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金属冶炼与成型加工精选PPT

作者:立博体育 发布日期:2020-08-01 13:24



  金属冶炼与成型加工精选PPT_建筑/土木_工程科技_专业资料。第十三章 有色金属及合金 第一节 铝及铝合金 第二节 钛及钛合金 第三节 铜及铜合金 第四节 轴承合金 1 第一节 铝及铝合金 一、铝及铝合金的性能特点及分类编号 纯铝导电性和导热性良好,仅次于银

  第十三章 有色金属及合金 第一节 铝及铝合金 第二节 钛及钛合金 第三节 铜及铜合金 第四节 轴承合金 1 第一节 铝及铝合金 一、铝及铝合金的性能特点及分类编号 纯铝导电性和导热性良好,仅次于银和铜。室温 导电率约为纯铜导电率的65%,按单位质量的导电能力 计算,其导电能力是铜的二倍。因此,大量用Al代替 Cu 铝由于在其表面能形成致密的Al2O3保护膜,因而 在空气或其他介质中具有良好的耐蚀性。纯度越高, 铝具有面心立方结构,塑性高、强度低,因此纯 铝和许多铝合金可以进行各种冷、热加工,能轧制成 很薄的铝箔和冷拔成极细的丝,焊接性能亦良好。经 冷变形或热处理可以显著提高纯铝及其合金的强度。 2 铝及铝合金的性能特点及分类编号 根据国家标准GB/T16474—1996规定,变形铝及 铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号。未命名 为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金,应采 用四位字符牌号命名。两种编号方法的第一位为阿 拉伯数字,表示铝及铝合金的组别。 3 二、铝合金的强化 纯铝及不可热处理强化的铝合金,如Al-Mg、AlSi和Al-Mn等合金,通常只能以退火或冷作硬化状态使 用。冷作硬化可使简单形状的工件强度提高,塑性下 降。经冷作硬化的铝合金,需进行再结晶退火,以达 到消除加工硬化和获得细小晶粒的目的。 4 铝合金的强化 (二)沉淀强化 可热处理强化的铝合金中,如Al-Cu、Al-Cu-Mg、 Al-Mg-Si等铝合金,Cu、Mg、Si等元素与Al能形成 CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg等金属化合物(强化相)。 这些强化相在铝中有较大溶解度,且随温度下降而 显著减小。因此,过饱和固溶体由于强化相在脱溶 过程中的某些中间状态具有特殊晶体结构,而使铝 合金得到强化。铝合金加热到单相区保温后,快速 冷却得到过饱和固溶体的热处理工艺叫固溶处理。 过饱和固溶体在室温放置或加热到某一温度保温, 随着时间延长,其强度和硬度升高,塑性和韧性下 降的现象叫做沉淀强化或时效硬化。 5 铝合金的强化 (三)固溶强化和细晶强化 纯铝中加入合金元素,形成铝基固溶体,起固 溶强化作用,可使其强度提高。Al-Cu、Al-Mg、AlSi、Al-Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固 溶体,并且均有较大的溶解度,因此具有较大的固 对于不可热处理强化或强化效果不大的铸造铝 合金和变形铝合金,可以通过加入微量合金元素细 化晶粒,提高铝合金的力学性能。 6 三、变形铝合金 这类铝合金主要包括Al-Mn系和Al-Mg系合金。因 其主要性能特点是具有优良的耐蚀性,故称为防锈铝 合金。此外这类合金还具有良好的塑性和焊接性,适 宜制造需深冲、焊接和在腐蚀介质中工作的零、部件。 7 变形铝合金 (二)可热处理强化的变形铝合金 工业上得到广泛应用的可热处理强化变形铝合金 不是二元合金,而是成分更复杂的三元系和四元系合 金。主要有Al-Cu-Mg系、Al-Cu-Mn系合金(硬铝); Al-Zn-Mg系、Al-Zn-Mg-Cu系合金(超硬铝);Al-MgSi系、Al-Mg-Si-Cu系合金(锻铝)。这些合金主要通 过时效硬化提高强度。 8 四、铸造铝合金 铸造铝合金除要求必要的力学性能和耐蚀性外, 还应具有良好的铸造性能,为此铸造铝合金比变形 铝合金含有较多的合金元素,可形成较多低熔点共 晶体以提高流动性,改善合金的铸造性能。 9 第二节 钛及钛合金 一、纯 钛 Ti的性质与其纯度有关,纯度越高,硬度和强 度越低。用Mg还原TiCl4制成的工业纯钛叫做海绵 钛(镁热法钛),其纯度可达99.5%;用TiI4分解 生产的钛(碘化法钛)属于高纯度钛,其纯度高达 99.9% Ti在固态下具有同素异晶转变。在882.5℃以 下为α-Ti,具有密排六方晶格,在882.5℃以上直 至熔点为β-Ti 10 二、钛的合金化 钛有α-Ti(密排六方)和β-Ti(体心立方)两 种晶体结构。钛合金化的主要目的就是利用合金元素 对α-Ti或β-Ti的稳定作用,改变α和β相的组成, 从而控制钛合金的性能。 工业钛合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、 Mo、Mn、Fe、Cr、Cu及Si等。 11 三、工业用钛合金 (一)α α钛合金的主要合金元素是α稳定元素Al,主 要起固溶强化作用,在500℃以下能显著提高合金的 耐热性。但Al含量wAl>6%后会出现有序相Ti3Al而变 脆,因此,钛合金中的Al含量wAl很少超过6%。α钛 合金有时也加入少量β稳定元素,因此α钛合金又 分为完全由单相α组成的α合金和β稳定元素含量w 小于2%的类α合金。α钛合金不能通过热处理强化, 通常在退火或热轧状态下使用。 12 工业用钛合金 (二)(α+β)钛合金 (α+β)钛合金是同时加入α稳定元素和β稳 定元素,使α和β相都得到强化。加入w=4%~6%的 β稳定元素的目的是得到足够数量的β相,以改善 合金高温变形能力,并获得时效强化的能力。因此, (α+β)钛合金的性能特点是常温强度、耐热强度 及加工塑性比较好,并可进行热处理强化。但这类 合金组织不够稳定,焊接性能不及α钛合金。 13 工业用钛合金 (三)β钛合金 β钛合金中含有大量β稳定元素,在水冷或空 冷条件下可将β相全部保留到室温。β相系体心立 方结构,故合金具有优良的冷成形性,经时效处理, 从β相中析出弥散α相,合金强度显著提高,同时 具有高的断裂韧度。β钛合金的另一特点是β相淬 透性好,大型工件能够完全淬透。 14 四、钛合金的热处理 仅含单一α稳定元素或中性元素的α钛合金不能 含β稳定元素的钛合金自高温快速冷却(淬火) 时,随着合金成分和热处理条件不同,β相可以得到 马氏体α′(或α″)、ω或过冷β等不同的亚稳定 相,从而改变合金的力学性能。这类钛合金可以进行 热处理强化。 15 第三节 铜及铜合金 一、纯 铜 纯铜又称紫铜,密度8.9×103kg/m3,熔点 1083℃。纯铜有良好的导电性和导热性,在大气、 淡水和冷凝水中有良好的耐蚀性。纯铜具有面心 立方结构,无同素异构转变,塑性高而强度低, 伸长率δ=50%,强度σb=240MPa。冷变形可使退 火纯铜的强度提高一倍以上,但却使塑性明显降 低,还使铜的导电性略微降低,因此纯铜可在加 工硬化状态下用作导线 二、黄 铜 以锌作为主要合 金元素的铜合金称为 黄铜。简单的Cu-Zn合 金称为普通黄铜。图 13-14是Cu-Zn合金相 图。 图13-14 Cu-Zn合金相图 17 三、青 铜 以锡为主加元素的铜 合金称为锡青铜。Cu-Sn合 金相图如图13-19所示。 图13-19 Cu-Sn合金相图 18 青铜 (二)铝青铜 以铝为主加元 素的铜合金称为铝 青铜。图13-21是 Cu-Al二元相图。 图13-21 Cu-Al合金相图 19 青铜 (三)铍青铜 铍青铜是wBe为1.7%~2.5%的铜合金。铜内添加 少量的铍即能使合金性能发生很大变化。铍青铜热 处理后,可以获得很高的强度和硬度,σb=1250~ 1500MPa,硬度为350~400HBW,远远超过其他所有 铜合金,甚至可以和高强度钢相媲美。与此同时, 铍青铜的弹性极限、疲劳极限、耐磨性、耐蚀性也 都很优异。此外,还具有良好的导电性、导热性和 耐蚀性以及无磁性、受冲击时不产生火花等一系列 优点。 20 第四节 轴 承 合 金 一、轴承合金的性能要求 滑动轴承是汽车、拖拉机及机床等机械制造工业 中用以支撑轴进行工作的零件,是由轴承体和轴瓦组 成的。制造轴瓦及其内衬的耐磨合金叫做轴承合金。 轴在轴瓦中高速旋转时,必然发生强烈摩擦,同时轴 瓦还要承受轴颈传给它的周期性负荷。因此必然造成 轴和轴承的磨损。轴通常造价昂贵,经常更换是不经 济的。选择满足一定性能要求的轴承合金可以确保轴 的最小磨损。 21 二、锡基轴承合金 锡基轴承合金是以 锡为主加入少量锑、铜 等元素组成的合金。最 常用的锡基轴承合金是 ZSnSb11Cu6。 图13-23 ZSnSb11Cu6合金显微组织 22 三、铅基轴承合金 铅基轴承合金是以 铅为主加入少量锑、锡、 铜等元素组成的合金, 可作锡基轴承合金的代 用品。其中以Pb-Sb系合 Pb-Sb二元合金相图 (图13-24)具有共晶型 转变。 图13-24 Pb-Sb合金相图 23 四、铝基轴承合金 铝基轴承合金是20世纪60年代发展起来的一种 新型减摩材料。我国也已逐渐用它代替锡基、铅基 和铜基轴承合金,因而大量节约了工业用铜。铝基 轴承合金资源丰富,价格低廉,疲劳强度高,导热 性能好,其耐蚀性也不亚于锡锑巴氏合金。因此铝 基轴承合金广泛用于高速度、高载荷下工作的汽车、 拖拉机的柴油机轴承。 24 铝基轴承合金 (一)Al-Sb轴承合金 其成分中wSb=3.5%~5%、 wMg=0.3%~0.7%,余为Al。 由图13-26可见,wSb=4%的 Al-Sb合金的组织为金属化 合物β(AlSb)硬质点加软 基体α(Al)。加入镁可形 成锑镁化合物硬质点并能使 针状的AlSb变为片状,改善 图13-26 Al-Sb合金相图 合金的塑性、韧性和强度。 25 铝基轴承合金 (二)Al-Sn轴承合金 高锡铝基轴承合金具有更高的承载能力和疲劳强 度。它和低碳钢一起轧制成双金属轴瓦,可在压力为 28MPa、滑动线m/s的条件下工作,其抗咬合 性能与巴氏合金相当。高锡铝基轴承合金的化学成分 为:wSn=20%、wCu=1%,余为Al。锡在铝中的溶解度极 小。wSn=20%的Al-Sn合金的共晶组织较多,锡呈网状 包围着铝晶体,大大降低了合金的力学性能。为了消 除网状共晶体,浇注以后可与钢背一起轧制并经350℃ 退火3h,则锡被球化。因此该合金的实际组织是在硬 的铝基体上均匀分布着软的粒状锡质点。 26 第十三章 结束! 27

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