金属材料与热处理-4.ppt

朱明工作室 zhubob@ 金属材料与热处理 ---7主讲: 朱明 高级技师、经济师、工程师 高级技能专业教师 汽车维修高级考评员朱明工作室 zhubob@模块八 有色金属金属元素除了铁、锰和铬之外，统称有色金属有 色金属种类繁多，本模块仅介绍铜及铜合金、铝及铝合 金、轴承合金的分类、编号方法、性能特点及用途朱明工作室 zhubob@第三套人民币硬币 1元硬币： 铜镍合金 5角硬币：铜锌合金 2角硬币： 铜锌合金 1角硬币： 铜锌合金第四套人民币硬币 1元硬币： 钢芯镀镍 5角硬币： 铜锌合金 1角硬币： 铝镁合金第五套人民币硬币 1元硬币： 钢芯镀镍 5角硬币： 钢芯镀铜合金 1角硬币： 铝合金 朱明工作室 zhubob@新型合金之一储氢合金：Ti- Fe 、La-Ni储氢合金可用于以H2为燃料的汽车钛 合金：亲生物金属人造骨头朱明工作室 zhubob@新型合金之二形状记忆合金：钛镍合金合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的 跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们 把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金形状记忆 效应可用下图所示的简单实验演示，原本弯弯曲曲的形状 记忆合金丝（a）经拉直后（b），只要放入盛有热水的烧 杯中，合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲 的形状（c）。

a) 原始形状 (b) 拉 直 (c) 加热后恢复朱明工作室 zhubob@形状记忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分 之百，即恢复到和原来一模一样的形状，更可贵之处在 于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生 丝毫疲劳断裂因此，形状记忆合金享有“永不忘本” 、“百折不挠”等美誉，被比作一个人应具有的永不变 节、坚贞不屈的精神和气节形状记忆合金（a）能撑起自重100倍以上的重量， 马达（b）的驱动力可达自重的50倍，而蚂蚁（c）和人 （d）则分别是20倍和2倍 （a）记忆合金（b）马 达 （c）蚂 蚁 （d） 人朱明工作室 zhubob@实例：用钛-镍形状记忆合金制造的人造卫星天线科学家用当时刚刚发现不久的形状记忆合金丝制成 了如图a所示的抛物线形天线在宇宙飞船发射之前， 首先将抛物面天线折叠成一个小球，如图b所示，这样 很容易就能装进宇宙飞船上的登月舱内当登月舱在月 球上成功着陆后，只需利用太阳的辐射能对小球加温如 图c所示，折叠成球形的天线因具有形状 “ 记忆 ” 功能便会自然展开，恢复到原始的抛物面形状，如图d 所示 朱明工作室 zhubob@1969年7月20日，乘坐“阿波罗-11号”登月舱的美 国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下的第一个人类的脚印 ，谛听着这位勇士从月宫里传回的富于哲理的声音：“ 对我个人来说，这只是迈出的一小步；但对全人类来说 ，这是跨了一大步 ”。

阿姆斯特朗当时的图像和声音 就是通过形状记忆合金制成的天线从月球传输回地面的 朱明工作室 zhubob@实例：用钛-镍形状记忆合金制造的医用腔内支架的 应用原理示意 （a）预压缩 （b）受热扩张后 （c）植入腔道内效果朱明工作室 zhubob@实例：用钛-镍形状记忆合金在其它领域的应用作为一类新兴的功能材料，形状记忆合金的很多新 用途正不断被开发记忆合金还可以制成任意变形的眼 镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加 热，就可以恢复原状不久的将来，汽车的外壳也可以 用记忆合金制作如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加 加温就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便 朱明工作室 zhubob@任务一：选择材料制造汽车发动机散热器汽车发动机散热器的材料可选用导热性好的银、铜 、金、铝等，不过金和银的价格较高，而铝的延展性不 如铜，所以在生产中广泛使用铜合金见下面的对比：热传导系数的定义为：每单位长度、每度K（绝对 温度），可以传送多少瓦数的能量，单位为： “w/m·K”，该数值越大说明导热性能越好1.纯银导热系数为429 2.纯铜导热系数为401； 黄铜导热系数为108.9/； 铍铜导热系数为195。

3.纯金导热系数为3174.纯铝导热系数为240 朱明工作室 zhubob@战国初期的曾侯乙编钟（青铜器）朱明工作室 zhubob@司母戊鼎是中国商代后期（约公元前16世纪至公元 前11世纪）王室祭祀用的青铜方鼎，1939年3月19日在 河南省安阳市武官村一家的农地中出土，因其腹部著有 “司母戊”三字而得名，现藏中国国家博物馆司母戊鼎器型高大厚重，又称司母戊大方鼎，高 133厘米、口长110厘米、口宽79厘米、重832.84千克， 鼎腹长方形，上竖两只直耳（发现时仅剩一耳，另一耳 是后来据另一耳复制补上），下有四根圆柱形鼎足，是 中国目前已发现的最重的青铜器该鼎是商王祖庚或祖 甲为祭祀其母所铸朱明工作室 zhubob@鼎为中国古代炊食器中国鼎文化的起源可以一直 追溯到原始社会新石器时代，早在7000多年前就出现了 陶制的鼎而其真正的发展最高峰则出现在商朝和西周 时期，尤其是商代以鼎为代表的祭祀用容器的制作，盛 行于商周时期，延续到汉代在奴隶制鼎盛时代，被用作“别上下，明贵贱”， 是一种标明身份等级的重要礼器文献记载：“天子九 鼎，诸侯七鼎，大夫五鼎，元士三鼎或一鼎”，又载“ 铸九鼎，像九州”。

又有成语一言九鼎、问鼎中原、三 足鼎立等青铜鼎的前身是原始社会的陶鼎，本来是日 用的饮食容器，后来发展成祭祀天帝和祖先的“神器” ，并被笼罩上一层神秘而威严的色彩在古代,鼎是贵 族身份的代表典籍载有天子九鼎、诸侯七鼎、大夫五 鼎、元士三鼎或一鼎的用鼎制度此外，鼎也是国家政 权的象征，《左传》有载：“桀有昏德，鼎迁于商；商 纣暴虐，鼎迁于周”鼎大多为三足圆形，但也有四足 的方鼎司母戊鼎便是最负盛名的四足大方鼎)朱明工作室 zhubob@司母戊鼎是商后期(约公元前十四世纪至公元前十 一世纪)铸品,原器1939年3月出土于河南安阳侯家庄武 官村此鼎形制雄伟，重达 832.84公斤，高133厘米、 口长110厘米、口宽79厘米，是迄今为止出土的最大最 重的青铜器司母戊鼎初为乡人私自挖掘,出土后因过 大过重不易搬迁,私掘者又将其重新掩埋司母戊鼎在 1946年6月重新出土新中国成立后,于1959年入藏中国 历史博物馆此鼎器形庞大浑厚,其腹部铸有“司母戊”3字;是 商王祖庚或祖甲为祭祀其母所铸司母戊鼎的鼎身和鼎 足为整体铸成,鼎耳是在鼎身铸好后再装范浇铸的铸 造这样高大的铜器，所需金属料当在1000千克以上，且 必须有较大的熔炉。

经测定,司母戊鼎含铜84.77%,锡 11.64%,铅2.79%，其他0.8%与古文献记载制鼎的铜锡 比例基本相符司母戊鼎充分显示出商代青铜铸造业的 生产规模和技术水平朱明工作室 zhubob@一.铜及铜合金铜及其合金是人类应用最早的金属，目前工业上使用 的主要有工业纯铜、黄铜、青铜 1.工业纯铜 纯铜呈玫瑰红色，因表面经常形成一层紫红色的氧化 物，俗称紫铜、电解铜其熔点为1083℃，密度为 8.96g/cm3，为面心立方晶格纯铜的性能特点：具有很高的导电导热性，仅次于银 ；化学稳定性高，抗大气腐蚀性好，无磁性，塑性好，但 强度低牌号：工业纯铜牌号为T+顺序号，共有T1,T2, T3,T4 ；序号越大，纯度越低（见下图） 朱明工作室 zhubob@纯铜牌号纯度铋朱明工作室 zhubob@2.黄铜黄铜以锌为主要合金元素的铜基合金它具有良好 的力学性能、加工成形性、导电性和导热性，价格较低 ，是有色金属中应用最广的金属材料可分为普通和特 殊黄铜两类，按加工方式分为压力加工黄铜和铸造黄铜 朱明工作室 zhubob@3.压力加工普通黄铜：也叫二元黄铜，是Cu-Zn二 元合金根据含锌量，可分为（小于39％）单相（α） 黄铜和（39％～45％）双相（α＋β）黄铜两种。

①α相是锌溶于铜中的固溶体，溶解度随温度的下 降而增大，为面心立方晶格，塑性好，可冷热加工②α＋β相是以电子化合物CuZn为基的固溶体，室 温下较脆，但加热到450℃以上时，塑性良好其性能 随锌含量增加，起初强度和塑性都提高，而后由于出现 了β相，强度继续升高，但塑性下降，直至全部为β相 时，强度塑性急剧下降，如下页图所示其牌号为H+铜的名义质量分数，如H62而H70、 H68又称为三七黄铜，因强度高，塑性好常用来制作枪 弹壳和炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称朱明工作室 zhubob@黄铜的机械性能与含锌量的关系伸长率抗拉强度朱明工作室 zhubob@单相黄铜的显微组织 双相黄铜的显微组织 朱明工作室 zhubob@4.压力加工特殊黄铜：在铜锌二元合金的基础上加 入其它合金元素组成的多元合金常加入锡、硅、铅、 铝、锰等，称为锡黄铜、硅黄铜、铅黄铜，铝黄铜锡能显著提高耐蚀性，主要用于船舶及汽车的零件 ；铅能改善切削加工性能，提高耐磨性，故铅黄铜用 于钟表零件；硅能显著提高黄铜的机械性能、耐蚀性，具良好铸 造性能，用于船舶及化工零件其牌号为H+主加元素符号+铜及各合金元素的名义 质量分数，如HPb59-1。

朱明工作室 zhubob@5.铸造黄铜：采用铸造方法来生产的黄铜其代号 为ZCu+合金元素1的化学符号及其名义质量分数，如： ZCuZn38、ZCuZn40Pb2等朱明工作室 zhubob@6.青铜除黄铜、白铜以外的铜合金均称为青铜 工业上常用的有锡青铜、铝青铜、铍青铜等一般都有高 的耐蚀性、较高的导电导热性及良好的切削加工性分为 压力加工青铜，代号为Q+第一个主加元素的化学符号及其 名义质量分数-数字（其它合金元素的名义质量分数）， 如QSn4-3表示含锡4％，含锌3％铸造青铜，代号为ZCu+合金元素1的化学符号及其名 义质量分数+合金元素2及其名义质量分数+……如 ZCuSn10Zn2朱明工作室 zhubob@①锡青铜：以锡为主要添加元素的铜基合金耐蚀、 耐磨、强度高、弹性好，常用牌号有QSn4-3等，用于弹簧 、轴瓦、衬套等耐磨零件②铝青铜：以铝为主要合金元素的铜基合金它有良 好的力学性能，耐蚀、耐磨，有良好的铸造性能，受冲击 无火花常用牌号有QAl9-4，QAl5等，用于轴套、齿轮、 蜗轮、管路配件等③铍青铜：以铍为主要合金元素的铜基合金。

有很高 的强度、硬度疲劳极限和弹性极限，耐蚀、耐热、无磁性 、导电导热性好，受冲击无火花，冷热加工，铸造性能均 好常用牌号有QBe2，主要用于制作高级精密的弹性元件 ，如弹簧、膜片特殊要求的耐磨零件，如钟表的齿轮和 发条，高速高温高压下的轴承、衬套 朱明工作室 zhubob@朱明工作室 zhubob@7.本任务的结论（课本P129）：根据对铜合金性能特点及主要用途的分析，依据发 动机散热器使用性能要求，最好选用普通黄铜制造，例 如H68朱明工作室 zhubob@任务二：选择铝合金制造内燃机活塞发动机活塞是发动机上除了火花塞之外，工作环境 最恶劣的了要求在高温条件下，承受无限次的周期变 速载荷，要求其质量轻，又要强度高，还要耐腐蚀，因 此选择材料的范围很窄纯铝虽然导热性好，密度小，但强度很低，显然不 是首选但是，在纯铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合 金元素，再经过冷变形和热处理之后，情况就改观了 下面先介绍纯铝。