第九章 非铁合金与粉末冶金材料.doc

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1、淮安信息职业技术学院 教 案 首 页 一、章节：第九章 非铁合金与粉末冶金材料 第一节 铝及铝合金 第二节 铜及铜合金 第四节 轴承合金 第五节 粉末冶金材料 二、教学目的： 使学生了解铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金和粉末冶金材料的性能组织及运用。 三、教学方法：讲授法。 四、教学重点： 铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金和粉末冶金材料的性能组织及运用。 五、教学难点：铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金和粉末冶金材料的性能组织及运用。 六、使用教具： 挂图与模型。 七、课后作业：习题集：P162 1、3、5、7。 八、课后小结： 第九章 非铁合金与粉末冶金材料除钢铁材料以外的其他金属统称为非铁合

2、金(俗称有色金属)。与钢铁材料相比，非铁合金具有某些特殊的性能，因而成为现代工业不可缺少的材料。非铁合金种类繁多，应用较广的是铝、铜、钛及其合金以及滑动轴承合金等。 第一节 铝及铝合金 一、工业纯铝 工业中使用的纯铝是银白色的轻金属，具有面心立方晶格，无同素异晶转变，其熔点为660，密度为27 8cms。纯铝的电导性、热导性好，仅次于银和铜，室温下，纯铝的电导率约为铜的 64。纯铝与氧的亲和力很大，在空气中其表面能生成一层致密的A1203薄膜，隔绝空气故在大气中有良好的耐蚀性。 工业纯铝的旧牌号有L1、L2、13、等(对应的新牌号为1070、1060、1050、)，“L”是“铝的汉语拼音字首，

3、其后数字表示序号，序号越大，纯度越低，工业纯铝主要用于制作电线、电缆、器直及配制合金等。工业高度纯铝的旧牌号以LGl、LG2LG5(对应的新牌号为1A85、1A90、1A99)表示，“LG是“铝高”的汉语拼音字首，LG后面数字越大，纯度越高。 二、铝合金 纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合主元素，可制成较高强度的铝合金，若再经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。铝合金的强度(强度与密度之比)高，耐蚀性和切削加工性好，在国民经济特别是在航天航空工业中得到广泛应用。 1铝合金的分类二元铝合金一般按共晶相图结晶。2.铝合金的热处理3形变铝合金（1）不能

4、热处理强化的铝合金：这类合金主要是指Al-Mn 系、AL-Mn系合金，其特点是有很好的耐蚀性，故常称为防锈铝合金。（2）能热处理强化的铝合金：1）硬铝合金 这类铝合金是Al-Cu-Mg系合金，加入铜和镁的目的是便之形成强化相。如LY1、LY11、LY12等。2）超硬铝合金 这类铝合金是Al-Cu-Mg-Zn系合金。超硬铝合金时效硬化效果最好，强度、硬度高于硬铝。如LC4、LC6等。3）锻铝合金 这类合金大多数是Al-Cu-Mg-Si系合金。如飞机的大梁、起落架、桁架等。如LD5、LD10等。4铸造铝合金 铸造铝合金有良好的铸性能，可浇注成各种形状复杂的铸件。铸造铝合金的代号用ZL(“铸铝”汉语

5、拼音字首)及三位数字表示。第一位数字表示主要合金类别：“1”表示铝-硅系，“2”表示铝-铜系，“3”表示铝-镁系，“4”表示铝-锌系；第二、三位数字表示顺序号，如ZL102、ZL401等。铸造铝合金的牌号由Z和基体元素化学符号、主要元素化学符号以及表示合金元素平均含量的百分数组成。优质合金在牌号后面标注A，压铸合金在牌号前面冠以字母“YZ”。(1)铝硅合金 (2)铝铜合金 （3）铝镁合金（4）铝锌合金第二节 铜及铜合金 一、工业纯铜 工业纯铜又称紫铜，密度为89 8cm3，熔点为1 083，具有面心立方晶格，无同素异晶转变。纯铜电导性、热导性优良，耐蚀性和塑性很好(J：40506)，但强度较低

6、，硬度很低(3040HBS)，不能热处理强化，只能通过冷变形强化，但塑性降低；工业纯铜的纯度为9995一995，主要杂质有铅、铋、氧、硫、磷等，杂质含越多，其电导性越差，并易产生热脆和冷脆。 工业纯铜的代号用T(“铜”的汉语拼音字首)及顺序号(数字)表示，共有三个代号：T1、T2、T3，其后数字越大，纯度越低。 纯铜广泛用于制造电线、电缆、电刷、铜管及配制合金，不宜制造受力的结构件。 二、铜合金钢合金是以铜为主要元素，加入少量其他元素形成的合金。铜合金比工业纯铜的强度高；具有许多优良的物理化学性能，常用作工程结构材料。铜合金按化学成分不同分为黄铜、青铜和白铜；按生产方法不同分为压力加工铜合金和

7、铸造铜合金。常用的铜合金是黄铜和青铜。1黄铜黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金，按其化学成分不同分为普通黄铜和特殊黄铜；按生产方法不同分为压力 加工黄铜和铸造黄铜。(1)普通黄铜 普通黄铜是铜和锌组成的二元合金。加入锌可提高合金的强度、硬度和塑性，还可改善铸造性能。黄铜的组织和力学性能与含锌量的关系如图。 （2）特殊黄铜 在普通黄铜中加入硅、锡、铝、锰、铁等合金元素形成的合金称为特殊黄铜。2青铜除黄铜和白铜以外的其它铜合金称为青铜。其中含锡元素的称为锡青铜，不含锡元素的称为无锡青铜。青铜的牌号依次由Q(“青”的汉语拼音字首)、主加元素符号及其平均含量的百分数、其他元素平均含量百分数组成。例如，S

8、n43表示平均Wsn=4、Zn=3，其余为铜含量的锡青铜。若是铸造用青铜，其牌号依次由Z(“铸”字汉语拼音字首)、铜及合金元素符号、合金元素平均含量百分数组成。例如，ZCuSnl0Zn2表示平均wh：10、ZUZn2，其余为铜含量的铸造锡青铜。(1)锡青铜 以锡为主要添加元素的铜基合金称为锡青铜。锡在铜中可形成固溶体，也可形成金属化合物。因此，根据锡的含量不同，锡青铜的组织和性能也不同。 锡青铜的耐磨性好，对大气、淡水、海水等的抗蚀性比纯铜和黄铜高，无磁性、无冷脆现象，但对酸类和氨水的抗蚀性差。压力加工锡青铜适于制造仪表上要求耐磨、耐蚀的零件，以及弹性零件、抗磁零件等。(2)特殊青铜(无锡青铜

9、)1)铝青铜 以铝为主要添加元素的铜合金称为铝青铜。一般WAl=8511。它具有高的耐蚀性，较高的耐热性、硬度、耐磨性、韧性和强度，铸造铝青铜由于结晶温度范围窄，流动性好，偏析和分散缩孔小，故能获得致密的铸件，但收缩率大。当WAI=5一7时，塑性好，适于冷变形加工；当铝含量为10左右时，强度最高，一般为铸造铝青铜。2)铍青铜 以铍为主要添加元素的铜合金称为铍青铜。一般含铍量为1725。铍青铜经固溶热处理和时效后具有高的强度、硬度和弹性极限。另外，还具有良好的耐蚀性、电导性、热导性和工艺性，无磁性、耐寒，受冲击不产生火花等优点。可进行冷、热加工和铸造成形。主要用于制造仪器、仪表中的重要弹性元件和

10、耐蚀、耐磨零件，如钟表齿轮、航海罗盘、电焊机电极、防爆工具等。但铍青铜成本高，应用受限。第四节 轴承合金一、滑动轴承的工作条件及对轴承合金的性能要求(1)较高的抗压强度和疲劳强度，以承受轴颈所施加的较大单位压力。(2)高的耐磨性，良好的磨合性和较小的摩擦系数，并能储存润滑油。(3)足够的塑性和韧性，以保证与轴配合良好，并耐冲击和振动。(4)良好的耐蚀性和热导性，较小的膨胀系数，防止咬合。(5)良好的工艺性，容易制造，价格低廉。二、轴承台金的组织特征为满足上述性能要求，轴承合金的组织应是软硬兼备。常用轴承合金的组织有两类。1软基体上分布着硬质点2硬基体上分布着软质点三、常用轴承合金轴承合金的牌号

11、依次由Z(“铸”字汉语拼音字首)、基体合金元素符号、主要合金元素符号和各主要合金元素平均(名义)含量的百分数组成，如ZSnSbllCu6为平均wSb=11、WCu=6的锡基轴承合金。1锡基轴承合金(锡基巴氏合金)锡基轴承合金是以锡为基础，加入少量锑和铜组成的合金。 这类合金的膨胀系数和摩擦系数小，塑性、热导性、耐蚀性和工艺性良好，但疲劳强度较差，成本高，工作温度150。适于制造拖拉机、汽轮机、汽车等高速轴瓦。2铅基轴承合金（铅基巴氏合金）3铜基轴承合金4铝基轴承合金第五节 粉末冶金材料一、硬质合金硬质合金是以一种或几种难熔碳化物(如碳化钨、碳化钛等)的粉末为主要成分，加入起粘结作用的金属钴粉末

12、，用粉末冶金法制得的材料。1硬质合金的分类、成分和牌号常用硬质合金按成分和性能特点分为：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽(铌)类：(1)钨钴类硬质合金 其主要化学成分是碳化钨(WC)及钴。牌号用YG(“硬钴”二字汉语拼音字首)和数字表示，其数字表示钴平均含量的百分数。例如，YG6表示平均WCo=6，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。(2)钨钛钴类硬质合金 其主要化学成分是碳化钨、碳化钛(TiC)及钴。牌号用YT(“硬钛”二字汉语拼音字首)和数字表示，其数字表示碳化钛平均含量的百分数。例如，YTl5表示平均含量15，余量为碳化钨和钴的钨钛钴类硬质合金。(3)钨钛钽(铌)类硬质合金 这类硬质合金又称为通用硬质

13、合金或万能硬质合金。它是由碳化钨、碳化钛、碳化钽(或碳化铌)和钴组成。牌号用YW(“硬万”二字汉语拼音字首)和顺序号表示。例如，YWl表示万能硬质合金。2硬质合金的性能(1)硬度高，常温下硬度可达8693HRA(相当于6981HRC)；热硬性高(可达9001 000)；耐磨性好。其切削速度比高速工具钢高47倍，刀具寿命高5肋倍。可切削50HRC左右的硬质材料。(2)抗压强度高(可达6 000MPa)，但抗弯强度较低(约为高速工具钢的1312)，韧性差(约为淬火钢的30一50)。(3)耐蚀性(抗大气、酸、碱等)和抗氧化性良好。 、(4)线膨胀系数小，但导热性差。硬质合金材料不能用一般的切削方法加

14、工，只能采用电加工(如电火花、线切割、电解磨削等)或用砂轮磨削。因此，一般是将硬质合金制品钎焊、粘结或机械夹固在刀体或模具体上使用。3切削加工用硬质合金的分类和分组代号根据GB207587规定，切削加工用硬质合金按其切屑排出形式和加工对象范围不同,分为P、M、K三个类别。同时又根据被加工材质及适应的加工条件不同，将各类硬质合金按用途进行分组，其代号由在主要类别代号后面加一组数字组成，如P01、M10、K20每一类别中，数字越大，韧性越好，耐磨性越低。4硬质合金的应用(1)刀具材料 硬质合金主要用于制造高速切削或加工高硬度材料的切削刀具，如车刀、铰刀等。硬质合金中碳化物含量越多，含钴量越少，则合

15、金硬度、热硬性、耐磨性越高，但强度、韧性越低。当含钴量相同时，YT类合金的硬度、耐磨性、热硬性高于YG类合金，但其强度和韧性之YG类合金低。因此，YG类合金适宜加工脆性材料，YT类合金适宜加工塑性材料。同类合主中,含钴量高的适于粗加工，含钴量低的适于精加工。(2)模具材料 硬质合金主要用于制造冷作模具，如冷拉模、冷冲模、冷挤模和冷镦模等。其中钨钴类适用于拉深模，YG6、YG8适用于小拉深模，YGl5适用于大拉深模和冲压模具。(3)量具和耐唐零件 各种专用量具的易磨损面镶以硬质合金，可提高使用寿命，并使测量更加精确。例如，千分尺的测量头，车床顶尖等。还可制作受冲击和振动小的耐磨件。例如，精轧辊、

16、无心磨床的导板等。钢结硬质合金是一种新型的工模具材料，其性能介于高速工具钢和硬质合金之间。它是以一种或几种碳化物(如TiC、WC)为硬化相，以碳钢或合金钢(如高速工具钢、铬钼钢等)粉末为粘结剂，经配料、压制、烧结而制成的粉末冶金材料。钢结硬质合金经退火后，可进行切削加工，经淬火、回火后，有相当于硬质合金的高硬度和耐磨性，一定的耐热、耐蚀和抗氧化性，也可焊接和锻造。适于制造形状复杂的刀具(如麻花钻头、铣刀等)、模具和耐磨件。二、粉末冶金减摩材料粉末冶金减摩材料具有多孔性，主要用来制造滑动轴承。这种材料压制成轴承后，放在润滑油中，因毛细现象可吸附润滑油(一般含油率为1230)，故称含油轴承。轴承在

17、工作时，由于发热、膨胀，使孔隙容积变小；轴旋转时带动轴承间隙中的空气层，降低了摩擦表面的静压力，在粉末孔隙内外形成压力差，使润滑油被抽到工作表面。停止工作时，润滑油又渗入孔隙中，故含油轴承可自动润滑。根据基体主加组元不同，粉末冶金减摩材料分为铁基材料和铜基材料。粉末冶金减摩材料为牌号由粉末冶金滑动轴承的“粉”、“轴”两字汉语拼音字首“FZ”，加上基体主加组元序号(铁基为1，铜基为2)、辅加组元序号和含油密度组成。例如FZl360，表示辅加组元为碳、铜，含油密度为5.76.2gcm3的铁基粉末滑动轴承用减摩材料。三、粉末冶金结构材料粉末冶金结构材料根据基体金属不同，分为铁基和铜基材料。铁基材料根

18、据化合碳量的不同。分为烧结铁、烧结低碳钢、烧结中碳钢和烧结高碳钢。如果铁基材料中含有合金组元铜和钼，希为烧结铜钢和烧结铜钼钢。粉末冶金铁基结构材料的牌号由“粉”、“铁”、“构”三字的汉语拼音字首“FTG”，加化合碳含量的万分数、主加合金元素的符号及其含量的百分数、辅加合金元素的符号及其含量的百分数和抗拉强度组成。 四、粉末冶金摩擦材料粉末冶金摩擦材料根据基体金属不同，分为铁基材料和铜基材料。根据工作条件不同。分为干式和湿式材料，湿式材料宜在油中工作。粉末冶金摩擦材料的牌号由“粉摩”两字的汉语拼音字首“FM”，加上基体金属骨架组元序号(铜基为1，铁基为2)、顺序号和工作条件汉语拼音字首“S”或“

19、G”组成。如FMl01S，表示顺序号为01的铜基、湿式粉末冶金摩擦材料；FM203G，表示顺序号为03的铁基、干式粉末冶金摩擦材料。粉末冶金摩擦材料由基本组元(铁基、铜基)和辅助组元(润滑组元和摩擦组元)组成。摩擦材料的承载能力、热稳定性、耐磨性和耐热性由基本组元的成分、结构和性能来保证；辅助组元可进一步完善基体性能。铁基摩擦材料在高温高载荷下摩擦性能优良，能承受较大压力。铜基摩擦材料工艺性较好，摩擦系数稳定，抗粘、抗卡性好，湿式工作条件下耐唐性优良，常用于油中工作。铁基和铜基材料的润滑组元都是石墨和铅，占摩擦材料重量的5一25。润滑组元用来改善摩擦材料的抗粘、抗卡性，提高耐磨性，使摩擦副工作更平稳。常用的摩擦组元是Si02、SiC、A1203等。摩擦组元可提高材料的摩擦系数，改善耐磨性，防止焊合。摩擦组元与润滑组元配合，在对摩表面生成一层薄膜，可提高摩擦副的耐磨性、稳定性和抗焊性。粉末冶金摩擦材料主要用于制作机床、拖拉机、汽车、矿山车辆、工程机械和飞机上的离合器和制动器。