第5章 常用金属资料 湖北理工学院 工程资料的分类 2014-01 机械制造根底（京玉海） 2 钢的分类 2014-01 机械制造根底（京玉海） 3 钢中的常存元素 ? 锰 是一种有利元素。 ? 硅 也是一种有利元素。 ? 硫 在一般钢中是有害杂质元素(有时也作为合金 元素，如作为易切元素)，它在铁素体中简直不能 溶解，而是以低熔点夹杂物FeS的形状存在。 ? 磷 一般也是钢中的有害元素(有时也作为合金元 素，如作为耐腐蚀元素)，以单质形状存在。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 4 合金元素：为了改进钢的力学功能或取得特别 功能、有意图参加的元素。 合金元素在钢中的作用 ?构成合金铁素体； ?构成合金碳化物； ?细化晶粒； ?进步淬透性和红硬性； ?但添加剩余奥氏体的量。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 5 常 用 碳 素 钢 2014-01 机械制造根底（京玉海） 6 低合金高强度钢 ? 典型商标：Q390、Q460等 ? 典型用处：桥梁、船只、车辆、压力容器等 ? 留意：不热处理直接运用 2014-01 机械制造根底（京玉海） 7 常用合金结构钢 2014-01 机械制造根底（京玉海） 8 调质钢 ? 典型商标：40MnB；40Cr、40CrNiMo；38CrMoAl ? 典型用处：轿车半轴；通用或重载轴；镗床镗杆等 ? 留意：一般需热处理后运用 2014-01 机械制造根底（京玉海） 9 量具刃具钢 ? 典型商标：9CrSi、Cr2等 ? 典型用处：丝锥、剪切刀片等 ? 热处理：淬火，低温回火，冷处理 2014-01 机械制造根底（京玉海） 10 ② 高速钢是一种红硬性、耐磨性较高的高 合金工具钢，它的红硬性高达600℃，能够 进行高速切削，故称为高速钢。 高速钢具有高的强度、硬度、耐磨性及 淬透性。 首要用来制造各种高速切削刃具，如齿 轮铣刀、钻头、拉刀等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 11 高速工具钢 ? 典型商标：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等 ? 典型用处：车刀、铣刀等刃具 ? 热处理：淬火+屡次高温回火 2014-01 机械制造根底（京玉海） 12 模具钢 2014-01 机械制造根底（京玉海） 13 特别功能钢----不锈钢 不锈钢是不锈钢与耐酸钢的总称。 金属的腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀 两品种型，大多数金属的腐蚀归于电化学腐蚀。 进步钢耐蚀性的首要办法有： 构成钝化膜 进步电极电位 构成单相安排 2014-01 机械制造根底（京玉海） 14 ?分类：M不锈钢、F不锈钢、A不锈钢 ?典 型 牌 号 ： 1 ～ 4Cr13 ； 00Cr18Ni9 ； 1Cr17Mo 等 。 ?典型用处：食物、化工、原子能设备；一般刀具、 医疗器械；重油燃烧器、家具构件、汽轮机部件等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 15 特别功能钢----耐热钢 耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。 在钢中参加铬、硅、铝等合金元素，使之优先 氧化构成一层细密、完好、高熔点的氧化膜(Cr2O3、 Fe2SiO4、Al2O3)，结实覆盖于钢的外表，可将金属 与外界的高温氧化性气体阻隔，然后防止进一步被 氧化。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 16 ?分类：奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢（还有珠光 体耐热钢） ?典型商标：5Cr21Mn9Ni4N；0Cr25Ni20、 1Cr11MoV ?典型用处：内燃机排气阀、加热炉部件；透平机 叶片；锅炉结构件等 ?热处理：固溶等 2014-01 机械制造根底（京玉海） 17 特别功能钢----耐磨钢 ? 典型商标：ZGMn13 ? 典型用处：破碎机齿板、履带板、铁路道岔等 ? 热处理：水韧处理 2014-01 机械制造根底（京玉海） 18 有色金属----铝及铝合金 ?纯铝熔点660 ℃，密度2.72g/cm3，有银白色光泽， 有杰出的导电性(仅次于银和铜)和导热性。 ?纯铝在空气中易氧化，构成一层细密的氧化膜， 因而具有杰出的抗大气腐蚀功能，但不能耐酸、碱、 盐的腐蚀。 ?纯铝有极好的塑性和较低的强度(纯度为99.99%时， σb=45MPa 、 δ=50%) ， 良 好 的 低 温 性 能 ( 到 -235℃ 时，塑性和耐性也不下降)。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 19 铝合金分类 ?变形铝合金 ?铸造铝合金 ?可热处理强 化铝合金 ?不行热处理 强化铝合金 2014-01 机械制造根底（京玉海） 20 变形铝合金商标按GB/T 16474—1996规则,选用 4位数字、字母来表明。 如2A11表明以铜为首要合金元素的变形铝合金。 实际上，工业大将变形铝分红四类：防锈铝 (LF)、硬铝(LY)、超硬铝(LC)、锻铝(LD)。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 21 铝及铝合金商标 典型商标 首要合金元素 典型用处 1A99 2A11 3A21 4A11 5A05 6A02 7A04 8A06 无 Cu 铆钉，航空销轴 Mn 航空油箱 Si 航空模锻件 Mg Si、Mg Zn 其它(Fe、Si) 航空油管 航空结构件 飞机大梁 2014-01 机械制造根底（京玉海） 旧商标 LG5，高纯铝 LY11，硬铝合金 LF21，防锈铝合金 LD11，铸造铝合金 LF5，防锈铝合金 LD2，铸造铝合金 LC4，超硬铝合金 L6，纯铝 22 防锈铝合金(加Mn或Mg) ? 典型商标：5A05(LF5) ? 典型用处：航空油管、油箱 ? 退火后为单相固溶体，耐蚀 性/焊接功能好，易于变形 加工，但切削功能差。 ? 产品不热处理。 汽化器(热交换管为LF21) 2014-01 机械制造根底（京玉海） 23 铸造铝合金(加CuMgSi) ? 可锻性好，力学功能高。 ? 典型商标：6A02，2A50 ? 热处理：固溶后时效 ?用于形状杂乱的 锻件和模锻件，如 喷气发动机压气机 叶轮或叶片、导风 轮和铆钉等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 24 硬铝合金(加Cu-Mg) ? 可进行时效强化，也可进行变形强化。强度、硬 度高，加工功能好。 ? 典型商标：2A11(LY11) ? 典型用处：飞机翼梁腹板等 ? 热处理：固溶后时效 2014-01 飞机翼梁(腹板为硬铝合金) 机械制造根底（京玉海） 25 超硬铝合金(加Zn-Mg-Cu) ? 典型商标：7A04(LC4) ? 时效强化作用超越硬铝合金。 热态塑性好，但耐蚀性差。 ? 首要用于制造作业温度较低、 飞 受力较大的结构件：如飞机 机 主 大梁、起落架等。 起 落 架 ? 热处理：固溶后时效 2014-01 机械制造根底（京玉海） 26 铸造铝合金 常见铸铝代号(商标)、成分、功能及用处 2014-01 机械制造根底（京玉海） 27 2014-01 机械制造根底（京玉海） 28 有色金属----铜及铜合金 ?铜是重有色金属，其全世界产值仅次于铁和铝。 ?纯铜熔点1083℃，密度8.96g/cm3，面心立方结构， 无同素异晶改变，无磁性。有优秀的导电性(仅次于 银)和导热性。外表因氧化呈紫色，故称紫铜。 ?纯铜在大气、淡水中有杰出的耐蚀性，在海水中耐 蚀性较差。 ?纯 铜 强 度 不 高 (σb= ～ 250MPa) ， 硬 度 较 低 ( ～ 50HBS) ， 塑 性 很 好 (δ ～ 50%) 。 冷 变 形 后 ， 强 度 可 达～500 MPa，硬度可达～200HBS，但δ降到5%以 下(退火可消除铜的加工硬化)。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 29 铜合金是在纯铜中参加Zn、Sn、Al、Mn、Ni、 Fe、Be、Ti、Zr等合金元素所制成的。 分类 ?按化学成分分：黄铜、青铜、白铜 ?按生产方式分：变形铜合金、铸造铜合金 首要合金元素 ?黄铜：Zn ?青铜：除Zn、Ni以外的元素 ?白铜：Ni 2014-01 机械制造根底（京玉海） 30 黄铜：以锌为首要合金元素的铜合金。 一般黄铜是由铜与锌组成的二元合金。它的色 泽漂亮，对海水和大气腐蚀有很好的抗力。 特别黄铜是在一般黄铜的根底上参加Al、Si、 Pb、Sn、Mn、Fe、Ni等合金元素构成特别黄铜， 相应称为铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 31 2014-01 机械制造根底（京玉海） 32 ? 常用商标：H80、H 68 ；H62；HPb63-3。 ? 典型产品：弹壳、冷凝器管；散热器；齿轮等。 冷凝器管 2014-01 机械制造根底（京玉海） 33 铸造黄铜的商标表明办法为：ZCu+主加元素 的化学符号及均匀质量分数+其他元素的化学符号 及均匀质量分数。 如ZCuZn38 表明wZn=38%， 余量为铜的铸造 一般黄铜。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 34 青铜原指人类历史上运用最早的一种Cu-Sn合金。 但逐渐地把除锌、Ni以外的其他元素的铜基合金， 也称为青铜。 有锡青铜和特别青铜两种。特别青铜按参加元素而 称作X青铜。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 35 2014-01 机械制造根底（京玉海） 36 ? 典型商标：QSn4-3；QAl7；QBe2等。 ? 典型产品：绷簧、轴承；帆海罗盘等。 大型水力发电设备中的抗磨环 2014-01 机械制造根底（京玉海） 37 ?白铜：以Ni为首要合金元素的铜 合金。还可加Zn、Mn、Al等。 ?命名：B(其它元素)+镍含量(-其它 元素含量) ?典型商标：B5；BMn40-1.5(康铜) ?典型产品：蒸汽/海水环境运用的 外表零件、热交换器；热电偶等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 38 有色金属----钛及其合金** ? 熔点高(1668℃)、密度小(4.51g/cm3)、有同素异构 改变：α钛(HCP)、β钛(BCC)。 ? 强度高(1400Mpa)、杰出的低温文高温功能、加工 工艺功能杰出。 ? 纯钛首要用于 350℃以下作业、强度要求不高的 零件，如石油化工用热交换器、反应器，海水净 化设备及舰船零部件等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 39 ? 钛合金首要加Al、也可加Sn、B、Mo、Cr、V等。 ? 有α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三类，对应的 商标别离以TA、TB、TC 最初。 ? 典型商标：TA5；TB3；TC4等。 ? 典型产品：飞机压气机叶片； 压气机轴、眼镜； 火箭发动机外壳等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 40 有色金属----轴承合金 轴承合金是用来制造滑动轴承中的轴瓦及内衬 的合金。 轴承合金的功能要求 ?必定的强度和疲惫抗力，以接受较高的交变载荷； ?满足的塑性和耐性，以反抗冲击和轰动并确保与 轴的杰出合作； ?较小的冲突系数和杰出的磨合才能，并能储油； ?杰出的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数，以防温 升和轴的咬合； ?具有杰出的工艺性，简单制造且价格低廉。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 41 较小的冲突系数和杰出的磨合才能，并能 储油； 杰出的导热性、抗蚀性和低的膨胀系数， 以防温升和轴的咬合； 具有杰出的工艺性，简单制造且价格低廉。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 42 所以，轴承合金要么是软基体上散布硬质点，要么是硬 基体上散布软质点。其间硬质点承力，软凹面储油光滑。 轴承合金的品种 ?锡基轴承合金(又称锡基巴氏合金) Sn-Sb-Cu合金，软安排为Sb在Sn中的固溶体，硬质 点是SnSb基固溶体。如ZSnSb11Cu，做高速重要轴承。 ?铅基轴承合金(又称铅基巴氏合金) Pb-Sb-Sn-Cu合金，软安排是+共晶体，硬质点是SnSb方块和Cu2Sb针状质点。如ZPbSb16Sn16Cu2，做低 速低载轴承。 ?其他轴承合金 铜基(ZCuSn10Pb1)、铝基(ZAlSn6Cu1Ni1)轴承合金。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 43 粉末冶金是用金属粉末或金属与非金属粉末的 混合物做质料，经限制成形后烧结，以取得金属零 件的办法。 常用粉末冶金资料有硬质合金和烧结减摩资料 两类，前者首要制造切削刀具(如车刀)和模具，后 者首要制造含油轴承、冲突资料(如刹车块)等。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 44 典型粉冶金工艺：混合----限制----烧结----后处理 (如浸油)。 烧结工艺首要参数 ?温度：被烧结资料熔点的70-90%； ?时刻：几分钟到若干小时； ?气氛：无氧环境，如真空、慵懒气氛或中性气氛。 2014-01 机械制造根底（京玉海） 45