中职《金属材料与热处理》8 项目八教案

材料科学与工程学院教案用纸课程章节名称项目八有色金属教学目的、要求●掌握铜及铜合金。●掌握铝及铝合金。●掌握钛及钛合金。●掌握滑动轴承合金。●掌握硬质合金。重点难点1.铜及铜合金2.铝及铝合金3.钛及钛合金4.滑动轴承合金教学环节时间分配3课时教学手段、教学方法和实施步骤多媒体授课内容:铜及铜合金：1).纯铜：纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。密度为8.9g/cm3，熔点1083℃。纯铜导电性很好，大量用于制造电线、电缆、电刷等;无磁性好，常用来制造防磁性干扰的磁学仪器、仪表。如罗盘、航空仪表，塑性极好，易于热压和冷压力加工，可制成管、棒、线、条、带、板等铜材。2).黄铜：黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。按化学成分的不同分为普通黄铜和特殊黄铜。（1）普通黄铜普通黄铜又分为单相黄铜和双相黄铜两种。①单相黄铜:当锌含量小于39%时，锌全部溶于铜中形成α固溶体称为单相黄铜。②双相黄铜:当锌含量大于等于39%时，除了有α固溶体外，组织中还出现化合物CnZn为基体的β固溶体，即α+β的双相黄铜。3).青铜：青铜是历史上应用最早的一种合金，原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和力学性能，大部分青铜内还加入其他合金元素，如铅、锌、磷等。由于锡是一种稀缺元素，所以工业上还使用许多不含锡的无锡青铜，它们不仅价格便宜，还具有所需要的特种性能。无锡青铜主要有铝青铜、铍青铜、锰青铜、硅青铜等。此外还有成份较为复杂的三元或四元青铜。现在除黄铜和白铜（铜镍合金）以外的铜合金均称为青铜。青铜牌号由Q+主加元素的符号及含量+其他加入元素的含量组成，如:QSn4—3:表示锡的质量分数4%，锌的质量分数3%，其余为铜的锡青铜。QAl7:表示铝的质量分数7%，其余为铜的铝青铜。按主要添加元素种类的不同，青铜可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜。3).白铜:以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同，分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。白铜牌号由B+主加元素的符号及含量+其他加入元素的含量组成。如:QMn3-12表示镍的质量分数3%，锰的质量分数12%，其余为铜的锰白铜。铝及铝合金：1).铝：纯铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽，密度小（2.72g/cm3），熔点低（660℃），强度低（Rm=80MPa），塑性高（Z=80%），铝合金的密度也很小，热处理后强度高（Rm=490～588MPa），因此铝合金是重要的航空结构材料。铝及铝合金具有如下优良性能:（1）密度小（2.72g/cm3），仅为铁的1/3，是一种轻金属。（2）导电、导热性良好，仅次于银、铜。（3）具有较好的抗大气腐蚀能力。（4）具有较好的加工性，它的塑性好，可以冷、热变形加工，还可通过热处理强化，提高铝的强度。（5）强度和硬度低，不能用来制造承载的机械零件。铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，铝的导电性、耐蚀性及塑性越低。工业纯铝按杂质的含量分为一号铝、二号铝……2).变形铝合金：变形铝合金是指需经过不同的压力加工方式生产成材的铝合金。这些变形铝合金是机械工业和航空工业中重要的结构材料。由于体积质量轻，比强度高，在航空工业中占有特殊的地位。变形铝合金分为两大类，一类是非热处理强化变形铝合金，另一类是热处理强化变形铝合金。3).铸造铝合金：铸造铝合金应具有高的流动性，较小的收缩性，热裂、缩孔和疏松倾向小等良好的铸造性能。共晶合金或合金中有一定量共晶组织就具有优良的铸造性能。常用的铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝稀土系和铝锌系合金。铸造铝合金的代号:用“铸铝”的汉语拼音字首“ZL”及三位数字表示。第一位数字表示铝合金的类别，“1”表示铝—硅系，“2”表示铝—铜系，“3”表示铝—镁系，“4”表示铝—锌系，后两位数字表示合金顺序号。三、钛及钛合金：1).α钛合金:α钛合金含一定量的稳定α相的元素，平衡状态下主要由α相组成。α合金比重小，热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性，缺点是室温强度低，通常用作耐热材料和耐蚀材料。2).α+β钛合金:α+β钛合金含一定量的稳定α相和β相的元素，平衡状态下合金的组织为α相和β相。α+β钛合金具有良好的综合性能，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，并可热处理强化，但是焊接性能较差。3).β钛合金:β钛合金含有大量稳定β相的元素，可将高温β相全部保留到室温。β合金的塑性加工性能好，合金浓度适当时，通过热处理可得到常温下的力学性能，是发展高强度钛合金的基础。缺点是组织性能不够稳定，冶炼工艺复杂。β钛合金主要有TB1和TB2两个牌号。四、滑动轴承合金：1).锡基轴承合金：锡基轴承合金是以锡为基，加入锑、铜等元素组成的合金，最常用的锡基轴承合金为ZSnSb11Cu6，显微组织中暗色基体为锑溶入锡的α固溶体，硬度大约为24～30HBS，是软基体;白色方块为硬质点，它是以化合物SnSb为基的β固溶体，硬度约为110HBS，以及白色针及星状的Cu3Sn、Cu6Sn5等化合物。锡基轴承合金具有适中的硬度、小的摩擦系数，较好的塑性及韧性、优良的导热性和耐蚀性等，这种合金常用于重要的轴承，如高速蒸汽机、汽轮机、汽车等的高速轴上。缺点是抗疲劳强度较差，同时锡的熔点较低，工作温度也较低，一般不超过150℃。2).铅基轴承合金：铅基轴承合金是以铅锑为基础，加入锡、铜等元素组成的轴承合金。合金组织由锑溶于铅的α固溶体和铅溶入SnSb化合物的β固溶体所组成的共晶体，硬度为7～8HBS;硬质点是加入铅溶入SnSb化合物的β相以及加入铜形成的Cu2Sb。铅基轴承合金的强度、硬度、韧性均低于锡基轴承合金，且摩擦系数较大，但价格便宜，只用于中等负荷的轴承，如汽车、拖拉机的曲轴、连杆轴承及电动机上的轴承等。通常将制成双金属轴承。铅基轴承合金的牌号与锡基轴承合金相同。如ZPbSb16-16-2铅为基体元素，锑为主加元素，质量分数为16%，辅加元素锡的质量分数为16%，铜的质量分数为2%，其余为铅。3).铝基轴承合金:铝基轴承合金是上世纪60年代发展起来的一种新型减磨材料，它的优点是比重小，导热性好，疲劳强度高，耐蚀性好以及化学稳定性好，并且资源丰富，价格低廉，缺点是它的膨胀系数大，运转时容易与轴咬合。目前采用的铝基轴承合金有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。铝锑镁轴承合金以铝为基，加入锑和镁元素。这种合金用08钢作衬背，一起轧制成双合金带，因此改变了轴瓦的整个浇注工艺，并提高了轴瓦的承载能力。它具有较高的抗疲劳性能和耐磨性，但是承载能力不大，滑动速度还不够大，主要大量应用在低速柴油机的轴承上。高锡铝基轴承合金以铝为基，加入锡和铜。这种合金也用08钢为衬背，轧制成双合金带，就良好的耐热性、耐磨性、及高的疲劳强度，可替代巴氏合金，铜基轴承合金和铝锑镁合金，目前已在汽车、拖拉机、内燃机车上广泛使用。3).铜基轴承合金:以铜为基体，加入适量的锡、铅、锌等元素组成的合金。铜基轴承合金有锡青铜、铅青铜等。ZCuSn10P1的组织是由软的基体（α固溶体）及硬质点（β相及化合物）所构成。它的组织中有较多的分散的缩孔，有利于储存润滑油。这种合金能承受较大的载荷，广泛用于中等速度及重载荷的轴承，例如电动机、泵、金属切削机床及汽车转向等的轴承。锡青铜轴承合金可直接制成轴瓦。常用的有ZCuSn10P1与ZCuSn5Pb5Zn5等。铜与铅在固态下互不溶解。铅青铜的显微组织是由硬的基体（铜）上均布着大量软的质点（铅）所构成。该合金与巴氏合金相比，具有高的疲劳强度和承载能力，良好的耐磨性、高的导热性（约为锡基巴氏合金的6倍）和低的摩擦系数，能在较高温度（如250℃）下工作，故适宜制造高速、高压下工作的轴承，如航空发动机、高速柴油机及其他高速机器的主轴承。铅青铜本身强度较低（Rm=60MPa），因此常浇注在钢管或薄钢板上制成所谓双金属轴承。硬质合金：1).钨钴类硬质合金：钴类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。其牌号是由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。例如，YG8，表示平均wCo=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。2).钨钴钛类硬质合金:钨钴钛类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）及钴。其牌号由“YT”（“硬、钛”两字汉语拼音字首）和碳化钛平均含量组成。例如，YT15，表示平均wTiC=15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钴钛类硬质合金。硬质合金中，碳化物含量越多，钴含量越少，则合金的硬度、热硬性及耐磨性越高，合金的强度和韧性越低。含钴量相同时，YT类硬质合金由于碳化钛的加入，合金具有较高的硬度和耐磨性，同时，合金的表面会形成一层氧化薄膜，切削不易粘刀，具有较高的热硬性;但其强度和韧性比YG类硬质合金低。因此，YG类硬质合金刀具适合加工脆性材料（如铸铁），而YT类硬质合金