第七章 有色金属及粉末冶金材料课件.ppt

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1、第第 七七 章章有色金属及粉末冶金材料有色金属及粉末冶金材料 第一节 铝及铝合金 一、工业纯铝 一种银白色光泽的金属，密度较小，熔点低（，具有优良的导电、导热性能。纯铝为面心立方晶格金属，无同素异晶转变。 纯铝的强度很低，但塑性很高，通过加工硬化可提高纯铝的力学性能，纯铝一般不适宜作为结构材料使用。 工业纯铝分为纯铝（99%wAl99.85%）和高纯铝（wAl99.85%）两类。 二、铝合金的分类及热处理 （一）铝合金分类 分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。 1.变形铝合金 成分在D点左边的合金。 成分在F点以左的合金，不可热处理强化铝合金；成分在FD之间的铝合金可热处理强化铝合金。 2.铸造

2、铝合金 成分在D点右边的铝合金，具有共晶组织，熔点低、流动性好，适宜铸造。 （二）铝合金的热处理可热处理强化的铝合金通过淬火+时效获得高强度的。 淬火是将其加热到相区进行保温得到单一的固溶体组织，然后在水中快冷至室温，使第二相质点来不及析出，从而得到过饱和、不稳定的单相固溶体组织，又称为固溶处理。 时效 淬火后的铝合金，若在室温下停留一段时间，其强度、硬度会显著提高，同时塑性则下降。 三、变形铝合金 变形铝合金牌号用“A”表示。 按其主要性能特点不同可分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝四类。 （一）防锈铝 主要是铝-锰系或铝-镁系合金。具有很高的抗腐蚀性，同时具有良好的塑性和焊接性能，但强度较低，

3、时效强化效果较弱。 （二）硬铝 属于铝-铜-镁系合金，是一种应用较广的可热处理强化的铝合金。 （三）超硬铝 铝-锌-镁-铜系合金。在铝合金中，超硬铝时效强化效果最好，室温下的强度最高。 （四）锻铝 分为铝-镁-硅-铜和铝-铜-镁-铁-镍系铝合金。 四、铸造铝合金 力学性能与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，更适于锻造。 主要有铝-硅系、铝-铜系、铝-镁系及铝-锌系铝合金四种，其中以铝-硅系铸造铝合金应用最为广泛。 铸造铝合金的代号是用 “ZL”及三位数字表示。 （一）铝硅合金 具有优良的铸造性能，流动性好、收缩及热裂倾向小、耐蚀性能好，具有较高的强度。 铸造铝硅合金一般用来制造轻质、耐蚀、形状复

4、杂但强度要求不高的铸件。 （二）其他铸造铝合金 铝铜合金具有较高的耐热强度，但铸造性能差，抗蚀性不好。 铝镁合金密度小、耐蚀性能好、强度高，但铸造性能差，易产生热裂和缩松。 铝锌合金强度较高，但耐蚀性能较差，在加入适量的锰、镁等合金元素后可适当提高耐蚀性。 第二节 铜及铜合金 一、工业纯铜 纯铜的密度为8.96gcm3，熔点为1083，具有面心立方晶格，无同素异晶转变。 工业纯铜的代号用 “T”加顺序号表示，有三个代号：T1，T2和T3， 二、铜合金的分类 （一）按化学成分分 黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金； 白铜 以镍为主要合金元素的铜合金； 青铜 以除锌和镍以外的其它元素作为主要合金元素

5、的铜合金。 （二）按生产方法分分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。 三、黄铜 （一）普通黄铜 铜和锌组成的二元铜合金。 锌对铜合金力学性能的影响 普通黄铜牌号表示方法为：H+铜元素含量 （二）特殊黄铜 特殊加工黄铜牌号表示方法为：H+主加元素的化学符号（除锌以外）+铜及各合金元素的含量。 在普通二元黄铜的基础上，再加入其它合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜。 四、青铜 除以锌、镍外的元素为主要合金元素的铜合金。 加工青铜的牌号表示方法为“Q”(“青”的汉语拼音字首)+第一主加元素符号及平均含量（质量分数）+其它合金元素的含量（质量分数）。 （一）锡青铜 wSn=57%的锡青铜，塑性最好，适于

6、冷、热加工用；wSn7%的锡青铜，强度较高，适用于铸造。 （二）铝青铜 一般含铝量为511%，它具有高的强度、耐蚀性和抗磨能力，并可热处理强化。 （三）铍青铜 时效强化效果最好的铜合金，具有高的强度、硬度、弹性极限、疲劳极限、耐蚀性、耐磨性、良好的导电性和导热性。 第三节 滑动轴承合金 在滑动轴承中，用来制造轴瓦及其内衬的合金称为轴承合金。一、轴承合金的性能要求 具有较高的抗压强度和疲劳强度，以保证能承受轴颈所施加的压力。 具有较高的耐磨性、较小的摩擦系数和良好的磨合性能。 具有足够的塑性和韧性，以保证与轴的良好配合，能够抵抗振动和冲击力的作用。 具有良好的耐蚀性和导热性，较小的膨胀系数，防止

7、咬合。 制造简便，价格低廉。二、轴承合金的组织特征 （一）在软的基体上分布着硬质点 滑动轴承的理想组织 由于基体软，不仅抗振动、抗冲击能力较强，同时还具有良好的磨合性，能够保证机构的安全运行。 有铅基和锡基轴承合金，也称为“巴氏合金”。 （二）在硬的基体上分布着软质点 这类组织的轴承合金具有低的摩擦系数，但其磨合性较差。用于高转速、高载荷的工作条件下。属于这类组织的轴承合金有铝基轴承合金和铜基轴承合金等。三、常用的轴承合金（一）锡基轴承合金（锡基巴氏合金） 主要优点是摩擦系数和膨胀系数小，塑性和导热性好，抗腐蚀性高。 主要缺点是抗疲劳强度较差，因锡较稀缺，故这种轴承合金价格较高。（二）铅基轴承

8、合金（铅基巴氏合金） 铅基轴承合金的强度、塑性、韧性及导热性、耐蚀性均较锡基轴承合金低，且摩擦系数较大，不能承受大的压力，但价格较便宜。 （三）铜基轴承合金常用的铜基轴承合金有铅青铜、锡青铜等。 硬基体加软质点的组织。用于制造高速、高压下工作的轴承，如制造航空发动机、高速柴油机和其它高速设备上的主要轴承。 （四）铝基轴承合金 密度小、导热性好、疲劳强度高和耐蚀性好的特点，能在较大的压力与速度下运行，并具有原料丰富、价格低廉等优点。 第四节 粉末冶金材料 不经过熔炼和铸造而直接用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结而制成的具有一定强度、多孔性的材料。 一、粉末冶金法及其

9、应用 压制品达到或接近于设计要求的零件形状、尺寸精度与表面粗糙度，减少切削加工工序，生产效率、材料利用率高，生产成本降低。 常用的粉末冶金材料有减摩材料、结构材料、摩擦材料、硬质合金、难熔金属材料、过滤材料、磁性材料、耐热材料等。 二、常用的粉末冶金材料 （一）硬质合金 以碳化钨（WC）或碳化钨与碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）等高熔点、高硬度的碳化物为主要成分，并加入钴（或镍）作为粘结剂通过粉末冶金法制得的一种粉末冶金材料。 1.硬质合金的性能特点 硬度高、热硬性高、耐磨性好 抗压强度高 在大气、酸、碱等介质中具有良好的耐蚀性及抗氧化性。 线膨胀系数小 2.常用的硬质合金 钨钴类硬质合金主

10、要成分为碳化钨及钴。 钨钴钛类硬质合金主要成分为碳化钨、碳化钛及钴。 钨钛钽（铌）类硬质合金又称通用硬质合金或万能硬质合金，是由碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）和钴组成的硬质合金。 3.硬质合金的应用 主要用来制造高速切削及加工高硬度材料的刃具，也可用于制造某些冷作模具、量具及不受冲击、振动的高耐磨零件（如磨床顶尖等）。 （二）含油轴承材料含油轴承材料是一种多孔性的烧结减摩材料。 1.铁基含油轴承材料常用的有铁-石墨（wG=0.53%）粉末合金和铁-硫（wS=0.51%）-石墨（wG=12%）粉末合金。 2.铜基含油轴承材料 由青铜粉末+石墨粉末制成的粉末合金。 （三）铁基结构材料 用碳钢或合金钢粉末为主要材料，并采用粉末冶金方法制成的金属材料或直接制成结构零件。 （四）烧结摩擦材料 由强度高、导热性好、熔点高的金属（如用铁、铜）作为基体成分，并加入能提高摩擦系数的摩擦物质（如Al2O3、SiO2及石棉等）以及能抗咬合、提高减摩性的润滑物质（如铅、锡、石墨、二硫化钼等）的制成的粉末冶金材料。