单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三单元非铁金属及其合金,第三单元非铁金属及其合金,课题一铝及铝合金,课题一铝及铝合金,一、铝及铝合金的性能特点,1.密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低,纯铝的密度为2.72103kg/m3，仅为铁的1/3左右，熔点为660.34，导电性仅次于铜、金、银。铝合金的密度也很低，熔点更低，但导电性、导热性不如纯铝。铝及铝合,金的磁化率极低，属于非铁磁材料。,2.抗大气腐蚀性能好,铝和氧的化学亲和力大，在空气中铝及铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，可防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐溶液和碱溶液。,一、铝及铝合金的性能特点1.密度小，熔点低，导电性、导热性,3.加工性能好,纯铝具有较高的塑性(A=3050，Z=80)，易于压力成形加工，并有良好的低温性能。纯铝的强度低，虽经冷变形强化，但也不能直接用于制造受力的结构件，而铝合金通过冷成形和热处理，具有低合金钢的强度。,金属材料因此，铝及铝合金被广泛应用于电气工程、航空航天、汽车制造及生活等各个领域。铝及其铝合金的种类情况如图3-1所示。,3.加工性能好 纯铝具有较高的塑性(A=3,二、纯铝,1.纯铝的分类,按铝含量分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类，其纯度、用途及代号见表3-1。其中牌号中的“L”为“铝”的汉语拼音之首。,二、纯铝1.纯铝的分类 按铝含量分为高纯铝,2.工业纯铝,工业纯铝有银白色光泽，密度小(2.72103kg/m3)，熔点低(660)，导电导热性优良(仅次于Ag、Cu)，为非磁性材料。纯铝化学性质活泼，在空气中极易氧化形成一层牢固致密的氧化膜表面，从而使其在空气及淡水中具有良好的抗蚀性；铝具有良好的塑性和韧性，可以很容易通过压力加工成型；且在低温下也有很好的塑性和韧性。纯铝还易于铸造和切削，具有良好的工艺性能。,三、铝合金,纯铝的强度低，因而在纯铝中常加入硅、铜、镁、锰等合金元素配制成铝合金。铝合金不仅能保持纯铝密度小、耐蚀性和导热性好的优点，而且强度比纯铝更高。铝合金常用于制造质量轻、强度要求较高的零件，在汽车、航空制造等部门得到广泛的应用。,目前铝合金中主要加入的合金元素有铜、镁、硅、锰、锌和锂等，它们可单独加入，也可配合加入。,2.工业纯铝 工业纯铝有银白色光泽，密度小,1.铝合金的强化,固态铝无同素异构转变，其热处理与钢不同。而铝合金中，由于加入了合金元素，可改变铝的组织结构，提高其力学性能。合金元素对铝的强化作用主要表现为固溶强化、时效强化和细化组织强化。,(1)固溶强化铝中的合金元素与铝形成有限固溶体，导致晶格畸变，提高了铝合金的强度，但其强化效果有限。进行固溶强化时，往往采用多元、少量的复杂化合物原则，即多种合金元素同时加入；但每种元素加入量要少，使固溶体的成分复杂化，可使固溶体的强化效果更高，并保持较高硬度。,(2)时效强化经淬火(或固溶处理)后再进行时效处理，可大大提高铝合金的强度。时效处理中铝合金的合金元素应在铝中有较高的极图3-2wCu=4%的铝合金的自然时效曲线限溶解度，并且该溶解度随温度降低而显著减少，使淬火后形成过饱和固溶体。,(3)细化组织强化细化组织强化是指在铝合金中加入微量合金元素，细化铝合金固溶体基体或过剩相组织(铝中加入合金元素含量超过其溶解度时。,1.铝合金的强化固态铝无同素异构转变，其热处理与钢不同。而,金属材料第三单元ppt课件,2.铝合金的分类,根据铝合金的化学成分及生产工艺不同，可分为变形铝合金和铸造铝合金两类，如图3-3所示为铝合金相图。,(1)变形铝合金铝合金中溶质B的含量小于最大溶解度D，在加热时形成单相固溶体。它具有良好的塑性，适合于各种压力加工，称为变形铝合金。,2.铝合金的分类 根据铝合金的化学成分及生,金属材料第三单元ppt课件,(2)铸造铝合金铸造铝合金是指适宜于铸造成型的铝合金。一般含较多的合金元素B(总量为8%25)，具有良好的铸造性能，可直接铸造成各种形状复杂的零件；并有足够的力学性能和其他性能，且生产工艺和设备简单，成本低。尽管其力学性能不如变形铝合金，但在许多工业领域仍然有着广泛的应用。,(3)压力铸造工艺把液态金属以高压注入金属铸型中并保持压力一段时间，用于获得高质量、高精度、形状比较复杂的铸造零件，这种方法称为压力铸造，简称压铸。,(2)铸造铝合金铸造铝合金是指适宜于铸造成型的铝合金,四、铝合金的热处理,热处理是提高铝合金综合力学性能和组织稳定性的重要工艺方法，铝合金在使用前主要进行的热处理强化方法有淬火(固溶处理)和时效。,淬火，即铝合金的固溶处理，是将合金加热到固溶线以上的特定温度保温后快冷，以得到不稳定的过饱和固溶体组织，为后续合金的时效强化处理做好准备。淬火后铝合金的强度和硬度不高，且有良好的塑性，可以进行一定的压力加工。,固溶处理后，铝合金都要进行时效强化处理。这种处理可以是自然时效，也可以是 人工时效。时效过程可以根据铝合金的组织转变特征和性能需求确定。,四、铝合金的热处理 热处理是提高铝合金综合,五、车用铝合金的前景,随着汽车工业的迅速发展，减轻汽车重量、降低油耗、改善对环境的污染等要求，使汽车轻量化设计变得越来越重要。减轻汽车自重的关键是使用轻质材料，能够大幅度减轻重量的铝合金等材料的应用越来越广泛。从1992年到2000年非铁合金铸件产量逐年上升，铝合金铸件增长了近80，取得了很大的发展，特别是铝及其合金由于具有质轻、耐磨、耐腐蚀、弹性好、比强度和比刚度高、抗冲击性能好、易表面着色，并具有良好的加工成形性以及极高的再回收、再生等一系列优良特性，已成为汽车轻量化最理想的材料。由于能源、环境问题普遍受到人们的重视，汽车用铝合金的开发和应用得到广泛关注，铝合金在汽车上的应用逐年扩大。表3-4所示为发达国家每辆汽车使用的铝合金量。,五、车用铝合金的前景 随着汽车工业的迅速,金属材料第三单元ppt课件,课题二铜及铜合金,课题二铜及铜合金,铜是重金属，其产量仅次于钢和铝。铜及其合金是人类最早使用的且应用最广泛的金属材料之一。铜的导电、导热性好，耐腐蚀，有优良的塑性，可以焊接或冷热压力加工成型。铜及铜合金的分类情况如图3-4所示。,铜是重金属，其产量仅次于钢和铝。铜及其合金是人类最早,一、工业纯铜及其性能和用途,纯铜的颜色为紫红色。纯铜的含铜量wCu=99.599.95，熔点为1083，相对密度为8.96103kg/m3，无磁性，在固态时具有面心立方晶格结构，无同素异构转变现象。,二、常用铜合金及其性能特点和应用,按铜合金的成形方法可将其分为变形铜合金及铸造铜合金。除专用铸造铜合金外，大部分的铜合金既可用于变形铜合金，又可用于铸造铜合金。,工业中常按主要合金元素及化学成分特点对铜合金分类，分为黄铜、白铜和青铜三大类。,一、工业纯铜及其性能和用途 纯铜的颜色为紫红,1.黄铜,黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，根据其成分特点又分为普通黄铜和特殊黄铜两大类。,(1)普通黄铜普通黄铜是指铜-锌二元合金，其锌wZn50，牌号以“H+数字”表示，“H”为“黄”字的汉语拼音字首，数字代表铜的质量百分含量。如H62表示wCu=62和wZn=38的普通黄铜。,1.黄铜 黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金,(2)特殊黄铜特殊黄铜是在普通黄铜的基础上又加入铝、锰、硅、铅等元素的黄铜，其牌号以“H+主加元素的化学符号(除锌外)+铜的质量分数-主加元素的质量分数”表示。如HMn58-2表示含wCu=58和wMn=2，其余为Zn的特殊黄铜。,(2)特殊黄铜特殊黄铜是在普通黄铜的基础上又加入铝、锰、硅,2.青铜,青铜是指除Zn和Ni以外的其他元素为主要合金元素的铜合金。,其牌号为“Q+主加元素符号+主加元素的质量百分含量”(若后面还有数字，则为其他辅加元素的百分含量)；“Q”为“青”字的汉语拼音字首。,青铜合金中，工业用量最大的为锡青铜和铝青铜，强度最高的为铍青铜。,(1)锡青铜锡含量是决定锡青铜性能的关键，锡的质量分数为57的锡青铜塑性最好，适用于冷热加工；而锡的质量分数大于10时，合金强度升高，但塑性却很低，只用于铸造。,(2)铝青铜根据合金的性能特点，铝青铜中铝的质量分数一般控制在12%以内。工业上压力加工用铝青铜的铝的质量分数一般为57；铝的质量分数在10左右的合金，强度高，可用于热加工或铸造用材。,(3)铍青铜指铍的质量分数为1.7%2.5的铜合金，其时效硬化效果极为明显，通过淬火时效，可获得很高的强度和硬度，抗拉强度12501500MPa，HBW达350400，远远超过了其他铜合金，且可与高强度合金钢相媲美。铍青铜易于成形加工，可直接制成零件后再时效强化。,2.青铜 青铜是指除Zn和Ni以外的其他元,金属材料第三单元ppt课件,3.白铜,白铜是指以镍为主要合金元素(质量分数低于50)的铜合金。白铜主要用于制造海水和蒸汽环境中精密仪器仪表零件，热交换器和高温高压下工作的管道，以及电阻器、低温热电偶及其补偿线、变阻器和加热器等电工器件。,3.白铜 白铜是指以镍为主要合金元素(质量,三、铜及其合金在汽车上的应用,纯铜在汽车上的应用，一是利用它的导电性，制造电线、电缆、电气接头等电器零件；二是利用它的导热性，制造散热器等需要热传导的零部件。此外也用作轿车内外装饰件、气管油管管子、垫片垫块甚至密封材料。但由于其强度和硬度低，不宜作结构件。常用铜合金在汽车上的应用情况见表3-8。,三、铜及其合金在汽车上的应用 纯铜在汽车上,课题三滑动轴承合金,课题三滑动轴承合金,一、滑动轴承工作条件及对组织性能的要求,滑动轴承是汽车、拖拉机及机床等机械制造工业中用以支承轴进行工作的零件。滑动轴承由轴承体和轴瓦组成，轴瓦可直接用耐磨合金制成，也可在钢背上浇注(或轧制)一层耐磨合金形成复合的轴瓦。这些用于制作轴瓦及其内衬的合金称轴承合金。,当轴高速旋转时，轴瓦表面要承受轴颈的周期性负荷，有时还会有冲击作用，这时滑动轴承的基本作用是要保证轴的准确定位，在载荷作用下支承轴颈不损坏。轴工作时，与轴瓦间的强烈摩擦和磨损是不可避免的；虽然工作时常注入润滑油进行理想的液体润滑，但在机器起动、停车、受冲击或重载和载荷变动时，还是常常出现边界润滑或半干摩状态，引起磨损。,一、滑动轴承工作条件及对组织性能的要求 滑,为满足上述基本性能的要求，轴承合金的组织和结构应具备如下特征：,1)轴承材料的组成基体采用对钢铁互溶性小的元素组成的合金，如锡(Sn)、铅(Pb)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)等合金，其对钢铁材料的粘着性和擦伤性小。,2)轴承材料的组织应是软基体上分布有均匀硬质点或硬基体上分布有均匀的软质点。这样当其工作时，软基体(或质点)被磨损凹陷从而可保持润滑油，还可起到嵌藏外来硬质点磨粒的作用，以免划伤轴颈；而硬质点(或基体)耐磨且相对凸起，以支承轴的压力并使轴和轴瓦接触面积减小。,3)轴承材料有适量低熔点元素。当轴承与轴的接触点由于工作而产生高温时，熔化的低熔点合金会在摩擦力作用下展平于摩擦面并形成塑性好的润滑层，减少接触点处的压力和摩擦阻力。,为满足上述基本性能的要求，轴承合金的组织和结构应具备如下特征,二、常用轴承合金,1.锡基轴承合金(锡基巴氏合金),锡基轴承合金的成分是在锡-锑合金基础上添加铜、铅等元素形成，又称锡基巴氏合金，属软基体硬质点类材料。,锡基轴承合金牌号的意义：“Z”为“铸”字汉语拼音第一个字母，第一个元素为基体金属，其余为主要元素，其后数字为该元素的质量分数(%)。常用牌号主要有ZSnSb11Cu6、ZSnSb8Cu4、ZSnSb4Cu4等，如ZSnSb11Cu6表示基本元素为Sn，主要元素Sb、Cu的质量分数分别为11、6的锡基铸造轴承合金。,2.铅基轴承合金(铅基巴氏合金),该合金是在铅-锑基合金基础上加入Sn和Cu元素形成，又称铅基巴氏合金，也为软基硬质点类合金。其牌号的表示方法与锡基轴承合金相同。常用牌号有ZChPbSn16-16-2，表