(2.35)--课件5-有色金属金属工艺学.ppt
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1、第5章 有色金属 在工业生产中,通常把铁及其合金(实际还包括Mn、Cr)称为黑色金属,把其他非铁金属及其合金称为有色金属。有色金属的产量和用量不如黑色金属多,但由于其具有许多优良的特性,如特殊的电、磁、热性能,耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等,已成为现代工业中不可缺少的金属材料。其种类很多,工业上广泛使用的有铝、铜、轴承合金、钛、镁和锌合金等。5.1 铝及铝合金 5.1.1工业纯铝铝及铝合金性能特点:纯铝具有银白色金属光泽,密度小(2.72),熔点低(660.4),导电、导热性能优良。耐大气腐蚀,易于加工成形。具有面心立方晶格,无同素异构转变,无磁性。n工业纯铝分未加压力加工产品(铝锭
2、)和压力加工产品(铝材)两种。按GB1196-88规定,铝锭的牌号有AI99.7、AI99.6、AI99.5、AI99、AI98五种。铝的质量分数不低于99.0的铝材为纯铝,按GB/T16474-1996规定,铝材的牌号有1070A、1060、1050A、1035、1200等。(即化学成分近似于旧牌号L1、L2、L3、L4、L5),牌号中数字越大,表示杂质的含量越高。铝合金型材铝铸件5.1.2 铝合金向铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素制成铝合金。可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化两类.铝合金分类示意图铝合金的热处理当铝合金加热到相区,保
3、温后在水中快速冷却,其强度和硬度并没有明显升高,而塑性却得到改善,这种热处理称为固溶热处理。由于固溶热处理后获得的过饱和固溶体是不稳定的,有分解出强化相过渡到稳定状态的倾向。如在室温放置相当长的时间,强度和硬度会明显升高,而塑性明显下降。变形铝合金和铸造铝合金都可固溶时效、n固溶处理后铝合金的强度和硬度随时间而发生显著提高的现象,称为时效强化或沉淀硬化。在室温下进行的时效为自然时效,在加热条件下进行的时效为人工时效。n在不同温度下进行人工时效时,其效果也不同,时效温度愈高,时效速度愈快,但其强化效果愈低。加热固溶淬火过饱和时效析出变形铝合金变形铝合金按其主要性能特点可分为防锈铝、硬铝、超硬铝与
4、锻铝等。通常加工成各种规格的型材(板、带、线、管等)产品供应。铝合金分类示意图变形铝合牌号用28系列表示。牌号第一位数字表示组别,按铜、锰、硅、镁、镁和硅、锌、其它元素的顺序来确定合金组别;牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况,如果牌号第二位的字母是A,表示为原始合金,如果是BY的其它字母,则表示为原始合金的改型合金;牌号的最后两位数字没有特殊意义,仅用来区分同一组中不同的铝合金。GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用,表示方法为:-防锈铝合金:LF+序号-硬铝合金:LY+序号-超硬铝合金:LC+序号-锻铝合金:LD+序号防锈铝防锈铝5A02、5A03、5A05、5B05、5A06、5A
5、12、5B06、5A13、5A33、5A43、3A21、5083 LF2、LF3、LF5、LF10、LF6、LF12、LF14、LF13、LF33、LF43、LF21、LF5-1硬铝硬铝 2A01、2A02、2A04、2B11、2B12、2A10、2A11、2A12、2A06、2A16、2A17 LY1、LY2、LY4、LY8、LY9、LY10、LY11、LY12、LY6、LY16、LY17锻铝锻铝6A02、6B02、6070、2A50、2B50、2A70、2A80、2A90、2A14、4A11、6061、6063LD2、LD2-1、LD2-2、LD5、LD6、LD7、LD8、LD9、LD10
6、、LD11、LD30 LD31超硬铝超硬铝 7A03、7A04、7A09、7A10、7003 LC3、LC4、LC9、LC10、LC12新旧牌号对照防锈铝合金主要有Al-Mn、Al-Mg合金。Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性,并起固溶强化作用。这类铝合金具有适中的强度、优良的塑性和良好的焊接性,并具有很好的抗蚀性,故称为防锈铝合金,常用于制造油罐、各式容器,防锈蒙皮等。常用牌号有5A05(LF5铝镁系)、3A21(LF21铝锰系)等。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。不能进行热处理强化,常利用加工硬化提高其强度。硬铝合金n硬铝基本上是A
7、l-Cu-Mg合金,还含有少量的锰。加入铜和镁是为了形成强化相。锰的加入主要是为了改善合金的抗蚀性,也有一定的固溶强化作用,各种硬铝都可以进行时效强化。这种合金主要用在航空工业制作各种受力的结构零件,如飞机结构支架、翼肋、螺旋桨、发动机架等。n强度、硬度高,加工性能好,耐蚀性低于防锈铝。n常用硬铝合金如LY11(2A11)、LY12(2A12)等,用于制造冲压件、模锻件和铆接件。超硬铝合金超硬铝是Al-Cu-Mg-Zn系合金,和硬铝相比较,有更高的强度,热态塑性好,但耐蚀性差。这种合金通常进行淬火和120左右的人工时效处理。常用合金有 LC4(7A04)、LC9(7A09)等,主要用于工作温度
8、较低、受力较大的结构件,如飞机大梁、起落架等。锻铝合金锻铝是用于制作形状复杂的大型锻件的铝合金,如喷气发动机压气机叶轮、导风轮等。它应具有良好的铸造性能(可铸出高质量的铸锭)、良好的锻造性能、和较高的力学性能。目前锻铝属于Al-Mg-Si-Cu系和Al-Cu-Ni-Fe系合金。其合金元素的种类虽多,但含量都较少,因而具有良好的热塑性,一般锻压成型后经淬火时效处理。Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金,常用牌号有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等。美F-117隐身战斗机(所用材料大部分是铝合金)高比强铝合金机翼铸造铝合金铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如下:铸
9、造有色纯金属的牌号为Z+该金属元素符号+纯度百分含量数字。如ZAl99.5。铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分含量数字+其他合金元素符号及其百分含量数字。混合稀土元素符号用RE表示。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。n铸造铝合金代号用“ZL”(铸铝)及三位数字表示。第一位数字表示合金类别(如1表示铝-硅系,2表示铝-铜系,3表示铝-镁系,4表示铝-锌系等);后两位数字为顺序号,顺序号不同,化学成分不同。n力学性能不如变形铝合金,铸造性能好,用于生产形状复杂的零件。铸造铝合金铸造铝合金中有一定数量的共晶组织,故具有良好的铸造性能,
10、但塑性差,常采用变质处理和热处理的办法提高其力学性能。铸造铝合金可分为A1-Si系、A1-Cu系、A1-Mg系和A1-Zn系四大类。57712.7%Al-Si系合金A1-Si系铸造铝合金又称硅铝明,是铸造铝合金中应用最广泛的一类。这种合金流动性好,熔点低,热裂倾向小,耐蚀性和耐热性好,易气焊,但粗大的硅晶体严重降低合金的力学性能。因此生产中常采用“变质处理”提高合金的力学性能。未变质处理 经变质处理 ZL102的铸态组织n为提高硅铝明的强度,常加入能产生时效强化的Cu、Mg、Mn等合金元素制成特殊硅铝明,这类合金除变质处理外,还可固溶时效处理,进一步强化。n用于制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸
11、体、风机叶片、发动机活塞等。铝铜合金:A1-Cu铸造铝合金耐热性好,但由于其铸造性能不好,有热裂和疏松倾向,耐蚀性差,比强度低于一般优质硅铝明,故有被其它铸造铝合金取代的趋势。常用牌号有ZL201、ZL202。铝镁合金:ZL301、ZL302。轻、比强度高,铸造性能差。用于舰船、氨用泵体。铝锌合金:ZL401、ZL402。强度高、热稳定性好、铸造性能好。用于结构、形状复杂的汽车、飞机仪器零件。5.2 铜及铜合金5.2.1 工业纯铜 n铜是贵重有色金属,是人类应用最早和最广的一种有色金属,其全世界产量仅次于钢和铝。工业纯铜又称紫铜,密度为8.96103kg/m3,熔点为l083。n性能:良好的导
12、电、导热性,晶体结构为面心立方晶格,因而塑性好,容易进行冷热加工。同时纯铜有较高的耐蚀性,在大气、海水中及不少酸类中皆能耐蚀。但其强度低,强度经冷变形后可以提高,但塑性显著下降。n工业纯铜按杂质含量可分为T1、T2、T3、T4四种。“T”为铜的汉语拼音字头,其数字越大,纯度越低。如T1的Cu99.95,而T4的Cu99.50,余为杂质含量。纯铜一般不作结构材料使用,主要用于制造电线、电缆、导热零件及配制铜合金。n铜合金:黄铜、白铜,青铜。黄铜:以Zn为主要合金元素。良好的加工性能,良的铸造性能,耐腐蚀性能也好。白铜:以Ni为主要合金元素。用于铸造形状复杂的零件。抗腐蚀性比黄铜还好。以B表示。如
13、:BlO为10Ni、余为铜;B30为30%Ni、余Cu的铜镍合金。青铜:除黄铜、白铜之外的铜合金。5.2.2 黄铜 n铜和锌的合金称为黄铜。按照黄铜的化学成分,黄铜可分为简单(普通)黄铜和复杂(特殊)黄铜两类。按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。简单黄铜n只含锌不含其它合金元素的黄铜称为简单或普通黄铜。代号由“H”(黄铜的汉语拼音字头)起首,后面两位数字表示合金中含铜的百分数。例如H80,即表示含铜80的黄铜。若属于铸造简单黄铜,则再冠以“Z”字,例如ZH62等。n普通黄铜色泽美观,对海水和大气腐蚀有很好的抗力。当Zn32%时为单相黄铜,单相黄铜塑性好,适宜于冷压力加工;当Zn32后,组成双相黄铜
14、,适宜于热压力加工。普通黄铜的显微组织 单相黄铜 两相黄铜 nH80色泽好,可以用来制造装饰品,故有“金色黄铜”之称。H70强度高、塑性好,可用深冲压的方法制造弹壳、散热器、垫片等零件,故有“弹壳黄铜”之称。nH62、H59,它们具有较高的强度与耐蚀性,且价格便宜,主要用于热压、热轧零件。冷凝器管冷凝器管汽车机油泵衬套复杂黄铜n除Zn以外还含有一定数量的其它合金元素的黄铜称为复杂黄铜或特殊黄铜。复杂黄铜的编号方法是:代号“H”+主加元素符号+铜含量十主加元素含量,如HPb74-3,表示含74Cu、含3Pb、其余为Zn的复杂黄铜。n加入合金元素的目的是为了改善黄铜的力学性能、抗蚀性或某些工艺性能
15、(如铸造性能、切削加工性等)。常加入的合金元素有铅、锡、铝、锰、铁、钴、镍等。n复杂黄铜强度、耐蚀性比普通黄铜好,铸造性能改善。n常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。n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。黄铜铸件黄铜铸件黄铜棒5.2.3 青铜n青铜原指人类历史上应用最早的一种Cu-Sn合金。但逐渐地把除锌以外的其它元素的铜基合金,也称为青铜。所以青铜包含有锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜和铅青铜等。n青铜的编号方法是:代号“Q”(“青”的汉语拼音字头)十主元素符号+主
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- 2.35 课件 有色金属 金属 工艺学
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