第十一章有色金属及其合金-重庆科创学院课件

1、第十一章第十一章 有色金属及其合金有色金属及其合金（Nonferrous metals and alloys)通常把所有的非铁金属及其合金统称为有色金属。 n特点（与钢铁相比）：n（1）耐蚀性好（Corrosion resistance)，钢铁如果具有的话，需要加入昂贵的金属：Cr，Ni等。n（2）容易加工（ease of fabrication）；n（3）高的导电及导热性（high electrical and thermal conductivity）（Cu、Al）；n（4）重量轻 （light in weight) 航空机械，飞机等（Al、Ti）；n（5）有色泽 （color)。n几乎所

2、有的金属都具有以上五条中的2条以上。目前，其消耗量占金属材料的5左右。111 铜及其合金铜及其合金n铜的储量少，价格高，是贵重稀有金属。n铜及其合金分类铜及其合金分类：紫铜、黄铜（普通黄铜、特殊黄铜）、青铜（锡青铜、无锡青铜）、白铜。n一、紫铜（工业纯铜）一、紫铜（工业纯铜）（含0.10.5%杂质Pb、O、S、P等），纯铜外观呈紫红色，故称为紫铜。n1、一般特性n （1）熔点：1083；n （2）在固态下无同素异构转变，面心立方；n （3）比重：8.9n （4）性能：导电性、导热性（仅次于银）、好的塑性、（在大气和淡水中）耐蚀性好，但在海水中耐蚀性差。n2、牌号及用途n紫铜共有4个牌号：T1（

3、99.95%）；T2（99.90%）；T3（99.70%）；T4（99. 50%）。n用途：柴油机润滑油管路；小柴油机的高压油管，密封垫片。不能作结构材料。n3、热处理n加工硬化：反复冷变形（锤击等）后，会显著硬化，强度从240 提高到400500，塑性由45下降到5。n缺点缺点：强度低，形变强化，塑性降低。n二、黄铜n铜与锌的合金，或以锌为主要合金元素的铜合金，按化学成分分两类：n1. 普通黄铜（普通黄铜（Cu-Zn合金）合金）n 1）成分与组织n 一般Zn%47%。 当Zn%39%时，组织为相，单相黄铜；n 当Zn%:3945%时，组织为+ （硬而脆）相，两相黄铜；n2）牌号，性能及用途n

4、如属压力加工普通黄铜：用代号“H”+Cu的表示，如H62，表示含铜量为62的普通黄铜，用于制造垫圈、弹簧、各种铜网等。 n 若属铸造普通黄铜：用“Z”+CuZn+锌的表示，如ZCuZn38，用于制造一般结构件、耐蚀件、弹簧等。n性能性能:铸造性好，塑性好，耐蚀性好，可切削加工性差。n缺陷缺陷: （1） 脱锌:黄铜表面氧化膜破坏后，锌被溶解，表面残存一层多孔（海绵状）的纯铜。n （2）季裂(应力腐蚀开裂):冷加工零件有残余应力，在海水( 氨)的情况下，造成晶间腐蚀，自动开裂。当锌含量超过20时，最易发生。 用低温退火（260300，13小时）消除。n2 .特殊黄铜特殊黄铜:n 在普通黄铜的基础上

5、加入合金元素(Al、Mn、Si、Pb等)。目的：提高机械性能和耐蚀性。n编号方法编号方法n 如属压力加工产品：n用代号“H”+主加元素符号主加元素符号Cu的表示主主加元素的加元素的，若后边还有几组数字，则表示其它合金元素的。例：n HMn5531，表示Cu%=55，Mn=3%，Fe=1%的锰黄铜，用于制造螺旋桨。n HSn70-1，锡黄铜： Cu%=70%， Sn%=1%， Zn%=29%。耐海水腐蚀（加锡的原因）。 称为：海军黄铜，与海水、油类接触的导管、冷凝器。n 若属铸造产品：用“Z”+Cu合金元素合金元素的+表示，如：n ZCuZn25Al6Fe3Mn3，表示Cu%=66、Zn%=25

6、%、Al%=6%、Fe%=3%、Mn=3%的铸造铝黄铜，用于制造重载螺母、蜗杆等。n ZCuZn40Mn3Fe1： 铸造锰黄铜 Cu%=55%、Mn%=3%，Fe%=1%。制造海船的螺旋桨及其它管配件。n三、青铜三、青铜n 其耐磨性、耐蚀性均好于黄铜和纯铜。n1压力加工青铜 n 牌号表示方法：牌号表示方法：“Q” 主加元素符号主主加元素符号主加元素；如果后面还有几组数字，则为其加元素；如果后面还有几组数字，则为其它元素。它元素。n如：QAl7，表示含铝7的铝青铜，可制造重要弹簧等。n2铸造青铜n 牌号表示方法：ZCu+合金元素合金元素的。例:ZCuSn10Zn2 （名称：102锡青铜），铸造锡

7、青铜：Sn%=10%， Zn%=2%， Cu%=88%。用途: 螺旋桨轴的轴套。nZCuSn10P1 (名称：名称：101锡青铜) 铸造锡青铜: Sn%=10%， P%=1%(提高耐磨性)， Cu%=89%。用途:高速、高负荷的轴承。n ZCuAl14Mn8Fe3Ni2 , 铸造铝青铜 Al%=14%，Mn%=8%，Fe%=3%，Ni%=2%，用于制造海水中耐蚀的高强度零件，如螺旋桨。n ZCuPb30 (30铅青铜) 铸造铅青铜 ，高速发动机轴瓦。n四、白铜（四、白铜（CuNi合金）合金）n 好的耐蚀性，高的电阻率，抗氧化。机器及仪器中使用的白铜有以下两个牌号：nCuNi19（普通白铜），耐

8、蚀性好，耐海水腐蚀，适于船舶仪器中使用。nCuNi15Zn20（锌白铜），机械性能稍有提高，具有美丽的银白色，可用于船舶仪表的刻度盘等。11-2 铝及其合金铝及其合金n主要特点：比重小、优良的理化性能和加工性能。主要特点：比重小、优良的理化性能和加工性能。n一、工业纯铝一、工业纯铝n1.主要特点:n 比重小（2.7是铁的三分之一）轻； 面心立方晶格：塑性好=8%； 导热性，导电性好（仅次于Cu，Ag，Au是铜的60），无磁性；熔点低。n 在大气和淡水中耐蚀性好，易氧化形成Al2O3保护膜，不耐酸碱。n 缺点缺点: 强度低。（抗拉强度为强度低。（抗拉强度为80MPa）不能做机械）不能做机械的结构

9、零件。的结构零件。 2 分类及牌号工业纯铝的代号是依其中的杂质的限量来编制的。冶炼产品用元素符号和数字表示（数字越大，纯度越低）。 用途用途：电线、生活器皿；n二、铝合金二、铝合金n目的：提高强度。纯AL的强度低（只有80MPa)，n 方法：在纯AL中，加入适量的合金元素（Cu，Mg，Si，Mn等）通过合金化及冷加工和热处理，可以使强度提高到：490588Mpa。此外，铝合金的性能还可以通过热处理来进一步提高。铝合金的相图如右图示：BLL 铸造Al合金TDALFn 依据铝合金的成分及生产工艺特点，常把铝合金分为两类：n1形变铝合金形变铝合金n成分：D点以左的合金。n特点：好的塑性，适合于压力加

10、工，F点以左的合金，固溶体成分不随温度变化，不能热处理强化。F，D之间的合金，可热处理强化。分为4种：n牌号：防锈铝合金：代号为“LF”，如：LF21，21号防锈铝。n硬AL：代号为“LY”，如：LY11，11号硬铝。n 超硬铝：代号为“LC”；如；LC4 ，四号超硬铝。硬AL与超硬铝用于飞机的结构件，如大梁，起落架等。n 锻AL： 代号为 “LD”，如：LD8，8号锻铝。航空机械中复杂的大型锻件，活塞等。n热处理工艺：淬火时效处理（合金的性能随时间延长而变化）n 淬火温度：500水淬，得到过饱和固溶体。n2铸造铝合金铸造铝合金nD点以左的合金，具有共晶组织，流动性好，适合于铸造。n如：ZL1

11、01（代号，对应牌号为ZAlSi7Mg）， （注；第一位数表示合金系，（注；第一位数表示合金系，1Al-Si;2-Al-Cu;3-Al-Mg;4-Al-Zn，后面的两，后面的两位表示序号）位表示序号）nZL108（牌号为ZAlSi12Cu2Mg1）和ZL109（牌号为ZAlSi12Cu1Mg1Ni1）又称特殊硅铝明。是制造汽车及船用中、高中、高速柴油机或汽油机活塞的主要材料。113 钛及其合金钛及其合金n一、纯钛n钛呈灰白色，熔点为1680，比重比铝大，但比钢轻43。钛的强度是铝的6倍。好的耐热性（可用于500），也是优良的低温材料（在253仍有好的塑性和韧性）。有同素异构转变。n钛的性能极易

12、受杂质的影响。根据杂质的含量，工业纯钛分三个等级：TA1、TA2、TA3，号越大，纯度越低。用途：如TA1可用于制造船用板式换热器的传热板。n一、 钛合金n根据钛合金的热处理组织，可分为三种类型：n1型钛合金型钛合金n牌号有：TA4、TA5、TA6、TA7、TA8，主要合金元素为Al，其室温强度低于其它类型的钛合金，但在500600的强度和蠕变强度居钛合金之首。属于耐热型钛合金。一般用于500以下，如：TA7，可用于导弹的燃料罐，飞机的涡轮机匣等。n1型钛合金型钛合金n我国现有2个牌号：TB1、TB2。淬火组织为固溶体，合金元素含量较高，其耐热性差，一般用于350以下。如：TB1可用于压气机叶

13、片、轴等。各国都在研究这类钛合金。n3(+)型钛合金型钛合金n退火态组织为：(+),故兼有及类的特点。这类钛合金综合机械性能好，应用最广。n牌号有10个：TC1TC10。n其中：TC4（Ti6Al4V）应用最广，经过热处理后，其性能指标为：b=1300MPa、s=1200MPa、=13%。在导弹和超音速飞机中，其用量约占钛总用量的50以上，被称为“国际合金”。主要用于制造需要高温强度的发动机零件，也可作火箭及导弹的液氢燃料箱。114滑动轴承合金滑动轴承合金n用来制造滑动轴承瓦的合金称为轴承合金。n轴承的组成：轴承座，轴瓦，轴承盖。其中轴瓦与轴直接相接触。n轴瓦的生产：1）耐磨合金钢板，一起轧制

14、；n 2）在瓦壳上浇铸一层耐磨合金瓦衬。n一、对轴承合金的性能要求：n（1）在工作温度下，具有足够的强度，疲劳强度和硬度；（2）摩擦系数小，耐磨性好，磨合性，亲油性，抗咬合性好； n（3）导热性，抗蚀性好，膨胀系数小；（4）工艺性好，价格低。（5）合适的成分：与钢轴的相容性差。n组织：软基体上均匀分布硬质点或硬基组织：软基体上均匀分布硬质点或硬基体上均匀分布软质点。即软硬混合的组体上均匀分布软质点。即软硬混合的组织最理想。织最理想。硬的部分承受外载，软的部分磨掉后储油。n种类：巴氏合金、铜基轴承合金、铝基巴氏合金、铜基轴承合金、铝基轴承合金。轴承合金。n二、巴氏合金（白合金，乌金）二、巴氏合金

15、（白合金，乌金）n牌号：牌号：“ZCh”+基本元素符号（起分组的作基本元素符号（起分组的作用）主加元素符号主加元素含量辅加用）主加元素符号主加元素含量辅加元素含量。元素含量。Z“铸”，Ch“承”n 例：ZChSnSb116 （ZSnSb11Cu6）; 名名称：称：116锡锑轴承合金或2号锡基轴承合金，基本元素Sn，主加元素Sb%=11%，辅加元素Cu6，Sn%=83%.n1锡基巴氏合金（共锡基巴氏合金（共4个牌号）个牌号）n 成分：以锡为主，加入少量的Sb，Cu等（消除比重偏析）形成；n组织特点：软基体上均布硬质点组织。 n常用牌号：常用牌号：ZChSnSb11-6（ZSnSb11Cu6）n

16、性能：摩擦系数小，耐蚀性好，韧性好；但疲劳强度低。许用温度280。n用途：高速、重载柴油机的轴承，耐蚀性和磨合性好。n四、铝基轴承合金四、铝基轴承合金n特点：比重小，导热性好，疲劳强度高，耐磨性好，原料丰富（符合我国的资源特点），成本低。缺点：膨胀系数大，运转时容易与轴咬死。n1低低Sn 铝合金铝合金： 锡含量10 ，Cu、Ni、Mg的铝基轴承合金。n 承载能力大，疲劳强度高，摩擦系数大。 用途：中、高速、重载轴承。n2铝锑镁轴承合金：铝锑镁轴承合金： 锑：4；镁：0.30.7，其余为AL。n组织：软基体（铝）上分布硬质点（AlSb 、Mg3Sb）。特点：疲劳强度高，耐蚀，耐磨，但承载能力不大。用途：低速，中等负荷的柴油机轴承。（如：农机，拖拉机）n3高锡铝合金：高锡铝合金： 成分：Sn：20左右 ，1的铜（溶入铝强化基体），其余为铝。n组织：硬基体（AL基固溶体）锡的软质点；n特点：性能好，寿命长，成本低，可代替巴氏合金。（磨合性、嵌藏性、抗咬合性差）。n用途：高速重载船用柴油机的主轴承和连杆轴承、高速大功率的内燃机车、重型汽车上等。n为了满足大型低速船用柴油机的需要，改善20高锡铝合金的磨合性等，目