非铁金属及粉末冶金材料

1、主 要 内 容,铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金 粉末冶金,工业上常用的金属材料中，通常称铁及其合金(钢铁)为黑色金属，其它的非铁金属称有色金属。有色金属由于具有许多良好的特殊性能，成为现代工业中不可缺少的材料。 铝及铝合金 一、工业纯铝 纯铝是银白色的轻金属，密度小，熔点低(660)，有良好的导电、导热性(仅次于银、铜)。在空气中极易氧化生成一层致密的Al2O3薄膜，能阻止铝进一步氧化，从而使铝在空气中有良好的抗蚀能力。 铝塑性高，强度、硬度低，可进行冷、热压力加工。通过加工硬化，使强度提高到150250MPa，但塑性降低。,工业纯铝A1 = 99.799.8，杂质主要是铁和硅。 工业纯铝的牌号按杂质含量编制。有1070、1370、1050、1035、1200等，编号越大，杂质含量越高，纯度越低。 主要制作电线、电缆及强度要求不高的器皿。 二、常用铝合金 1铝合金的分类及热处理 (1) 分类 根据成分及生产工艺分：变形铝合金和铸造铝合金。 铝合金相图的一般类型如图所示。,D左，当加热到固溶线以上时，可获得均匀的单相固溶体，塑性好，易锻压，称变形铝合金。D右，由于共晶组织的存在，只

2、适于铸造，称铸造铝合金。 变形铝合金又分为两类。 F 点左，固溶体的溶解度 不随温度变化，故不能用热处 理方法强化，称不能用热处理 强化合金。 F点右，固溶体的溶解度 随温度变化，可用热处理强化， 称能用热处理强化合金。,(2) 铝合金的热处理 固溶处理-将能热处理强化的变形铝合金加热到某一温度，保温获得均匀一致的固溶体，在水中急冷，使固溶体来不及发生脱溶反应。 固溶处理的铝合金，常温下其固溶体处于不稳定的过饱和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状态的趋向。 由于不稳定固溶体在析出第二相过程中会导致晶格畸变，从而使合金的强度和硬度显著提高，而塑性则明显下降。 这种力学性能在固溶处理后随时间发生显著变化的现 象称为“时效强化”或“时效”。 在室温下进行的时效称“自然时效”，加热条件下 (100200)进行的时效称“人工时效”。 时效温度越高，则时效过程越快，但强化的效果越差。,1固溶强化 纯铝中加合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍位错运动，起固溶强化作用，使强度提高。AlCu/Mg/Si/Zn/Mn等二元合金一般都形成有限固溶体，且有较大的极限溶解度，因此具有较大的固溶

3、强化效果。 2时效强化 由于铝没有同素异构转变，所以热处理相变与钢不同。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低急剧减小。所以铝合金加热到某一温度淬火后，可得到过饱和的铝基固溶体，它放置在室温或加热到某一温度时，强度和硬度随时间延长而增高，但塑性、韧性降低，这个过程称时效。 室温下进行的时效称为自然时效，加热条件下的时效称人工时效。,(2) 铝合金的热处理,2变形铝合金 (1) 防锈铝合金。热处理不能强化。 主要有Al-Mn、Al-Me系。强度适中、良好的塑性和抗蚀性。主要制造油罐、各种容器等。 (2)硬铝合金。Al-Cu-Me、Al-Cu-Mn系。 淬火和时效后可获得高强度，故称硬铝。由于耐蚀性差，有些硬铝板材在表面包一层纯铝后使用。可轧成板材、管材和型材，以制造较高负荷下的铆接与焊接零件。,(3)超硬铝合金。属于Al-Cu-Me-Zn系，强度高于硬铝。主要制造重量轻、受力较大的结构零件。 硬铝淬火后多自然时效；超硬铝淬火后多人工时效。,(4) 锻造铝合金。大多属于Al-Cu-Me-Si系。 优良的锻造工艺性。主要制造各种锻件和模锻件。,3铸造铝

4、合金 (1) 常用铸造铝合金 分铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系等四类。 代号：ZL三位数字，ZL表示铸铝；第一位数表示合金类别：1铝硅系，2铝铜系，3铝镁系，4铝锌系；第二三位数表示合金顺序号。 牌号：ZAl主要合金元素及质量分数，如ZAlSi12，表示Si = 12的铸造铝合金。,1)铝硅系(硅铝明)。牌号最多、应用最广。 有良好的铸造性，加铜、镁、锰等元素使强化， 并通过热处理进一步提高力学性能。 作内燃机活塞、汽缸体、汽缸套、形状复杂的薄壁零件、仪表外壳等。 2)铝铜系。强度较高，加入镍、锰可提高耐热性，用于高强度或高温下工作的零件。 3)铝镁系。良好的耐蚀性，可作腐蚀条件下工作的铸件，如氨用泵体、泵盖等。 4)铝锌系。有较高的强度，价格便宜，用于制造医疗器械零件、仪表零件和日用品等。,(2) 铝合金的变质处理 铸造铝合金一般有较多的共晶组织，这种组织粗大，导致铸件性能降低。为了提高铸件的性能，需变质处理。 变质处理： 在合金浇注前，向液态合金中加占合金的质量分数为23的变质剂 (23的氟化钠和13的氯化钠的混和物)以细化共晶组织，从而显著提高合金的强度和塑性 (强度提高304，

5、伸长率提高12)。,铜及铜合金,一、工业纯铜 外观呈紫红色曾称紫铜，有良好的塑性、导电导热性和耐蚀性，但强度低(200250MPa)，不宜作结构零件，广泛用于制造电线、电缆、铜管及配制铜合金。 代号有T1、T2、T3。序号越大，纯度越低。T1、T2主要制造导电器材或配制高级铜合金。T3主要配制普通铜合金。 二、常用铜合金 黄铜：以铜和锌为主的合金。普通黄铜是铜锌合金；在铜锌合金中加硅、锡、铝、铅、锰等称特殊黄铜。 白铜：铜、镍为主的合金。 青铜：除黄铜和白铜外的铜合金。,1黄铜 (1) 普通黄铜。牌号：“H”加数字表示，数字表示铜含量。常用的有： 1) H80。色泽美观，可作装饰品，有金色黄铜之称。有较好的力学性能和冷、热加工性能，耐蚀性好。 2) H70。强度高，塑性好。冷成形性好，可用深冲压的方法制弹壳、散热器、垫片等零件，故有弹壳黄铜之称。因其铜与锌之比为7：3，亦称为7-3黄铜。 3) H62。有较高的强度，热态下塑性良好，切削性能好，易焊接，耐腐蚀，价格较便宜，工业应用较多，如作散热器、油管、垫片、螺钉等。,(2) 特殊黄铜。在铜锌合金中加硅、锡、铝、铅、锰等，分别称硅黄铜、

6、锡黄铜、铅黄铜。 特殊黄铜分压力加工与铸造两种。 1) 压力加工黄铜合金元素少，塑性较高，有较高的变形能力。 编号方法是： H+主添加元素符号十铜的质量分数+主添加元素的质量分数 常用的有铅黄铜HPb591，铝黄铜HA15932等。 HPb591含cu=59，pb=1，其余为锌的黄铜，有良好的切削加工性，常作各种结构零件，如销子、螺钉、螺母、衬套、垫圈等。 HA15932为含cu=59，A1=3，Ni=2，其余为锌的黄铜。耐蚀性较好，作耐腐蚀零件。,2) 铸造用黄铜不要求很高的塑性，为提高强度和铸造性，可加较多合金元素； 牌号： Z（铸)+Cu+Zn及其含量+其它元素及含。 例：ZCuZn16Si4表示Zn=16%，Si=4，余量为铜。 2青铜 锡铜合金是人类历史上应用最早的合金，因其呈青黑色而称青铜。 工业上用大量的不含锡而含铝、硅、铅、铍、锰的铜基合金，称无锡青铜，它们与锡青铜统称青铜。,青铜又分压力加工青铜和铸造青铜。 压力加工青铜牌号以“Q”表示，后跟元素符号，表明为何种青铜，再跟数字依次表示所添元素的质量分数。 铸造青铜牌号：Z(铸)+Cu+主加元素及含量+其它元素及含量。

7、(1)锡青铜。良好的强硬度、耐磨耐蚀性和铸造性。 当Sn20时，强度也急剧下降。 工业用锡青铜Sn在314之间。Sn8的锡青铜为压力加工锡青铜。它有较好的塑性和适宜的强度，适于压力加工，可加工成板材等半成品。Sn10的锡青铜塑性差，只适于铸造。 锡青铜抗腐蚀性比纯铜和黄铜都高，抗磨性也很好，多制造耐磨零件(如轴瓦、轴套、蜗轮)和与酸、碱蒸气等接触的零件。,(2) 铝青铜。A1在511间。A1为57时塑性最高，10时强度最高。 铝青铜价格低廉、性能优良，强度、硬度比黄铜和锡青铜都高，而且耐蚀性、耐磨性也高。铝青铜作为价格昂贵的锡青铜的代用品，常用来铸造承受重载的耐磨、耐蚀零件。,(3) 铍青铜和钛青铜。铍为主添元素。Be=1.72.5。有许多优良性能： 1)淬火时效强化后强度可达12001500MPa，硬度330400HBW，远远超过其它合金； 2)弹性极限、疲劳强度、耐磨性、耐蚀性、导电性、导热性都很好； 3)耐寒、无磁性及冲击不产生火花。 铍青铜主要制造各种精密仪器仪表中的贵重弹簧及弹性元件和耐磨件等。 注意：铍青铜价格昂贵，工艺复杂，而且有毒，因而限制了它在工业上的应用。 在铍青铜

8、中加入钛，减少铍的含量，降低成本，改善工艺。 钛青铜的物理化学和力学性能都与铍青铜相似，但生产工艺简单，无毒，价格便宜，是一种很有前途的新型高强度合金。,锰铜牌号：BMn312； 康铜牌号：BMn401.5； 考铜牌号：BMn430.5。 “BMn”表示锰白铜，后面的数字分别表示：镍 + 钴的平均质量分数和锰的平均质量分数。 锰白铜有极高的电阻率，非常小的电阻温度系数，是制造电工测量仪器、变阻器、热电偶及电热器主要的材料。,3白铜 镍为主添元素的铜合金。 仅有铜、镍组成的二元合金称普通白铜，含锰的铜镍合金称为锰白铜。 锰铜、康铜、考铜是不同含锰量的锰白铜。,滑动轴承合金,轴承是用来支撑轴进行工作的机械零件。 目前机器中所用的轴承主要有滚动轴承和滑动轴承，虽然滚动轴承应用广泛，但滑动轴承具有承压面大、工作平稳、无噪声等优点，故常用于重载、高速的场合，如磨床主轴轴承、连杆轴承、发动机轴承等。 在滑动轴承中，制造轴瓦和轴瓦内衬的合金称轴承合金。 一、轴承合金的组织特征 1对轴承合金的性能要求 滑动轴承由轴承体和轴瓦组成，轴是机器上最重要的零件，价格昂贵，更换困难，所以应尽量使磨损发生在轴瓦上

9、，故轴承合金应具有以下性能：,一、轴承合金的组织特征 1对轴承合金的性能要求 滑动轴承由轴承体、轴瓦组成，轴是机器上最重要的零件，价格昂贵、更换困难，所以应尽量使磨损发生在轴瓦上，故轴承合金应具有以下性能： (1)足够的强度和塑性韧性，以抵抗冲击振动； (2)适当的硬度，既能承受载荷又能减少轴的磨损； (3)良好的减磨性(摩擦系数小并能保存润滑油)； (4)良好的导热性与耐蚀性； (5)成本低廉，易于制造。,2、轴承合金的组织特征 理想的组织是软基体上分布均匀的硬质点，或硬基体上分布软质点，如图所示。,当轴与轴瓦磨合后，软基体因磨损下凹，凹坑可储油；而硬质点则凸起承受轴的压力。同时软基体还能承受冲击和振动，并起嵌藏外来硬质点的作用，以保证轴不被擦伤。 以锡或铅为基体的轴承合金 (巴氏合金），是满足上述性能及组织的最理想材料。另外，还有铜基、铝基轴承合金等。,二、常用的轴承台金 l锡基轴承合金 具有适当的硬度和较低的摩擦系数，软基体有较好的塑韧性，良好的导热性和耐蚀性。几乎能满足轴承材料的所有要求，可作承受大负荷、高转速机器设备的轴承，如汽轮机、电动机、汽车发动机等。 由于锡稀缺昂贵，使其应用受限，而大多代以铅基轴承合金。,2铅基轴承合金 硬度与锡基合金差不多，但强度、韧性较低、耐蚀性较差。由于价格较低，常用于中等载荷的轴承，如汽车、拖拉机曲轴轴承，电动机、减速器的轴承等。 锡基和铅基轴承合金强度都较低，不能承受大的压力，生产中常用离心浇注法将其镶铸在低碳钢轴瓦上，形成薄而均匀的一层内衬，既提高承载能力又节约材料。这种轴承称双金属轴承。 锡基、铅基轴承合金牌号： Z+基本元素+主加元素与质量分数，“Z”-“铸” 。 如ZSnSb11Cu6，表示基本元素为Sn即锡基合金，Sb=11，Cu=6，余量为Sn。,3铜基轴承合金 主要是铅青铜和锡青铜。 常用的铅青铜牌号ZCuPb30，表示Pb=30，余量为铜，显微组织为在铜的硬基体上分布着软的铅颗粒。 铅青铜与巴氏合金相比有较高的疲劳强度和承载能力、较高的导热性、较小的摩擦系数，广泛用于高速

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