第六章 有色金属及粉末冶金材料.ppt

《第六章 有色金属及粉末冶金材料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章 有色金属及粉末冶金材料.ppt（76页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第六章第六章 有色金属及粉末冶金材料有色金属及粉末冶金材料6.1 铝及铝合金铝及铝合金6.2 铜及铜合金铜及铜合金6.3 滑动轴承合金滑动轴承合金6.4 粉末冶金材料粉末冶金材料 在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料，其在有色金属中，铝及铝合金是应用最广泛的一类金属结构材料，其产量仅次于钢铁，是地壳中储量最多的一种元素。产量仅次于钢铁，是地壳中储量最多的一种元素。一、工业纯铝一、工业纯铝 纯铝是一种具有银白色光泽的金属，它的密度较小纯铝是一种具有银白色光泽的金属，它的密度较小(约为约为2.7g/cm3)，熔点低，熔点低(660)，其导电、导热性优良，仅次于银、，其导电、导热性

2、优良，仅次于银、铜、金。纯铝呈面心立方晶格，无同素异构转变。因此，铝合金的热铜、金。纯铝呈面心立方晶格，无同素异构转变。因此，铝合金的热处理强化原理与钢不同。处理强化原理与钢不同。纯铝化学性质活泼，在大气中极易与氧作用，在表面生成一层结纯铝化学性质活泼，在大气中极易与氧作用，在表面生成一层结合牢固致密的氧化膜，防止铝继续氧化，从而使它在大气中具有良好合牢固致密的氧化膜，防止铝继续氧化，从而使它在大气中具有良好的抗蚀性。但在碱和盐的水溶液中，由于铝表面的氧化膜容易被溶解，的抗蚀性。但在碱和盐的水溶液中，由于铝表面的氧化膜容易被溶解，会使铝进一步被腐蚀。会使铝进一步被腐蚀。6.1 铝及铝合金铝及铝

3、合金下一页下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金 纯铝的强度很低纯铝的强度很低(b=80100MPa,20HBS)，但塑性很高，但塑性很高(=35%40%,=80%)。容易于通过压力加工制成各种规格。容易于通过压力加工制成各种规格的半成品。通过加工硬化的方法，可以提高纯铝的强度的半成品。通过加工硬化的方法，可以提高纯铝的强度(b=150200 MPa)，但塑性下降，但塑性下降(=50%60%)。纯铝的主要用途是纯铝的主要用途是:代替贵重的铜合金，制作电线、电缆代替贵重的铜合金，制作电线、电缆;配制各种配制各种铝合金以及制作要求质量轻、导热性好、耐大气腐蚀但强度要求不高铝合金以及制作要求质量

4、轻、导热性好、耐大气腐蚀但强度要求不高的器具、包覆材料等。的器具、包覆材料等。工业纯铝分为纯铝工业纯铝分为纯铝(99%wAl99.85%)两类。纯铝分为铸造纯铝及变形铝两种。按两类。纯铝分为铸造纯铝及变形铝两种。按GB/T 8063-1994规定，铸造纯铝牌号由规定，铸造纯铝牌号由“Z”和铝的化学元素符号及表明铝含量和铝的化学元素符号及表明铝含量的数字组成，的数字组成，例如例如ZA199.5表示表示wA1=99.5%的铸造纯铝的铸造纯铝;按按GB/T 16474-1996规定，原始纯铝用规定，原始纯铝用1A x x表示，牌号的最后两位数字表示最低表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量铝百分

5、含量x 100(质量分数质量分数x 100)中小数点后面两位数字，例如，中小数点后面两位数字，例如，牌号牌号1A30的变形铝表示的变形铝表示wA1=99.30%的原始纯铝，按的原始纯铝，按GB/T3190-1998规定，我国变形铝的牌号有规定，我国变形铝的牌号有1A50,1A30等。高等。高纯铝的牌号有纯铝的牌号有1A99、1A97、1A93、1A90、1A85等。等。二、铝合金的分类及热处理二、铝合金的分类及热处理 纯铝的强度较低，不适宜用来制造承受载荷的结构零件。若向铝中纯铝的强度较低，不适宜用来制造承受载荷的结构零件。若向铝中加人适量的硅、铜，镁、锰、锌等合金元素可得到具有较高强度的铝合

6、加人适量的硅、铜，镁、锰、锌等合金元素可得到具有较高强度的铝合金，若再进行冷变形加工或热处理，可进一步提高其强度。金，若再进行冷变形加工或热处理，可进一步提高其强度。6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页由于铝合金的比强度由于铝合金的比强度(即强度与其密度之比即强度与其密度之比)高，并具有良好的耐蚀性高，并具有良好的耐蚀性和切削加工性能，因此，广泛应用于航空航大、机械制造、建筑及日和切削加工性能，因此，广泛应用于航空航大、机械制造、建筑及日常用品等领域。常用品等领域。1.铝合金分类铝合金分类 铝与主加元素的二元相图一般都具有如图铝与主加元素的二元相图一般都具有如图6-1所示的形式。根据相所示

7、的形式。根据相图最大溶解度图最大溶解度D点，可把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。点，可把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。图图6-1中中D点是合金元素在。相中的最大溶解度，点是合金元素在。相中的最大溶解度，DF是溶解度随温是溶解度随温度的变化曲线。成分在度的变化曲线。成分在D点左边的合金，在加热时能形成单相的固溶点左边的合金，在加热时能形成单相的固溶体组织，因其塑性好，变形抗力小，适于压力加工，故称为变形铝合体组织，因其塑性好，变形抗力小，适于压力加工，故称为变形铝合金。这类铝合金又可分为两类金。这类铝合金又可分为两类:6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页成分在成分在F点以左的合金，由于

8、点以左的合金，由于固溶体成分不随温度而变化，故不能通固溶体成分不随温度而变化，故不能通过热处理方法进行强化，称为不可热处理强化铝合金过热处理方法进行强化，称为不可热处理强化铝合金;成分在成分在FD之间的之间的铝合金，由于铝合金，由于固溶体成分随温度而变化，故可通过热处理方法进行强固溶体成分随温度而变化，故可通过热处理方法进行强化，称为可热处理强化铝合金。化，称为可热处理强化铝合金。2.铝合金的热处理铝合金的热处理 铝合金的热处理方法主要有退火、淬火与时效。铝合金的热处理方法主要有退火、淬火与时效。(1)退火铝合金的退火有下列几种。退火铝合金的退火有下列几种。铝合金低温退火的口的是消除零件在加工

9、过程中产生的内应力，防铝合金低温退火的口的是消除零件在加工过程中产生的内应力，防止零件变形，适当增加塑性，退火的加热温度通常在止零件变形，适当增加塑性，退火的加热温度通常在180300，保温后空冷。保温后空冷。下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金 再结晶退火是将铝合金加热到再结晶温度以上保温一段时间后空再结晶退火是将铝合金加热到再结晶温度以上保温一段时间后空冷。主要用于消除零件在冷变形加工过程中产生的加工硬化，恢复塑冷。主要用于消除零件在冷变形加工过程中产生的加工硬化，恢复塑性，以便继续进行成形加工。性，以便继续进行成形加工。均匀化退火的口的是消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑均匀

10、化退火的口的是消除铸锭或铸件的成分偏析及内应力，提高塑性，通常在高温下进行长时间保温后空冷。性，通常在高温下进行长时间保温后空冷。(2)淬火与时效可热处理强化的铝合金是通过淬火与时效获得高强淬火与时效可热处理强化的铝合金是通过淬火与时效获得高强度的。铝合金的强化机理与钢不同，由钢的热处理可知，碳的质量分度的。铝合金的强化机理与钢不同，由钢的热处理可知，碳的质量分数较高的钢经淬火后可立即获得很高的硬度，但塑韧性较低。而铝合数较高的钢经淬火后可立即获得很高的硬度，但塑韧性较低。而铝合金进行淬火后，其强度和硬度并不立即升高，并且塑性很好，但将淬金进行淬火后，其强度和硬度并不立即升高，并且塑性很好，但

11、将淬火后的铝合金在室温下或一定的温度下保持一段时间后，火后的铝合金在室温下或一定的温度下保持一段时间后，下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金通过析出弥散分布的第二相质点使铝合金的强度和硬度升高，并且保通过析出弥散分布的第二相质点使铝合金的强度和硬度升高，并且保持时间愈长，强度、硬度愈高，直至趋于某一恒定值。持时间愈长，强度、硬度愈高，直至趋于某一恒定值。图图6-2为为Al4%Cu铝合金淬火后的自然时效曲线。铝合金淬火后的自然时效曲线。铝合金的淬火是将其加热到铝合金的淬火是将其加热到a相区进行保温得到单一的固溶体组织，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，使第二相来不及析

12、出，得到过饱和、不稳定然后在水中快冷至室温，使第二相来不及析出，得到过饱和、不稳定的单一的的单一的固溶体，铝合金的这种淬火又称为固溶处理。固溶体，铝合金的这种淬火又称为固溶处理。淬火后铝合金，若在室温下停留相当长的时间，其强度、硬度才显淬火后铝合金，若在室温下停留相当长的时间，其强度、硬度才显著提高，同时塑性则下降。而在淬火后较短的时间内，其强度、硬度著提高，同时塑性则下降。而在淬火后较短的时间内，其强度、硬度变化并不大，在这段时间内铝合金具有很好的塑性，可以进行各种冷变化并不大，在这段时间内铝合金具有很好的塑性，可以进行各种冷变形加工变形加工(如铆接、弯曲、校正等如铆接、弯曲、校正等)，随后

13、强度、硬度会很快增高。，随后强度、硬度会很快增高。下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金我们将淬火后铝合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长，我们将淬火后铝合金在室温或低温加热下保温一段时间，随时间延长，其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效强化或沉淀硬化。其强度、硬度显著升高而塑性降低的现象，称为时效强化或沉淀硬化。一般把铝合金在室温下进行的时效称为自然时效一般把铝合金在室温下进行的时效称为自然时效;加热到加热到100以上以上进行的时效称为人工时效。进行的时效称为人工时效。铝合金时效强化的速度及效果与进行时效的温度有关。时效温度铝合金时效强化的速度及效果与进行时效的温度有

14、关。时效温度增高，会加速时效强化过程的进行，使合金达到最高强度所需的时间增高，会加速时效强化过程的进行，使合金达到最高强度所需的时间缩短，但获得的最高强度值却降低，强化效果不好。如果时效温度过缩短，但获得的最高强度值却降低，强化效果不好。如果时效温度过高、时效时间过长，合金的强度、硬度反而下降，这种现象称为过时高、时效时间过长，合金的强度、硬度反而下降，这种现象称为过时效。效。图图6-3为为Al-4%Cu铝合金淬火后在不同温度下的时效曲线。如铝合金淬火后在不同温度下的时效曲线。如果时效温度在室温以下，原子不容易进行扩散，则时效过程进行很慢。果时效温度在室温以下，原子不容易进行扩散，则时效过程进

15、行很慢。下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金例如，在例如，在-50以下长期放置后，淬火铝合金的力学性能几乎没有变以下长期放置后，淬火铝合金的力学性能几乎没有变化。在生产中，某些需要进一步加工变形的零件化。在生产中，某些需要进一步加工变形的零件(如铝合金铆钉等如铝合金铆钉等)，可在淬火后于低温状态下保存，使其在需要加工变形时仍具有良，可在淬火后于低温状态下保存，使其在需要加工变形时仍具有良好的塑性。好的塑性。若将已进行自然时效的铝合金重新加热至若将已进行自然时效的铝合金重新加热至200270短时间短时间保温，快速冷至室温，铝合金的性能又会重新变软恢复到淬火状态，保温，快速冷至室温，铝合金的

16、性能又会重新变软恢复到淬火状态，这种处理称为回归处理。经过回归处理的铝合金在室温下放置，则这种处理称为回归处理。经过回归处理的铝合金在室温下放置，则仍能进行时效强化，但时效后的强度有所下降。仍能进行时效强化，但时效后的强度有所下降。三、变形铝合金三、变形铝合金 变形铝合金可按其主要性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝与锻变形铝合金可按其主要性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝与锻铝四类。铝四类。下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金其中防锈铝为不可热处理强化铝合金，硬铝、超硬铝与锻铝为可热处其中防锈铝为不可热处理强化铝合金，硬铝、超硬铝与锻铝为可热处理强化铝合金。理强化铝合金。变形铝合金牌号新的表

17、示方法是按变形铝合金牌号新的表示方法是按GB/T 16474-1996规定，用规定，用xAx x表示，第一、三、四位为数字。牌号中第一位数字是依主要合表示，第一、三、四位为数字。牌号中第一位数字是依主要合金元素金元素Cu,Mn,Si,Mg,Mgt Si,Zn的顺序从的顺序从27来表示来表示变形铝合金的组别，第三、四位数字表示同一组别中的不同铝合金的变形铝合金的组别，第三、四位数字表示同一组别中的不同铝合金的序号。例如序号。例如2A11表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。表示以铜为主要合金元素的变形铝合金。常用变形铝合金的新旧牌号、成分、力学性能如常用变形铝合金的新旧牌号、成分、力学性能如表表6

18、-1所示。所示。1.防锈铝防锈铝 防锈铝合金主要是铝一锰系或铝一镁系合金。防锈铝合金主要是铝一锰系或铝一镁系合金。下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金这类合金具有很高的抗蚀性，同时具有良好的塑性和焊接性能，但强这类合金具有很高的抗蚀性，同时具有良好的塑性和焊接性能，但强度较低，这类合金的时效强化效果较弱，只有通过冷加工变形才能使度较低，这类合金的时效强化效果较弱，只有通过冷加工变形才能使其强化。一般在退火态或冷作硬化状态下使用。其强化。一般在退火态或冷作硬化状态下使用。常用的铝一锰系防锈铝合金有常用的铝一锰系防锈铝合金有3A21(LF21)，其耐腐蚀性能较好，其耐腐蚀性能较好，常用来制造

19、需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、油箱等。常用来制造需弯曲、冷拉或冲压的零件，如管道、容器、油箱等。常用的铝一镁系防锈铝合金有常用的铝一镁系防锈铝合金有5A02(LF2),5A05(LFS)等，此等，此类合金有较高的疲劳性能和抗震性，强度高于铝一锰系合金，但耐热类合金有较高的疲劳性能和抗震性，强度高于铝一锰系合金，但耐热性较差。广泛用于航空航大工业中，如制造飞机油箱、管道、铆钉、性较差。广泛用于航空航大工业中，如制造飞机油箱、管道、铆钉、飞机行李架等。飞机行李架等。2.硬铝硬铝下一页上一页 6.1 铝及铝合金铝及铝合金 硬铝合金属于铝一铜一镁系合金，是一种应用较广的可热处理强化的硬铝合金

20、属于铝一铜一镁系合金，是一种应用较广的可热处理强化的铝合金。这类铝合金通过淬火时效可获得相当高的强度铝合金。这类铝合金通过淬火时效可获得相当高的强度(i，可达，可达420 MPa)，故称硬铝，它在淬火时效状态下具有较好的切削加工，故称硬铝，它在淬火时效状态下具有较好的切削加工性，但耐蚀性较差，更不耐海水腐蚀，尤其是硬铝中的铜会导致其抗性，但耐蚀性较差，更不耐海水腐蚀，尤其是硬铝中的铜会导致其抗蚀性剧烈下降。为此，硬铝中需加人适量的锰，对硬铝板材还可采用蚀性剧烈下降。为此，硬铝中需加人适量的锰，对硬铝板材还可采用表面包覆一层高纯铝，以增加其耐蚀性，但在热处理后强度较低。表面包覆一层高纯铝，以增加

21、其耐蚀性，但在热处理后强度较低。常用的常用的2A11(LY11，标准硬铝，标准硬铝)既有相当高的硬度，又有足够的既有相当高的硬度，又有足够的塑性，退火状态可进行冷弯、卷边、冲压。经淬火时效处理后可提高塑性，退火状态可进行冷弯、卷边、冲压。经淬火时效处理后可提高其强度，常用来制形状较复杂、载荷较低的结构零件，在仪器制造中其强度，常用来制形状较复杂、载荷较低的结构零件，在仪器制造中也有广泛应用也有广泛应用(如光学仪器中口镜框等如光学仪器中口镜框等)。6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页 2A12(LY12，高强度硬铝，高强度硬铝)经淬火后，具有中等塑性，成形时变经淬火后，具有中等塑性，成形时变

22、形量不宜过大。由于孕育期较短，一般均采用自然时效。在淬火自然形量不宜过大。由于孕育期较短，一般均采用自然时效。在淬火自然时效后可获得高强度，切削加工性能较好，目前时效后可获得高强度，切削加工性能较好，目前2A12是重要的飞机是重要的飞机结构材料，广泛用于制造飞机螺旋桨、翼肋、翼架等受力构件。结构材料，广泛用于制造飞机螺旋桨、翼肋、翼架等受力构件。2A01(LY1),2A01(LY10)其强度比较低，但塑性很好，主其强度比较低，但塑性很好，主要作为铆钉材料，因此又称为铆钉硬铝。要作为铆钉材料，因此又称为铆钉硬铝。3.超硬铝超硬铝 超硬铝合金是铝超硬铝合金是铝-锌锌-镁镁-铜系合金。在铝合金中，超

23、硬铝时效强化铜系合金。在铝合金中，超硬铝时效强化效果最好，室温下的强度最高，效果最好，室温下的强度最高，b可达可达600MPa，超过，超过2A12(LY12)高强度硬铝合金，因此称为超硬铝。高强度硬铝合金，因此称为超硬铝。6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页其主要缺点是抗疲劳性能较差，有明显的应力腐蚀倾向，耐热性也低其主要缺点是抗疲劳性能较差，有明显的应力腐蚀倾向，耐热性也低于硬铝合金。于硬铝合金。目前应用最广的超硬铝合金是目前应用最广的超硬铝合金是7A04(LC4)。通过淬火及人工时。通过淬火及人工时效可提高强度，获得良好的切削加工性能。在飞机上常用于受力较大效可提高强度，获得良好的切削

24、加工性能。在飞机上常用于受力较大的结构零件，如起落架、大梁、翼肋等。的结构零件，如起落架、大梁、翼肋等。4.锻铝锻铝 锻铝合金可分为铝锻铝合金可分为铝-镁镁-硅硅-铜和铝铜和铝-铜铜-镁镁-铁铁-镍系合金。力学性能镍系合金。力学性能与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，更适于锻造，故名锻铝。与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，更适于锻造，故名锻铝。锻铝合金主要用来制造各种锻件和模锻件，在航空工业中用于制锻铝合金主要用来制造各种锻件和模锻件，在航空工业中用于制造航空发动机活塞、直升机的桨叶、飞机操纵系统中的摇臂、支架等造航空发动机活塞、直升机的桨叶、飞机操纵系统中的摇臂、支架等锻件。锻件。6.1 铝及

25、铝合金铝及铝合金下一页上一页常用的锻铝有常用的锻铝有6A02(LD2),2A50(LDS)、2A70(LD7)等。等。锻铝在自然时效过程中强化速度较慢，强化效果较低，故一般热处锻铝在自然时效过程中强化速度较慢，强化效果较低，故一般热处理均采用淬火及人工时效。理均采用淬火及人工时效。四、铸造铝合金四、铸造铝合金 铸造铝合金具有良好的铸造工艺性，抗蚀性好，可进行各种成型铸铸造铝合金具有良好的铸造工艺性，抗蚀性好，可进行各种成型铸造，生产形状复杂的零件，因此，在航空航大、仪器仪表及机械制造造，生产形状复杂的零件，因此，在航空航大、仪器仪表及机械制造业得到广泛应用。与变形铝合金相比，铸造铝合金力学性能

26、不如变形业得到广泛应用。与变形铝合金相比，铸造铝合金力学性能不如变形铝合金，为保证铸造铝合金具有良好的铸造性和足够强度，铸造铝合铝合金，为保证铸造铝合金具有良好的铸造性和足够强度，铸造铝合金中合金元素含量较多，一般在金中合金元素含量较多，一般在8%25%之间。铸造铝合金的种之间。铸造铝合金的种类很多，根据合金元素种类不同，主要有铝类很多，根据合金元素种类不同，主要有铝-硅系、铝硅系、铝-铜系、铝铜系、铝-镁系镁系及铝及铝-锌系四种，锌系四种，6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页其中以铝其中以铝-硅系铸造铝合金应用最为广泛。硅系铸造铝合金应用最为广泛。铸造铝合金的代号用铸造铝合金的代号用“铸

27、铸”、“铝铝”两字的汉语拼音的字首两字的汉语拼音的字首“ZL”及及三位数字表示。第一位数表示合金类别三位数字表示。第一位数表示合金类别(1为铝为铝-硅系，硅系，2为铝为铝-铜系，铜系，3为为铝铝-镁系，镁系，4为铝为铝-锌系锌系);第二位、三位数字为合金顺序号，序号不同，化第二位、三位数字为合金顺序号，序号不同，化学成分也不同。例如，学成分也不同。例如，ZL102表示顺序号为表示顺序号为2号的号的Al-Si系铸造铝合金。系铸造铝合金。若优质合金在代号后面加若优质合金在代号后面加“A。铸造铝合金牌号由铸造铝合金牌号由“Z”和基体金属铝的化学元素符号、主要合金化学和基体金属铝的化学元素符号、主要合

28、金化学元素符号以及表明合金化学元素名义百分含量元素符号以及表明合金化学元素名义百分含量(质量分数质量分数)x100的数字组的数字组成。如牌号为成。如牌号为ZA1Si7Mg的铸造铝合金。的铸造铝合金。常用的铸造铝合金牌号、代号、化学成分、性能及用途如常用的铸造铝合金牌号、代号、化学成分、性能及用途如表表6-2所示。所示。6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页 (1)铝硅合金这类合金具有优良的铸造性能，流动性好、收缩及铝硅合金这类合金具有优良的铸造性能，流动性好、收缩及热裂倾向小、密度小、耐蚀性能好，有足够的强度。加人铜、镁、热裂倾向小、密度小、耐蚀性能好，有足够的强度。加人铜、镁、锰等元素能形

29、成复杂的强化相。锰等元素能形成复杂的强化相。典型的铝硅合金中硅的质量分数为典型的铝硅合金中硅的质量分数为wSi=10%13%，属于共，属于共晶成分，通常称为硅铝明。经铸造后的组织是硅溶于铝中形成的。晶成分，通常称为硅铝明。经铸造后的组织是硅溶于铝中形成的。固溶体和硅组成的共晶体，由于硅本身脆性大，又呈粗大针状分布固溶体和硅组成的共晶体，由于硅本身脆性大，又呈粗大针状分布在组织中，故使铝硅合金的力学性能大为降低。为了提高铸造铝合在组织中，故使铝硅合金的力学性能大为降低。为了提高铸造铝合金的力学性能，常采用变质处理，即在浇注前向合金溶液中加人含金的力学性能，常采用变质处理，即在浇注前向合金溶液中加

30、人含有有NaCI,NaF等组成的变质剂进行变质处理。钠能促进硅晶核的等组成的变质剂进行变质处理。钠能促进硅晶核的形成，并阻碍其晶体长大，使结晶后的硅晶体成为极细的粒状，均形成，并阻碍其晶体长大，使结晶后的硅晶体成为极细的粒状，均匀分布在铝基体上。匀分布在铝基体上。6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页钠还能使相图中共晶点向右下方移动，使变质后形成亚共晶组织。从而钠还能使相图中共晶点向右下方移动，使变质后形成亚共晶组织。从而获得塑性好的。初晶和细小的共晶组织。获得塑性好的。初晶和细小的共晶组织。图图6-4为经过变质处理后为经过变质处理后ZL102合金的显微组织，图中亮色晶体为初晶。固溶体，暗色

31、基体为合金的显微组织，图中亮色晶体为初晶。固溶体，暗色基体为细粒状共晶体。经变质处理后，细粒状共晶体。经变质处理后，ZL102合金的抗拉强度为合金的抗拉强度为b可达可达180 MPa，伸长率，伸长率=6%,显著地改善了力学性能。显著地改善了力学性能。仅含有硅的铝一硅系合金仅含有硅的铝一硅系合金(如如ZL102)，主要缺点是铸件致密程度较，主要缺点是铸件致密程度较低，强度较低低，强度较低(经变质处理后，经变质处理后，b也不超过也不超过 180 MPa)，且不能够热，且不能够热处理强化。处理强化。为了进一步提高铝硅合金的强度，可在亚共晶为了进一步提高铝硅合金的强度，可在亚共晶(wSi=4%10%)

32、合金中加人一些能形成合金中加人一些能形成Mgt Si,CuA12及及CuMgA12等强化相的等强化相的 6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页合金元素合金元素(如铜、镁、锰等如铜、镁、锰等)，如，如ZL101,ZL105,ZL108等合金。等合金。这样的合金在变质处理后还可进行淬火及时效处理，以提高其强度。这样的合金在变质处理后还可进行淬火及时效处理，以提高其强度。铸造铝硅合金一般用来制造轻质、耐蚀、形状复杂但强度要求不铸造铝硅合金一般用来制造轻质、耐蚀、形状复杂但强度要求不高的铸件，如内燃机的活塞、汽缸体、汽缸套、风扇叶片、电机、高的铸件，如内燃机的活塞、汽缸体、汽缸套、风扇叶片、电机、仪

33、表外壳及形状复杂的薄壁零件。仪表外壳及形状复杂的薄壁零件。(2)铝铜合金铝铜合金具有较高的耐热强度，可作高温条件工作铝铜合金铝铜合金具有较高的耐热强度，可作高温条件工作的零件。但由于铸造性能差，抗蚀性也不好，口前大部分被其他合的零件。但由于铸造性能差，抗蚀性也不好，口前大部分被其他合金所代用。常用的铝铜合金有金所代用。常用的铝铜合金有ZL201,ZL202,ZL203等。用于等。用于300以下承受较高载荷，形状不复杂的零件，如支臂、活塞等。以下承受较高载荷，形状不复杂的零件，如支臂、活塞等。6.1 铝及铝合金铝及铝合金下一页上一页(3)铝镁合金铝镁合金的特点是密度小、耐蚀性能好、强度高，但铸铝

34、镁合金铝镁合金的特点是密度小、耐蚀性能好、强度高，但铸造性能差，易产生热裂和缩松，多应用于承受冲击、振动载荷和腐蚀造性能差，易产生热裂和缩松，多应用于承受冲击、振动载荷和腐蚀条件下工作的零件，如轮船配件、泵体零件等。常用的铝镁合金有条件下工作的零件，如轮船配件、泵体零件等。常用的铝镁合金有ZL301,ZL302等。等。(4)铝锌合金铝锌合金强度较高，但耐蚀性能较差，在加人适量的铝锌合金铝锌合金强度较高，但耐蚀性能较差，在加人适量的锰、镁等合金元素后可适当提高耐蚀性。铝锌合金的铸造性能很好，锰、镁等合金元素后可适当提高耐蚀性。铝锌合金的铸造性能很好，价格便宜，可用于制造结构形状复杂的汽车、飞机、

35、仪表及医疗器械价格便宜，可用于制造结构形状复杂的汽车、飞机、仪表及医疗器械等零件。常用的铝锌合金有等零件。常用的铝锌合金有Z L401,Z L402等。等。6.1 铝及铝合金铝及铝合金返 回上一页一、工业纯铜一、工业纯铜 铜是人类应用最早的金属材料，至今也是应用最广泛的金属材料铜是人类应用最早的金属材料，至今也是应用最广泛的金属材料之一。纯铜的密度为之一。纯铜的密度为8.96g/cm3，熔点为，熔点为1083，具有面心立方，具有面心立方晶格，无同素异晶转变。工业上使用的纯铜，其含铜量为晶格，无同素异晶转变。工业上使用的纯铜，其含铜量为wCu=99.50%99.95%，是玫瑰红色的金属，表面氧化

36、后会形成一层氧，是玫瑰红色的金属，表面氧化后会形成一层氧化亚铜化亚铜(Cu2O)膜而呈紫色，因此又称为紫铜。膜而呈紫色，因此又称为紫铜。纯铜具有优良的导电性、导热性、塑性及良好的耐蚀性。但纯铜纯铜具有优良的导电性、导热性、塑性及良好的耐蚀性。但纯铜的强度不高的强度不高(b=200250 MPa)，硬度很低，硬度很低(4050 HBS)，塑性却很好塑性却很好(=40%50%)。因此，纯铜可通过挤压、压延、。因此，纯铜可通过挤压、压延、拉伸等方法进行成型加工。拉伸等方法进行成型加工。6.2 铜及铜合金铜及铜合金下一页纯铜不能通过热处理方法进行强化，只能通过冷变形加工的方法提高纯铜不能通过热处理方法

37、进行强化，只能通过冷变形加工的方法提高强度。冷变形后，纯铜的强度可以提高到强度。冷变形后，纯铜的强度可以提高到b=400500MPa。但。但伸长率急剧下降到伸长率急剧下降到2%左右。左右。纯铜的主要用途是制作各种导电材料、导热材料及配置各种铜合金。纯铜的主要用途是制作各种导电材料、导热材料及配置各种铜合金。工业纯铜的代号用工业纯铜的代号用T(“铜铜”的汉语拼音字首的汉语拼音字首)加顺序号表示，共有三加顺序号表示，共有三个代号个代号:T1,T2,T3，代号中数字越大，表示纯度愈低，杂质含量愈多，代号中数字越大，表示纯度愈低，杂质含量愈多，则其导电性越差。则其导电性越差。二、铜合金二、铜合金 1.

38、铜合金分类铜合金分类 纯铜因其强度低而不能作为结构材料使用，工业中广泛使用的是铜纯铜因其强度低而不能作为结构材料使用，工业中广泛使用的是铜合金。铜合金一般按以下方法进行分类。合金。铜合金一般按以下方法进行分类。下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金 (1)按化学成分铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类。在机械制按化学成分铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类。在机械制造中，应用较广的是黄铜和青铜。造中，应用较广的是黄铜和青铜。黄铜是以锌为主要合金元素的铜黄铜是以锌为主要合金元素的铜-锌合金。其中不含其他合金元素锌合金。其中不含其他合金元素的黄铜称普通黄铜的黄铜称普通黄铜;含有其他合金元素的黄铜称为特

39、殊黄铜。含有其他合金元素的黄铜称为特殊黄铜。白铜是以镍为主要合金元素的铜白铜是以镍为主要合金元素的铜-镍合金。镍合金。青铜是以除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。青铜是以除锌和镍以外的其他元素作为主要合金元素的铜合金。按其所含主要合金元素的种类可分为锡青铜、铅青铜、铝青铜、硅青按其所含主要合金元素的种类可分为锡青铜、铅青铜、铝青铜、硅青铜等。铜等。(2)按生产方法铜合金可分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。按生产方法铜合金可分为压力加工铜合金和铸造铜合金两类。2.铜合金牌号表示方法铜合金牌号表示方法 (1)加工铜合金。加工铜合金。下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金 加工黄铜

40、加工黄铜 普通加工黄铜牌号表示方法为普通加工黄铜牌号表示方法为“H”+铜元素含量铜元素含量(质量分质量分数数x100)。例如，例如，H68表示表示wCu=68%、余量为锌的普通黄铜。特殊加工黄铜牌、余量为锌的普通黄铜。特殊加工黄铜牌号表示方法为号表示方法为“H+主加元素的化学符号主加元素的化学符号(除锌以外除锌以外)+铜及各合金元素铜及各合金元素的含量的含量(质量分数质量分数x100)。例如，。例如，HPb59-1表示表示wCu=59%，wpb=1%、余量为锌的特殊黄铜。、余量为锌的特殊黄铜。加工青铜牌号表示方法为加工青铜牌号表示方法为“Q;(“青青”的汉语拼音字首的汉语拼音字首)+第一主第一

41、主加元素的化学符号及含量加元素的化学符号及含量(质量分数质量分数x 100)+其他合金元素含量其他合金元素含量(质量质量分数分数X100)。例如，。例如，QA15表示表示wpb=5%、余量为铜的铝青铜。、余量为铜的铝青铜。(2)铸造铜合金铸造黄铜与铸造青铜的牌号表示方法相同，铸造铜合金铸造黄铜与铸造青铜的牌号表示方法相同，下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金它是它是:“Z”+铜元素化学符号铜元素化学符号+主加元素的化学符号及含量主加元素的化学符号及含量(质量分质量分数数x100)+其他合金元素化学符号及含量其他合金元素化学符号及含量(质量分数质量分数x 100)。例如，。例如，ZCuZn

42、38表示表示wZn=38%、余量为铜的铸造普通黄铜；、余量为铜的铸造普通黄铜；ZCuSn10P1表示表示wSn=10%、wP=1%、余量为铜的铸造锡青、余量为铜的铸造锡青铜。铜。三、黄铜三、黄铜 1.普通黄铜普通黄铜 (1)普通黄铜的性能普通黄铜是铜和锌组成的二元合金，锌加人铜普通黄铜的性能普通黄铜是铜和锌组成的二元合金，锌加人铜中提高了合金的强度、硬度和塑性，并且改善了铸造性能。黄铜的组中提高了合金的强度、硬度和塑性，并且改善了铸造性能。黄铜的组织和力学性能与含锌量的关系，如织和力学性能与含锌量的关系，如图图6-5所示。所示。下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金由图可看出由图可看出:当

43、当wZn32%后，由于出现脆性的后，由于出现脆性的相，使塑性开始下降，相，使塑性开始下降，但一定数量的但一定数量的相仍起强化作用，使强度继续升高。当相仍起强化作用，使强度继续升高。当wZn45%时，组织中已全部为脆性的时，组织中已全部为脆性的相，致使黄铜强度、塑性急剧下降。所相，致使黄铜强度、塑性急剧下降。所以工业黄铜中的含锌量一般不超过以工业黄铜中的含锌量一般不超过45%。普通黄铜的耐蚀性与纯铜相近。但当普通黄铜的耐蚀性与纯铜相近。但当wZn7%(尤其是大于尤其是大于20%)并经冷压力加工后的黄铜，因有残余应力的存在，在潮湿的大并经冷压力加工后的黄铜，因有残余应力的存在，在潮湿的大气中，特别

44、是在含氨的气氛中，容易发生自动开裂气中，特别是在含氨的气氛中，容易发生自动开裂(即所谓季裂现象即所谓季裂现象)。黄铜的季裂随含锌量的增加而加剧，采用黄铜的季裂随含锌量的增加而加剧，采用250300，下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金保温保温13h的低温退火，及时消除残余应力可防止季裂现象的发生。的低温退火，及时消除残余应力可防止季裂现象的发生。(2)常用的普通黄铜常用的普通黄铜牌号、化学成分、力学性能及常用的普通黄铜常用的普通黄铜牌号、化学成分、力学性能及用途如用途如表表6-3所示。普通黄铜主要供压力加工用，按加工特点分为冷所示。普通黄铜主要供压力加工用，按加工特点分为冷加工用。单相黄

45、铜与热加工用加工用。单相黄铜与热加工用+双相黄铜两类。双相黄铜两类。H90,H80属属单相黄铜，具有优良的耐蚀性、导热性和冷变单相黄铜，具有优良的耐蚀性、导热性和冷变形能力，并呈金黄色，故有金色黄铜之称。常用于导管、冷凝管、散形能力，并呈金黄色，故有金色黄铜之称。常用于导管、冷凝管、散热管、散热片及导电片零件等。热管、散热片及导电片零件等。H70,H68属属单相黄铜，按成分称为三七黄铜。它具有优良单相黄铜，按成分称为三七黄铜。它具有优良的冷、热塑性变形能适宜用进行深拉延、弯曲等加工，用于制造形状的冷、热塑性变形能适宜用进行深拉延、弯曲等加工，用于制造形状复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹波纹管

46、、热交换器等，有弹壳复杂而要求耐蚀的管、套类零件，如弹波纹管、热交换器等，有弹壳黄铜之称。黄铜之称。下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金 H62,H59属属+双相黄铜，它的含锌量多，强度较高，具有一双相黄铜，它的含锌量多，强度较高，具有一定的耐蚀性，但塑性较低，主要用于制作电器上要求导电、耐蚀的结定的耐蚀性，但塑性较低，主要用于制作电器上要求导电、耐蚀的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等，航空工业中主构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等，航空工业中主要用作封严圈、波纹环、铆钉等零件。要用作封严圈、波纹环、铆钉等零件。2.特殊黄铜特殊黄铜 为了提高黄铜的耐蚀性能、机

47、械性能、切削加工性能，在普通二元为了提高黄铜的耐蚀性能、机械性能、切削加工性能，在普通二元黄铜的基础上，再加人其他合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜。黄铜的基础上，再加人其他合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜。常加人的元素有锡、铅、铝、硅、锰、铁等。特殊黄铜也可依据加人常加人的元素有锡、铅、铝、硅、锰、铁等。特殊黄铜也可依据加人的第二合金元素命名，如铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、锰黄铜、硅黄铜、的第二合金元素命名，如铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜、锰黄铜、硅黄铜、镍黄铜等。常用特殊黄铜的牌号、化学成分、力学性能及用途见镍黄铜等。常用特殊黄铜的牌号、化学成分、力学性能及用途见表表6-3所示。所示。下一页上

48、一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金(1)铅黄铜铅黄铜铅黄铜铅黄铜HPb59-1切削加工性能良好，具有耐磨、强度高、切削加工性能良好，具有耐磨、强度高、耐蚀性好的特点，可用于衬套、螺钉、螺帽、垫板、电器插头、钟表耐蚀性好的特点，可用于衬套、螺钉、螺帽、垫板、电器插头、钟表零件等，是机械制造中应用最广泛的黄铜。零件等，是机械制造中应用最广泛的黄铜。(2)铝黄铜黄铜中加人少量的铝能在合金表面形成坚固的氧化膜，铝黄铜黄铜中加人少量的铝能在合金表面形成坚固的氧化膜，提高合金对气体、溶液，特别是对海水的耐蚀性，并且能提高黄铜的提高合金对气体、溶液，特别是对海水的耐蚀性，并且能提高黄铜的强度及硬度。常用的铝

49、黄铜有强度及硬度。常用的铝黄铜有HA177-2,HPb59-3-2等。等。(3)锰黄铜少量的锰能提高黄铜的强度、硬度和在海水及过热蒸汽锰黄铜少量的锰能提高黄铜的强度、硬度和在海水及过热蒸汽中的抗蚀性。锰黄铜具有良好的冷热加工性能，含铝或铁的锰黄铜广中的抗蚀性。锰黄铜具有良好的冷热加工性能，含铝或铁的锰黄铜广泛用于造船等工业中。泛用于造船等工业中。四、青铜四、青铜下一页上一页 6.2 铜及铜合金铜及铜合金 青铜指以除锌、镍外的元素为主要合金元素的铜合金。包括锡青铜、青铜指以除锌、镍外的元素为主要合金元素的铜合金。包括锡青铜、铝青铜、被青铜、硅青铜等。根据加工产品的形式供应，青铜也分为铝青铜、被青

50、铜、硅青铜等。根据加工产品的形式供应，青铜也分为压力加工青铜和铸造青铜。压力加工青铜和铸造青铜。青铜具有优良的综合力学性能，较高的导电性、导热性及良好的青铜具有优良的综合力学性能，较高的导电性、导热性及良好的切削加工性能，耐蚀性高于纯铜和黄铜。切削加工性能，耐蚀性高于纯铜和黄铜。1.锡青铜锡青铜 锡能够溶于铜中形成锡能够溶于铜中形成固溶体，具有良好的塑性，当固溶体，具有良好的塑性，当wSn7%时，由于组织中出现硬而脆的时，由于组织中出现硬而脆的s相，使塑性急剧下降相，使塑性急剧下降;当当wSn20%时，由于时，由于相过多，使合金变得很脆，强度也迅速下降。相过多，使合金变得很脆，强度也迅速下降。