有色金属及合金.ppt

汽车应用材料第二章,除钢铁材料以外的其他金属材料统称为有色金属，其种类很多，且具备的许多特殊的物理和化学性能，又有一定的力学性能和较好的工艺性能，是工业上不可缺少的工程材料，工程上最常用的有色金属有铝、铜、锌、铅、镁、钛及其合金和轴承合金等。,四、有色金属及合金,,汽车应用材料第二章,一铝及铝合金二铜及铜合金三钛及钛合金四轴承合金,有色金属及其合金,,,汽车应用材料第二章,一铝及铝合金,1．纯铝2．铝合金,,,汽车应用材料第二章,熔点660℃，密度2.7g/cm3，比强度高。导电导热性好，耐大气腐蚀。切削性好，塑性好、可冷成型。铸Al合金的铸造性能好。,Al及Al合金的特点,,,汽车应用材料第二章,工业纯铝L1～L5，做散热器、器皿等。力学性能σb80100MPaδ3050,1．纯铝,,,汽车应用材料第二章,纯铝,按纯度分为高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝三类高纯铝99.996～99.93用于科研，代号L04～L01；工业高纯铝99.9～99.85用于作Al合金原料、铝箱，代号L0、L00；工业纯铝99.0～98.0作管、线、棒、代号L1～L6，数字大。,,,汽车应用材料第二章,2．铝合金,（1）分类和强化分类变形铝合金、铸造铝合金强化方法固溶、冷变形、时效强化，变质处理。,,,汽车应用材料第二章,-CuAl2,时效强化淬火后合金强硬度随时间延长而显著升高,时效工艺固溶处理（水冷淬火）→过饱和固溶体,时效过程过饱和固溶体分解，析出强化相。,自然时效在室温长时间停留，如，数天。人工时效加热至100200℃，保温一定时间。,,,汽车应用材料第二章,铝合金,1）变形铝合金防锈铝合金硬铝合金超硬铝合金锻铝合金（2）铸造铝合金Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al-Zn系合金,,,汽车应用材料第二章,铝合金牌号,铝合金的牌号表示方法变形铝合金采用四位数表2xxx8xxx系列,如2A11，表示以铜为主铝合金,A表示原始,B表示改型,11表示纯度.铸造铝合金的代号用“ZL”两个字母和三个数字表示，如ZL102，ZL203,ZL302等.如ZL102表示2号铝-硅铸造铝合金。,,,汽车应用材料第二章,变形铝合金,,,,防锈铝3A21，5A02,5A05等.不可热处理强化，做油箱、油管、铆钉。硬铝2A01,2A10,2A11,2A12等，做螺旋桨叶片、支柱。超硬铝7A04，做飞机大梁、起落架。锻铝2A50,2A14，做锻件、模锻件。,,,汽车应用材料第二章,飞机主起落架,,,汽车应用材料第二章,锻铝合金LDAl–Mg–Si–Cu具有良好的热塑性,通过固溶处理和人工时效来提高铝合金的力学性能。2A50,2A14。,压气机叶片,,,汽车应用材料第二章,（2）铸造铝合金,Al-Si合金（硅铝明）铸造性好（熔点低、流动性好、收缩小）。,变质后，共晶体（细点状Siα基体）初晶α,变质处理显著提高力学性能。组织变质前，共晶体（粗针状Siα基体）初晶Si,ZL102的铸态组织，未变质，500,变质处理后，100,铸造铝合金的应用,,,汽车应用材料第二章,活塞裙部为铝硅合金,ZL102合金铸造组织化染55,铸造铝–硅合金ZL101～ZL111,,,汽车应用材料第二章,硅铝明ZL102,简单硅铝明组织αSi共晶体，它的最大优点是铸造性能好，此外，密度小，抗蚀性，耐热性，焊接性也相当好，但强度低，这类合金只适用于制造形状复杂但对强度要求不高的铸件，如仪表壳体等。特殊硅铝明在该合金的基础上加入适当合金元素Cu、Mn、Mg、Ni等元素，发展成能时效强化的铝合金，称为特殊硅铝明，具有良好的铸造性和较高的抗蚀性及足够的强度，如ZL108、ZL109是我国目前常用的铸造铝活塞的材料。,,,汽车应用材料第二章,铸造铝–铜合金ZL201～ZL203有较高的强度、塑性及耐热性,但铸造性能和耐蚀性较差。制造汽缸盖,活塞等,铝铜合金铸造组织化染210,汽缸头,,,汽车应用材料第二章,铸造铝–镁合金ZL301、ZL302有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸造性能和耐热性较差。,铝镁合金铸造组织化染150,鼓风机用密封件ZL102及抗空架件ZL301,,,汽车应用材料第二章,铸造铝–锌合金ZL401、ZL402具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。,大型空压机活塞ZL401,,,汽车应用材料第二章,二铜及铜合金,1．纯铜2．铜合金,,,汽车应用材料第二章,1.铜及铜合金的性能特点,优异的物理、化学性能导电、导热性、抗蚀、抗磁能力高良好的加工性能塑性好；铸造性好某些特殊机械性能优良的减摩性和耐磨性，高的弹性极限和疲劳极限,,,汽车应用材料第二章,2.铜及铜合金的分类及用途,纯铜铜合金黄铜青铜白铜,,,汽车应用材料第二章,2.铜及铜合金的分类及牌号,纯铜紫铜T1、T2、T3、Tu1，Tu2铜合金黄铜普通黄铜H表示含铜62,其余为Zn的黄铜特殊黄铜HPb59-1表示59Cu、1Pb。余量为Zn的铅黄铜青铜锡青铜QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4P的锡-磷青铜特殊青铜白铜BMn3-12,是含3Ni及12Mn的锰白铜,,,汽车应用材料第二章,1．纯铜紫铜（紫红色）,工业纯铜T1T4，做电导体。力学性能σb230250MPaδ4050,纯铜管,,,汽车应用材料第二章,纯铜,我国工业有三个牌号即一号铜（99.95Cu）、二号铜（99.90Cu），三号铜（99.7Cu），其代号分另为T1、T2、T3。此外，纯铜除工业纯铜外，还有一类叫无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003，其代号有Tu1，Tu2，“u”是“无”汉语拼音字首。纯铜退火状态，强度低，塑性好（σb250～270Mpa，δ35～45），经冷加工变形后强度升高，而塑性急剧降低（σb400～500Mpa，δ1～3）。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。,,,汽车应用材料第二章,铜合金,纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。为了满足制作结构件的要求，在铜中加入合金元素，通过固溶强化，时效强化及过剩相强化等途径提高合金的强度，获得高强度的铜合金。常用的合金元素Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Cr、Zr等。铜合金按其化学成分可分为黄铜、青铜、白铜三大类。,,,汽车应用材料第二章,黄铜,黄铜是以Zn为主要合金元素的铜合金，具有良好的机械性能，易加工成型，对大气、海水有相当好的抗蚀能力，是应用最广的重要有色金属材料。黄铜按其所含合金元素的种类可分为普通黄铜和特殊黄铜两类；按生产方式可分为压力加工黄铜和铸造黄铜两类。,,,汽车应用材料第二章,普通黄铜,普通黄铜，就是Cu-Zn二元合金，当Zn含量＜36，时单相α，Zn含量＞36而＜47时组织αβ’两相工业上所用的黄铜Zn含量一般不超过47。单相黄铜室温组织为单相α的黄铜又称单相黄铜，强度较低、塑性特别好，适于压力加工，常用代号有H80、H70、H68，其中H70、H68强度较高，大量用作枪弹壳和炮弹筒，故有“弹壳黄铜”之称。双相黄铜αβ’黄铜又称双相黄铜，强度高，塑性差、常用H59、H62用作水管、油管、散热器等。,,,汽车应用材料第二章,,,,汽车应用材料第二章,普通黄铜的组织特征图,单相黄铜H68,,,双相黄铜H59,,,,汽车应用材料第二章,黄铜的力学性能与含锌量的关系图,,,汽车应用材料第二章,常用的黄铜应用,金奖黄铜---H90,弹壳黄铜---H70H68,日用黄铜---H62H59,冷凝器管,,,汽车应用材料第二章,特殊黄铜,在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素，形成特殊黄铜，它们比普通黄铜具有更高的强度、硬度、抗腐蚀性能,,,汽车应用材料第二章,黄铜的“季裂”,虽然黄铜具有优良抗蚀性，但当零件以冷压力加工（挤压、冲压、弯曲等）成形时，由于其中有残余内应力存在，在氨、湿气、海水作用下，极易出现应力腐蚀开裂现象称为季裂。为了防止这种现象，冷压力加工后的黄铜零件（如弹壳等）必须进行消除内应力的退火（250～300℃保温1h以上）,,,汽车应用材料第二章,复杂黄铜改善Cu-Zn合金的耐蚀性、机械性能。,,,汽车应用材料第二章,黄铜制品,,,汽车应用材料第二章,（2）青铜Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。,压力加工青铜Sn青铜如QSn4-3，含4Sn、3Zn，其余为Cu。做轴承、弹簧等。Al青铜如QAl10-3-1.5，做耐蚀、抗磨的齿轮、轴套等。Be青铜如QBe2，做弹簧，高速轴承等。铸造青铜如Sn青铜，ZCuSn10Zn2。,,,汽车应用材料第二章,1.工业纯镁纯镁的密度很小，只有1.74，是工业用金属中最轻的一种。熔点为6501℃，在熔化温度时极易氧化甚至燃烧。固态下晶体结构为密排六方晶格，冷变形能力很差，但高纯度镁具有一定的塑性变形能力。强度低，大致与铝差不多。,（三）镁及镁合金,,,汽车应用材料第二章,2.镁合金镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金两类。铸造镁合金的牌号用“ZM”加顺序号表示，如ZM1、ZM3、ZM5等；变形镁合金的牌号用“MB”加顺序号表示，如MB1、MB5、MB7等。,,,汽车应用材料第二章,主加元素是锰，用以改善镁的抗蚀性。1.3％～2.5％Mn对海水的抗蚀性显著提高。镁－锰合金力学性不高，不能通过热处理强化。0.15～0.35％的铈可细化晶粒，提高力学性能。,镁－锰合金抗蚀性和焊接性优良，MB1用于生产板、棒、带半成品及锻件，制作要求高塑性、焊接性及耐蚀性的飞机零件。MB8则可制作中等负荷的零件。,①镁－锰系合金,,,汽车应用材料第二章,合金强度高，可热处理强化，铸造性好。但抗蚀性低，屈服强度和耐热性较低。,②镁－铝－锌系合金,铝是主加元素，锌和锰是辅加元素。铝在镁中固溶强化作用显著Al8～10％时，强化效果不明显。锌补充强化，改善塑性。锰提高抗蚀性。MB2、MB3热塑性、焊接性好，用作复杂锻件和热挤压棒材。ZM5铸造性和力学性能优良，用作复杂大型铸件和受力的飞机及发动机零件。,,,汽车应用材料第二章,该系合金形成组织疏松倾向很小，铸造性能较好，屈服极限较高，热塑性变形能力大。主加元素锌和锆，锌固溶强化及提高合金屈服极限，Zn≈6％。锆细化组织，提高强度和屈服极限，改善塑性和抗蚀性，提高耐热性。锆在0.5～0.8％时作用效果最佳。,③镁－锌－锆系合金,常用合金有ZM1、ZM2、MB15等。ZM1用于高强度、受冲击载荷大的零件，如飞机轮毂、轮缘、支架等；ZM2用于工作温度较高（200℃以下）的零件，如发动机机座、电机壳体等；MB15主要用于受力较大的零件，如机翼长桁等。,,,汽车应用材料第二章,四钛及钛合金,特性强度、塑性、比强度高，耐蚀、耐热、耐低温。,１．纯钛银白色，熔点1680℃，密度4.54g/cm3。同素异构转变882℃时，密排六方α-Ti←→β-Ti（体心立方）。牌号工业纯钛TA1～TA3,,,汽车应用材料第二章,2．钛合金,α-Ti合金可变形强化，如TA7（Ti-5Al-2.5Sn）β–Ti合金可时效强化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）（αβ）-Ti合金可时效强化，TC4（Ti-6Al-4V）,热处理退火650～850℃（再结晶）450～650℃（去应力）淬火时效处理,,,汽车应用材料第二章,,,钛飞船,TC4时效后的组织块状α＋β基体＋针状α,,,汽车应用材料第二章,五轴承合金,滑动轴承中的轴瓦及内衬的材料工作条件冲击、交变载荷，轴颈压力、摩擦。性能要求强硬度、塑韧性好，与轴的磨合能力、减摩性好。导热、抗蚀性好。,轴瓦,,,汽车应用材料第二章,Sn基轴承合金,ZChSnSb11-6（含11Sb，6Cu）。α软基体硬质点（白方块是β-SnSb＋白针状Cu6Sn5）,Pb基轴承合金ZChPbSb16-16-2α＋β共晶软基体硬质点,Cu基轴承合金做大载荷、高速轴承。Pb青铜，ZQPb30，Cu硬基体＋Pb软质点。Sn青铜，ZQSn10-1，软基体＋硬质点。,,,汽车应用材料第二章,,,ZChSnSb11-6的组织，100,,,汽车应用材料第二章,轴承合金应用,内燃机轴瓦,巴氏合金轴瓦,,,汽车应用材料第二章,1.粉末冶金简介粉末冶金是利用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）为原料，将其混匀后压制成型，再经高温烧结而获得材料或零件的加工方法。近年来，粉末冶金在机械、冶金、化工、交通运输、轻工、电子、宇航等领域得到广泛的应用。,（六）粉末冶金材料,,,汽车应用材料第二章,用粉末冶金的方法可以生产多种具有特殊性能的金属材料，如硬质合金、难熔金属材料、耐热材料、减磨材料、摩擦材料、磁性材料等，也可以制造许多机械零件，如齿轮、凸轮、轴套、衬套、摩擦片、含油轴承等。粉末冶金零件在汽车上的使用越来越多，如发动机的双顶置凸轮轴和多气门化，使粉末冶金链轮、皮带轮、气门座及自动变速器的粉末冶金结构件日趋增多。,,,汽车应用材料第二章,粉末冶金的生产过程包括制粉、混料、压制成型、烧结以及烧结后处理等工序。与一般零件的生产方法相比，它具有少切削或无切削，生产率高，材料利用率高等特点。,,,汽车应用材料第二章,小结,重点要求熟悉常用Al、Cu合金的牌号、成份、热处理工艺、组织、及其应用LF5、LY11、LC4、ZL102H80、H62、QSn6.5-0.1、QAl9-4、QBe2,一般要求了解Sn基轴承合金ZChSnSb11-6、Ti合金。,,,汽车应用材料第二章,TheEnd,,