第6章中南大学机械系工程材料ppt教学资料

1,机械工程材料,Mechanical Engineering Materials,2,第6章 非铁金属材料,本章目录 6.1 铝及铝合金 6.2 铜及铜合金 6.3 钛及钛合金 6.4 滑动轴承合金 6.5 粉末冶金材料,3,6.1 铝及铝合金,6.1.1 工业纯铝 1. 纯铝的主要特性 铝的熔点为660.4 ，密度低,铝的导电性和导热性好 ；铝的化学活泼性极高 ；铝的无磁性 ；在淡水、食物中也具有很好的耐蚀性。 纯铝的强度低，b仅为70MPa，可进行冷热压力加工，可通过冷加工强化或加入合金元素及其热处理强化。 纯铝中的主要杂质是Fe和Si，其次尚有Cu、Zn、Mn、Ni、Ti等 。,返回,4,2. 纯铝的牌号及应用 工业纯铝：纯度为98.0%99.0% ,字母“L”表示，数字越大，纯度越低, 如：L1、L2、L3. 。 用途：L1、L2、L3用于高导电体、电缆、导电机件和防腐机械；L4、L5、L6：用于器皿、管材、棒材、型材和铆钉等；L7：用于日用品。 工业高纯铝：纯度为99.9099.99的铝 。 用途：用作电解电容器用的阳极箔、电容器引线、集成电路导线、真空蒸发材料、超导体的稳定导体、磁盘合金和高断裂韧性铝合金的基体金属。,6.1.1 工业纯铝,5,1. 铝合金的分类,6.1.2 铝合金及其应用,可将铝合金分为变形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.,铝合金分类示意图,6,2. 铝合金的强化途径,可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶处理 + 时效。 固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。,时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。,7,2. 铝合金的强化途径,在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件下进行的时效称人工时效。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰值，,超过峰值时间，析出相聚集长大，强度下降，为过时效，随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值的时间提前。,8,3. 常用铝合金牌号、性能及用途,（1）变形铝合金 变形铝及铝合金牌号表示方法 ：根据国标规定 ，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。,GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为: 防锈铝合金： LF+序号 硬铝合金： LY +序号 超硬铝合金： LC +序号 锻铝合金： LD +序号,9,铝合金波纹管,LD31铝合金型材,10,常用热处理不强化变形铝合金 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg主要作用是,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。,卫星天线（LF2）,常用热处理不强化变形铝合金,11,常用的Al-Mn系合金有 LF21（ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，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。,汽化器(热交换管为LF21),常用热处理不强化变形铝合金,12,热处理强化的变形铝合金, 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。,13,热处理强化的变形铝合金, 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。 时效强化效果超过硬铝合金. 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,14, 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。,热处理强化的变形铝合金,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。,15,（2）铸造铝合金 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,铸造铝合金,Al-Si系铸造铝合金：又称为硅铝明。其中常用合金ZL102(ZAlSi12)是含有12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明。,16,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。,Al-Si系铸造铝合金,17,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-Si系铸造铝合金,18,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。,常用合金牌号有ZAlCu5Mn (ZL201 )、ZAlCu4 (ZL203 )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。,汽缸头,Al-Cu系铸造铝合金,19,Al-Mg系铸造铝合金,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。,鼓风机密封件等(ZL102、301),常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 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。,20,Al-Zn系铸造铝合金,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。,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。,大型空压机活塞(ZL401),21,6.2 铜及铜合金,6.2.1 工业纯铜,1. 铜及铜合金性能特点 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；纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。 2. 工业纯铜的牌号及应用 工业纯铜 ：用“T”作为铜的汉语拼音字头，数字表示顺序号。数字越大，纯度越低。 无氧铜：用 “T”和“W”加上序号表示，如TW1、TW2，在TW后加脱氧剂化学元素符号表示，如TWP、TWMn。,返回,22,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、白铜三大类。,23,6.2.2 铜合金及其应用,1. 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。,24,普通黄铜：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H68。 从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+ 两种组织,分别称单相黄铜和两相黄铜。,普通黄铜,25,普通黄铜的显微组织,普通黄铜,26,普通黄铜,单相黄铜塑性好。 常用牌号有H80、H70、H 68。 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, 强度高. 常用牌号有H59、H62。 适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热器等。,冷凝器管,子弹壳,27,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。 加工特殊黄铜的牌号为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。,特殊黄铜,28,常用的特殊黄铜牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。 主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。,特殊黄铜,29,青 铜,青铜：除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。 加工青铜的牌号为：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、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等。,青铜制品,30,锡 青 铜,锡青铜：是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为3%14%。 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 。 锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。,31,常用牌号有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。,主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。,32,铝 青 铜,大型水力发电设备中的抗磨环,铝青铜：以铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。强度、硬度、耐磨性、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。 常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。 主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。,33,铍 青 铜,铍青铜：以铍为主加元素的铜合金，铍含量为1.72.5%。 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵。,常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等 。 用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件。,铍青铜制品,34,白 铜,白铜：以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。分普通白铜和特殊白铜。,普通白铜是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。 普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量，如B5。 常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等。,白铜件,35,特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。 用于制造精密机械、仪表零件及医疗器械等。,36,6.3 钛及钛合金,1. 工业纯钛 纯钛密度小，熔点高。882.5发生同素异构转变-Ti-Ti, 由体心立方-Ti转变为密排六方-Ti. 纯钛比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。,美F-22战机约36%重量的零件用钛合金制造,返回,37,纯钛主要用于 350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。,38,2. 钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。,按退火组织，钛合金可分为型钛合金、型钛合金和+型钛合金三类，它们的牌号分别用TA、TB、TC加顺序号表示 。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0TA3为工业纯钛。,钛合金泵,39,型钛合金：主加元素为铝，还有锡、硼等。 不能热处理强化，通常在退火状态下