5。
Байду номын сангаас
四、常用铝合金选用原则： ：
• • • • • • • • • • 1）考虑机械性能特点： 比强度高（强度与相对密度之比） 可用于机构件； 良好的塑性加工性能 可用于挤压件； 小的弹性模量 可用于搞震性好的工件； 低温性能好 可用 于低温构件 ； 等等。 （2）考虑其使用性能特点： 熔点为600℃，使用温度不能过高； 良好的耐蚀性，导电导热性及抛光性能 宜做腐蚀环境零 件及导电及某些电器材料。 （3）考虑其工性能特点： 熔点低、熔炼和铸造方便，以及好的加工性能和铸造性能 等