第二章金屬材料

1、汽車應(yīng)用材料 第二章,除鋼鐵材料以外的其他金屬材料統(tǒng)稱為有色金屬，其種類很多，且具備的許多特殊的物理和化學(xué)性能，又有一定的力學(xué)性能和較好的工藝性能，是工業(yè)上不可缺少的工程材料，工程上最常用的有色金屬有鋁、銅、鋅、鉛、鎂、鈦及其合金和軸承合金等。,四、 有色金屬及合金,,汽車應(yīng)用材料 第二章,(一)　鋁及鋁合金　(二)　銅及銅合金　　(三)　鈦及鈦合金　　　(四)　軸 承 合 金,有色金屬及其合金,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,(

2、一) 鋁及鋁合金,1．純鋁2．鋁合金,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,熔點(diǎn)660℃，密度2.7g/cm3，比強(qiáng)度高。導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐大氣腐蝕。切削性好，塑性好、可冷成型。鑄Al合金的鑄造性能好。,Al及Al合金的特點(diǎn),,,汽車應(yīng)用材料 第二章,工業(yè)純鋁 —— L1 ～ L5，做散熱器、器皿等。力學(xué)性能 　σb = 80~100 MPa　δ= 30~50 %,1．純鋁,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,純鋁,按純度分為高純鋁、工業(yè)高

3、純鋁、工業(yè)純鋁三類高純鋁：99.996%～99.93% 用于科研， 代號(hào)L04～L01；工業(yè)高純鋁：99.9%～99.85% 用于作Al合金原料、鋁箱，代號(hào)L0、L00；工業(yè)純鋁：99.0%～98.0% 作管、線、棒、代號(hào)L1～L6，數(shù)字大。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,2．鋁合金,（1）分類和強(qiáng)化分類 —— 變形鋁合金、鑄造鋁合金強(qiáng)化方法　固溶、冷變形、時(shí)效強(qiáng)化，變質(zhì)處理。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,-CuAl

4、2,時(shí)效強(qiáng)化 —— 淬火后合金強(qiáng)硬度隨時(shí)間延長(zhǎng)而顯著升高,時(shí)效工藝　固溶處理（水冷淬火）→ 過飽和固溶體,時(shí)效過程 —— 過飽和固溶體分解，析出強(qiáng)化相 。,自然時(shí)效 —— 在室溫長(zhǎng)時(shí)間停留，如，數(shù)天。　　人工時(shí)效 —— 加熱至100~200℃，保溫一定時(shí)間。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,鋁合金,(1）變形鋁合金防銹鋁合金硬鋁合金超硬鋁合金鍛鋁合金（2）鑄造鋁合金 Al-Si系合金Al-Cu系合金Al-Mg系合金Al

5、-Zn 系合金,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,鋁合金牌號(hào),鋁合金的牌號(hào)表示方法： 變形鋁合金采用四位數(shù)表:2xxx~8xxx系列,如2A11，表示以銅為主鋁合金,A表示原始,(B表示改型),11表示純度. 鑄造鋁合金的代號(hào)用“ZL”兩個(gè)字母和三個(gè)數(shù)字表示，如ZL102，ZL203,ZL302等.如ZL102表示2號(hào)鋁-硅鑄造鋁合金。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,變形鋁合金,,,,防銹鋁 —— 3A21，5A02,5A05等. 不

6、可熱處理強(qiáng)化，做油箱、油管、鉚釘?！∮蹭X ——2A01,2A10,2A11,2A12等，做螺旋槳葉片、支柱。　超硬鋁 —— 7A04，做飛機(jī)大梁、起落架。　鍛鋁 —— 2A50,2A14，做鍛件、模鍛件。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,飛機(jī)主起落架,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,鍛鋁合金 ( LD ) : Al – Mg – Si – Cu 具有良好的熱塑性, 通過固溶處理和人工時(shí)效

7、 來提高鋁合金的力學(xué)性能。 2A50,2A14 。,壓氣機(jī)葉片,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,（2）鑄造鋁合金,Al-Si 合金（硅鋁明）—— 鑄造性好（熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、收縮?。?變質(zhì)后，共晶體（細(xì)點(diǎn)狀Si + α基體 ）+ 初晶α,變質(zhì)處理 —— 顯著提高力學(xué)性能?！〗M織 —— 變質(zhì)前，共晶體（粗針狀Si + α基體 ）+ 初晶Si,ZL1

8、02的鑄態(tài)組織，未變質(zhì)，×500,變質(zhì)處理后，×100,鑄造鋁合金的應(yīng)用,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,活塞(裙部為鋁硅合金),ZL102合金鑄造組織 ( 化染 ) 55×,鑄造鋁 – 硅合金 ( ZL101～ZL111 ) :,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,硅鋁明(ZL102),簡(jiǎn)單硅鋁明 組織α+Si共晶體，它的最大優(yōu)點(diǎn)是鑄造性能好，此外，密度小，抗蝕性，耐熱性，焊接性也相當(dāng)好，但強(qiáng)度低，這類合金只

9、適用于制造形狀復(fù)雜但對(duì)強(qiáng)度要求不高的鑄件，如儀表殼體等。特殊硅鋁明 在該合金的基礎(chǔ)上加入適當(dāng)合金元素Cu、Mn、Mg、Ni等元素，發(fā)展成能時(shí)效強(qiáng)化的鋁合金，稱為特殊硅鋁明，具有良好的鑄造性和較高的抗蝕性及足夠的強(qiáng)度，如ZL108、ZL109是我國(guó)目前常用的鑄造鋁活塞的材料。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,鑄造鋁 – 銅合金 ( ZL201～ZL203 ) : 有較高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性,但鑄 造性能和耐蝕性較差。制造汽缸蓋,

10、活塞等,鋁銅合金鑄造組織 ( 化染 ) 210×,汽缸頭,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,鑄造鋁 – 鎂合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性,但鑄 造性能和耐熱性較差。,鋁鎂合金鑄造組織 (化染) 150×,鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301),,,汽車應(yīng)用材料 第二章,鑄造鋁 – 鋅合金 ( ZL401、ZL402 ) :

11、具有良好的鑄造性,經(jīng)變質(zhì)處理和時(shí)效處理后,強(qiáng)度高,但耐蝕性差。,大型空壓機(jī)活塞(ZL401),,,汽車應(yīng)用材料 第二章,(二)　銅及銅合金,1．純銅2．銅合金,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,1.銅及銅合金的性能特點(diǎn),優(yōu)異的物理、化學(xué)性能 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、抗蝕、抗磁能力高 良好的加工性能 塑性好；鑄造性好某些特殊機(jī)械性能 優(yōu)良的減摩性和耐磨性，高的彈性極限和疲勞極限,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,2.銅及銅合金的分類及用途,純銅

12、銅合金黃銅青銅白銅,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,2.銅及銅合金的分類及牌號(hào),純銅(紫銅) T1、T2、T3、Tu1，Tu2 銅合金 黃銅普通黃銅 H× ×表示含銅62%,其余為Zn的黃銅 特殊黃銅 HPb59-1表示59%Cu、1%Pb。余量為Zn的鉛黃銅 青銅錫青銅 QSn6.5-0.4,表示6.5Sn及0.4%P的錫-磷青銅 特殊青銅白銅 BMn3-12,是含3%Ni及12%Mn的錳白

13、銅,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,1．純銅 —— 紫銅（紫紅色）,工業(yè)純銅 —— T1 ~ T4 ，做電導(dǎo)體。 力學(xué)性能 　σb = 230~250 MPa　δ= 40~50 %,純銅管,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,純銅,我國(guó)工業(yè)有三個(gè)牌號(hào)：即一號(hào)銅（99.95%Cu）、二號(hào)銅（99.90%Cu），三號(hào)銅（99.7%Cu），其代號(hào)分另為T1、T2、T3。 此外，純銅除工業(yè)純銅外，還有一類叫無氧銅，其含氧量極低，不大于0.003

14、%，其代號(hào)有Tu1，Tu2，“u”是“無”漢語拼音字首。 純銅退火狀態(tài)，強(qiáng)度低，塑性好（σb=250～270Mpa，δ=35～45%），經(jīng)冷加工變形后強(qiáng)度升高，而塑性急劇降低（σb=400～500Mpa，δ=1～3%）。不能用作受力的結(jié)構(gòu)材料，工業(yè)純銅主要用導(dǎo)電、導(dǎo)熱，兼有抗腐蝕性的器材，如電線、電纜、電器開關(guān)等，無氧銅主要作真空器件。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,銅合金,純銅強(qiáng)度低，雖然冷加工變形可提高其強(qiáng)度，但塑性顯著

15、降低，不能制作受力的結(jié)構(gòu)件。為了滿足制作結(jié)構(gòu)件的要求，在銅中加入合金元素，通過固溶強(qiáng)化，時(shí)效強(qiáng)化及過剩相強(qiáng)化等途徑提高合金的強(qiáng)度，獲得高強(qiáng)度的銅合金。常用的合金元素：Zn、Al、Sn、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Cr、Zr等。銅合金按其化學(xué)成分可分為黃銅、青銅、白銅三大類。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,黃銅,黃銅是以Zn為主要合金元素的銅合金，具有良好的機(jī)械性能，易加工成型，對(duì)大氣、海水有相當(dāng)好的抗蝕能力，是應(yīng)用最廣的重要有色金屬

16、材料。 黃銅按其所含合金元素的種類可分為普通黃銅和特殊黃銅兩類；按生產(chǎn)方式可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅兩類。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,普通黃銅,普通黃銅，就是Cu-Zn二元合金，當(dāng)Zn含量＜36%，時(shí)單相α，Zn含量＞36%而＜47%時(shí)組織α+β’兩相工業(yè)上所用的黃銅Zn含量一般不超過47%。單相黃銅：室溫組織為單相α的黃銅又稱單相黃銅，強(qiáng)度較低、塑性特別好，適于壓力加工，常用代號(hào)有H80、H70、H68，其中H70、H

17、68強(qiáng)度較高，大量用作槍彈殼和炮彈筒，故有“彈殼黃銅”之稱。雙相黃銅：α+β’黃銅又稱雙相黃銅，強(qiáng)度高，塑性差、常用H59、H62用作水管、油管、散熱器等。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,普通黃銅的組織特征圖,單相黃銅 H68,,,雙相黃銅H59,,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,黃銅的力學(xué)性能與含鋅量的關(guān)系圖,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,常用的黃銅應(yīng)用,金獎(jiǎng)黃銅 --- H90,彈殼黃銅 --- H70 (

18、H68 ),日用黃銅 --- H62 ( H59 ),冷凝器管,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,特殊黃銅,在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素，形成特殊黃銅，它們比普通黃銅具有更高的強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕性能,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,黃銅的“季裂”,雖然黃銅具有優(yōu)良抗蝕性，但當(dāng)零件以冷壓力加工（擠壓、沖壓、彎曲等）成形時(shí)，由于其中有殘余內(nèi)應(yīng)力存在，在氨、濕氣、海水作用下，極易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象——稱為季裂。

19、為了防止這種現(xiàn)象，冷壓力加工后的黃銅零件（如彈殼等）必須進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火（250～300℃保溫1h以上）,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,復(fù)雜黃銅 —— 改善Cu-Zn合金的耐蝕性、機(jī)械性能。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,黃銅制品,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,（2）青銅 —— Cu-Sn、Cu-Al、Cu-Be系等合金。,壓力加工青銅　Sn青銅 —— 如 QSn4-3，含4%Sn 、3%Zn，其余為 Cu ?！　　　　　　∽鲚S承、彈

20、簧等。 　 Al青銅 ——如 QAl 10-3-1.5，做耐蝕、抗磨的齒輪、軸套等?！?Be青銅 —— 如 QBe2，做彈簧，高速軸承等。鑄造青銅 —— 如Sn青銅 ，ZCuSn10Zn2 。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,1.工業(yè)純鎂 純鎂的密度很小，只有1.74，是工業(yè)用金屬中最輕的一種。熔點(diǎn)為650±1℃，在熔化溫度時(shí)極易氧化甚至燃燒。固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，冷變形能力很差，但高純度鎂具有一定的塑性變

21、形能力。強(qiáng)度低，大致與鋁差不多。,（三）鎂及鎂合金,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,2.鎂合金 鎂合金分為鑄造鎂合金和變形鎂合金兩類。 鑄造鎂合金的牌號(hào)用“ZM”加順序號(hào)表示，如ZM1、ZM3、ZM5等；變形鎂合金的牌號(hào)用“MB” 加順序號(hào)表示，如MB1、MB5、MB7等。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,主加元素是錳，用以改善鎂的抗蝕性。1.3％～2.5％Mn對(duì)海水的抗蝕性顯著提高。鎂－錳合金力學(xué)性不高，不能通過熱處理強(qiáng)化。0

22、.15～0.35％的鈰可細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能。,鎂－錳合金抗蝕性和焊接性優(yōu)良，MB1用于生產(chǎn)板、棒、帶半成品及鍛件，制作要求高塑性、焊接性及耐蝕性的飛機(jī)零件。MB8則可制作中等負(fù)荷的零件。,①鎂－錳系合金,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,合金強(qiáng)度高，可熱處理強(qiáng)化，鑄造性好。但抗蝕性低，屈服強(qiáng)度和耐熱性較低。,②鎂－鋁－鋅系合金,鋁是主加元素，鋅和錳是輔加元素。鋁在鎂中固溶強(qiáng)化作用顯著(Al<8～10％時(shí)，強(qiáng)化效果不明顯)。鋅補(bǔ)充強(qiáng)化

23、，改善塑性。錳提高抗蝕性。MB2、MB3熱塑性、焊接性好，用作復(fù)雜鍛件和熱擠壓棒材。ZM5鑄造性和力學(xué)性能優(yōu)良，用作復(fù)雜大型鑄件和受力的飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)零件。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,該系合金形成組織疏松傾向很小，鑄造性能較好，屈服極限較高，熱塑性變形能力大。主加元素鋅和鋯，鋅固溶強(qiáng)化及提高合金屈服極限，Zn≈6％。鋯細(xì)化組織，提高強(qiáng)度和屈服極限，改善塑性和抗蝕性，提高耐熱性。鋯在0.5～0.8％時(shí)作用效果最佳。,③鎂－鋅－鋯系合金,常

24、用合金有ZM1、ZM2、MB15等。 ZM1用于高強(qiáng)度、受沖擊載荷大的零件，如飛機(jī)輪轂、輪緣、支架等；ZM2用于工作溫度較高（200℃以下）的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)座、電機(jī)殼體等；MB15主要用于受力較大的零件，如機(jī)翼長(zhǎng)桁等。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,(四)　鈦及鈦合金,特性 —— 強(qiáng)度、塑性、比強(qiáng)度高，耐蝕、耐熱、耐低溫。,１．純鈦　銀白色，熔點(diǎn)1680℃，密度4.54 g/cm3 ?！⊥禺悩?gòu)轉(zhuǎn)變 —— 882℃時(shí)，密排六方α-T

25、i ←→β-Ti（體心立方）?！∨铺?hào) —— 工業(yè)純鈦 TA1～TA3,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,2．鈦合金,α-Ti 合金　可變形強(qiáng)化，如 TA7（Ti-5Al-2.5Sn）β –Ti 合金　可時(shí)效強(qiáng)化，TB1（Ti-3Al-13V-11Cr）（α+β）-Ti 合金　可時(shí)效強(qiáng)化，TC4（Ti-6Al-4V）,熱處理　退火 —— 650～850℃（再結(jié)晶）　　　　　 450～650℃（去應(yīng)力）　淬火 + 時(shí)效處理,,

26、,汽車應(yīng)用材料 第二章,,,鈦飛船,TC4 時(shí)效后的組織：塊狀α＋β基體＋針狀α,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,(五)　軸承合金,滑動(dòng)軸承中的軸瓦及內(nèi)襯的材料工作條件 —— 沖擊、交變載荷， 軸頸壓力、摩擦。性能要求:　強(qiáng)硬度、塑韌性好，與軸的磨合能力、減摩性好?！?dǎo)熱、抗蝕性好。,軸瓦,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,Sn基軸承合金,ZChSnSb11-6（含11%Sb，6%Cu）?！ˇ淋浕w

27、 + 硬質(zhì)點(diǎn)（白方塊是β?-SnSb ＋白針狀Cu6Sn5 ）,Pb基軸承合金　ZChPbSb16-16-2　(α＋β)共晶軟基體 + 硬質(zhì)點(diǎn),Cu基軸承合金 —— 做大載荷、高速軸承。 　Pb青銅，ZQPb30，Cu硬基體＋Pb軟質(zhì)點(diǎn)?！n青銅，ZQSn10-1，軟基體＋硬質(zhì)點(diǎn)。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,,,ZChSnSb11-6的組織，×100,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,軸承合金應(yīng)用,內(nèi)燃機(jī)軸瓦,巴氏合金軸

28、瓦,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,1. 粉末冶金簡(jiǎn)介 粉末冶金是利用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）為原料，將其混勻后壓制成型，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而獲得材料或零件的加工方法。近年來，粉末冶金在機(jī)械、冶金、化工、交通運(yùn)輸、輕工、電子、宇航等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。,（六）粉末冶金材料,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,用粉末冶金的方法可以生產(chǎn)多種具有特殊性能的金屬材料，如硬質(zhì)合金、難熔金屬材料、耐熱材料、減磨材料、摩擦材料、磁性材料等，也

29、可以制造許多機(jī)械零件，如齒輪、凸輪、軸套、襯套、摩擦片、含油軸承等。粉末冶金零件在汽車上的使用越來越多，如發(fā)動(dòng)機(jī)的雙頂置凸輪軸和多氣門化，使粉末冶金鏈輪、皮帶輪、氣門座及自動(dòng)變速器的粉末冶金結(jié)構(gòu)件日趨增多。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,粉末冶金的生產(chǎn)過程包括制粉、混料、壓制成型、燒結(jié)以及燒結(jié)后處理等工序。與一般零件的生產(chǎn)方法相比，它具有少切削或無切削，生產(chǎn)率高，材料利用率高等特點(diǎn)。,,,汽車應(yīng)用材料 第二章,小結(jié),重點(diǎn)要求熟悉常用A