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文档简介
汽车应用材料第二章金属材料
汽车应用材料第二章
除钢铁材料以外的其他金属材料统称为有色金属,其种类很多,且具备的许多特殊的物理和化学性能,又有一定的力学性能和较好的工艺性能,是工业上不可缺少的工程材料,工程上最常用的有色金属有铝、铜、锌、铅、镁、钛及其合金和轴承合金等。四、有色金属及合金汽车应用材料第二章(一)
铝及铝合金
(二)
铜及铜合金
(三)镁及镁合金
(四)钛及钛合金(五)轴承合金有色金属及其合金汽车应用材料第二章(一)铝及铝合金1.纯铝2.铝合金汽车应用材料第二章熔点660℃,密度2.7g/cm3,比强度高。导电导热性好,耐大气腐蚀。切削性好,塑性好、可冷成型。铸Al合金的铸造性能好。Al及Al合金的特点汽车应用材料第二章工业纯铝——
L1~L5,做散热器、器皿等。力学性能σb
=80~100MPa
δ=30~50%1.纯铝汽车应用材料第二章纯铝
按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝三类高纯铝:99.996%~99.93%用于科研,代号L04~L01;工业高纯铝:99.9%~99.85%用于作Al合金原料、铝箱,代号L0、L00;工业纯铝:99.0%~98.0%作管、线、棒、代号L1~L6,数字大。汽车应用材料第二章2.铝合金(1)分类和强化分类——变形铝合金、铸造铝合金强化方法固溶、冷变形、时效强化,变质处理。汽车应用材料第二章-CuAl2时效强化
——淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高时效工艺固溶处理(水冷淬火)→过饱和固溶体
时效过程——过饱和固溶体分解,析出强化相。
自然时效——在室温长时间停留,如,数天。人工时效——加热至100~200℃,保温一定时间。汽车应用材料第二章
铝合金
(1)变形铝合金防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金(2)铸造铝合金Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn系合金汽车应用材料第二章铝合金牌号铝合金的牌号表示方法:变形铝合金采用四位数表:2xxx~8xxx系列,如2A11,表示以铜为主铝合金,A表示原始,(B表示改型),11表示纯度.
铸造铝合金的代号用“ZL”两个字母和三个数字表示,如ZL102,ZL203,ZL302等.如ZL102表示2号铝-硅铸造铝合金。汽车应用材料第二章合金类别代号主要化学成分,%热处理机械性能CuMgMn其它σb
MPa
%HB防锈铝LF54.5~5.50.3~0.6退火2702370LF114.8~5.50.3~0.6V0.02~0.22702370LF211.0~1.61302330硬铝LY12.2~3.00.2~0.5固溶处理+自然时效3002470LY113.8~4.80.4~0.80.4~0.842018100LY123.8~4.91.2~1.80.3~0.948011131超硬铝LC41.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0固溶处理+人工时效60012150LC62.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.66807190锻铝LD51.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.242013105LD71.9~2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.544013120LD103.9~4.80.4~0..80.4~1.0Si0.5~1.248010135变形铝合金
防锈铝——3A21,5A02,5A05等.不可热处理强化,做油箱、油管、铆钉。硬铝——2A01,2A10,2A11,2A12等,做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝——7A04,做飞机大梁、起落架。锻铝——2A50,2A14,做锻件、模锻件。汽车应用材料第二章飞机翼梁(腹板为硬铝合金)飞机主起落架汽车应用材料第二章锻铝合金(LD):Al–Mg–Si–Cu具有良好的热塑性,
通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。2A50,2A14
。压气机叶片汽车应用材料第二章合金代号主
要化学成分,%机
械性能SiCuMg铸造方法热处理bMPa%HB铝硅ZL1016.0~8.00.2~0.4SBT6230170ZL10210~13SBJT2T2143153425050ZL1104.0~6.05.0~8.00.2~0.5JT1170-90铝铜ZL2034.0~5.0JT4210660铝镁ZL3019.5~11.5ST4280920铝锌ZL4026.0~8.0Zn5~70.4~0.7JT1240470铸造方法:SB——砂型变质;J——金属砂;S——砂型热处理:T1——不淬火,人工时效;T2——退火;
T4——淬火+自然时效;T6——淬火+人工时效(2)铸造铝合金
Al-Si合金(硅铝明)——铸造性好(熔点低、流动性好、收缩小)。
变质后,共晶体(细点状Si+α基体)+初晶α
变质处理——显著提高力学性能。组织——变质前,共晶体(粗针状Si+α基体)+初晶SiZL102的铸态组织,未变质,×500变质处理后,×100铸造铝合金的应用汽车应用材料第二章活塞(裙部为铝硅合金)
ZL102合金铸造组织(化染)55×铸造铝–
硅合金(ZL101~ZL111):汽车应用材料第二章硅铝明(ZL102)
简单硅铝明组织α+Si共晶体,它的最大优点是铸造性能好,此外,密度小,抗蚀性,耐热性,焊接性也相当好,但强度低,这类合金只适用于制造形状复杂但对强度要求不高的铸件,如仪表壳体等。特殊硅铝明在该合金的基础上加入适当合金元素Cu、Mn、Mg、Ni等元素,发展成能时效强化的铝合金,称为特殊硅铝明,具有良好的铸造性和较高的抗蚀性及足够的强度,如ZL108、ZL109是我国目前常用的铸造铝活塞的材料。汽车应用材料第二章铸造铝–
铜合金(ZL201~ZL203):
有较高的强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。制造汽缸盖,活塞等
铝铜合金铸造组织(化染)210×汽缸头汽车应用材料第二章铸造铝–
镁合金(ZL301、ZL302):
有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸造性能和耐热性较差。
铝镁合金铸造组织(化染)150×鼓风机用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)汽车应用材料第二章铸造铝–
锌合金(ZL401、ZL402):
具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。大型空压机活塞(ZL401)汽车应用材料第二章(二)铜及铜合金1.纯铜2.铜合金汽车应用材料第二章1.铜及铜合金的性能特点优异的物理、化学性能导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高良好的加工性能塑性好;铸造性好某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性,高的弹性极限和疲劳极限汽车应用材料第二章2.铜及铜合金的分类及用途纯铜铜合金黄铜青铜白铜汽车应用材料第二章2.铜及铜合金的分类及牌号纯铜(紫铜)T1、T2、T3、Tu1,Tu2
铜合金黄铜普通黄铜H××表示含铜62%,其余为Zn的黄铜特殊黄铜HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。余量为Zn的铅黄铜青铜锡青铜QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4%P的锡-磷青铜特殊青铜白铜BMn3-12,是含3%Ni及12%Mn的锰白铜汽车应用材料第二章1.纯铜——紫铜(紫红色)工业纯铜——
T1~T4,做电导体。力学性能σb=230~250MPa
δ=40~50%纯铜管汽车应用材料第二章纯铜
我国工业有三个牌号:即一号铜(99.95%Cu)、二号铜(99.90%Cu),三号铜(99.7%Cu),其代号分另为T1、T2、T3。此外,纯铜除工业纯铜外,还有一类叫无氧铜,其含氧量极低,不大于0.003%,其代号有Tu1,Tu2,“u”是“无”汉语拼音字首。纯铜退火状态,强度低,塑性好(σb=250~270Mpa,δ=35~45%),经冷加工变形后强度升高,而塑性急剧降低(σb=400~500Mpa,δ=1~3%)。不能用作受力的结构材料,工业纯铜主要用导电、导热,兼有抗腐蚀性的器材,如电线、电缆、电器开关等,无氧铜主要作真空器件。
汽车应用材料第二章铜合金纯铜强度低,虽然冷加工变形可提高其强度,但塑性显著降低,不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求,在铜中加入合金元素,通过固溶强化,时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度,获得高强度的铜合金。常用的合金元素:Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。汽车应用材料第二章黄铜
黄铜是以Zn为主要合金元素的铜合金,具有良好的机械性能,易加工成型,对大气、海水有相当好的抗蚀能力,是应用最广的重要有色金属材料。黄铜按其所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜两类;按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。汽车应用材料第二章普通黄铜普通黄铜,就是Cu-Zn二元合金,当Zn含量<36%,时单相α,Zn含量>36%而<47%时组织α+β’两相工业上所用的黄铜Zn含量一般不超过47%。单相黄铜:室温组织为单相α的黄铜又称单相黄铜,强度较低、塑性特别好,适于压力加工,常用代号有H80、H70、H68,其中H70、H68强度较高,大量用作枪弹壳和炮弹筒,故有“弹壳黄铜”之称。双相黄铜:α+β’黄铜又称双相黄铜,强度高,塑性差、常用H59、H62用作水管、油管、散热器等。汽车应用材料第二章汽车应用材料第二章普通黄铜的组织特征图单相黄铜H68双相黄铜H59汽车应用材料第二章黄铜的力学性能与含锌量的关系图50030405060700400300200100010205040302010506070809010011040HB+’bb(Mpa)(%)HB汽车应用材料第二章常用的黄铜应用金奖黄铜---H90弹壳黄铜---H70(H68)日用黄铜---H62(H59)法兰阀闸阀冷凝器管汽车应用材料第二章特殊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,它们比普通黄铜具有更高的强度、硬度、抗腐蚀性能汽车应用材料第二章黄铜的“季裂”虽然黄铜具有优良抗蚀性,但当零件以冷压力加工(挤压、冲压、弯曲等)成形时,由于其中有残余内应力存在,在氨、湿气、海水作用下,极易出现应力腐蚀开裂现象——称为季裂。为了防止这种现象,冷压力加工后的黄铜零件(如弹壳等)必须进行消除内应力的退火(250~300℃保温1h以上)汽车应用材料第二章复杂黄铜
——改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。组别代
号主要化学成分,%机械性能(变形)Cu其它bMPa%HBPb黄铜HPb63-3HPb60-162.0~65.059.0~61.0Pb2.4~3.0Pb0.6~1.060061054--Sn黄铜HSn90-1HSn62-188.0~91.061.0~63.0Sn0.25~0.75Sn0.7~1.152070054148-Al黄铜HAl77-276.0~79.0Al1.8~2.665012170Si黄铜HSi65-1.5-363.5~66.5Si1.0~2.0Pb2.5~3.56008160Mn黄铜Fe黄铜HMn58-2HFe59-1-157.0~60.057.0~60.0Mn1.0~1.2Fe0.6~1.27007001010175160Ni黄铜HNi65-564.0~67.0Ni5.0~6.57004-汽车应用材料第二章黄铜制品汽车应用材料第二章(2)青铜——
Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。压力加工青铜
Sn青铜——如QSn4-3,含4%Sn、3%Zn,其余为Cu。做轴承、弹簧等。
Al青铜——如QAl10-3-1.5,做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。
Be青铜——如QBe2,做弹簧,高速轴承等。铸造青铜——如Sn青铜,ZCuSn10Zn2。汽车应用材料第二章1.工业纯镁
纯镁的密度很小,只有1.74,是工业用金属中最轻的一种。熔点为650±1℃,在熔化温度时极易氧化甚至燃烧。固态下晶体结构为密排六方晶格,冷变形能力很差,但高纯度镁具有一定的塑性变形能力。强度低,大致与铝差不多。(三)镁及镁合金
汽车应用材料第二章2.镁合金
镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金两类。
铸造镁合金的牌号用“ZM”加顺序号表示,如ZM1、ZM3、ZM5等;变形镁合金的牌号用“MB”
加顺序号表示,如MB1、MB5、MB7等。汽车应用材料第二章
主加元素是锰,用以改善镁的抗蚀性。1.3%~2.5%Mn对海水的抗蚀性显著提高。镁-锰合金力学性不高,不能通过热处理强化。0.15~0.35%的铈可细化晶粒,提高力学性能。镁-锰合金抗蚀性和焊接性优良,MB1用于生产板、棒、带半成品及锻件,制作要求高塑性、焊接性及耐蚀性的飞机零件。MB8则可制作中等负荷的零件。①镁-锰系合金
汽车应用材料第二章合金强度高,可热处理强化,铸造性好。但抗蚀性低,屈服强度和耐热性较低。②镁-铝-锌系合金铝是主加元素,锌和锰是辅加元素。铝在镁中固溶强化作用显著(Al<8~10%时,强化效果不明显)。锌补充强化,改善塑性。锰提高抗蚀性。MB2、MB3热塑性、焊接性好,用作复杂锻件和热挤压棒材。ZM5铸造性和力学性能优良,用作复杂大型铸件和受力的飞机及发动机零件。汽车应用材料第二章
该系合金形成组织疏松倾向很小,铸造性能较好,屈服极限较高,热塑性变形能力大。主加元素锌和锆,锌固溶强化及提高合金屈服极限,Zn≈6%。锆细化组织,提高强度和屈服极限,改善塑性和抗蚀性,提高耐热性。锆在0.5~0.8%时作用效果最佳。③镁-锌-锆系合金
常用合金有ZM1、ZM2、MB15等。ZM1用于高强度、受冲击载荷大的零件,如飞机轮毂、轮缘、支架等;ZM2用于工作温度较高(200℃以下)的零件,如发动机机座、电机壳体等;MB15主要用于受力较大的零件,如机翼长桁等。汽车应用材料第二章(四)钛及钛合金特性——强度、塑性、比强度高,耐蚀、耐热、耐低温。1.纯钛银白色,熔点1680℃,密度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汽车应用材料第二章2.钛合金α-Ti合金可变形强化,如TA7(Ti-5Al-2.5Sn)β
–Ti
合金可时效强化,TB1(Ti-3Al-13V-11Cr)(α+β)-Ti
合金可时效强化,TC4(Ti-6Al-4V)热处理退火——
650~850℃(再结晶)
450~650℃(去应力)淬火+时效处理汽车应用材料第二章钛飞船TC4时效后的组织:
块状α+β基体+针状α汽车应用材料第二章(五)轴承合金滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料
工作条件——冲击、交变载荷,轴颈压力、摩擦。性能要求:强硬度、塑韧性好,与轴的磨合能力、减摩性好。导热、抗蚀性好。轴瓦汽车应用材料第二章Sn基轴承合金
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