4-3_常用金属材料-有色金属及其合金详解课件

1、有色金属的产量和用量不如黑色金属多，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.材料占汽车净重比AlFe塑料其它橡胶磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纤维各种材料在先进汽车中占的重量百分比4-3 有色金属及其合金1.定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有 金属。 2.性能特点:具有独特的性能。3.分类重金属(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。（一） 铝及铝合金 铝及铝合金

2、性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72 )，熔点低(660.4), 导电、导热性能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形 。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。塑性高;强度低铝合金制造的机翼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。 铝合金型材铝铸件分类高纯铝 L0104工业高纯铝 L0、L00工业纯铝 L15牌号：铝锭：Al顺序号顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差如：Al2铝材：L顺序号顺序号越大，铝的纯度越低，性能越差如：L1，L21、纯铝纯铝应用导线电器仪表零件装饰件可将铝合金分为

3、形变铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.2、铝合金铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。牌号表示方法 形变铝合钢GB 3190-82表示方法为: 防锈铝合金：LF +顺序号 硬铝合金： LY +顺序号 超硬铝合金：LC +顺序号 锻铝合金： LD +顺序号铝是可以回收利用的金属常用变形铝合金 防锈铝合金主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。Mn和Mg主要作用是卫星天线（LF2） 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。 汽化器(热交

4、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，焊接性和塑性良好，但切削加工性较差。用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。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。 硬铝合金主要是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。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.

5、 飞机翼梁(腹板为硬铝合金) 超硬铝合金属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。室温强度最高的铝合金热态塑性好，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 锻铝合金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。美

6、F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼铸造铝合金 包括：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 Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明.铸造铝合钢在普通铸造条件下， 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。未变质处理 经变质处理 ZL102

7、的铸态组织加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂(或特殊)硅铝明。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。 Al-Cu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。 Al-Mg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(ZAlM

8、g10)、 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) Al-Zn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。铜及铜合金性能特点1、纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 纯铜的导电、导热性能极好，无磁性，且具有优良的耐蚀性和塑性、韧性。用于制造电线、电缆

9、、导热及耐蚀器材、电器元件等，一般不用于结构零件热轧铜合金（二）铜及铜合金 2、铜合金铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又保持了纯铜特性.铜合金分为黄铜、青铜。铜管铜与黄铜带黄铜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。 黄铜铸件黄铜棒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H62。单相黄铜 两相黄铜 普通黄铜单相黄铜塑性好。常用牌号：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

10、, 强度高.常用牌号：H59、H62。适于制造受力件，如垫圈、销钉、铆钉、导管、散热器等。冷凝器管汽车机油泵衬套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。黄铜制品黄铜棒特殊黄铜常用牌号：HPb63-3（铅黄铜）、HAl59-3-2（铝黄铜）、ZHAl67-2.5、ZHPb59-1等。主要用于：热冲压及切削加工零件，船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。 青铜除黄铜和白

11、铜（Cu-Ni二元合金）外的其他铜合金统称为青铜。 青铜的牌号：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、硅青铜、铝青铜、铅青铜等。 青铜制品是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为314%。 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。质量分数小于7%：塑性良好，可压力加工质量分数大于10%：塑性低，强度高，可用于铸造，体积收缩率小，适于 铸造形状复杂、对尺寸精度要求较 高的铸件。锡青铜锭普通青铜常用牌号：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

12、。 锡青铜管船用青铜软管快速接头阀(锡青铜阀体、阀盖)与普通青铜相比，特殊青铜具有更高的强度、硬度、抗蚀性与耐磨性。铸造流动性很好，可得到致密铸件，但收缩率大。硅青铜：QSi3-1用途：弹簧、耐蚀零件以及蜗轮、蜗杆、齿轮、制动杆铅青铜：ZQPb30用途：航空发动机、柴油机发动机曲轴和连杆轴承特殊青铜铝青铜以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。强度、硬度、耐大型水力发电设备中的抗磨环 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。 常用牌号：ZQAl9-2、ZQAl10-3-1.5等。用途：形状简单的大型铸件；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

13、、螺旋桨等。第五节 其他工程材料一、高分子材料基本概念高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。高分子化合物的组成由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2- , CH2CH2 n可简写成 n CH2=CH2 。 组成聚合物的低分子化合物称为单体。聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。 CH2CH2 n大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 )称为链节。 聚乙烯分子链高分子材料的分类 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 按

14、聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物 1、工程塑料 塑料在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。塑料的组成 塑料是以合成树脂为主要成分，加入各种添加剂。树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。添加剂是为了改善塑料的使用性能或成型工艺性能塑料制品添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。填料主要起增强作用；增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性；固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构；稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命；润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮；着色剂用于塑料制品着色。其他还有发泡剂、催化 剂、阻燃剂、抗静电剂等。 添加剂分类按树脂受热

15、时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料产量大、价格低、用途广。 工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。 热固性塑料制品性能特点塑料的优点：相对密度小(一般为0.9 2.3)；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。塑料的缺点：刚性差(为钢铁材料的1/1001/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/2001/600)；易老化。 常用工程塑料一般结构用塑料：包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PV

16、C)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。 PE波纹管PP方向盘ABS阀门PS管聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业 。尼龙管件PC挡风板聚碳酸酯具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。摩擦传动零件用塑料包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优

17、越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。 热固性塑料热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。 电器配件2、合成橡胶 橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。橡胶的组成和性能特点：工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。橡胶最

18、大的特点是高弹性。其他特点：优良的化学稳定性、耐蚀、耐磨、吸振、密封、隔音、绝缘等性能。较高的韧性，能很好地与金属、线织物、石棉等材料相联结。常用合成橡胶合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等；后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。 密封圈胶管轮胎二、复合材料基本概念由基体材料与增强材料两部分组成基体：强度较低、韧性较好的零件增强体：高强度、高弹性模量材料典型应用：钢筋混凝土、汽车轮胎（橡胶中加入钢丝增强）特点：密度小、比强度高；抗疲劳性能、高温性能好；具有隔热、耐磨、耐蚀、减振性以及特殊光、电、磁方面的特性特点比强度和比模量高 其中纤维增强复合材料的最高。 抗疲劳性能好 碳纤维增强材料-1可达b的7080%。因纤维对疲劳裂纹扩展有阻碍作用。减振性能良好 复合材料中的大量界面对振动有反射吸收作用，不易产生共振。高温性能好。 比强度比较碳纤维树脂硼纤维树脂玻璃纤维树脂钛钢铝分类按基体材料分类，可分为聚合物基、陶瓷基和金属基复合材料。按增强相形状分类，可分为纤维增强复合材料、粒子增强复合材料和层状复