07 金属材料-(《工程材料》机械专业).ppt

第7章金属材料 7 1工业用钢 钢的基础知识结构钢工具钢特殊性能钢 按用途分类结构钢 工程用钢 建筑 桥梁 船舶 车辆 机器用钢 调质钢 渗碳钢 弹簧钢 轴承钢 工具钢 刃具钢 模具钢 量具钢 特殊性能钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 磁钢 7 1工业用钢 1 钢的分类 按质量分类普通钢 P 0 045 S 0 05 优质钢 0 035 高级优质钢 0 025 按化学成分分类碳素钢 低 0 25 中 0 6 高合金钢 低 5 中 10 高 普通碳素结构钢 Q235 AF 屈服点 质量等级 脱氧方法 屈服点数值 屈服点数值为235MPa的A级沸腾钢 钢板 7 1工业用钢 2 钢的编号 45 表示平均含碳量为0 45 的优质碳素结构钢 平均含碳量的两位数字 单位为万分之一 方钢 优质碳素结构钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 碳8或T8 表示含碳量为0 8 的该类钢 在钢号前加 碳 或 T 表示钢中平均含碳量的千分之几的数字 锉刀 碳素工具钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 组成 数字 元素 数字 前两位表示平均碳含量的万分之几 合金元素以汉字或化学元素符号表示 合金元素后面的数字表示该元素的近似含量 单位是百分之几 合金元素低于1 5 时 不标含量 大于等于1 5 时 四舍五入取整数 如 含碳量为0 36 含锰量为1 5 1 8 含硅量为0 4 0 7 的钢表示为 36Mn2Si 不锈钢制管板式换热器 合金结构钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 编号前用一位数字表示平均碳含量的千分之几 当平均碳含量大于或等于1 0 时 不标出碳含量 如 9Mn2V 钢的平均含碳量为0 85 0 95 CrMn 钢中的平均含碳量为1 3 1 5 铣刀 合金工具钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 在钢号前冠以 滚 或 G 其后为Cr 数字来表示 数字表示铬含量平均值的千分之几 如 GCr15表示铬的平均含量为1 5 的滚动轴承钢 滚动轴承钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 前面的数字表示碳含量的千分之几 如9Cr18表示该钢平均碳含量为0 9 碳含量 0 03 及0 08 在钢号前分别冠以 00 及 0 如 00Cr18Ni10 汽轮机叶片 不锈钢型材 不锈钢及耐热钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 表示屈服强度为200MPa 抗拉强度为400MPa的铸钢 ZG200 400 2 5吨大齿轮铸件 铸钢 7 1工业用钢 2 钢的编号 前面为 ZG 后面第一组数字表示屈服点 第二组数字表示抗拉强度 注 第二种是以化学成分为主的牌号表示方法 如ZG20Cr13等 Cr为铬元素符号 20为平均碳质量分数值 以万分之几计 13为铬平均质量分数值 有益元素 Mn Si有害元素 S P气体元素 N O H 7 1工业用钢 3 钢中的杂质元素 Mn 脱氧 去硫 提高钢的强度和硬度 Si 有很强的固溶强化作用 能脱氧 比锰强 S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 热脆 P 有很强的固溶强化作用 低温韧性差 冷脆 比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中 H 原子态的过饱和氢降低韧性 引起氢脆 当氢在缺陷处以分子态析出时 会产生很高内压 形成微裂纹 其内壁为白色 称白点或发裂 有益元素 Mn Si有害元素 S P气体元素 N O H 7 1工业用钢 3 钢中的杂质元素 N 钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化 加Ti V Al等元素可消除时效倾向 O 钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源 镍 硅 铝 钴 合金铁素体 锰 铬 钼 钨 合金渗碳体 形成合金铁素体 固溶强化 形成碳化物弱碳化物形成元素 锰 碳化物的熔点较低 硬度较低 稳定性较差 中强碳化物形成元素 铬 钼 钨 碳化物的熔点 硬度 耐磨性以及稳定性都比较高 强碳化物形成元素 铌 钒 钛 碳化物的稳定性最高 熔点 硬度和耐磨性也最高 7 1工业用钢 4 合金元素在钢中的作用 合金元素对钢中基本相的影响 改变奥氏体区域 7 1工业用钢 4 合金元素在钢中的作用 合金元素对热处理和力学性能的影响 对奥氏体化的影响大多数合金元素 除镍 钴外 减缓奥氏体化过程 细化晶粒形成稳定的碳化物 对奥氏体晶粒长大阻碍作用 Mn促进长大 对C曲线和淬透性的影响使C曲线右移 临界冷却速度减小 提高回火稳定性回火稳定性 淬火钢回火时 抵抗硬度下降的能力称为回火稳定性 二次硬化 回火时出现硬度回升的现象 铬 钨 钼 钒等 实质上是一种弥散强化 7 1工业用钢 4 合金元素在钢中的作用 合金元素对热处理和力学性能的影响 包括工程用钢和机器用钢 性能要求 使用性能以强韧性为主 工艺性能以可焊性 淬透性为主 7 1工业用钢 5 结构钢 普通碳素结构钢 用途 适用于一般工程用热轧钢板 钢带 型钢 棒钢等 可供焊接 铆接 拴接构件使用 热处理 热轧空冷 组织 S F 主要牌号 Q195常用作铁钉 铁丝及各种薄板等 Q275能代替30钢 40钢制造较重要的零件 7 1工业用钢 5 结构钢 1 普通结构钢 用途 用来制造桥梁 船舶 车辆 锅炉 高压容器 输油输气管道 大型钢结构等 成分特点 碳含量较低 0 20 合金元素含量较少 3 主加元素为Mn 辅加元素为Nb Ti V RE 热处理 热轧空冷 铁素体 珠光体或贝氏体 淬火 低碳马氏体 南京长江大桥 普通低合金结构钢 7 1工业用钢 5 结构钢 1 普通结构钢 主要牌号 较低强度级别的钢中 16Mn最具有代表性 强度比普通碳钢Q235高约20 30 耐大气腐蚀性能高20 38 用它制造工程结构时 质量科减轻20 30 如南京长江大桥 广州电视塔等 普通低合金结构钢 7 1工业用钢 5 结构钢 1 普通结构钢 优质碳素结构钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 用途 制造各种机器零件 成分特点 磷 硫含量均小于0 035 非金属夹杂物也较少 这类钢的纯洁度和均匀度较好 因而其综合力学性能比普通碳素结构钢优良 常用牌号 08F塑性好 可制造冷冲压零件 10 20冷冲压性与焊接性能良好 可作冲压件及焊接件 经过适当热处理 如渗碳 后也可制作轴 销等零件 35 40 45 50经热处理后 可获得良好的综合力学性能 可用来制造齿轮 轴类 套筒等零件 60 65主要用来制造弹簧 性能要求 表面耐磨而心部抗冲击的特点 成分特点 低碳 在0 10 0 25 之间 是为了保证零件心部有足够的塑性和韧性 合金结构钢 渗碳钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 工艺路线 汽车变速齿轮材料20CrMnTi 下料 锻造 正火 机加工 渗碳 淬火 低温回火 磨齿 正火目的 改善锻造组织 调整硬度 便于切削加工 组织 心部 M F表层 M回 颗粒状碳化物 A 合金结构钢 渗碳钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 合金渗碳钢 常按淬透性大小分为三类 合金结构钢 渗碳钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 低淬透性合金渗碳钢水淬的临界淬透直径为20 35mm 典型钢种为20Cr 20Mn2 用于受力小的耐磨件 如柴油机的活塞销 凸轮轴等 活塞销 20Cr 汽车变速箱齿轮 柴油机曲轴 中淬透性合金渗碳钢油淬的临界淬透直径为25 60mm 典型钢种为20CrMnTi 12CrNi3 用于中等载荷的耐磨件 如变速箱齿轮 高淬透性合金渗碳钢临界淬透直径约100mm以上 空冷也能淬成马氏体 典型钢种18Cr2NiWA 20Cr2Ni4A等 用于大载荷的耐磨件 如柴油机曲轴 坦克齿轮等 性能要求 良好的综合力学性能 具有高的强度和良好的塑性 韧性 成分特点 中碳 0 25 0 50 之间 0 40 居多 工艺路线 东方红拖拉机连杆螺栓材料40Cr 下料 锻造 退火 粗机加工 调质 精机加工 组织 表面 M回 心部 S回 合金结构钢 调质钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 按淬透性高低 分三类 低淬透性调质钢典型的钢种是40Cr 用于一般尺寸的重要零件 较小的齿轮 轴 螺栓等 中淬透性调质钢含有较多的合金元素 35CrMo 用于制造截面较大的零件 例如曲轴 连杆等 高淬透性调质钢多为铬镍钢 40CrNiMo 用于制造大截面 重载荷的重要零件 如汽轮机主轴 叶轮 航空发动机轴等 合金结构钢曲轴 单缸汽车曲轴 合金结构钢 调质钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 性能要求 高的弹性极限 e 高的疲劳极限 r 足够的塑性和韧性 成分特点 中 高碳合金弹簧钢一般含碳0 45 0 70 碳素弹簧钢一般0 6 0 9 热成型弹簧钢的热处理特点 淬火 中温回火 450 550 典型牌号 65Mn 60Si2Mn 合金结构钢 弹簧钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 成分特点 高碳 0 95 1 1 Cr为基本合金元素 提高淬透性 0 4 1 65 Si Mn 进一步提高淬透性 便于制造大型轴承 优质钢材 w S 0 02 w P 0 027 热处理 球化退火 淬火 低温回火 GCr15 多用于制造中 小型轴承 合金结构钢 滚动轴承钢 7 1工业用钢 5 结构钢 2 优质结构钢 性能特点 高的接触疲劳强度 高的硬度和耐磨性 足够的韧性和淬透性 轴承生产车间 按用途分为 刃具钢 模具钢 量具钢 性能要求 高硬度 高耐磨性 高热硬性 足够的塑性和韧性 刃具 量具 7 1工业用钢 6 工具钢 用来制造各种切削刀具的钢种 切削加工的基本形式 7 1工业用钢 6 工具钢 1 刃具钢 成分特点 高碳0 65 1 35 热处理特点 预备 球化退火 最终 淬火 低温回火 淬火温度为780 回火温度为180 组织 回火马氏体 粒状渗碳体 少量残余奥氏体 碳素工具钢带 碳素工具钢材料 7 1工业用钢 6 工具钢 1 刃具钢 碳素刃具钢 用途 用于低速 低温 200 低冲击 硬度在HRC62左右的刃具 牌号 T7 T9 制造承受冲击的工具 如木工工具 冲子 凿子 锤子等 T10 T11 制造低速切削工具 如钻头 丝锥 车刀等 T12 T13 制造耐磨工具 如锉刀 锯条等 手锤 锉刀 7 1工业用钢 6 工具钢 1 刃具钢 碳素刃具钢 热处理 锻造后进行球化退火 最终热处理为淬火 低温回火 组织 回火马氏体 未溶碳化物 残余奥氏体 应用 9SiCr钢 有较好的淬透性和回火稳定性 工作温度可达250 300 适宜制造形状复杂变形小的刃具 如板牙 丝锥 钻头等 低合金工具钢扳手 7 1工业用钢 6 工具钢 1 刃具钢 低合金刃具钢 板牙 丝锥 成分特点 高碳0 9 1 1 加入Cr Mn Si W V等合金元素 性能要求 高硬度 高耐磨性 高的红硬性 600 时 硬度无明显下降 有一定的强度和韧性 成分特点 高碳0 70 1 5 保证马氏体的高硬度 应用 W18Cr4V钢在工厂中得到了广泛的应用 适于制造一般高速切削用车刀 刨刀 钻头 铣刀等 7 1工业用钢 6 工具钢 1 刃具钢 高合金刃具钢 高速钢 冷作模具钢 工作温度为200 300 热作模具钢 工作温度为600 以上 7 1工业用钢 6 工具钢 2 模具钢 冷作模具钢 性能特点 高硬度 HRC58 62 高耐磨性 足够的韧性与疲劳抗力 热处理变形小 成分特点 高碳1 2 合金元素Cr Mo W V等 加入Cr 典型的Cr12型钢 铬含量高达12 铬能极大的提高钢的耐磨性和淬透性 热处理特点 淬火 低温回火Cr12型钢热处理后组织 回火马氏体 碳化物和残余奥氏体 典型牌号 Cr12型钢 用于制造冷冲模 挤压模等 汽车冲压模具 性能特点 高的热硬性和高温耐磨性 高的抗氧化能力 高的热强性和足够高的韧性 高的热疲劳抗力 高的淬透性和导热性 成分特点 中碳0 3 0 6 合金元素Cr Ni Mn Si提高淬透性 Mo W V产生二次硬化 热处理特点 调质处理 得到回火索氏体 以获得良好的综合力学性能 3Cr2W8V 压铸模钢 7 1工业用钢 6 工具钢 2 模具钢 热作模具钢 制造各种量具用钢 如千分尺 卡尺 块规 塞规等 7 1工业用钢 6 工具钢 3 量具钢 性能要求 高的硬度和耐磨性 高的尺寸稳定性 热处理变形要小 尺寸稳定 成分特点 高碳0 9 1 5 淬透性合金元素 Cr W Mn等 热处理 淬火 冷处理 70 80 低温回火 时效处理 110 150 几十小时 牌号 CrWMn 量规 7 1工业用钢 6 工具钢 3 量具钢 特殊性能钢是指在特殊工作条件或特殊环境 腐蚀介质 高温等 下具有特殊性能要求的构件和零件的钢材 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 磁钢 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 定义 在大气和弱腐蚀介质中耐腐蚀的钢 金属腐蚀的种类 化学腐蚀 金属直接与介质发生化学反应 如高温氧化 脱碳 电化学腐蚀 是指金属在电解质溶液里因原电池作用产生电流而引起腐蚀 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 1 不锈钢 成分特点 低碳 耐蚀性要求愈高 碳含量应愈低 合金元素 主加Cr 提高基体的电极电位 辅加Ni Mo Cu Ti Nb Mn等 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 1 不锈钢 奥氏体型不锈钢铁素体型不锈钢马氏体型不锈钢 18 8型钢 通常含有18 左右的Cr和8 以上的Ni 热处理 采用固溶处理 即加热到1100 使碳化物溶解后水冷 组织为 单相奥氏体 牌号 1Cr18Ni9Ti广泛用于化工设备及管道 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 1 不锈钢 奥氏体型不锈钢 成分 Cr17 30 碳 0 15 高铬低碳 热处理特点 不能进行热处理强化 牌号 Cr17 广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件 合成氨厂 硝酸生产装置 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 1 不锈钢 铁素体型不锈钢 随含碳量提高 强度 硬度提高 耐蚀性下降 1Cr13 2Cr13具有耐大气 蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能 用于要求塑韧性较高的耐蚀件 如汽轮机叶片等 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 1 不锈钢 马氏体型不锈钢 成分 Cr12 14 C0 1 0 4 热处理特点 正火组织为马氏体 牌号 1Cr13 4Cr13 汽轮机叶片 定义 具有高温抗氧化性和一定高温强度等优良性能的特殊钢 性能要求 抗氧化性 加入合金元素Cr Si Al等 在钢的表面生成致密的高熔点氧化膜 免于高温气体的继续腐蚀 如含15 Cr时 抗氧化度可达900 20 25 Cr 可达1100 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 2 耐热钢 高温强度 蠕变 当工作温度高于金属的再结晶温度 工作应力超过金属在该温度下的弹性极限时 随着时间的延长金属发生极其缓慢的变形 这种现象称为 蠕变 蠕变极限 在一定温度下引起一定变形速度的应力 持久强度 在一定温度下 经过一定时间引起断裂的应力 1Cr12WMoV 550 580 工作的紧固件等 定义 在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢 性能要求 高硬度 耐磨性 韧性 成分特点 高锰 Mn 11 14 热处理特点 水韧处理 将钢加热至临界点温度以上 约1060 1100 保温一段时间 使钢中碳化物全部溶解到奥氏体中去 然后迅速浸淬于水中冷却 均匀的奥氏体状态 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 3 耐磨钢 应用 高锰钢在使用时必须伴随外来的压力和冲击作用 不然高锰钢是不能耐磨的 高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件 如拖拉机的履带板 球磨机的衬板 破碎机的牙板 挖掘机的铲齿和铁路的道岔等 ZGMn13 履带 球磨机衬板 铁路道岔 7 1工业用钢 7 特殊性能钢 3 耐磨钢 铸铁是含碳量大于2 11 的铁碳合金 钢与铸铁是按有无共晶转变来区分的 钢与工业纯铁是按有无共析转变来区分的 除碳以外 铸铁还含有较多的Si Mn和其它一些杂质元素 为了提高铸铁的机械性能 还可以加入一定量的合金元素 组成合金铸铁 铸铁具有许多优良的性能及生产简便 成本低廉等优点 因而是应用最广泛的材料之一 例如 机床床身 内燃机的汽缸体 缸套 活塞环及轴瓦 曲轴等都可用铸铁制造 铸铁曲轴 7 2铸铁 1 基础知识 依碳在铸铁中的存在形式 铸铁可分为三种 白口铸铁 碳大部分或全部以渗碳体的形式存在 因断裂时断口呈白亮颜色 故称白口铸铁 灰口铸铁 碳大部分或全部以游离的石墨形式存在 因断裂时断口呈暗灰色 故称灰铸铁 麻口铸铁 碳一部分以渗碳体形式存在 另一部分以游离态石墨形式存在 断口上呈黑白相间的麻点 7 2铸铁 1 基础知识 1 铸铁的分类 依铸铁中的石墨形式 灰铸铁石墨呈片状 球墨铸铁石墨呈球状 可锻铸铁石墨呈团絮状 蠕墨铸铁石墨呈蠕虫状 7 2铸铁 1 基础知识 1 铸铁的分类 灰口铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 铸铁中石墨的结晶过程叫石墨化过程 在一定条件下 直接从铁液中析出石墨 已形成渗碳体的铸铁在高温下长时间退火 可使渗碳体分解出石墨 即Fe3C 3Fe C 石墨 台车式石墨化退火炉 7 2铸铁 1 基础知识 2 铸铁的石墨化 影响铸铁石墨化的因素较多 其中化学成分和冷却速度是影响石墨化的主要因素 化学成分的影响促进石墨化的元素 C Si Al Ti Ni Cu P Co 阻碍石墨化的元素 Mn Mo Cr V W Mg Ce 冷却速度的影响冷却速度快 铸铁容易产生白口铸铁组织 冷却速度慢 碳原子扩散充分 有利于石墨化过程充分进行 铸铁容易获得灰口铸铁组织 铸铁中的磷共晶 7 2铸铁 1 基础知识 2 铸铁的石墨化 灰口铸铁的化学成分一般为 WC 2 7 3 6 WSi 1 0 2 2 WMn 0 5 1 3 WP 0 3 WS 0 15 其产量约占铸铁总产量的80 以上 灰铸铁齿轮箱 7 2铸铁 2 常用铸铁 化学成分 1 灰口铸铁 铁素体灰口铸铁 铁素体基体上分布着片状石墨 珠光体 铁素体灰口铸铁 珠光体 铁素体上分布着片状石墨 珠光体灰口铸铁 珠光体基体分布着片状石墨 7 2铸铁 2 常用铸铁 1 灰口铸铁 组织 铁素体灰铸铁 珠光体灰铸铁 铁素体 珠光体灰铸铁 石墨片的三维形貌 由于石墨化程度的不同 灰铸铁的组织有三种类型 力学性能 抗拉强度 塑性及韧性均比同基体的钢低 石墨的强度 塑性 韧性极低 它的存在不仅割裂了金属基体的连续性 缩小了承受载荷的有效面积 而且在石墨片的尖端处导致应力集中 使铸铁发生过早的断裂 硬度和抗压强度与同基体的钢相差不多 7 2铸铁 2 常用铸铁 1 灰口铸铁 性能 灰口铸铁的牌号及应用 牌号是由 灰铁 二字的汉语拼音字首 HT 和其后的三位数字组成 数字表示最低的抗拉强度 b HT200 气缸 齿轮 机体 衬筒 一般机床床身及中等压力 8MPa 以下液压筒 液压泵和阀的壳体等承受较大负荷的较重的零件 变速箱体 可锻铸铁并不能锻造 只是具有较高韧性的铸铁 可锻铸铁是由白口铸铁通过高温石墨化退火或氧化脱碳热处理 改变其金相组织或成分而获得的具有较高韧性的铸铁 由于铸铁中石墨呈团絮状分布 故大大削弱了石墨对基体的割裂作用 与灰口铸铁相比 可锻铸铁具有较高的强度和一定的塑性和韧性 可锻铸铁又称为展性铸铁或玛钢 7 2铸铁 2 常用铸铁 2 可锻铸铁 黑心可锻铸铁 金相组织为铁素体基体上分布着团絮状石墨 断口由于石墨大量析出而使心部颜色为暗黑色 表层因部分脱碳而呈白亮色 白心可锻铸铁 表层由于完全脱碳形成单一的铁素体组织 其断口为灰色 心部组织可以是珠光体 铁素体 退火碳或珠光体 退火碳 心部断口为灰白色 故称之为白口可锻铸铁 7 2铸铁 2 常用铸铁 2 可锻铸铁 类型 黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火 2 4 2 7 C 1 4 1 8 Si 0 5 0 7 Mn 0 8 P 0 25 S 0 06 Cr 7 2铸铁 2 常用铸铁 2 可锻铸铁 化学成分特点 普通黑心可锻铸铁具有一定的强度和较高的塑性与韧性 常用作汽车 拖拉机后桥 低压阀门及各种承受冲击和振动的农机具 珠光体可锻铸铁具有优良的耐磨性能 切削加工性和极好的表面硬化能力 常用作曲轴 凸轮轴 连杆 齿轮等承受较高载荷 耐磨损的重要零件 而白心可锻铸铁在机械工业中则应用很少 KTH300 06 有一定的韧性和强度 气密性好 适用于承受低动载荷及静载荷 要求气密性好的工作零件 如管道配件等 7 2铸铁 2 常用铸铁 2 可锻铸铁 性能 是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁球墨铸铁的组织可分为四种类型 铁素体基 铁素体 珠光体基 珠光体基 贝氏体基 铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁 7 2铸铁 2 常用铸铁 3 球墨铸铁 贝氏体基球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球 由于石墨呈球状分布时 不仅造成的应力集中小 而且对基体的割裂作用也最小 球墨铸铁的抗拉强度 塑性 韧性不仅高于其他铸铁 而且可与相应组织的铸钢相媲美 QT500 7中等强度与塑性 切削加工性良好 内燃机的机油泵齿轮 汽轮机中温气缸隔板 铁路机车车辆轴瓦 机器座架 传动轴 飞轮 电动机架等 7 2铸铁 2 常用铸铁 3 球墨铸铁 定义 除黑色金属 钢 铁 以外的所有金属 有色金属具有许多特殊的物理 化学和力学性能 本章介绍铝合金 铜合金 钛合金 轴承合金 7 3有色金属及合金 有色金属的产量和用量不如黑色金属 但由于其具有许多优良的特性 如特殊的电 磁 热性能 耐蚀性能及高的比强度 强度与密度之比 等 已成为现代工业中不可缺少的金属材料 铝的性能特点 密度小 导电及导热性能好 抗大气腐蚀性好 塑性高 具有良好的加工性能和焊接性能 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 1 工业纯铝 铝铸件 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 铝合金常加入的元素主要有Cu Mn Si Mg Zn等 此外还有Cr Ni Ti Zr等辅加元素 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金铸造铝合金以固溶线DF的D点为分界点 单相固溶体组织 塑性好 适于变形加工 有共晶组织存在 流动性较好 适于铸造生产 变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类 铝合金分类示意图 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铝合金的分类 固溶强化加入合金元素 形成有限固溶体 经常加入的合金元素有铜 镁 锌 硅 锰 时效强化时效 aging合金经固溶处理或冷塑性变形后 保持在室温或稍高于室温 其组织和性能随时间变化的过程 时效可使合金的硬度和强度提高 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铝合金的强化方式 由于析出相体积小 数量多 分布弥散 可使合金的强度显著提高 自然时效 过程在室温下进行 人工时效 高于室温的为人工时效 时效硬化现象 淬火后铝合金的强度和硬度随时间延长而发生显著提高的现象 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铝合金的强化方式 以压力加工方法制成各种型材 棒材 板 管等半成品 GB3190 82中的旧牌号仍可继续使用 表示方法为 防锈铝合金 LF 序号硬铝合金 LY 序号超硬铝合金 LC 序号锻铝合金 LD 序号 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金 主要是Al Mn和Al Mg系合金 Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性 并起固溶强化作用 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 不能进行热处理强化 常利用加工硬化提高其强度 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金 防锈铝合金 汽化器 热交换管为LF21 常用的Al Mn系合金有LF21 3A21 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 冲压加工的零件 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金 防锈铝合金 常用的Al Mg系合金有LF5 5A05 其密度比纯铝小 强度比Al Mn合金高 在航空工业中得到广泛应用 如制造管道 容器 铆钉及承受中等载荷的零件 主要是Al Cu Mg系合金 并含少量Mn 可进行时效强化 也可进行变形强化 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金 硬铝合金 强度 硬度高 加工性能好 耐蚀性低于防锈铝 常用硬铝合金如LY11 2A11 LY12 2A12 等 用于制造冲压件 模锻件和铆接件 如螺旋桨 梁 铆钉等 属Al Zn Mg Cu系合金 并含有少量Cr和Mn 时效强化效果超过硬铝合金 热态塑性好 但耐蚀性差 常用合金有LC4 7A04 LC9 7A09 等 主要用于工作温度较低 受力较大的结构件 如飞机大梁 起落架等 飞机主起落架 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金 超硬铝合金 Al Cu Mg Si系合金可锻性好 力学性能高 用于形状复杂的锻件和模锻件 如喷气发动机压气机叶轮 导风轮等 压气机叶片 Al Cu Mg Fe Ni系耐热锻铝合金常用牌号有LD7 2A70 LD8 2A80 LD9 2A90 等 用于制造150 225 下工作的零件 如压气机叶片 超音速飞机蒙皮等 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 变形铝合金 锻铝合金 美F 117隐身战斗机 所用材料大部分是铝合金 Al Si系 代号为ZL1 两位数字顺序号Al Cu系 代号为ZL2 两位数字顺序号Al Mg系 代号为ZL3 两位数字顺序号Al Zn系 代号为ZL4 两位数字顺序号 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铸造铝合金 ZL102 含12 Si的铝硅二元合金 在普通铸造条件下 ZL102组织几乎全部为共晶体 由粗针状的硅晶体和 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次 固溶体组织 以提高性能 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铸造铝合金 Al Si系铸造铝合金 Al Si系铸造铝合金的铸造性能好 具有优良的耐蚀性 耐热性和焊接性能 活塞 裙部为铝硅合金 用于制造飞机 仪表 电动机壳体 汽缸体 风机叶片 发动机活塞等 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铸造铝合金 Al Si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 强度低于Al Si系合金 汽缸头 常用代号有ZL201 ZAlCu5Mn ZL203 ZAlCu4 等 主要用于制造在较高温度下工作的高强零件 如内燃机汽缸头 汽车活塞等 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铸造铝合金 Al Cu系铸造铝合金 这类合金的耐蚀性好 强度高 密度小 但铸造性能差 耐热性低 常用代号为ZL301 ZAlMg10 ZL303 ZAlMg5Si1 等 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 鼓风机密封件等 ZL102 301 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铸造铝合金 Al Mg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 大型空压机活塞 ZL401 常用代号为ZL401 ZAlZn11Si7 ZL402 ZAlZn6Mg 等 主要用于制造形状复杂受力较小的汽车 飞机 仪器零件 7 3有色金属及合金 1 铝及铝合金 2 铝合金 铸造铝合金 Al Zn系铸造铝合金 性能特点 密度大 导电及导热性能好 无磁性 抗大气腐蚀性好 塑性高 加工工艺性好等 热轧铜合金 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 1 纯铜 1965年5月生于甘肃华池 16岁 南京工学院 金属材料及热处理专业 20岁 中国科学院金属研究所的研究生 25岁 获中科院金属所博士学位 28岁 中科院研究员 30岁 成为博士生导师 34岁 获何梁何利科学技术奖 38岁 中国科学院院士 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 1 纯铜 材料大师 卢柯 主要从事金属纳米材料及亚稳材料等研究 1990年 提出制备纳米晶体的新方法 非晶晶化法 相关论文发表后 至1994年6月份已被引用近200次 该制备方法的确定 使我国在纳米晶体研究领域一跃进入国际前列 1998年国际亚稳及纳米材料年会 ISMANAM 授予卢柯博士金质奖章 以表彰他对这一新兴领域的杰出贡献 2001年 由他领导的研究小组 发现了纳米金属铜在室温下的超塑延展性 被评为当年中国十大科技进展第一位 材料大师 卢柯 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 1 纯铜 铜合金常加元素为Zn Sn Al Mn Ni Fe 等 既提高了强度 又保持了纯铜特性 铜合金分为黄铜Cu Zn 青铜 白铜Cu Ni三大类 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 铜合金的分类 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 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 黄铜 铜与锌的二元合金称为普通黄铜 加工普通黄铜的牌号为 H 黄 表示铜平均百分含量的数字 如H68 从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和 两种组织 分别称单相黄铜和两相黄铜 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 黄铜 普通黄铜 单相黄铜塑性好 常用牌号有H80 H70 H68 适于制造冷变形零件 如弹壳 冷凝器管等 两相黄铜热塑性好 强度高 常用牌号有H59 H62 适于制造受力件 如垫圈 弹簧 导管 散热器等 冷凝器管 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 黄铜 普通黄铜 在普通黄铜的基础上加入Al Fe Si Mn Pb Sn Ni等元素形成特殊黄铜 特殊黄铜的牌号为 H 黄 主加元素符号 Zn除外 铜平均百分含量 主加元素平均百分含量 如HPb59 1 特殊黄铜强度 耐蚀性比普通黄铜好 铸造性能改善 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 黄铜 特殊黄铜 常用牌号有HPb63 3 HAl60 1 1 HSn62 1 HFe59 1 1 ZCuZn38Mn2Pb2 ZCuZn16Si4等 主要用于船舶及化工零件 如冷凝管 齿轮 螺旋桨 轴承 衬套及阀体等 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 黄铜 特殊黄铜 除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜 加工青铜的牌号为 Q 主加元素符号及其平均百分含量 其他元素平均百分含量 如QSn4 3 含4 Sn 3 Zn 常用青铜有锡青铜 铝青铜 铍青铜 硅青铜 铅青铜等 青铜制品 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 青铜 是以锡为主加元素的铜合金 锡含量一般为3 14 锡青铜铸造流动性差 铸件密度低 易渗漏 但体积收缩率在有色金属中最小 锡青铜耐蚀性良好 在大气 海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好 但在硫酸 盐酸和氨水中的耐蚀性较差 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 青铜 锡青铜 常用牌号有QSn4 3 QSn6 5 0 4 等 主要用于耐蚀承载件 如弹簧 轴承 齿轮轴 蜗轮 垫圈等 锡青铜管 船用青铜软管快速接头阀 锡青铜阀体 阀盖 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 青铜 锡青铜 以铝为主加元素的铜合金 铝含量为5 11 强度 硬度 耐磨性 耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜 铸造性能好 但焊接性能差 大型水力发电设备中的抗磨环 常用牌号有QAl5 QAl7等 主要用于制造船舶 飞机及仪器中的高强 耐磨 耐蚀件 如齿轮 轴承 蜗轮 轴套 螺旋桨等 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 青铜 铝青铜 以铍为主加元素的铜合金 铍含量为1 7 2 5 具有高的强度 弹性极限 耐磨性 耐蚀性 良好的导电性 导热性 冷热加工及铸造性能 但价格较贵 铍青铜制品 常用牌号有QBe2 QBe1 7 QBe1 9等 用于重要的弹性件 耐磨件 如精密弹簧 膜片 高速 高压轴承及防爆工具 航海罗盘等重要机件 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 青铜 铍青铜 普通白铜是Cu Ni二元合金 具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能 普通白铜牌号 B 镍的平均百分含量 如B5 常用牌号有B5 B19等 用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械 仪表零件及冷凝器 蒸馏器 热交换器等 白铜件 以镍为主要合金元素的铜合金称白铜 分普通白铜和特殊白铜 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 白铜 特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn Mn Al等元素形成的 分别称锌白铜 锰白铜 铝白铜等 其耐蚀性 强度和塑性高 成本低 常用牌号如BMn40 1 5 康铜 BMn43 0 5 考铜 用于制造精密机械 仪表零件及医疗器械等 7 3有色金属及合金 2 铜及铜合金 2 铜合金 白铜 钛 国际上20世纪50年代才开始走向工业化生产和应用的一种崭新的金属材料 20世纪50年代正是飞机发展从活塞式发动机转入喷气式发动机的时代 7 3有色金属及合金 3 钛及钛合金 美F 22战机约36 重量的零件用钛合金制造 1954年 美国把钛合金运用到发动机上 无论是飞机还是发动机 都非常需要耐高温 强度高的钛合金 而当时钛合金的研究和应用在国内还是一片空白 纯钛密度小 4 5 熔点高1668 882 5 发生同素异构转变 Ti Ti 由体心立方 Ti转变为密排六方 Ti 地壳中金属储量铝 铁 镁 钛 纯钛比强度高 塑性 低温韧性和耐蚀性好 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