4有色金属PPT课件.ppt

1、5/28/20221Non-ferrous Metals 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu2概概 述述定义定义 : 除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金属。 分类分类重金属重金属(密度密度3.5) Cu、Ni 等。轻金属轻金属(密度密度3.5) Al、Mg 等。贵重金属贵重金属 Au、Ag、Pt 等。稀有金属稀有金属 W、Ti、Ra、Nb 等。半金属半金属 Si、Te、B 等。例如：Cu、Al、Zn、Ag、Pb等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu3性能性能: : 具有独特的性能

2、。力学性能：力学性能：比强度高（/d），高温强度好； 例如:Al、Ti；用于航空、航天； Ni基合金工作温度800-1000、Mo基1300物理性能：物理性能：导电性好：Ag、Cu、Al； 磁性材料：Co； 超导材料；防辐射材料：Pb化学性能：化学性能：耐蚀性 Cu、Ti、Al、Zn等； Ti合金耐蚀性非常好；Zn产量一半用于镀Zn防锈储量丰富：储量丰富：Al 8.8%;Fe 5.5% ; Mg 2.1%; Ti 0.6% Mn 0.09% ;Cu 0.01% ;Cr 0.02%;Sn 0.004%材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of M

3、SE,hpu4铝 合 金 第 一 节Aluminium Alloy5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu5纯纯 铝铝高纯铝 L01L04工业高纯铝 L0、L00工业纯铝 L1L51、密度小;2、导电及导热性能好;3、抗大气腐蚀性好;4、塑性高;强度低; 性能特点：性能特点： 分类：分类：1070A（L1）、1060（L2）材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu6铝合金的铝合金的主要应用领域主要应用领域战机舰船导弹火箭人造卫星战车高速列车汽车高层建筑材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28

4、/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu7二、铝二、铝 合合 金金1. 1. 铝合金：铝合金：Al+(Cu、Mg、Si、Mn)另外：Ti、B材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu8铝合金铝合金形变铝合金形变铝合金铸造铝合金铸造铝合金不能热处理强化不能热处理强化 能热处理强化能热处理强化铝硅系铝硅系 ZLZL1 1铝铜系铝铜系 ZL L2 2铝镁系铝镁系 ZL L3 3铝锌系铝锌系 ZL L4 4 2. 铝合金分类铝合金分类：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, D

5、ept of MSE,hpu9 3. 铝合金的强化铝合金的强化： 固溶强化、时效强化、细化组织强化和冷变形强化（1 1）固溶强化：）固溶强化：原因：原因：晶格畸变程度低。因此，铝的强化不能单纯依靠合金元素的固溶强化作用。 固溶强化，提高其强度；固溶强化，提高其强度；固溶强化效果不高；固溶强化效果不高；材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu10（2）时效强化：）时效强化： 又称沉淀强化。 铝合金经固溶处理固溶处理（也称淬火）后在室温或较高的环境温度下，随着停留时间的延长其强度、硬度升高，塑性和韧性下降的现象。固溶处理固溶处理过

6、饱和固溶体过饱和固溶体强、硬度提高强、硬度提高时效时效过饱和固溶体分解过饱和固溶体分解强、硬度大幅提高强、硬度大幅提高材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu11（3 3）细化组织强化：）细化组织强化： 铝合金中添加微量合金元素细化组织是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。包括细化铝合金固溶体基体和过剩相组织。铸造铝合金中常加入微量元素（变质剂）进行变质处理来细化合金组织，既能提高合金强度，又会改善其塑性和韧性。（4 4）冷变形强化：）冷变形强化：不可热处理强化铝合金的主要强化方式。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/

7、28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu12 退火退火 ( anneal ) 时效强化时效强化 ( ageing strengthening ) 退火退火 形变铝合金形变铝合金: *消除应力，硬度不变。 *消除加工硬化，降低硬 度，便于冷塑性加工。铸造铝合金铸造铝合金: 消除应力；均匀成分。 3. 铝合金热处理：铝合金热处理：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu13定义定义: 固溶处理后的合金随时间延续而发生进 一步强化的现象。资料资料: 1906年德国 Duralumin首次发现。 1910年德

8、国A Welmer 发明并获专利。 1916年用于制造飞机。 1938年 Guinier Preston 建立学说。 时效强化：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu14 4%Cu铝合金自然时效：铝合金自然时效：33.25.65T（）AlCu+CuAl2材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu15 原理原理( G P 学说学说 ) ：1 1）时效初期：）时效初期：铜原子偏聚成铜原子富集区，GP区2）随着时间的延长或温度的提高）随着时间的延长或温度的提高：在G

9、P1区的基础上 铜原子进一步偏聚，称为GP。GP区可视为中 间过渡相，常用表示，使合金得到进一步强化。3 3）时效过程进一步发展）时效过程进一步发展: :铜原子在GP1区继续偏聚，形 成过渡相,晶格畸变减轻，合金的硬度开始下降。4 4）时效后期）时效后期: :过渡相从母相中脱溶，形成平衡相 ，使合金的强硬度进一步降低，即所谓“过时效”。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu16 Al合金时效的基本过程：淬火过饱和固溶体形成铜原子富集区（GP区）铜原子富集区有序化（GP区）形成过渡相析出平衡相（CuAl2）+平衡的固溶体。 自

10、然时效人工时效 种类：种类：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu17 4%Cu铝合金的时效曲线：铝合金的时效曲线： 时效温度越高，达到最高强度需要时间越短，但 强化效果弱； 2）过高的温度或过长的保温时间，会发生过时效； 3）低温可使过饱和固溶体相对稳定，抑制时效发生材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu18 三、三、形变铝合金形变铝合金 （deformation aluminum alloy )防锈铝合金为不可热处理强化的铝合金，其余三种为可热处理强化

11、的铝合金。防锈铝合金防锈铝合金 LF（防锈铝）硬铝合金硬铝合金 LY（硬铝）超硬铝合金超硬铝合金 LC（超硬铝）锻铝合金锻铝合金 LD（锻铝） 形变形变铝合金铝合金材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu19材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu20 Al Mg 例如:LF11(5A05)(5A05) 1.防锈铝合金( LF ) ：Al Mn 例如:LF21（3A21)3A21)。不宜热处理强化，通过加工硬化来提高强度和硬度。性能特点：性能特点：具有优良的耐

12、蚀性、塑性和焊接性，适宜制造深冲、焊接和在腐蚀介质中工作的零、部件。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 固溶强化提高 强度和抗蚀性5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu21 Al Cu Mg 系，通过时效强化提铝合金强度，但耐蚀性不高。LY11(2A11(2A11)、LY12(2A12)(2A12)。 2.硬铝合金( LY ) ：该合金强度和硬度高，故称为硬铝，又称杜拉铝。Cu和Mg形成强化相和S（CuMgAl2），在淬火后的时效过程中能形成这些相的过渡相，引起基体晶格畸变，从而显著提高合金的强度和硬度。 硬铝合金的耐蚀性不高，通常需要进行阳极化处理，或使其

13、表面形成（包覆）一层纯铝，称为包铝。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu22 Al Zn Mg Cu 通过时效强化和形成的强化相,使铝合金达到最高的硬度和强度，但耐蚀性较差。 LC4(7A04)(7A04) 。 3.超硬铝合金( LC ) ：有强烈的时效强化效果。其强度超过硬铝，变形铝合金中强度最高。 耐蚀性低，故也需要包铝保护。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 铝合金制造的机翼铝合金制造的机翼5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu23AlMgSiCu系，具有良好的热塑性, 通过固溶处理

14、和人工时效来提高铝合金的力学性能。 例如：LD5(2A50)(2A50)、LD10(2A14)(2A14) 4. 锻铝合金( LD ) ： 压气机叶片压气机叶片每种元素的含量较少，有良好的热塑性，适合加工外形复杂的锻件，故称为锻铝。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu24变形铝合金的牌号系列变形铝合金的牌号系列（GB/T164741996）组 别牌号系列纯铝1xxx以铜为主要合金元素2xxx以锰为主要合金元素3xxx以硅为主要合金元素4xxx以镁为主要合金元素5xxx以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相6xxx以

15、锌为主要合金元素7xxx以其它合金元素为主要合金元素8xxx材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu25铸造铝合金铸造铝合金 ( cast aluminum alloy ) 铸造铸造铝合金铝合金AlSiAlSi系系 ZLZL1 1AlCuAlCu系系 ZLZL2 2AlMgAlMg系系 ZLZL3 3AlZnAlZn系系 ZLZL4 4 合金元素主要有Si、Mg、Mn、Ni、Cu、Zn、RE等。铸造铝合金的代号用“ZL”后加三位数字表示。第一位数表示合金类别，后两位数字表示合金顺序号。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/

16、28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu26 ZL101ZL111 1. 1.铸造铝铸造铝- -硅合金：硅合金： 具有很好的流动性，补缩能力强，热裂倾向小，是使用最广泛的铸造铝合金。 又称硅铝明硅铝明，仅由Al、Si两组元的为简单硅铝明。Si在Al中的最大溶解度只有1.65%，固溶体中析出Si的数量少，不产生强化作用，简单硅铝明属不可热处理强化的铝合金。组织为粗大针状的硅和铝基固溶体构成的共晶体，偶而有少量块状初晶硅。活活 塞塞材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu27T（）AlSi11.7ZL10

17、2: (ZAlSi12)合金成分：合金成分：Al+11-13%Si 加入Cu、Mg、Mn等元素，构成复杂硅铝明。由于组织中出现了更多的强化相，可变质处理和时效强化。 位于共晶点附近，流动性好。用于制造形状复杂、强度要求不高的铸件，如内燃机活塞。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu28变质处理：变质处理：Al（液）+微量钠或钠盐 720-750变质后组织：变质后组织：合金中的初晶硅消失，粗大的针状共晶硅细化成细小条状或点状。2/3NaF+1/3NaCl性能：性能：强度提高，特别是塑性、韧性得到很大提高。材料科学与工程学院材

18、料科学与工程学院 未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu29材料科学与工程学院材料科学与工程学院 用途：用途：形状复杂、强度要求不高的铸件 如内燃机活塞、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片等。 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu30 较高的强度、塑性及耐热性，铸造性能和耐蚀性较差。 2.铸造铝铸造铝-铜合金：铜合金：ZL201ZL203铝铜合金 210 ZL201室温强度、塑性比较好，可制作300以下工作的零件。ZL202 塑性较低，制作不受冲击的零件。

19、ZL201 (ZAlCu(ZAlCu5 5Mn)Mn)材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu31较高的强度、韧性及耐蚀性，铸造性能和耐热性较差。 3.铸造铝-镁合金：ZL301（ZAlMgZAlMg1010) )鼓风机密封件（鼓风机密封件（ZL301)ZL301)铝镁合金铝镁合金 150150密度最小、抗冲击和切削加工性能良好，该系铸造铝合金常用于承受冲击载荷、振动载荷和耐海水或大气腐蚀、形状较简单的零件或接头。ZL301、ZL302材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of

20、 MSE,hpu32 4. 铸造铝-锌合金： ZL401、ZL402空压机活塞空压机活塞 (ZL401)(ZL401) 最便宜的一类铸造铝合金，无特别突出的优点，经变质处理和时效处理后，具有较高强度，缺点是耐蚀性较差。ZL401主要用于工作温度不超过200、形状复杂、受力不大的零件。 ZL401 (ZAlZn(ZAlZn1111SiSi7 7) )材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu33铜 合 金 第 二 节Copper AlloyCopper Alloy5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hp

21、u34 5、冲击无火花 等。一、纯一、纯 铜铜工业纯铜 T1T4无氧铜 TU2 性能特点：性能特点：1、导电及导热性能好；2、抗大气腐蚀性好；3、塑性高、加工性好；4、无磁性； 分类：分类：纯铜组织纯铜组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu35杂质：杂质：PbPb、BiBi、S S、O O2 2、P P等等杂质的量：0.1%0.5%PbPb、Bi:Bi:与铜形成低熔点的共晶体分布在铜的晶界上， 对铜进行热加工时，共晶体发生熔化，造成脆 性断裂，即“热裂”。O O2 2、S:S:与铜形成共晶体，Cu2S、Cu2O均为脆性化

22、合物， 在冷变形加工时易产生破裂，即“冷脆”。纯铜用于制作导电、导热及兼具抗蚀性的器材。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu36纯铜退火状态，强度低，塑性好（b=250270Mpa，=3545%），经冷加工变形后强度升高，而塑性急剧降低（b=400500Mpa，=13%）。不能用作受力的结构材料，工业纯铜主要用导电、导热，兼有抗腐蚀性的器材，如电线、电缆、电器开关等，无氧铜主要作真空器件。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu37二、铜的合金化二、铜

23、的合金化铜合金化铜合金化：加入Zn、Al、Sn、Mn、Ni等元素。1. 1. 固溶强化：固溶强化：Zn、Sn、Al、Ni等合金元素合金元素NiZnSnAl最大溶解度无限3915.89.4元素在铜中的溶解度该类元素在铜中有较大的溶解度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu382. 2. 固溶固溶+ +时效强化：时效强化：Si、Be等T（）CuMe相图特征：相图特征：固溶体有较大的溶解度的变化。3. 3. 过剩相强化：过剩相强化：Zn、Sn等合金元素加入量超过溶解度极限后，便出现第二相，它们多为硬脆的化合物。材料科学与工程学院材

24、料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu39黄铜黄铜 : Cu Zn 白铜白铜 : Cu Ni 青铜青铜 : 除黄铜和白铜外的所有铜合金。三、铜合金三、铜合金 简单黄铜简单黄铜 ( common brass ) 复杂黄铜复杂黄铜 ( special brass ) 铜合金分类铜合金分类： 1. 黄铜：黄铜：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu40a a、定义：、定义：铜锌合金。铜锌合金。b b、牌号、牌号（代号）（代号）：( Z ) H 90WCu = 90%黄铜铸造黄铜退火

25、组织 25 1）简 单 黄 铜：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu41材料科学与工程学院材料科学与工程学院 黄铜有 和+两种组织,分别称单相黄铜单相黄铜和两相黄铜两相黄铜。黄铜棒黄铜棒5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu422)2)、ZnZn的作用的作用：（1 1）固溶强化：）固溶强化：Zn32%时，Cu-Zn合金以单相固溶体存在，主要是固溶强化。力学性能与含锌量的关系力学性能与含锌量的关系铜固溶于锌后其强度、塑性增大，大约在锌含量为30%时强度与塑性达到最佳配合。锌含量继续增加，强度继

26、续增加，但塑性急剧降低。H68H68为含锌量最高的单相为含锌量最高的单相组织，强组织，强度较高。塑性特别好，适宜冷、热度较高。塑性特别好，适宜冷、热变形，如枪弹壳，有变形，如枪弹壳，有“弹壳黄铜弹壳黄铜”之称。之称。H62H62强度高，塑性适中，不宜强度高，塑性适中，不宜冷加工，可热加工，作黄铜冷凝器、冷加工，可热加工，作黄铜冷凝器、热交换器等。热交换器等。H80H80用于镀层及装饰品。用于镀层及装饰品。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu43（2 2）过剩相强化：）过剩相强化：Zn32%时，Cu-Zn合金中出现相， 合

27、金以（+）双相存在。锌含量继续增加，强度继续增加，但塑性急剧降低。含锌量WZn45%时，强度与塑性都很低，无实用价值。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu44单相黄铜：单相黄铜：室温组织为单相固溶体。 强度较低、塑性特别好，适于压力加工。 常用H80、H70、H68，其中H70、H68强度较高。双相黄铜：双相黄铜：室温组织为+。 强度高，塑性差。 常用H59、H62，用作水管、油管、散热器等。单相黄铜 H68双相黄铜H59材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,

28、hpu45v弹壳黄铜 - H70 ( H68 )v日用黄铜 - H62 ( H59 ) 常用黄铜：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 法兰阀法兰阀5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu46定义定义: 在黄铜中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。牌号牌号:H Al 59 - 3含铝量WAl = 3%含铜量WCu = 59% 3）特殊黄铜：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu47普通黄铜加入Al、Sn、Pb、Si、Mn、Ni等合金元素后，形成各种特殊黄铜，如铝黄

29、铜、锡黄铜、铅黄铜、锰黄铜等，具有一些特殊的性能。 AlAl、SnSn、MnMn、NiNi：提高黄铜的耐蚀性和耐磨性； SiSi：改善铸造性能； PbPb：改善切削加工性能。 生产中较多的是锰黄铜和铝黄铜。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu48材料科学与工程学院材料科学与工程学院 用途：用途：船舶及化工零件，如冷凝管、齿轮、螺旋桨、轴承、衬套及阀体等。5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu49海军黄铜 - HSn62 - 1易切削黄铜 - HPb59 - 162Cu 37Zn Sn 海军

30、黄铜铸造组织 600硅黄铜铸造组织 50 常用特殊黄铜：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu50铅黄铜70锰黄铜25材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu51 4）黄铜的性能：黄铜的性能： 工艺性能：工艺性能：好的铸造性能，组织致密； 好的压力加工性能，可进行各种冷热加工。 (2)(2)抗蚀性能：抗蚀性能：与纯铜接近，可耐大气、海水、碱的 腐蚀，怕酸的腐蚀。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MS

31、E,hpu52v季裂季裂 - 应力腐蚀 : 黄铜在塑性变形后产生较 大应力,在潮湿空气中或在微量氨的气份中发 生应力腐蚀。含锌量越高, 应力腐蚀倾向越大。v脱锌脱锌 - 锌的电极电位远低于铜 , 所以在 盐水中黄铜极易发生电化学腐蚀。 5）黄铜季裂与脱锌：防止措施防止措施：a消除残余应力；b加入Sn、Si等元素。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu53去应力退火去应力退火 : 在200300左右退火, 提高塑性和弹性极限，消除应力腐蚀。再结晶退火再结晶退火 : 在500700左右退 火，消除加工硬化，恢复塑性。 6）黄铜的

32、热处理：黄铜的热处理：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu54 普通青铜普通青铜 ( 锡青铜 ) ( tin bronze ) 特殊青铜特殊青铜 ( 无锡青铜 ) ( tin free bronze ) 2、青、青 铜：铜： 锡青铜是铜合金中综合性能最好的合金。现代工业把CuAl、CuBe、CuPb、CuSi等铜合金也称为青铜，在青铜合金前面冠以主要合金元素的名称，如锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu551 1）青铜

33、的代号：）青铜的代号：“青”拼音字头“Q”加主要合 金元素的名称及含量表示。铸造青铜在代号前加“Z”Q+主加元素主加元素+含量含量 青铜牌(代）号表示方法(Z)Q Sn10 1 其它合金元素含量为1%主加元素锡其含量为WSn = 10%青铜铸造(ZCuSn(ZCuSn1010P P1 1) )材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu56( tin bronze ) 2）锡）锡 青青 铜：铜： W WSnSn6%6%：单相固溶体，塑性好； W WSnSn6%6%：出现硬而脆的相（Cu31Sn8为基的固溶 体），强度升高，但塑性开

34、始下降； W WSnSn20%20%：出现大量的相，合金完全变脆； 工业用锡青铜的含锡量 大多WSn3%14%之间。 压力加工锡青铜：压力加工锡青铜： WSn6%7%， 铸造锡青铜：铸造锡青铜：WSn大于7%材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu57锡青铜的性能：锡青铜的性能：力学性能：力学性能：b:550-750MPa、 %：4-10% HB180左右铸造性能：铸造性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 获得完全符合铸模内型的铸件。适于铸造形状复杂，尺寸要求精确，对致密度要求不太高的铸件。流动性较差流动性较差凝固收缩率

35、小凝固收缩率小铸件密度低，易渗漏铸件密度低，易渗漏5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu58n春秋战国時期，齊國工匠總結科技經驗寫成的考工記考工記一書中，提出了金有六齊，這是世界科技史上最早的合金规律总結。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu59材料科学与工程学院材料科学与工程学院 明永乐大钟是采用泥范法，先在地上挖一个大 坑，用草木和三合土做好内壁，上面涂上细 泥，把写好经的宣纸反贴在细泥上，刻好阴 字，加热烧成陶范。铸时，几十座熔炉同时开 炉，炉火纯青，火焰冲 天，金花飞溅，铜汁涌 流

36、，一次铸成。永乐钟 铜质精良，合金纯度考 究。大钟含铜80.5%,含锡16%，还有铅、锌、铁、硅、镁等元素。这种成分配比，与考工记考工记中的“六齐”项下的“钟鼎之齐”的记载极其近似。 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu60锡青铜的性能：锡青铜的性能：抗蚀性：抗蚀性：好的耐磨性、无磁性、好的耐磨性、无磁性、冲击不产生火花。冲击不产生火花。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 耐蚀性良好，在大气、海水及无机盐溶液中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，在硫酸、盐酸和氨水中的耐蚀性较差。好于纯铜、黄铜好于纯铜、黄铜怕酸的腐蚀怕酸的腐蚀用于耐蚀承载件,如弹簧、轴承、齿轮轴、蜗轮、

37、垫圈等。例如蒸汽锅炉、海船的零件。5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu61 锡青铜铸造组织：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 锡青铜铸造组织 53锡青铜管锡青铜管5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu62无锡青铜 ( tin free bronze ) a. 铍青铜铍青铜 : QBe2; 淬火淬火+ +时效强化的铜合金时效强化的铜合金 3） 特特 殊殊 青青 铜：铜：力学性能：力学性能：b:1200-1400MPa；s:1000MPa %：3%； HB330-400左右；具有非常好的力学性能。用于制造重要、精密、高温、高速下

38、工作的零件。高级弹性元件、钟表齿轮等材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu63用途：用途：制造重要、精密、高温、高速下工作的零件。 例如高级弹性元件、钟表齿轮、精密弹簧、膜片，高速、高压轴承及防爆工具、航海罗盘等重要机件等材料科学与工程学院材料科学与工程学院 铍青铜制品铍青铜制品5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu64b.b.铝青铜铝青铜 : QAl: QAl7 7 铝青铜是无锡青铜中应用最广泛，有更高的强度、硬度、耐磨性以及抗大气、海水腐蚀的能力。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 以

39、铝为主加元素的铜合金，铝含量为511%。冷加工铝青铜：冷加工铝青铜：WAl5%-7%用途：用途：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。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热加工和铸造：热加工和铸造：WAl7%-12%5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu65 3、白、白 铜：铜： 镍含量镍含量W WNiNi50%50%的的CuNiCuNi合金。合金。 简单白铜：简单白铜：CuNi二元合金 代号：“B”+ Ni%；特殊白铜：特殊白铜： CuNi+其它合金元素 代号：B+特殊元素的符号+ Ni% + 特殊元

40、素%。 铜与镍可以无限互溶，白铜的组织均呈单相，不能热处理强化。强化方式主要是固溶强化和加工硬化。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu66特点特点: :在各种腐蚀介质中具有高的化学稳定性; 优良的冷、热加工性能。用途：用途：制造蒸汽和海水环境中工作的精密仪器、仪表 零件、冷凝器和热交换器，常用合金为B5，B19和B30特殊白铜：特殊白铜：主要为锌白铜和锰白铜。 锰白铜具有电阻高和电阻温度系数小的特点，是制造低温热电偶、热电偶补偿导线及变阻器和加热器的理想材料。最常用的特殊白铜是康铜（锰白铜）BMn40-1.5和考铜BMn4

41、3-0.5。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu67轴 承 合 金 第 三 节Bearing AlloyBearing Alloy5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu68工件体工件体轴轴轴瓦轴瓦用于制造滑动轴承的轴瓦、内衬的合金。用于制造滑动轴承的轴瓦、内衬的合金。 定义：定义：工作状况：工作状况：轴承支撑着轴，当轴旋转时，轴瓦和轴发生强烈的摩擦，并承受轴颈传给的周期性载荷。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu69

42、1. 在工作温度下,应具有足够的抗压强度、 疲劳 强度。 2. 较小的摩擦系数，良好的减摩性和 高的耐磨性。 3. 具有良好的磨合性。 4. 具有良好的耐蚀性、导热 性、较小的膨胀系数。 5. 良好的工艺性，价格低廉。 一、性能要求：一、性能要求：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu701. 软基体上分布硬质点软基体上分布硬质点 适用于高速中、低载荷情况。 二、组织要求二、组织要求：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu712. 2. 硬基体上分布软质点

43、硬基体上分布软质点 用于高速重载荷条件下。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu72 锡基轴承合金 52 （SnSb+Cu Sb+基体） 铅基轴承合金 52( Sn ,Cu3Sb ,Pb-Sb 共晶体 ) 轴承合金组织：轴承合金组织：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu73三、轴承合金的分类及编号：三、轴承合金的分类及编号： 分类：分类：锡基、铅基、铝基、铜基和铁基等数种， 前两种锡基、铅基称为巴氏合金。2. 2. 牌号：牌号： Z+基本元素符号+主加元

44、素符号+主加元素含量+辅加元素含量。“Z” “铸造”。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu74锡锑轴承合金锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金 )Z Ch Sn Sb11 6 其它元素的含量为6%主加元素锑其主加元素锑其含量为含量为11%基本元素锡轴承铸造材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu75 锡基轴承合金软基体上分布着硬质点的组织特征：软基体锑在锡中的固溶体，硬质点有以锡、锑化合物SnSb为基的固溶体及锡Cu6Sn5。性能：导热性、耐蚀性、工艺性良好，

45、摩擦因数与膨胀系数较小，抗咬合能力强，用于制作航空发动机、气轮机、内燃机等大型机器中的高速轴承。 3. 3. 锡基轴承合金：锡基轴承合金：ZChSnSb11-6 合金组织合金组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu764. 4. 铅基轴承合金：铅基轴承合金： 铅基轴承合金的基本成分是铅和锑。Pb-Sb合金在室温下的组织是由和两个相所组成。相是锑（Sb）溶于铅中的固溶体，很软，软基体，相是铅溶于Sb中的固溶体，较硬。 通常加入616%Sn，Sn既能溶于相中提高合金的强度和硬度，又能形成SnSb硬质点，提高合金的耐磨性。相的比

46、重大于，容易造成比重偏析，所以有时还加入12%Cu，防比重偏析，同时有硬的Cu2Sb相形成，提高合金的耐磨性。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu77 铝基轴承合金 : ZChAlSb4 1 铜基轴承合金 : ZCuPb30 ZCuSn10P1 内燃机轴瓦巴氏合金轴瓦材料科学与工程学院材料科学与工程学院 5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu78钛 基 合 金 第 四 节Titanium AlloyTitanium Alloy5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,h

47、pu791. 密度小、比强度高;2. 耐热性好;3. 耐蚀性能优异; 4. 化学性质十分活泼; 在真空或惰性气体中进行生产.5. 成本高，价格贵。 一、性能特点：一、性能特点：自1952年正式作为结构材料使用以来发展极为迅速，在航空工业和化学工业中得到了广泛的应用。银白色，熔点1668，密度4.5g/cm3 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 美美F-22F-22战机约战机约36%36%重量的零件用重量的零件用钛合金制造钛合金制造5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu80 二、纯钛二、纯钛 钛是一种银白色的金属，密度小，熔点高，较高的高温强度。钛的热膨胀系数很

48、小，热应力较小，导热性差，切削、磨削加工性能较差。在空气中，容易形成薄而致密的惰性氧化膜，在氧化性介质中的耐蚀性优良，在海水等介质中也具有极高的耐蚀性；钛在不同浓度的酸（HF除外）以及碱溶液和有机酸中，也具有良好的耐蚀性。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 Ti体心立方晶格， Ti密排六方晶格。Ti882.5 Ti纯钛具有同素异构转变纯钛具有同素异构转变5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu81材料科学与工程学院材料科学与工程学院 常见杂质：常见杂质：O、N、C、H、Fe、Si等数字越大，杂质越多，强度越高，塑性越低。工业纯钛分：工业纯钛分：TA1、TA2、

49、TA3三个牌号如热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。 用途：用途：纯钛用于350以下工作、强度要求不高的零件。钛管换热器钛管换热器钛制蒸馏塔钛制蒸馏塔5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu82 三、钛合金三、钛合金 加入Al及其它合金元素，铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度。 合金元素分三类。扩大扩大相区相区：使转变的温度升高的元素，称为 相稳定元素相稳定元素，如Al、O、N、C等；扩大扩大相区：相区：使转变的温度降低的元素，称为 相稳定元素相稳定元素，又将其细分为同晶型元素（如Mo、V、 Nb、Ta及稀土）和共析型元素；中性元素：中性元素：对相变

50、温度影响不大的元素，如Zr、Sn等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 钛合金泵钛合金泵5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu83 按退火状态下的组织分：按退火状态下的组织分：、和+钛合金 分别以TA、TB和TC加顺序号表示。 型：型：加入Al、Sn、Zr，固溶强化。 不能热处理强化，热处理仅消除应力或加工硬化。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 钛合金卫星框架钛合金卫星框架 钛合金液下泵钛合金液下泵5/28/2022Anming Li, Dept of MSE,hpu84 +型：型：组织以为主，的数量不超过30%。可通过淬火+时效强化，多在退火状态下使用