鋁及鋁合金

1、鋁及鋁合金鋼,材料工程系金工教研室,課前復(fù)習(xí)題,1、金屬材料通?？煞譃閹最悾看?通常將金屬材料分為有色金屬和黑色金屬兩大類。黑色金屬是指鐵、錳、鉻及其合金；除此之外的所有金屬都稱為有色金屬。2、與黑色金屬相比，有色金屬有何特點(diǎn)？答：比密度小、比強(qiáng)度高，在空間技術(shù)、原子能、計(jì)算機(jī)等新型工業(yè)部門應(yīng)用廣泛。,本課內(nèi)容,1、工業(yè)純鋁的特性、用途及分類；2、鋁合金的分類；3、鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化；4、變形鋁合金；5、鑄造鋁合金。,工業(yè)純

2、鋁的特性,密度較小，約為2.7g/cm3 ；面心立方晶格（FCC）；無同素異晶轉(zhuǎn)變；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀、金、銅。極強(qiáng)的抗大氣腐蝕能力，在空氣中鋁的表面生成致密的氧化膜，保護(hù)了內(nèi)部金屬不被腐蝕——鈍化現(xiàn)象。但鋁不能耐酸、堿、鹽的腐蝕；非磁性、無火花材料；強(qiáng)度低，塑性好，比強(qiáng)度高；可通過冷變動(dòng)強(qiáng)化提高強(qiáng)度、硬度；,工業(yè)純鋁的分類及牌號(hào),分類：工業(yè)純鋁分純鋁(99%﹤wAL﹤99.85)和高純鋁(wAL﹥99.85%)兩類。純鋁

3、又分為鑄造純鋁和變形鋁兩種。牌號(hào)：鑄造純鋁的牌號(hào)由“Z”和鋁的化學(xué)元素符號(hào)及表明鋁含量的數(shù)字組成，如ZAl99.5表示wAl=99.5%的鑄造純鋁；變成鋁的牌號(hào)用四位字符體系的方法命名，即用1×××表示，牌號(hào)的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分含量×100后小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字，第二位的字母表示原始純鋁的改型情況，如為A，表示原始純鋁，若為其它字母，則表示為原始純鋁的改型。如變形鋁1A30表示wAl=99.

4、30%的原始純鋁。,鋁合金的分類,用于制作鋁合金的合金元素大致分為主加元素（硅、銅、鎂、鋅、錳等）和輔加元素（鉻、鈦、鋯等）。鋁與主加元素的二元相圖一般都具有右圖所示形式，根據(jù)該相圖上最大溶解度D點(diǎn)，把鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。①變形鋁合金：成分在D點(diǎn)以左的合金，加熱到固溶線以上時(shí)，可得到單相固溶體，塑性好，宜于進(jìn)行壓力加工，稱為變形鋁合金。,,鋁合金的分類,變形鋁合金又分為兩類：成分在F點(diǎn)以左的合金，固溶體成分不隨溫度而變，

5、屬熱處理不可強(qiáng)化合金；成分在D～F點(diǎn)之間的合金，固溶體成分隨溫度而變，屬熱處理可強(qiáng)化鋁合金。,鑄造鋁合金,成分在D點(diǎn)以右的合金，由于有共晶組織存在，適于鑄造，稱為鑄造鋁合金。鑄造鋁合金中有成分隨溫度變化的固溶體，也能用熱處理強(qiáng)化。但距D點(diǎn)越遠(yuǎn)，強(qiáng)化效果愈不明顯。,鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化,固溶處理：將成分位于D～F點(diǎn)之間的合金，加熱到α 相區(qū)，經(jīng)保溫獲得單相α 固溶體后迅速水冷，可在室溫下獲得過飽和的α 固溶體，這種處理方式稱為固溶處理。時(shí)效

6、強(qiáng)化：固溶處理后得到的組織是不穩(wěn)定的，有分解出強(qiáng)化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。在室溫下放置或低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高。這種現(xiàn)象稱為時(shí)效強(qiáng)化。在室溫下進(jìn)行的稱自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的稱人工時(shí)效。時(shí)效條件：  合金能在高溫形成均勻的固溶體，并且固溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨溫度的降低而顯著降低。,時(shí)效硬化規(guī)律,(1) 時(shí)效溫度越高, 強(qiáng)度峰值越低, 強(qiáng)化效果越小;(2) 時(shí)效溫度越高, 時(shí)效速度越快, 強(qiáng)度峰值出現(xiàn)所需時(shí)間

7、越短;(3)  低溫使固溶處理獲得的過飽和固溶體保持相對(duì)的穩(wěn)定性, 抑制時(shí)效的進(jìn)行。 時(shí)效實(shí)例,含4%Cu的Al-Cu合金的自然時(shí)效曲線,,,,,硬度,時(shí)間,,4%Cu的Al-Cu合金，加熱到550℃并保溫一段時(shí)間后, 在水中快冷時(shí), θ相(CuAl2)來不及析出, 合金獲得過飽和的 α 固溶體組織, 其強(qiáng)度為σb＝250MPa。若

8、在室溫下放置, 隨著時(shí)間的延續(xù), 強(qiáng)度將逐漸提高, 經(jīng)4～5天后, σb可達(dá)400MPa。,回 歸,自然時(shí)效后的鋁合金, 在230～250℃短時(shí)間(幾秒至幾分鐘)加熱后, 快速水冷至室溫時(shí), 可以重新變軟。如再在室溫下放置, 則又能發(fā)生正常的自然時(shí)效。這種現(xiàn)象稱為回歸。一切能時(shí)效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。自然時(shí)效后的鋁合金在反復(fù)回歸處理和再時(shí)效時(shí)強(qiáng)度有所降低。時(shí)效后的鋁合金可在回歸處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行各種冷變形。利用這種現(xiàn)象，可隨時(shí)

9、進(jìn)行飛機(jī)的鉚接和修理等。,變形鋁合金,變形鋁合金包括： 防銹鋁合金 硬鋁合金 硬鋁合金 鍛鋁合金,防銹鋁合金,防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。錳提高抗蝕能力，并起固溶強(qiáng)化作用。鎂固溶強(qiáng)化，同時(shí)降低比重。 防銹鋁合金鍛造退火后是單相固溶體，抗蝕性能高，塑性好。不能進(jìn)行時(shí)效硬化，屬于不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，但可冷變形，利用加工硬化提高強(qiáng)度。 LF21(Al-Mn合金) 抗蝕性和強(qiáng)度比純鋁高

10、, 有良好的塑性和焊接性能, 但因太軟而切削加工性能不良。 用于焊接件、容器、管道，或需用深延伸、彎曲等方法制造的低載荷零件、制品以及鉚釘?shù)取?硬鋁合金,硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金, 另含有少量錳。它們可以進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，屬于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金 。,硬 鋁,① 低合金硬鋁 LY1、LY10等, Mg、Cu含量較低, 塑性好, 強(qiáng)度低。采用固溶處理和自然時(shí)效提高強(qiáng)度和硬度，時(shí)效速度較慢。主要用于制作鉚釘，常稱鉚釘硬鋁。形加

11、工性能良好，時(shí)效后切削加工性能也較好。主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋漿葉片及大型鉚釘?shù)戎匾慵＂跇?biāo)準(zhǔn)硬鋁 LY11等，合金元素含量中等，強(qiáng)度和塑性屬中等水平。退火后變強(qiáng)化的鋁合金，亦可進(jìn)行形變強(qiáng)化。合金中的Cu、Mg可形成強(qiáng)化相?及s相; Mn主要提高抗蝕性, 并起一定固溶強(qiáng)化作用, 因其析出傾向小, 不參與時(shí)效過程; 少量鈦或硼可細(xì)化晶粒, 提高合金強(qiáng)度 ③ 高合金硬鋁 LY12、LY6等，合金元素含量較多，強(qiáng)度和硬度

12、較高，塑性及變形加工性能較差。用于制作航空模鍛件和重要的銷、軸等零件。,硬鋁的應(yīng)用,,超硬鋁合金,超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金, 含有少量的鉻和錳。牌號(hào)有LC4、LC6等。鋅、銅、鎂與鋁形成固溶體和多種復(fù)雜的第二相(例如MgZn2、Al2CuMg、AlMgZnCu等)，合金經(jīng)固溶處理和人工時(shí)效后，可獲得很高的強(qiáng)度和硬度，是強(qiáng)度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。,超硬鋁,超硬鋁合金多

13、用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等。,鍛鋁合金,鍛鋁合金為Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。牌號(hào)有LD5、LD7、LD10等。合金的元素種類多但用量少，有良好的熱塑性、鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機(jī)械性能。 這類合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件，通常要進(jìn)行固溶處理和人工時(shí)效。,鑄造鋁合金,鑄造鋁合金主要有： 鋁—硅系、鋁—銅系、鋁—鎂系及鋁—鋅系四種，以鋁硅系應(yīng)用最廣泛。 代號(hào)用“Z

14、L”加三位數(shù)字表示，第一位數(shù)表示合金類別（1為鋁—硅系，2為鋁—銅系，3為鋁—鎂系，4為鋁—鋅系），第二、三位數(shù)字為合金序號(hào)。例如ZL102表示2號(hào)鋁—硅系鑄造鋁合金。 牌號(hào)由Z和鋁的化學(xué)元素符號(hào)、主要合金元素符號(hào)及合金元素名義百分含量的100倍的數(shù)字組成。,鋁—硅系合金,,變質(zhì)處理,僅含硅元素的鋁硅合金（如ZL102）通常稱硅鋁明。鑄造后幾乎全部得到共晶體組織(α+Si), 具有優(yōu)良的鑄造性能(熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、收縮小)。

15、60;在一般情況下，ZL102的共晶體由粗針狀硅晶體和α 固溶體構(gòu)成, 強(qiáng)度和塑性都較差。 澆鑄前向合金液中加入占合金重量2%～3%的變質(zhì)劑(常用鈉鹽混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以細(xì)化合金組織, 顯著提高合金的強(qiáng)度及塑性。這種處理方法即是變質(zhì)處理。 經(jīng)變質(zhì)處理后的組織是細(xì)小均勻的共晶體加初生 α 固溶體,獲得亞共晶組織是由于加入鈉鹽后，鑄造冷卻較快時(shí)共晶點(diǎn)右移的緣故。,ZL102的鑄態(tài)顯微組織,變質(zhì)前顯微組織,變質(zhì)后顯微組

16、織,硅鋁明的性能與應(yīng)用,硅鋁明的主要缺點(diǎn)是鑄件致密程度低，強(qiáng)度較低，且不能熱處理強(qiáng)化。為了提高鋁硅合金的強(qiáng)度可加入鎂、銅以形成強(qiáng)化相Mg2Si、CuAl2、CuMgAl2等。這樣的合金在變質(zhì)處理后進(jìn)行淬火時(shí)效，以提高強(qiáng)度，如ZL105、ZL108等合金。ZL102鑄造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相當(dāng)好的抗蝕性和耐熱性，但不能時(shí)效強(qiáng)化，強(qiáng)度較低，經(jīng)變質(zhì)處理后, σb最高不超過180 MPa。該合金僅適于制造形狀復(fù)雜但強(qiáng)度要求不高

17、的鑄件，例如儀表、水泵殼體以及一些承受低載荷的零件。加入鎂、銅的鋁—硅系合 金還有較好的耐熱性與耐磨性，是制造內(nèi)燃機(jī)活塞的合適材料。,銅及銅合金,材料工程系金工教研室,課前復(fù)習(xí)題,1、什么叫時(shí)效強(qiáng)化？答：淬火后，鋁合金的強(qiáng)度和硬度隨時(shí)間而發(fā)生顯著提高的現(xiàn)象叫時(shí)效強(qiáng)化，亦稱沉淀硬化。2、純鋁的主要用處是什么？答：代替貴重的銅合金，制作導(dǎo)線；配制各種鋁合金以及制作要求質(zhì)輕、導(dǎo)熱或耐大氣腐蝕但強(qiáng)度要求不高的器具。,本課內(nèi)容,1

18、、銅及銅合金的特性2、銅及銅合金的分類及牌號(hào)3、黃銅4、白銅5、青銅,純銅的特性,純銅為紫紅色,常稱紫銅。密度為8.96g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃，面心立方晶格,無同素異晶轉(zhuǎn)變。 純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳，銅合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性也很好。銅及銅合金對(duì)大氣和水的抗蝕能力很高。銅是抗磁性物質(zhì)。,純銅分類、用途及牌號(hào),分末加工產(chǎn)品（銅錠、電解銅）和加工產(chǎn)品（銅材）兩種。末加工產(chǎn)品的代號(hào)有Cu-1、Cu-2兩種；加工產(chǎn)品代號(hào)有T1、

19、T2、T3三種。代號(hào)中數(shù)字越大，表示雜質(zhì)含量越多，導(dǎo)電性越差。主要用于制作各種導(dǎo)電材料、導(dǎo)熱材料及配制各種銅合金。,銅合金分類,按化學(xué)成分，銅合金可分為黃銅（銅鋅合金）、青銅、白銅（銅鎳合金）三大類。青銅是以除鋅和鎳以外的其它元素作為主要合金元素的銅合金。按其所含主要合金元素的種類可分為錫青銅、鉛青銅、鋁青銅、鈹青銅等。,黃 銅,黃銅以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。按照化學(xué)成分，黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種。,黃銅的牌號(hào)

20、,普通黃銅：H90、H80、H70、H68、H62、H59；其中數(shù)字是銅的含量；特殊黃銅：HSn62-1、HPb59-1、HMn55-1；前面的數(shù)字是銅的含量，后面的數(shù)是第三種元素的含量，余量是鋅；,普通黃銅,普通黃銅是銅鋅二元合金，其退火組織可以是單相 α 或雙相 α+ β’, 并分別稱為 α 黃銅(或單相黃銅)和雙相黃銅。,單相黃銅,wZn＜39%時(shí)，室溫組織為單相α固溶體， α 相是鋅溶于銅中的固溶體，塑性好，適宜冷、熱加工。適

21、于制作冷軋板材、冷拉線材、管材及形狀復(fù)雜的深沖零件。,雙相黃銅,當(dāng)  wZn=39～45%時(shí)，室溫下的組織為α+ β’。在實(shí)際生產(chǎn)條件下，當(dāng)wZn＞32%時(shí)，即出現(xiàn)α+ β’組織。β’相是以電子化合物CuZu為基的固溶體，在室溫下較硬脆，但加熱到456℃以上時(shí)，卻有良好的塑性，故含有β’相的黃銅適宜熱壓力加工。廣泛用來制作電器上要求導(dǎo)電、耐蝕及適當(dāng)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件，如螺栓、螺母、墊圈、彈簧及機(jī)器中的軸套等，有商業(yè)黃銅之稱。,,雙相

22、黃銅顯微組織,普通黃銅的應(yīng)用,H90 （ H80）有優(yōu)良的耐蝕性、導(dǎo)熱性和冷變形能力，并呈金黃色，有金色黃銅之稱。常用于鍍層、藝術(shù)裝飾品、獎(jiǎng)?wù)?、散熱器等。H70（H68）俗稱三七黃銅，有優(yōu)良的冷熱塑性變形能力，適宜用冷沖壓制造形狀復(fù)雜而要求耐蝕的管、套類零件，如彈殼、波紋管等，故又有彈殼黃銅之稱。 雙相黃銅  H62、H59 可進(jìn)行熱變形，通常熱軋成棒材、板材?？设T造。,,,特殊黃銅,全部是雙相組織，第三種

23、的元素的加入目的是改善黃銅的某些性能，如Sn能提高耐蝕性，Pb能提高切削加工性、Mn能提高強(qiáng)度、Si能提高鑄造性能等。,特殊黃銅,錫黃銅 HSn62-1  錫顯著提高黃銅在海洋大氣和海水中的抗蝕性，并使強(qiáng)度有所提高。壓力加工錫黃銅廣泛用于制造海船零件。 鉛黃銅 HPb63-3  鉛改善切削加工性能，提高耐磨性，對(duì)強(qiáng)度影響不大，略微降低塑性。用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件(如鐘表零件等)，鑄造鉛黃銅可制作軸瓦

24、和襯套。,特殊黃銅,鋁黃銅 HAl60-1-1 鋁提高黃銅的強(qiáng)度和硬度(但使塑性降低)，改善在大氣中的抗蝕性。制作海船零件及其它機(jī)器的耐蝕零件。鋁黃銅中加入適量的鎳、錳、鐵后，還可得到高強(qiáng)度、高耐蝕性的復(fù)雜黃銅，制造大型蝸桿、海船螺旋漿等重要零件。 硅黃銅 HSi65-1.5-3 硅顯著提高黃銅的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性。硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進(jìn)行焊接和切削加工，主要用于制造船舶及化工機(jī)械零件。,白銅,以鎳為主要合金元素

25、的銅合金稱為白銅。在固態(tài)下，銅與鎳無限固溶，因此工業(yè)白銅的組織為單相 α?固溶體。它有較好的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性，能進(jìn)行冷、熱變形。冷變形能提高強(qiáng)度和硬度。它的抗蝕性很好，電阻率較高。,白銅的應(yīng)用,用于制造船舶儀器零件、化工機(jī)械零件及醫(yī)療器械等。錳含量高的錳白銅可制作熱電偶絲。常用白銅B30、B19、B5、BZn 15-20、BMn 3-12、BMn 40-1.5等。,青銅,青銅原指銅錫合金，但工業(yè)上都習(xí)慣稱含鋁、硅、鉛、鈹、錳等的銅基合

26、金為青銅，所以青銅實(shí)際上包括有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅，等等。青銅也可分為壓力加工青銅(以青銅加工產(chǎn)品的形式供應(yīng))和鑄造青銅兩類。,青銅牌號(hào),QSn10、QSn4-3、QAl7、QPb30；數(shù)字表示所加元素的含量；,錫青銅,以錫為主要合金元素的銅基合金稱錫青銅。 在一般鑄造狀態(tài)下, 錫含量低于6%的錫青銅能獲得? α 單相組織。α 相是錫溶于銅中的固溶體, 具有面心立方晶格，塑性良好，容易冷、熱變形。錫含量大于6%時(shí), 組織中出現(xiàn)

27、(α+δ )共析體。δ 相極硬和脆, 不能塑性變形。,錫青銅的性能,的鑄造收縮率很小，可鑄造形狀復(fù)雜的零件。但鑄件易生成分散縮孔，使密度降低，在高壓下容易滲漏。錫青銅在大氣、海水、淡水以及蒸氣中的抗蝕性比純銅和黃銅好，但在鹽酸、硫酸和氨水中的抗蝕性較差。錫青銅中加入少量鉛，可提高耐磨性和切削加工性能；加入磷可提高彈性極限、疲勞極限及耐磨性；加入鋅可縮小結(jié)晶溫度范圍，改善鑄造性能。,錫青銅的應(yīng)用,在造船、化工、機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛應(yīng)用

28、，主要制造軸承、軸套等耐磨零件和彈簧等彈性元件，以及抗蝕、抗磁零件等。,,,,鋁青銅,以鋁為主要合金元素(含量為在5%～11%)的銅合金稱鋁青銅。鋁青銅的耐蝕性優(yōu)良，在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性，均比黃銅和錫青銅高。鋁青銅的耐磨性亦比黃銅和錫青銅好。 制造齒輪、軸套、蝸輪等在復(fù)雜條件下工作的高強(qiáng)度抗磨零件，以及彈簧和其它高耐蝕性彈性元件。,鈹青銅,以鈹為基本合金元素的銅合金(鈹含量1.6～2.5%)稱鈹青銅。鈹青銅在

29、淬火狀態(tài)下塑性好，可進(jìn)行冷變形和切削加工，制成零件經(jīng)人工時(shí)效處理后，獲得很高的強(qiáng)度和硬度： σb達(dá)1200MPa～1500MPa，硬度達(dá)350HB～400HB, 超過其它銅合金。,鈹青銅,鈹青銅的彈性極限、疲勞極限都很高，耐磨性和抗蝕性也很優(yōu)異。它有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，并有無磁性、耐寒、受沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等一系列優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。  制作精密儀器的重要彈簧和其它彈性元件，鐘表齒輪，高速高壓下工作的軸承及襯套等耐磨零件，以及

30、電焊機(jī)電極、防爆工具、航海羅盤等重要機(jī)件。,滑動(dòng)軸承合金,材料工程系金工教研室,課前復(fù)習(xí)題,1、銅的主要用途是什么？答：制作各種導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料及配制各種銅合金。2、按化學(xué)成分可把銅合金分為幾類？答：按化學(xué)成分可把銅合金分為黃銅（銅—鋅合金）、白銅（銅—鎳合金）、青銅（除黃銅、青銅之外的所有銅合金。,本課內(nèi)容,1、滑動(dòng)軸承合金的性能要求；2、滑動(dòng)軸承合金的組織特征；3、常用滑動(dòng)軸承合金；,滑動(dòng)軸承合金的性能要求,1. 足夠的強(qiáng)度

31、和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。 2. 足夠的塑性和韌性，高的疲勞強(qiáng)度，以承受軸頸的周期性載荷，并抵抗沖擊和振動(dòng)。 3. 良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。 4. 高的耐磨性，與軸的摩擦系數(shù)小，并能保留潤(rùn)滑油，減輕磨損。 5. 良好的耐蝕性、導(dǎo)熱性、較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。,滑動(dòng)軸承合金的組織特征,1、在軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)軸進(jìn)入工作狀態(tài)后，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軟基體受磨損而凹陷，硬質(zhì)點(diǎn)將凸出于基體上，使軸和軸瓦的接

32、觸面積減小，而凹坑能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，降低軸和軸瓦之間的摩擦系數(shù)，減少軸和軸承的磨損。另外，軟基體能承受沖擊和震動(dòng)，使軸和軸瓦能很好的結(jié)合，并能起嵌藏外來小硬物的作用，保證軸頸不被擦傷。屬于這類組織的軸承合金有巴氏合金和錫青銅  。  2、 軸承合金的組織是硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)時(shí)，也可達(dá)到上述同樣目的。,常用滑動(dòng)軸承合金,一、錫基軸承合金 (錫基巴氏合金)    錫基軸承合金是以錫

33、為基體元素，加入銻、銅等元素組成的合金。最常用的牌號(hào)是ZSnSb11-6（含11%Sb和6%Cu，余Sn）。顯微組織為α＋β ?＋Cu6Sn5 。其中黑色部分是α相軟基體，白方塊是β ?相硬質(zhì)點(diǎn)，白針狀或星狀組成物是Cu6Sn5。α相是銻溶解于錫中的固溶體，為軟基體。β?相是以化合物SnSb為基的固溶體, 為硬質(zhì)點(diǎn)。鑄造時(shí)，由于β ? 相較輕，易發(fā)生嚴(yán)重的比重偏析，所以加入銅，生成Cu6Sn5, 使其作樹枝狀分布, 阻止β? 相上浮,

34、有效地減輕比重偏析。Cu6Sn5的硬度比β ? 相高, 也起硬質(zhì)點(diǎn)作用, 進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度和耐磨性。,,錫基軸承合金的摩擦系數(shù)和膨脹系數(shù)小，塑性和導(dǎo)熱性好，適于制作最重要的軸承，如汽輪機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和壓氣機(jī)等大型機(jī)器的高速軸瓦。但錫基軸承合金的疲勞強(qiáng)度較低，許用溫度也較低(不高于150℃)。,常用滑動(dòng)軸承合金,二. 鉛基軸承合金(鉛基巴氏合金)     鉛基軸承合金是以鉛—銻為基的合金。典型牌號(hào)有ZPbS

35、b16Sn16Cu2, 成分為16%Sb、16%Sn、2%Cu、其余為Pb。加入錫能 形成SnSb硬質(zhì)點(diǎn)，并大量溶于鉛中而強(qiáng)化基體，可提高鉛基合金的強(qiáng)度和耐磨性；加銅可形成Cu2Sb硬質(zhì)點(diǎn)，并防止比密度偏析；ZChPbSb16-16-2的顯微組織為(α＋β)＋β＋Cu6Sn5, (α＋β)共晶體為軟基體，白方塊為以SnSb為基的?固溶體，起硬質(zhì)點(diǎn)作用，白針狀晶體為化合物Cu6Sn5。這種合金的鑄造性能和耐磨性較好(但比錫基軸承合金低)，

36、價(jià)格較便宜，可用于制造中、低載荷的軸瓦，例如汽車、拖拉機(jī)曲軸的軸承等。,常用滑動(dòng)軸承合金,錫青銅 ZQSn10-1，成分為10%Sn、1%P, 其余為Cu。顯微組織為α＋δ＋Cu3P。α 固溶體為軟基體，δ 相和Cu3P為硬質(zhì)點(diǎn)。該合金具有高的強(qiáng)度，適于制造高速度、高載荷的柴油機(jī)軸承。     由于錫基、鉛基軸承合金及不含錫的鉛青銅的強(qiáng)度比較低，承受不了大的壓力，所以使用時(shí)必須將其鑲鑄在鋼的軸瓦時(shí)，形成

37、一層薄而均勻的內(nèi)襯，做成雙金屬軸承。含錫的鉛青銅，由于錫溶于銅中使合金強(qiáng)化，獲得高的強(qiáng)度，所以不必做成雙金屬，而可直接做成軸承或軸套使用。,常用滑動(dòng)軸承合金,鉛青銅 ZQPb30，成分為30%Pb, 其余為Cu。這是一種硬基體軟質(zhì)點(diǎn)類型的軸承合金。銅和鉛在固態(tài)時(shí)互不溶解，室溫顯微組織為Cu+Pb。Cu為硬基體, 粒狀Pb為軟質(zhì)點(diǎn)。該合金與巴氏合金相比，具有高的疲勞強(qiáng)度和承載能力，優(yōu)良的耐磨性、導(dǎo)熱性和低的摩擦系數(shù)，能在較高溫度(250

38、℃)下正常工作，因此可制造大載荷、高速度的重要軸承，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高速柴油機(jī)的軸承等。,鈦及鈦合金,材料工程系金工教研室,課前復(fù)習(xí)題,1、滑動(dòng)軸承合金的性能要求是什么？答：1. 足夠的強(qiáng)度和硬度，以承受軸頸較大的單位壓力。 2. 足夠的塑性和韌性，高的疲勞強(qiáng)度，以承受軸頸的周期性載荷，并抵抗沖擊和振動(dòng)。 3. 良好的磨合能力，使其與軸能較快地緊密配合。 4. 高的耐磨性，與軸的摩擦系數(shù)小，并能保留潤(rùn)滑油，減輕磨損。 5. 良

39、好的耐蝕性、導(dǎo)熱性、較小的膨脹系數(shù)，防止摩擦升溫而發(fā)生咬合。,本課內(nèi)容,1、純鈦的特性2、純鈦的晶體結(jié)構(gòu)3、純鈦的牌號(hào)4、純鈦的用途5、鈦的合金化6、工業(yè)用鈦合金,純鈦的特性,鈦的密度小，為4.5g/cm3,熔點(diǎn)高，為1668℃；鈦的強(qiáng)度相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)鋼，比強(qiáng)度高，熱膨脹系數(shù)很小，在加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力??；鈦的導(dǎo)熱性差，磨擦系數(shù)大，因而切削、磨削加工性能和耐磨性能差；鈦在大氣、高溫氣體以及中性、氧化性及海水等介質(zhì)中具

40、有極高的耐蝕性；鈦在不同濃度的硝酸、鉻酸以及堿溶液和大多數(shù)有機(jī)酸中也有良好的耐蝕性，但氫氟酸對(duì)鈦有很大的腐蝕作用。,純鈦的晶體結(jié)構(gòu),純鈦在固態(tài)下有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在882.5℃以下為α-Ti, 具有密排六方晶格，在882.5℃ 以上直至熔點(diǎn)為β- Ti，具有體心立方晶格。,αβ,αβ,純鈦的牌號(hào),工業(yè)純鈦按其雜質(zhì)含量及機(jī)械性能不同，分為TA1、TA2、TA3三個(gè)牌號(hào)。牌號(hào)順序數(shù)字增大，雜質(zhì)含量增加，鈦的強(qiáng)度增加，塑性降低。,純鈦的

41、用途,工業(yè)純鈦由于其比強(qiáng)度高、耐熱性好、抗腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，是航空、船舶、化工等工業(yè)中常用的一種α-Ti合金，其板材和棒材可以制造350℃以及下工作的零件，如飛機(jī)蒙皮、隔熱板、熱交換器等。,鈦的合金化,鈦有α-Ti（密排六方）和β- Ti（體心立方）兩種晶體結(jié)構(gòu)。鈦合金化的主要目的就是利用合金元素對(duì)α-Ti或β- Ti的穩(wěn)定作用，改變?chǔ)梁挺孪嗟慕M成，從而控制鈦合金的性能。工業(yè)鈦合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe

42、、Cr、Cu及Si等。Al是典型的α穩(wěn)定元素，Al在Ti中主要溶入α固溶體，少量溶于β相。在室溫下Al在α-Ti中的溶解度達(dá)7%，故有明顯的固溶強(qiáng)化效果。Al還能提高鈦合金的熱穩(wěn)定性和彈性模量，Ti-Al合金的密度小，所以Al是鈦合金中重要的合金元素。,,Zr和Sn同屬中性元素，Zr在α-Ti和β- Ti中均能形成無限固溶體。Sn在α-Ti和β- Ti中的溶解度也較大，因此Zr和Sn不僅能強(qiáng)化α相，也能提高合金的抗蠕變能力，也是鈦合金

43、中的主要合金元素之一。V、Mo都是β- Ti的同晶元素，鈦中加入V、Mo都能起固溶強(qiáng)化作用，并能提高合金的熱穩(wěn)定性和蠕變抗力。這類元素越多，鈦合金中的β相越多、越穩(wěn)定。Mn、Fe、Cr、Cu、Si等β穩(wěn)定元素能形成共析反應(yīng)，其臨界濃度比β同晶元素都低，故其穩(wěn)定β相能力比β同晶元素還大。,工業(yè)用鈦合金,工業(yè)用鈦合金按其退火組織可分為α、β和 α+β三大類，分別稱之為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金。牌號(hào)分別以“鈦”字漢語(yǔ)拼音字首“T”

44、后跟A、B、C和順序數(shù)字表示。例如TA4?TA8表示α鈦合金；TB1?TB2表示β鈦合金，TC1?TC10表示α+β鈦合金。,α鈦合金,鈦中加入鋁、硼等α穩(wěn)定化元素獲得 α 鈦合金。α 鈦合金的室溫強(qiáng)度低于 β 鈦合金和（α＋β）鈦合金，但高溫(500～600℃)強(qiáng)度比它們的高，并且組織穩(wěn)定，抗氧化性和抗蠕變性好，焊接性能也很好。α 鈦合金不能淬火強(qiáng)化，主要依靠固溶強(qiáng)化，熱處理只進(jìn)行退火(變形后的消除應(yīng)力退火或消除加工硬化的再結(jié)晶退火)

45、。     典型牌號(hào) TA7, 成分為Ti-5Al-2.5Sn。其使用溫度不超過500℃，主要用于制造導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的渦輪機(jī)匣和各種模鍛件等，也可用于制造超低溫用的容器。,β鈦合金,鈦中加入鉬、鉻、釩等 β 穩(wěn)定化元素得到 β 鈦合金。?鈦合金有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的沖壓性能，并可通過淬火和時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化。在時(shí)效狀態(tài)下，合金的組織為 β 相和彌散分布的細(xì)小 α 相粒子。   &

46、#160; 典型牌號(hào) TB1, 成分為Ti-3Al-8Mo-11Cr, 一般在350℃以下使用, 適于制造壓氣機(jī)葉片、軸、輪盤等重載的回轉(zhuǎn)件，以及飛機(jī)構(gòu)件等。,α+β鈦合金,鈦中同時(shí)加入 β 穩(wěn)定化元素和 α 穩(wěn)定化元素，使α相和β相都得到強(qiáng)化而得到的（α＋β）鈦合金，塑性很好，容易鍛造、壓延和沖壓，并可通過淬火和時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化。熱處理后強(qiáng)度可提高50～100%。但這類合金組織不穩(wěn)定，焊接性能不及 α鈦合金。但它生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，其機(jī)械性能

47、可通過改變成分和選擇熱處理制度在很寬的范圍內(nèi)變化，因此這類合金是航空工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛的一種鈦合金。,,典型牌號(hào) TC4 成分為Ti-6Al-4V，經(jīng)淬火及時(shí)效處理后，顯微組織為塊狀α＋β＋針狀α。其中針狀α是時(shí)效過程中從 β 相析出的。強(qiáng)度高，塑性好，在400℃時(shí)組織穩(wěn)定，蠕變強(qiáng)度較高，低溫時(shí)有良好的韌性，并有良好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕的能力，適于制造在400℃以下長(zhǎng)期工作的零件，要求一定高溫強(qiáng)度的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，以及在低溫