有色金属(工程材料)课件

第8章有色金属及其合金Contents8.1铝及其合金18.2铜及其合金28.3钛及其合金38.4轴承合金48.5粉末冶金与硬质合金5TransitionalPage铝及铝合金的特点：1、密度小，比强度高。2.7g/cm32、有优良的物理、化学性能导电性仅次于银、铜、金。耐大气腐蚀，磁化率低。3、加工性能良好：塑性好可冷成型；切削性能好；可热处理强化。铸造性能好。8.1铝及其合金8.1.2铝合金分类及时效强化1.铝合金分类铝合金常用：AL-SiAL-CuAL-MgAL-Mn等合金系。铝合金

淬火固溶处理仅造成过饱和无强化效果

时效强化第2相析出时强化钢淬火马氏体强化固溶强化

回火塑韧化碳化物析出

2.铝合金的时效强化（热处理原理）固溶处理将铝合金加热到固溶化温度，保温一定时间，迅速淬入水中造成过饱和强化。时效强化

将固溶处理后的铝合金，在室温或某一温度下放置一定时间，其机械性能随时间而发生显著变化二战期间在铝AlCu4%合金中首次发现1形成富铜区，且与α相共格，晶格畸变加剧，合金强度、硬度开始升高

Al-4％Cu合金时效

3θ``相成分达到CuAl2，形成过渡相θ`，此时尚未完全从母相中脱离出来，强化达到峰值人工时效：加热，原子扩散能力强，第1、2阶段时间很短，可直接加入第3、4阶段凡是具有时效强化的合金均有“回归”现象，即将时效强化后的铝合金，加热至230－250℃、短时间保温（几秒或几分），迅速入水冷却，时效强化效果将消除，合金又重新软化，又可继续进行加工。如再在室温下放置，则又能发生正常的自然时效，回归现象可进行多次。8.1.3形变铝合金铝合金铆钉螺钉常用铸造铝合金Al-SiZL101ZAlAl-CuZL201ZAlAl-MgZL301ZAlAl-MnZL401ZAl

发动机活塞常用铝合金制造，初始使用灰铸铁，1911年开始研制铝合金。1920年Al-Cu-Ni-Mg系活塞研制成功投入使用，汽油机活塞11-16m/s、柴油机活塞6-8.5m/s。活塞常见破坏有强制振动、穴蚀、敲缸等。现在有四大系列，Al-Cu-Si系列（Lautal）；Al-Cu-Ni-Mg（Y合金）；Al-Si-Ni-Mg（Lo-Ex合金）；过共晶Al-Si系（高硅合金）高铁铝硅合金铸造组织铝硅活塞合金铸造组织铝镁合金铸造组织铝铜合金铸造组织8.2铜及其合金

铜及合金是应用广泛的有色金属之一，它具有以下特点：（1）优异的物理、化学性能（2）良好的加工性（3）某些特殊机械性能（4）色泽美观

8.2.1纯铜（紫铜）纯铜呈紫红色，f.c.c，熔点1083℃，无同素异晶转变，比重8.98g/cm3常用于制造导电体及配制合金。纯铜的强度不高（抗拉强度200-250Mpa）硬度低（40-50HBS）；塑性好（延伸率45-55%）不宜作结构材料。纯铜退火组织导电紫铜带厚壁紫铜管薄壁紫铜管紫铜管接头表面淬火感应线圈紫铜镇尺紫铜香炉（大明宣德年制款）

8.2.2铜合金

1黄铜（Cu-Zn合金）压力加工黄铜和铸造黄铜

压力加工黄铜：H68、H70、H80等即七三黄铜（Cu70%,Zn30%左右），为单相黄铜（Zn<39%），塑性好（Zn32%时延伸率最高），深冲性能好，适于冷冲、冷拉板材、线材等，有弹壳黄铜之称，也可热加工；H62、H59等即六四黄铜，强度较好（Zn39-45时抗拉强度最高），塑性差，在456℃，塑性好，只适合热加工，常用作铆钉、螺帽、垫圈等。黃銅為銅和鋅的合金，金屬光澤由隨鋅含量增加由橙紅色轉為黃色。黄铜退火组织1980年莫斯科奥运会火炬2000年悉尼奥运会火炬

2、青铜（Cu-Sn合金）

铸造、退火条件下，Sn<5％，α单相锡青铜，f.c.c，塑性好，因铜原子析出困难，α相呈树枝状。Sn>5％，（α＋δ）共析体锡青铜，有一定强度、硬度、塑性，疲劳强度较高，耐磨、耐蚀性较好。锡青铜机械性能随Sn含量变化，Sn量增加，其强度增加。Sn>7％，出现δ相，塑性下降。青铜加入铅、铝等还可构成铅青铜、铝青铜等多种青铜。Sn>20％后，塑性、强度明显下降，失去应用价值。锡青铜在大气和海水中耐蚀性较好。工业用锡青铜Sn3－14％。Sn5－7％为压力加工青铜，强度较高，塑性较好HB180，用作弹簧、轴承衬、轴瓦等。Sn10－14％为铸造锡青铜，强度、塑性较低，HB90，用作这速中载轴承等耐磨件。

3、白铜（Cu-Ni合金）

中间白色铜镍合金CU-Zn-Ni合金

8.3钛合金

钛及其钛合金具有密度小，比强度高、耐高温、耐腐蚀以及良好低温韧性等优点，同时资源丰富，应用广泛。但是目前钛及钛合金加工条件复杂，成本较昂贵。

钛属于难熔稀有金属，熔点1672℃。1790年发现钛元素，20世纪40年代末才建立钛生产工业。工业上采用镁或钠从金红石和钛铁矿中还原四氯化钛。这样的金属钛呈疏松多孔的海绵状，称为海绵钛。再经自耗熔炼变成金属钛后再加工或铸造。金红石钛铁矿攀枝花钛矿

钛的珍贵性在于比重小，强度高。钛比铁强韧的多，比重却仅为铁的一半多点，而且不会生锈；钛比铝的比重大不足2倍，但是强度是铝的3倍，而且耐热性远高于铝。钛合金的性能更加优良，钛合金的比强度（强度/密度）是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，镁合金的1.6倍。比强度是目前工业金属中最高的。钛合金在540℃的比强度高于钢，这种优点首先应用于航空发动机。钛合金又能抗住200℃低温而不破坏。钛合金是现代超音速飞机、火箭、导弹和航天飞机等可缺少的材料。

美国F14A和F15A飞机用钛及其它材料的比重：钛合金25％；铝合金35％37.5％；钢17％5.5％；复合材料1.2％；其它30.2%。钛合金作为耐热和耐蚀材料，在许多情况下可以替代镁合金和铝合金，也可代替不锈钢。应用于化工、石油、发电、冶金等部门。

工业纯钛室温拉伸强度在35－70kg/mm2（Mpa）具有很高的工艺塑性（延伸率30％），适合冷态下加工成型为各种板材结构件和冲压件（飞机上受力不大的部件）。焊接性能好。典型牌号是TC1。

工业上使用的钛合金大多数是（α＋β）双相的。它们兼备二者的优点：优良的塑性、容易锻造、压延和冲压，并可以淬火时效强化。最常用的是TC4（Ti－6Al－4V）等。

钛在含氧环境中生成薄而坚固的氧化物薄膜，氧化膜与基体结合牢固，破坏后能够自愈，耐氧化溶液和氯化物溶液的腐蚀，最突出的是耐工业腐蚀气氛及海水腐蚀。在海洋环境中腐蚀速率9.03×10-5mm/年；钛合金具有良好的耐应力腐蚀的能力，还具有耐淡水和海水的腐蚀疲劳性能。在静止海水中数年仍非常光亮。钛合金在海水中的腐蚀性能优于不锈钢。

钛及合金在工业生产和飞机业中应用有30多年历史，目前飞机和发动机制造部门仍是使用大户。逐渐民用化，尤其是在海洋工程中的应用。影响钛合金使用的主要问题是价格昂贵，这是目前研究和开发的关键。钛合金锻造模拟钛合金板、棒、线材钛合金生产各种钛合金零件钛合金与我们的生活8.4轴承合金

常用轴承：滚动轴承，承载能力较低，一般机械采用滑动轴承。轴承合金是制造滑动轴承的轴瓦及内衬的材料。轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷8.4.1滑动轴承合金的性能要求与组织滑动轴承性能要求：在常温和工作温度下，有一定的承载能力和疲劳强度，有足够的塑、韧性，使轴与轴瓦之间配合良好，低的摩擦系数，良好的导热性，低的膨胀系数，良好的耐蚀性，以防止温升和轴咬合。与轴配合基本原则：保轴不保瓦。组织要求：软基体＋硬质点或硬基体＋软质点；软基体上分布硬质点，其体积约占15－30％，轴工作时，软基体凹陷贮存润滑油，提高耐磨性，而硬质点为凸出部分起支撑轴，承载的作用灰口铸铁：硬基体（珠光体等）＋软质点（石墨）；低速轴承铝基黄铜轴瓦铅黄铜轴瓦

8.4.2锡基轴承合金（巴氏合金）锡基：ZCHSnSb11Cu6

锑11％铜6％软基体为α相（Sb在Sn中的固溶体）HB30，硬质点为β`相（SnSb化合物）HB110，加入铜是形成Sb6Cu5化合物，防止因β`轻上浮而引起的成分偏析。性能：摩擦系数小、膨胀系数小、导热性好、抗蚀性好、工业性好。主要轴承，大型机器中的高速轴承，如内燃机、汽轮机等。锡基轴承合金组织剖分式轴瓦

8.4.3铅基轴承合金（巴氏合金）铅基：ZCHPbSb16Sn16Cu216％锑16％锡2％铜，软基体为（α＋β）共晶体HB6-8，硬质点为SNSb化合物，HB30，加入铜的作用同上。性能：没有Sn基巴氏合金好，但铸造性能好，适用于中低速轴承，静载工作轴承，如汽车、拖