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有色金属以及合金

发布日期:2019-10-07 03:05   来源:未知   阅读:

  看一肖中特图上那个网香港马会中特料有色金属以及合金_化学_自然科学_专业资料。第八章 有色金属 及其合金 ? 在工业生产中,通 常把铁及其合金称 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

  第八章 有色金属 及其合金 ? 在工业生产中,通 常把铁及其合金称 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. Al 塑 Fe 料 其 它 橡 胶 磁 玻 材 璃 料 聚 碳 酸 酯 Ti 碳 纤 维 材料 各种材料在先进汽车中占的重量百分比 ? ? 变形有色金属及其合金的牌号表示方法还不统一。 铸造有色金属及其合金 牌号表示方法统一如下: ① 铸造有色纯金属的牌 号为 Z +该金属元素符号+ 纯 度百分含量数字(或用一 短横加顺序号)。 如ZAl99.5和ZTi-1。 铝 锭 ? ? ? ? ? ② 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。 ? 如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。 ? ? ? 混合稀土元素符号用RE表示。 优质合金在牌号后标注字母“A”。 有色金属种类很多,本章仅对机 械、仪表等工业中广泛使用的铝、 铜、钛及轴承合金作简要介绍。 第一节 铝及铝合金 ? ? 一、铝及铝合金性能特点 纯铝具有银白色金属光泽,密 铝合金制造的机翼 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。 ? ? 铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性 。 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn 等,此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。 铝合金型材 铝铸件 ? ? ? 二、铝合金的分类 铝合金一般具有有限固溶型共晶相图。 可将铝合金分 为变形铝合金 和铸造铝合金 铝合金分类示意图 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. 三、铝合金的热处理 ? 可热处理强化变形铝合 金的热处理方法:固溶 处理 + 时效。 加热固溶 时效析出 ? 固溶处理是指将合金加 热到固溶线以上,保温 淬火过饱和 并淬火后获得过饱和的单相固溶体组织的处理。 ? 时效是指将过饱和的固溶体加热到固溶线以下某温 度保温,以析出弥散强化相的热处理。 ? 在室温下进行的时效称自然时效;在加热条件下进 行的时效称人工时效。 时效强化效果与加热温度和保温时间有关。 温度一定时,随时效时间延长,时效曲线上出现峰 值,超过峰值时间, 析出相聚集长大,强 ? ? 度下降,为过时效。 随时效温度提高,峰 值强度下降,出现峰 值的时间提前。 含4%Cu铝合金的时效曲线 时效时间/d 铝 合 金 的 热 处 理 亚时效 时效峰 过时效 时效时间 四、铝合金的牌号、性能及用途 ? ? ? 1、变形铝合金 ⑴ 变形铝及铝合金牌号表示方法 根据国标规定 ,变形铝及铝合金可直接引用国际四 位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。 全世界铝的用量 一次生产量 二次回收量 总用量 ? 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 铝 合 金 制 品 铝合金波纹管 铝是可以回收利用的金属 ? ? ? ⑵ 常用变形铝合金 ① 防锈铝合金 主要是Al-Mn和Al-Mg 系合金。 Mn和Mg主要作用是 卫星天线) ? 提高抗蚀能力和塑性,并起固溶强化作用。 ? 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。 ? ? 常用的Al-Mn系合金有 LF21( 3A21 ),其抗蚀性 和强度高于纯铝,用于制造油罐、油箱、管道、铆 钉等需要弯曲、冲压加工的零件。 常用的Al-Mg系合金有 LF5( 5A05 ),其密度比纯 铝 小 , 强 度 比 Al-Mn 合金高,在航空工业 中得到广泛应用,如 汽化 器 (热 交换 管为 LF21) ? 制造管道、容器、铆 钉及承受中等载荷的 零件。 ? ? ? ? ② 硬铝合金 主要是Al-Cu-Mg系合金,并含少量Mn。 可进行时效强化,也可进行变形强化。 强度、硬度高,加工性能好,耐蚀性低于防锈铝。 ? 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,如 螺旋桨、梁、铆钉等. 飞机翼梁(腹板 为硬铝合金) ? ? ③ 超硬铝合金 属Al-Zn-Mg-Cu系合金,并 含有少量Cr和Mn。 ? ? 时效强化效果超过硬铝合金. 热态塑性好,但耐蚀性差。 常用合金有 LC4 (7A04 )、 LC9 (7A09 )等,主要用于工 作温度较低、受力较大的结 构件, 如飞机大梁、起落架等. 飞 机 主 起 落 架 ? ? ④ 锻铝合金 Al-Cu-Mg-Si系合金 可 锻性好,力学性能高, 用于形状复杂的锻件和 模锻件,如喷气发动机 压气机叶轮、导风轮等. ? 压气机叶片 Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金 常用牌号有LD7 (2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等 。用于制造150 ~225℃下工作的零件,如压气机叶片、超音速飞机 蒙皮等。 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 ? ? ? 2、铸造铝合金 包括: Al- Si系: 代号为ZL1+两位数字顺序号 Al-Cu系:代号为ZL2+两位数字顺序号 ? ? Al-Mg系:代号为ZL3+两位数字顺序号 Al-Zn系: 代号为ZL4+两位数字顺序号 ? ? ⑴ Al-Si系铸造铝合金 又称硅铝明。其中 ZL102(ZAlSi12)是含 12%Si的铝硅二元合 12.7% 577℃ 金,称为简单硅铝明. 在普通铸造条件下, ZL102组织几乎全部为共晶体, 由粗针状的硅晶体和?固溶体组成,强度和塑性都较 差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理,得到细 小均匀的共晶体加一次?固溶体组织,以提高性能。 ZL102的铸态组织 未变质处理 经变质处理 ? 加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。 Al-Si系铸造铝合金的铸造性能 好,具有优良的耐蚀性、耐热 性和焊接性能。 活塞(裙部为铝硅合金) ? ? 用于制造飞机、仪 表、电动机壳体、 汽缸体、风机叶片、 发动机活塞等。 ? ? ⑵ Al-Cu系铸造铝合金 这类合金的耐热性好,强度较高;但密度大,铸造 性能、耐蚀性能差,强度低于Al-Si系合金。 常用代号有ZL201 ? (ZAlCu5Mn)、ZL203 (ZAlCu4)等。主要用于 制造在较高温度下工作 的高强零件,如内燃机 汽缸头、汽车活塞等。 汽缸头 ? ⑶ Al-Mg系铸造铝 合金 这类合金的耐蚀性 好,强度高,密度 小;但铸造性能差, 耐热性低。 鼓风机密封件等 (ZL102、301) ? ? ? 常用代号为ZL301(ZAlMg10)、 ZL303(ZAlMg5Si1)等. 主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介 质下工作的零件,如舰船配件、氨用泵体等。 ? ? ⑷ Al-Zn系铸造铝合金 这类合金的铸造性能好,强度较高,可自然时效强 化;但密度大,耐蚀性较差。 ? 常用代号为 ZL401(ZAlZn11Si7)、 ZL402(ZAlZn6Mg)等. 主要用于制造形状复 杂受力较小的汽车、 飞机、仪器零件。 大型空压机活塞(ZL401) ? 第二节 铜及铜合金 ? ? 一、铜及铜合金性能特点 纯铜呈紫红色,故又称紫铜, 热轧铜合金 具有面心立方晶格,无同素异 构转变,无磁性。 ? 纯铜具有优良的导电性和导热 性,在大气、淡水和冷凝水中 有良好的耐蚀性。塑性好。 ? 铜合金常加元素为Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、 Ti、Zr、Cr等,既提高了强度,又保持了纯铜特性. 铜合金分为黄铜、青铜、白铜三大类。 ? 铜管 铜与黄铜带 ? ? 二、黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 ? ? 黄铜按化学成分可分为普通黄铜和特殊黄铜。 按工艺可分为加工黄铜和铸造黄铜。 黄铜铸件 黄铜棒 ? ? 1、普通黄铜 铜与锌的二元合金 称为普通黄铜。 ? 加工普通黄铜的牌 号为:H (黄) + 表 示铜平均百分含量 的数字,如H68。 ? 从铜锌合金相图可以看出黄铜有? 和?+?’ 两种组织, 分别称单相黄铜和两相黄铜。 普通黄铜的显微组织 单相黄铜 两相黄铜 ? ? 单相黄铜塑性好。 常用牌号有H80、H70、 H 68。 冷凝器管 ? 适于制造冷变形零件,如 弹壳、冷凝器管等。 两相黄铜热塑性好, 强度高. 常用牌号有H59、H62。 适于制造受力件,如垫圈、 弹簧、导管、散热器等。 汽车机油泵衬套 ? ? ? ? ? 2、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。 加工特殊黄铜的牌号为: 黄铜棒 ? ? H(黄)+主加元素符号(Zn除 外)+铜平均百分含量+主加元 素平均百分含量, 如HPb59-1. ? 黄 铜 制 品 特殊黄铜强度、耐蚀性比普 通黄铜好,铸造性能改善。 ? 常用牌号有HPb63-3、HAl60-1-1、HSn62-1、 HFe59-1-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。 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。 ? ? ? 三、青铜 除黄铜和白铜外的其他铜合金 青铜制品 统称为青铜。 ? 加工青铜的牌号为:Q +主加 元素符号及其平均百分含量+ 其他元素平均百分含量 如QSn4-3(含4%Sn、3%Zn). 常用青铜有锡青铜、铝青铜、 铍青铜、硅青铜、铅青铜等。 ? ? ? ? 1、锡青铜 是以锡为主加元素的铜合金, 锡含量一般为3~14%。 锡青铜铸造流动性差,铸件密 度低,易渗漏,但体积收缩率 在有色金属中最小 。 锡青铜耐蚀性良好,在大气、 Cu-Sn相图 ? ? 海水及无机盐溶液中的耐蚀性 比纯铜和黄铜好,但在硫酸、 盐酸和氨水中的耐蚀性较差。 锡青铜锭 ? 常用牌号有QSn4-3、 QSn6.5-0.4、 船用青铜软 管快速接头 阀(锡青铜阀 体、阀盖) ZCuSn10Pb1等。 ? 主要用于耐蚀承载件, 如弹簧、轴承、齿轮 轴、蜗轮、垫圈等。 锡青铜管 ? ? 2、铝青铜 以铝为主加元素 的铜合金,铝含 量为5~11%。 强度、硬度、耐 能好,但焊接性能差。 ? 大型水力发电设备中的抗磨环 磨性、耐热性及耐蚀性高于黄铜和锡青铜,铸造性 常用牌号有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。 主要用于制造船舶、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。 ? 3、铍青铜 ? ? 以铍为主加元素的铜合金,铍含量为1.7~2.5%。 具有高的强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性,良好的 导电性、导热性、冷热加工及铸造性能,但价格较贵. 常用牌号有QBe2、QBe1.7、 ? 铍青铜制品 QBe1.9等 。 ? 用于重要的弹性件、耐磨 件,如精密弹簧、膜片, 高速、高压轴承及防爆工 具、航海罗盘等重要机件. ? ? 四、白铜 以镍为主要合金元素的铜 合金称白铜。分普通白铜 白铜件 和特殊白铜。 ? 普通白铜是Cu-Ni二元合金,具有较高的耐蚀性和抗 腐蚀疲劳性能及优良的冷热加工性能。 普通白铜牌号:B+镍的平均百分含量,如B5。 常用牌号有B5、B19等 。用于在蒸汽和海水环境下工 作的精密机械,仪表零件及冷凝器,蒸馏器,热交换器等. ? ? ? 特殊白铜是在普通白铜基础上添加Zn、Mn、Al等元 素形成的,分别称锌白铜、锰白铜、铝白铜等。 其耐蚀性、强度和塑性高,成本低。 常用牌号如BMn40-1.5(康铜)、BMn43-0.5(考铜)。 用于制造精密机械、仪表零件及 医疗器械等。 ? ? ? 康铜热偶 白铜型材 第三节 钛及钛合金 ? ? 一、工业纯钛 纯钛密度小,熔点高。 882.5℃发生同素异构转 变?-Ti??-Ti, 由体心立 方?-Ti转变为密排六方?Ti. ? 纯钛比强度高,塑性、 低温韧性和耐蚀性好。 美F-22战机约36%重量的零 件用钛合金制造 ? 纯钛主要用于 350℃ 以下工作、强度要求 不高的零件,如石油 化工用热交换器、反 应器,海水净化装置 及舰船零部件。 钛钢复合反应釜 钛管换热器 钛制蒸馏塔 ? ? 二、钛合金 纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有 铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度. 按退火组织,钛合金可分 为?型钛合金、?型钛合金 和?+?型钛合金三类,它 们的牌号分别用TA、TB、 ? 钛合金泵 TC加顺序号表示 。如 TA5、TB2、TC4等。其 中TA0~TA3为工业纯钛。 ? ? 1、?型钛合金 主加元素为铝,还有 钛合金氢泵 诱导轮 锡、硼等。 ? 不能热处理强化,通 常在退火状态下使用, 组织为单相?固溶体. ? 钛合金氢泵壳体 强度低于另两类钛合 金,但高温强度、低 温韧性及耐蚀性优越. ? ? 常用牌号有TA5、TA7等 主要用于制造500℃以下工作的 零件,如飞机压气机叶片、导弹 的燃料罐、超音速飞机的蜗轮机 匣及飞船上的高压低温容器等。 钛合金卫星框架 钛合金液下泵 ?-Ti合金组织 ? ? 2、?型钛合金 加入的合金元素有钼、 铬、钒、铝等。 钛合金管 ? 经淬火加时效处理后, 组织为?相基体上分布 着细小的?相粒子。 钛合金管应用 ? 这类合金强度高,但冶 炼工艺复杂,难于焊接, 应用受到限制。 ? ?型钛合金有TB2、 TB3、TB4三个牌号。 主要用于350℃以下工 作的结构件和紧固件, 如飞机压气机叶片、 轴、弹簧、轮盘等。 钛离心泵 ? 钛合金棒 β钛合金眼镜架 ? ? ? 3、?+?型钛合金 加入的合金元素有铝、钒、 钼 铬等。 可进行热处理强化,强度高,塑性好,具有良好的 热强性、耐蚀性和低温韧性。 钛 合 金 列 管 式 换 热 器 ? ?+?型钛合金共有九个牌号,其 中以TC4应用最广、用量最大, 其经过淬火加时效处理后,组织 为?+?+时效析出的针状?。 α+β钛合金组织 α+β钛合金组织(电镜) ? ?+?型钛合金主要 用于制造400℃以下 工作的飞机压气机 叶片、火箭发动机 外壳、火箭和导弹 飞 机 压 气 机 叶 片 生物医 用材料 的液氢燃料箱部件 及舰船耐压壳体等. 第四节 轴承合金 ? 制造滑动轴承的轴瓦及其内衬的耐磨合金称为轴承 合金。滑动轴承是许多机器设备中对旋转轴起支撑 作用的重要部件,由轴承体 和轴瓦两部分组成。 ? 与滚动轴承相比滑动轴承具 有承载面积大,工作平稳, 无噪音及拆装方便等优点。 ? ? 一、组织性能要求 当轴高速旋转时,轴瓦与轴颈发生强烈摩擦,承受 轴颈施加的交变载荷和冲击力。 对轴承合金的性能要求: ⑴ 足够的强韧性,以承受轴颈施加的交变冲击载荷. ⑵ 较小的热膨胀系数,良好的导热性和耐蚀性,以 防止轴与轴瓦之间咬合。 ⑶ 较小的摩擦系数,良好的耐磨性和磨合性,以减 少轴颈磨损,保证轴与轴瓦良好的跑合。 ? ? ? ? ? 为满足上述性能要求,轴承合金的组织应是软的基 体上分布着硬的质点或硬的基体上分布着软的质点. 当轴旋转时,软的基体(或质点)被磨损而凹陷, 减少了轴颈与轴瓦的接触面积,有利于储存润滑油 和轴与轴瓦间的磨合,而 硬的质点 (基体)则支撑着 ? 轴颈,起承载和耐磨作用. ? 软基体 (或质点)还能起嵌 藏外来硬杂质颗粒的作用, 以避免擦伤轴颈。 ? ? ? ? 二、常用轴承合金 工业上常用的是锡基、铅基轴承合金, 又称巴氏合金。 1、锡基轴承合金 是以锡为主并加入少 量锑、铜等元素组成 的合金,熔点较低, 是软基体硬质点组织 类型的轴承合金。 ZSnSb11Cu6合金的显微组织 典型牌号为ZSnSb11Cu6。 ? (其组织为?基体+白亮块状SnSb+星状Cu3Sn) ? ? 锡基轴承合金具有 较高的耐磨性、导 热性、耐蚀性和嵌 藏性,摩擦系数和 热膨胀系数小,但 疲劳强度较低,工 作温度不超过 150 ℃,价格高。 ? 巴氏合金轴瓦 广泛用于重型动力机械,如气轮机、涡轮机和内燃 机等大型机器的高速轴瓦。 ? ? 2、铅基轴承合金 是以铅为主加入少 量锑、锡、铜等元 素的合金,也是软 基体硬质点型轴承 合金。 ? 典型牌号为 ZPbSb16Sn16Cu2合金的显微组织 [(?+?)共晶基体+方块状SnSb+针状 Cu3Sn] ZPbSb16Sn16Cu2。 ? 铅基轴承合金的强度、硬度、耐蚀性和导热性都不 如锡基轴承合金,但其成本低,高温强度好,有自 润滑性。 常用于低速、 ? 低载条件下 工作的设备, 如汽车、拖 拉机曲轴的 轴承等。 内燃机轴瓦 ? 锡基和铅基轴承合金强度比较低,为提高其承载 能力和使用寿命,生产上常采用离心浇注法,将 它们镶铸在低碳钢轴瓦上,形成一层薄而均匀的 内衬,成为双金属轴承。 表面保护层 减磨层 镍栅层 轴承合金 衬背