机械工程材料-第六章非铁合金与粉末冶金材料

6.1铝及铝合金6.2铜及铜合金6.3滑动轴承合金第6章非铁合金与粉末冶金材料6.4粉末冶金材料1通过本章的学习，了解粉末冶金方法及滑动轴承合金的组织特征；掌握常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。常用铝合金、铜合金、硬质合金牌号、性能、用途及强化方法。26.1铝及铝合金6.1.1工业纯铝名称纯度用途高纯铝99.93%-99.99%科学研究、制作电器工业高纯铝98.85%-99.9%铝箔、铝合金原料工业纯铝98.0%-99.0%电线、电缆、配置合金纯铝中含有Fe、Si、Zn等元素时，会使性能下降6.1铝及铝合金3第6章铝（铝合金）的特点密度低，只有2700kg/m3，是除镁和铍外最轻的金属。比强度、比刚度高，无低温脆性，无磁性。核辐射，受冲击不产生火花优良的物理、化学性能。导电性导热性仅次于Au、Cu和Ag，磁化率低、耐腐蚀等。加工性能好，铸造性能好，易于塑性变形，铝合金经热处理后还具有很高的强度。6.1.1工业纯铝4纯铝的强度低，不能用作结构材料铝合金纯铝通常制成管、棒、箔等型材，配制合金和脱氧剂、电线、电缆等第6章6.1.2铝合金56.1.2铝合金1.铝合金的分类根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。请点击（1）变形铝合金不可热处理强化铝合金--防锈铝可热处理强化铝合金--硬铝、超硬铝和锻铝（2）变形铝合金铸造铝合金具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好第6章（1）时效强化6.1.2铝合金62.铝合金的热处理固溶处理+时效处理将铝合金加热到α相区，经保温，使第二相溶入α固溶体中，然后水冷，得到过饱和的α固溶体——固溶处理第6章固溶处理后的铝合金，随时间延长而发生硬化的现象——时效固溶处理后，在自然时效初始阶段，铝合金的强度不高，塑性好，称这段时间为“孕育期”强度不高，塑性好孕育期冷变形加工请点击（2）回归处理6.1.2铝合金7将已强化的铝合金重新加热，经保温后在水中急冷，使合金恢复到固溶后的状态，这种处理方法叫回归处理。可在回归处理后的软化状态进行各种冷变形。（3）退火铸造铝合金退火消除内应力及成分偏析，稳定组织。变形铝合金退火消除变形加工中出现的加工硬化现象，改善其加工工艺性。时效规律请点击第6章（1）变形铝合金的分类、代号与牌号3.变形铝合金6.1.2铝合金8分类：防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）及锻铝合金（LD），采用四位数字体系和四位字符体系：如3A21、2A01等。第一位数字表示铝及铝合金的组别请点击代号与牌号：第6章第二组数字或字母表示纯铝或铝合金的改型情况，字母A表示原始纯铝，数字0表示原始合金，B～Y或1～9表示原始合金改型情况。牌号最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，纯铝则表示铝的最低质量分数（%）。①不能热处理强化的铝合金用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字母“L”和“F”加顺序号表示，如五号防锈铝用LF5(5A05)表示。防锈铝（2）常用的变形铝合金6.1.2铝合金9第6章●Al-Mn系合金如3A21（LF21）耐蚀性和强度比纯铝高，塑性和焊接性良好，切削加工性能不良（太软）。主要用于焊接件、容器、管道或需用深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。②能热处理强化的铝合金6.1.2铝合金10硬铝用“铝”和“硬”二字的汉语拼音首字母“L”和“Y”加顺序号表示，如12号硬铝用LY12（2A12）表示。（铝-铜-镁系合金）第6章●Al-Mg系合金如5A05（LF5）、5A11（LF11）●Al-Zn-Mg-Cu系合金密度比纯铝小，强度比Al-Mn系合金高，耐蚀性和塑性较高，焊接性能良好，切削加工性能较差。主要用于焊接容器、管道及承受中等载荷的零件及制品，也可作铆钉。抗拉强度较高，具有优良的耐海水腐蚀性能，较高的断裂韧度，良好的成形工艺性能，适于制造水上飞机蒙皮及其它要求耐腐蚀的高强度钣金零件6.1.2铝合金11铆钉硬铝典型牌号2A01（LY1）、2A10（LY10）标准硬铝典型牌号2A11（LY11）高强度硬铝典型牌号2A12（LY12）超硬铝用“铝”和“超”二字的汉语拼音首字母“L”和“C”加顺序号表示，如4号超硬铝用LC4（7A04）表示。（铝-锌-镁-铜系合金）第6章淬火后冷态下塑性极好，时效强化速度慢，时效后切削加工性能也较好，可利用孕育期进行铆接——制作铆钉。强度较高、塑性较好，退火后冲压性能好。主要用于形状较复杂、载荷较轻的结构件。强度、硬度高，塑性、变形加工性及焊接性较差。主要用于高强度结构件，例如飞机翼肋、翼梁等超硬铝合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500～700MPa，超过高强度的硬铝LY12合金(400～430MPa)。应用在航空飞机大梁，起落架等承受重载的零部件。用“铝”和“锻”二字的汉语拼音首字母“L”和“D”加顺序号表示，如5号锻铝用LD5（2A50）表示。6.1.2铝合金12锻铝（铝-镁-硅-铜系合金）锻铝合金力学性能与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高，具有优良的锻造工艺性能，主要用作制作外形复杂的锻件。第6章6.1.2铝合金134.铸造铝合金铸造铝合金的代号用“铸铝”二字的汉语拼音首写字母“ZL”加三位数字表示第一位数表示合金系别：1为铝硅系合金；2为铝铜系合金；3为铝镁系合金；4为铝锌系合金。第二、三位数字表示合金的顺序号。如ZL111表示11号铝硅系铸造铝合金。（1）铸造铝合金的分类、代号及牌号铸造铝合金的牌号是由“Z+基体金属的化学元素符号+合金元素符号+数字”组成。如ZA1Si12表示wSi≈12%的铸造合金第6章ZL101、ZL104、ZL105、ZL107、ZL109优良的铸造性、焊接性、抗蚀性以及足够的力学性能，塑性较差，变质处理可显著改善其塑性和强度。ZAlSi12（ZL102）（常称简单硅铝明），属于共晶成分，致密性较差，不能热处理强化。若加入Cu、Mg、Mn等合金元素获得多元Al-Si合金（也称特殊硅铝明），经固溶时效后强化效果更为显著。适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。铝-硅铸造合金6.1.2铝合金14（2）常用的铸造铝合金第6章ZL201ZL202ZL203铝-铜铸造合金6.1.2铝合金15第6章室温、高温力学性能都很高，加工性能好，表面粗糙度小，耐热性好，可进行时效强化。在铸铝中强度最高，但铸造性能和耐蚀性差，主要用来制造要求较高强度或高温下不受冲击的零件。铝-镁铸造合金密度小(2.55)、耐蚀性最好、强度最高(抗拉强度可达350MPa)，塑性好，铸造性能差，耐热性低，时效硬化效果甚微，主要用于在腐蚀性介质中工作的零件。ZL301ZL302ZL303ZL401ZL4026.1.2铝合金16铝-锌铸造合金第6章铸造性能好，变质处理和时效处理后强度较高，耐蚀性、耐热性差，是最便宜的一种铸造铝合金。主要用于制造工作温度不超过200℃、形状复杂的汽车、仪表、飞机零件等6.2铜及铜合金6.2.1工业纯铜纯铜为紫色，又称紫铜。工业纯铜分为4种：T1、T2、T3、T4。编号越大，纯度越低。密度8.9g/cm3，熔点1083℃。导电性和导热性良好，并具有抗磁性，在大气和淡水中有良好的耐腐蚀性能。强度、硬度不高，塑性、韧性、低温力学性能及焊接性良好，适宜进行各种冷热加工——电器工业，电线、电缆、电刷、铜管、散热器、冷凝器、通信器材以及抗磁、防磁仪器，配制铜合金等。纯铜的强度低，不宜用作结构材料6.2铜及铜合金17第6章铜及铜合金的特点优良的物理、化学性能。导电、导热性能好、耐腐蚀等，是抗磁材料。加工性能好。容易冷热成形，铸造铜合金铸造性能好。具有某些特殊力学性能。比如优良的减摩性和耐摩性高的弹性极限和疲劳强度。色泽美观。6.2.1工业纯铜18第6章铜中加入合金元素后，可提高合金的强度，并保持良好的加工性能按化学成分黄铜青铜白铜以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。以Sn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Ni为主要合金元素。具有较好的强度和塑性，能进行冷加工变形，抗腐蚀性能也好。6.2.2铜合金196.2.2铜合金1.铜合金的分类第6章按生产方式加工铜合金铸造铜合金6.2.2铜合金202.黄铜（1）普通黄铜（铜锌二元合金）第6章（2）特殊黄铜铜锌的基础上加入Pb、Al、Sn、Mn、Si等元素Zn32%时，强度和塑性都随Zn的增加而提高；Zn=30%～32%时塑性最高；Zn32%时，塑性下降；Zn=40%～45%时，强度最高；Zn45%时，塑性和强度均急剧下降。①Zn的质量分数的影响6.2.2铜合金21第6章6.2.2铜合金22②普通黄铜的代号及牌号H62表示Cu的平均质量分数为62%，其余为Zn的普通加工黄铜。ZCuZn38，其含义是wZn≈38%，其余为Cu的铸造黄铜。H80金色黄铜，装饰件，薄管。H62、H59强度较高，作零件，标准件，焊接件，冲压件H96冷凝管、热交换器、散热器，计算机插件等。H70“三七黄铜”弹壳、套管和复杂深冲零件（H68）③普通黄铜的用途第6章（2）特殊黄铜6.2.2铜合金23①合金元素的影响Pb——改善切削加工性和耐磨性；Si——改善铸造性能，提高强度和耐蚀性；Al——提高强度、硬度和耐蚀性；Sn、Al、Si、Mn——提高耐蚀性，减少应力腐蚀破裂。②特殊黄铜的代号、牌号与应用HSn62-1表示wCu=61%～63%，wSn=0.75%～1.1%，其余为Zn的加工锡黄铜。ZCuZn40Mn3Fe1，表示wZn≈40%、wMn≈3%wFe≈1%、其余为Cu的铸造特殊黄铜。第6章消除加工黄铜的加工硬化现象。（3）黄铜的热处理①去应力退火：将黄铜制件加热到200～300℃，保温后缓冷。消除应力，防止应力腐蚀破裂及切削加工后的变形。②再结晶退火：一般是将黄铜制件加热到500～700℃，保温后缓冷.6.2.2铜合金24第6章☆Pb黄铜：HPb60-1切削性能好，耐磨性好——钟表零件☆Sn黄铜：HSn90-1HSn62-1耐蚀性好——船舶零件。海军黄铜☆Al黄铜：HAl77-2HAl60-1-1耐蚀性好，强度和硬度高——船舶零件，机械及电机零件。☆Si黄铜HSi80-3耐蚀性好，机械性能好，切削性好，耐磨性好——船舶零件，机械及化工零件锰黄铜，铁黄铜，镍黄铜。主要用于船舶零件6.2.2铜合金25第6章（4）黄铜的用途3.青铜加工青铜的代号如QSn4-3表示wSn=3.5%～4.5%、wZn=2.7%～3.3%，其余为Cu的加工锡青铜。6.2.2铜合金26第6章除黄铜和白铜以外的其他铜合金称为青铜。按生产方式，还可分为加工青铜和铸造青铜。含锡元素的称为普通青铜（锡青铜），不含锡元素的称为特殊青铜（也叫无锡青铜）。（1）青铜的代号及牌号铸造青铜的牌号ZCuSn10Pb1表示平均wSn=9.0%～11.5%、wPb=0.5%～1%，余量为Cu的铸造锡青铜。6.2.2铜合金27①Sn的质量分数的影响wSn7%时，强度、塑性随着Sn的增加而增大；wSn7%以后，强度继续升高，塑性急剧下降；wSn20%时，合金变脆，强度显著降低。第6章（2）普通青铜（锡青铜）②锡青铜的性能及用途6.2.2铜合金28第6章在大气、海水、淡水以及蒸气中的耐蚀性比纯铜和黄铜好，在盐酸、硫酸和氨水中的耐蚀性较差；具有良好的减摩性，无磁性、无冷脆现象。铸造锡青铜—形状复杂，外形尺寸要求严格，致密性要求不高的耐磨、耐蚀件，如轴瓦、轴套、齿轮、蜗轮、蒸汽管等。加工锡青铜—仪表上要求耐磨、耐蚀的零件及弹性零件、滑动轴承、轴套及抗磁零件等。（3）特殊青铜（无锡青铜）☆铝青铜QAl9-4、QAl7耐蚀性优于黄铜和锡青铜，铸造性和耐磨性优于锡青铜，力学性能好。QAl10-3-1.5飞机、船舶用高强度、高耐磨抗蚀零件。QAl9-4船舶及电气零件，耐磨件。QSn4-3，QSn6.5-0.1,耐蚀性优于黄铜，铸造性好，耐磨性好，有弹性，用于造船、化工、机械、仪表中的耐磨件，耐蚀件、弹性元件，抗磁件。6.3.