工程材料第八章有色金属及其合金解析.ppt

有色金属及其选用 8.1 钛及钛合金 8.2 铝及铝合金 8.3 铜及铜合金 8.4 镍和镍合金 8.5 轴承合金 引言 工业生产中，通常把以铁为基的金属材料称为黑色金属，如钢与铸铁，把非铁金属及其合金称为有色金属，如铝、铜、镍、锌、钛等金属及合金称为有色金属。 有色金属及合金与钢铁材料相比，具有许多特殊性能，是现代工业生活中不可缺少的金属材料。 本章重点介绍铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金及轴承合金。 钛及钛合金的性能特点 （1）密度小、熔点高，固态下有同素异构转变，纯钛是纯白色轻金属，密度为4.507g/cm3，介于Al和Fe之间，熔点1668℃，高于铁，在882.5℃发生同素异构转变，882.5℃以上为β-Ti（体心立方晶格），882.5℃以下为α-Ti（密排六方晶格），钛合金的密度也较小，也有同素异构转变。 钛及钛合金的性能特点 （2）加工性能好，比强度高，低温韧性好。 纯钛强度低，塑性好，易于压力加工成型。钛合金的强度很高，σb最高可达1400Mpa，与某些高强度合金钢相近。还具有良好的低温机械性能。 （3）抗腐蚀性能好 钛及钛合金在大气、海水、含氧酸和湿氯气中其表面极易形成致密的氧化物和氮化物的保护膜，具有优良的抗蚀性。 合金发生时效的条件 合金能在高温形成均匀的固溶体; 固溶体中溶质的溶解度必须随温度的降低而显著降低。 时效规律 时效温度越高, 强度峰值越低, 强化效果越小; 时效温度越高, 时效速度越快, 强度峰值出现所需时间越短; 低温使固溶处理获得的过饱和固溶体保持相对的稳定性, 抑制时效的进行。 纯铜 纯铜退火状态，强度低，塑性好（σb=250～270Mpa，δ=35～45%），经强烈冷加工变形后，强度升高，而塑性急剧降低（σb=400～500Mpa，δ=1～3%）。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。 五、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。 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。 1、普通黄铜 普通黄铜，就是Cu-Zn二元合金，当Zn含量＜35%时组织为单相α，Zn含量＞35%而＜47%时组织为α+β’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：α+β’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。 普通黄铜的组织特征图 单相黄铜 H68 常用的黄铜应用 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，它们比普通黄铜具有更高的强度、硬度、抗腐蚀性能。 （2）、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——称为黄铜的“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）。 白铜 白铜是以Ni为主要合金元素的合金。Ni和Cu在固态下能完全互溶，所以各类铜镍合金均为α单相固溶体。 8.5 轴承合金 1.轴承合金的性能要求 2.轴承合金的分类及用途 3.ChSnSb11-6 合金 一.轴承合金的性能要求 在工作温度下有足够的抗压强度和疲劳强度，以承受轴所施加载荷。 有足够的塑性和韧性，以保证与轴配合良好并承受冲击和振动。 磨擦系数小，并能保持住润滑油，以减少对轴颈的摩损。 具有小的膨胀系数和良好的导热性和耐蚀性，以防止轴瓦与轴颈强烈磨擦升温而发生咬合，并抵抗润滑油的侵蚀。 具有良好的磨合能力，以使载荷均匀分布。 容易制造，价格低廉。 软基体上分布硬质点组织特征图 锡基轴承合金 锡基轴承合金是Sn为主并加入少量Sb、Cu等元素的合金，是一种软基体硬质点类型的轴承合金。如图，α相是Sb在Sn中的固溶体，为软基体，当Sb含量大于7.5%时合金中出现方块形β’相，为硬质点（Sb Sn化合物），由于β’相轻，易造成偏析，所以在合金中加入Cu，先形成Cu3Sn化合物的针状格架，以防止浇注时β’相上浮，有效地减少偏析。同时Cu3Sn相的硬度比β’相的高，也起硬质点的作用。 ZSnSb11-6 合金