第六章 有色金属及其合金17652.ppt

第六章 有色金属及其合金 l在工业生产中，通在工业生产中，通常把铁及其合金称常把铁及其合金称为为黑色金属黑色金属，把其，把其他非铁金属及其合他非铁金属及其合金称为金称为有色金属有色金属。第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 一、铝及铝合金性能特点一、铝及铝合金性能特点 纯铝具有银白色金属光泽，纯铝具有银白色金属光泽，密度小密度小(2.72)，熔点低，熔点低(660.4),导电、导热性导电、导热性能优良。能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。异构转变，无磁性。铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。铝合金常加入的元素主要有铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等等辅辅加元素。加元素。铝合金型材铝合金型材铝铸件铝铸件可将铝合金分可将铝合金分为变形铝合金为变形铝合金和铸造铝合金和铸造铝合金两大类。两大类。变形铝合金又变形铝合金又分为可热处理分为可热处理强化和不可热强化和不可热处理强化两类处理强化两类.铝合金分类铝合金分类示意图示意图l二、铝合金的分类二、铝合金的分类l铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。三、铝合金的热处理三、铝合金的热处理 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。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。某温度保温，以析出弥散强化相的热处理。l可热处理强化变形铝合可热处理强化变形铝合金的热处理方法：固溶金的热处理方法：固溶处理处理+时效。时效。l固溶处理是指将合金加固溶处理是指将合金加热到固溶线以上，保温热到固溶线以上，保温加热固溶淬火过饱和时效析出在室温下进行的时效称自然时效；在加热条件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。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。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，时效曲线上出温度一定时，随时效时间延长，时效曲线上出现峰现峰值，超过峰值时间，值，超过峰值时间，析出相聚集长大，强析出相聚集长大，强度下降，为度下降，为过时效。过时效。随时效温度提高，峰随时效温度提高，峰值强度下降，出现峰值强度下降，出现峰值的时间提前。值的时间提前。含含4%Cu铝合金的时效曲线铝合金的时效曲线 时效时间时效时间/dGB 3190-82中的旧牌号仍可继中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为续使用，表示方法为:防锈铝合金：防锈铝合金：LF+序号序号 硬铝合金：硬铝合金：LY+序号序号 超硬铝合金：超硬铝合金：LC+序号序号 锻铝合金：锻铝合金：LD+序号序号铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝合金波纹管铝铝合合金金制制品品铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属铝是可以回收利用的金属 常用变形铝合金常用变形铝合金 防锈铝合金防锈铝合金主要主要是是Al-Mn和和Al-Mg系合金系合金。Mn和和Mg主要作用是主要作用是卫星天线卫星天线（LF2）提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。l防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、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。焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。l不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。汽化汽化汽化汽化器器器器(热热热热交换交换交换交换管为管为管为管为LF21LF21)常用的常用的Al-Mn系合金有系合金有 LF21（3A21），），其其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、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。管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的常用的Al-Mg系合金系合金有有 LF5（5A05），），其密其密度比度比纯纯 铝铝小小，强强度度比比Al-Mn合合金金高高，在在航航空空工工业业中中得得到到广广泛泛应应用用，如如制制造造管管道道、容容器器、铆铆钉钉及及承承受受中中等等载载荷荷的的零件。零件。硬铝合金硬铝合金主要主要是是Al-Cu-Mg系合金，并含少量系合金，并含少量Mn。可进行时效强化，也可进行变形强化。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，耐蚀性低于防强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。锈铝。l常用硬铝合金如常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等，用于制造等，用于制造冲压件冲压件、模锻件和铆模锻件和铆接件，如螺旋桨、梁、接件，如螺旋桨、梁、铆钉等铆钉等.飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)超硬铝合金超硬铝合金属属Al-Zn-Mg-Cu系合金，系合金，并含有少量并含有少量Cr和和Mn。时效强化效果超过硬铝合时效强化效果超过硬铝合金金.热态塑性好，但耐蚀性差。热态塑性好，但耐蚀性差。常用合金有常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等，主要用等，主要用于工作温度较低、受力较于工作温度较低、受力较大的结构件大的结构件,如飞机大梁、如飞机大梁、起落架等起落架等.飞飞机机主主起起落落架架 锻铝合金锻铝合金Al-Cu-Mg-Si系合金系合金 可锻性好，力学性能可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷锻件和模锻件，如喷气发动机压气机叶轮、气发动机压气机叶轮、导风轮等导风轮等.压气机叶片压气机叶片压气机叶片压气机叶片lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金 常用牌号有常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等等。用于制造。用于制造150 225下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。蒙皮等。美美F-117隐身战斗机隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金)高高比强铝合金机翼比强铝合金机翼2、铸造铝合金、铸造铝合金 包括：包括：Al-Si系：系：代号为代号为ZL1+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Cu系：代号为系：代号为ZL2+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Mg系：代号为系：代号为ZL3+两位数字顺序号两位数字顺序号Al-Zn系：系：代号为代号为ZL4+两位数字顺序号两位数字顺序号 Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 l又称又称硅铝明硅铝明。其中。其中ZL102(ZAlSi12)是含是含12%Si的铝硅二元合的铝硅二元合金，称为简单硅铝明金，称为简单硅铝明.57712.7%Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，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，强度低于铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合系合金。金。汽缸头汽缸头l常用代号有常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于等。主要用于制造在较高温度下工作制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。Al-Mg系铸造系铸造铝合金铝合金这类合金的耐蚀这类合金的耐蚀性好，强度高，性好，强度高，密度小；但铸造密度小；但铸造性能差性能差,耐热性低。耐热性低。l常用代号为常用代号为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等等.l主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介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。质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等鼓风机密封件等(ZL102、301)Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然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，耐蚀性较差时效强化；但密度大，耐蚀性较差。大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)l常用代号为常用代号为ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等等.l主要用于制造形状复主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。飞机、仪器零件。第三节第三节 铜及铜合金铜及铜合金 一、铜及铜合金性能特点一、铜及铜合金性能特点纯铜呈紫红色，故又称紫纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。无同素异构转变，无磁性。纯铜具有优良的导电性和纯铜具有优良的导电性和导热性，在大气、淡水和导热性，在大气、淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。冷凝水中有良好的耐蚀性。塑性好。塑性好。热轧铜合金热轧铜合金铜合金常加元素为铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了强度，又等，既提高了强度，又保持了纯铜特性保持了纯铜特性.铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。类。铜管铜管铜与铜与黄铜带黄铜带二、黄铜二、黄铜以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。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黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。黄铜铸件黄铜铸件黄铜铸件黄铜铸件黄铜棒黄铜棒1、普通黄铜、普通黄铜铜与锌的二元合铜与锌的二元合金称为普通黄铜。金称为普通黄铜。加工普通黄铜的加工普通黄铜的牌号为：牌号为：H(黄黄)+表示铜平均百表示铜平均百分含量的数字，分含量的数字，如如H68。l从铜锌合金相图可以看出黄铜有从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和和+两种组织两种组织,分别称单相黄铜和两相黄铜。分别称单相黄铜和两相黄铜。普通黄铜的显微组织普通黄铜的显微组织 单相黄铜单相黄铜 两相黄铜两相黄铜 单相黄铜塑性好。单相黄铜塑性好。常用牌号有常用牌号有H80、H70、H 68。适于制造冷变形零件，适于制造冷变形零件，如弹壳、冷凝器管等。如弹壳、冷凝器管等。两相黄铜热塑性好两相黄铜热塑性好,强强度高度高.常用牌号有常用牌号有H59、H62。适于制造受力件，如垫适于制造受力件，如垫圈、弹簧、导管、散热圈、弹簧、导管、散热器等器等。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套汽车机油泵衬套2、特殊黄铜、特殊黄铜在普通黄铜的基础上加入在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊等元素形成特殊黄铜。黄铜。加工特殊黄铜的牌号为：加工特殊黄铜的牌号为：H(黄黄)+主加元素符号主加元素符号(Zn除外除外)+铜平均百分含量铜平均百分含量+主加元素平均百分含量主加元素平均百分含量,如如HPb59-1.特殊黄铜强度、耐蚀性比特殊黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好，铸造性能改普通黄铜好，铸造性能改善。善。黄黄铜铜制制品品黄铜棒黄铜棒黄铜棒黄铜棒常用牌号有常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、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。螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。三、青铜三、青铜除黄铜和白铜外的其他铜除黄铜和白铜外的其他铜合金统称为青铜。合金统称为青铜。加工青铜的牌号为加工青铜的牌号为：Q+主主加元素符号及其平均百分加元素符号及其平均百分含量含量+其他元素平均百分含其他元素平均百分含量量如如QSn4-3(含含4%Sn、3%Zn).常用青铜有锡青铜、铝青常用青铜有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、铅铜、铍青铜、硅青铜、铅青铜等青铜等。青铜制品青铜制品1、锡青铜、锡青铜是以锡为主加元素的铜合是以锡为主加元素的铜合金，锡含量一般为金，锡含量一般为314%。锡青铜铸造流动性差，铸锡青铜铸造流动性差，铸件密度低，易渗漏，但体件密度低，易渗漏，但体积收缩率在有色金属中最积收缩率在有色金属中最小小。锡青铜耐蚀性良好，在大锡青铜耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，的耐蚀性比纯铜和黄铜好，但在硫酸、盐酸和氨水中但在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。的耐蚀性较差。锡青铜锭锡青铜锭Cu-Sn相图相图常用牌号常用牌号有有QSn4-3、QSn6.5-0.4、ZCuSn10Pb1等。等。l主要用于耐蚀承载件主要用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、垫圈等。轴、蜗轮、垫圈等。锡青铜管锡青铜管船用青铜软船用青铜软管快速接头管快速接头阀阀(锡青铜阀锡青铜阀体、阀盖体、阀盖)2、铝青铜、铝青铜以铝为主加元以铝为主加元素的铜合金，素的铜合金，铝含量为铝含量为511%。强度、硬度、强度、硬度、耐耐大型水力发电设备中的抗磨环大型水力发电设备中的抗磨环 磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜，铸造性磨性、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。能好，但焊接性能差。l常用牌号有常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。等。l主要用于制造船舶、飞机及仪器中的高强、耐磨、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。耐蚀件，如齿轮、轴承、蜗轮、轴套、螺旋桨等。3、铍青铜、铍青铜以铍为主加元素的铜合金，铍含量为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，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，良好的导电性、导热性、冷热加工及铸造性能，但价格较贵但价格较贵.铍青铜制品铍青铜制品l常用牌号有常用牌号有QBe2、QBe1.7、QBe1.9等等。l用于重要的弹性件、耐磨用于重要的弹性件、耐磨件，如精密弹簧、膜片，件，如精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件具、航海罗盘等重要机件.普通白铜普通白铜是是Cu-Ni二元合金，具有较高的耐蚀性二元合金，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。和抗腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。普通白铜牌号普通白铜牌号：B+镍的平均百分含量镍的平均百分含量，如，如B5。常用牌号有常用牌号有B5、B19等等。用于在蒸汽和海水环。用于在蒸汽和海水环境下工作的精密机械境下工作的精密机械,仪表零件及冷凝器仪表零件及冷凝器,蒸馏蒸馏器器,热交换器等热交换器等.白铜件白铜件l四、白铜四、白铜l以镍为主要合金元素的铜以镍为主要合金元素的铜合金称白铜。分普通白铜合金称白铜。分普通白铜和特殊白铜。和特殊白铜。特殊白铜是在普通白铜基础上添加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、铝等元素形成的，分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。白铜等。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。其耐蚀性、强度和塑性高，成本低。常用牌号如常用牌号如BMn40-1.5(康铜康铜)、BMn43-0.5(考考铜铜)。用于制造精密机械、仪表零件及用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械医疗器械等。等。康铜热偶康铜热偶白铜型材白铜型材