2.3 常用非铁金属及其合金（课件）-高一《金属加工基础》同步精品课堂（机工版）

《金属加工基础》（机工版） 机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第2章 常用金属材料 2.3 常用非铁金属及其合金 知识目标 1.理解铝及铝合金的基本性能、牌号及用途，包括纯铝和不同类型的铝合金。2.描述钛及钛合金的加工性能、牌号及用途，以及钛合金的特点和应用领域。 能力目标 1.能够对纯铝的性能、牌号及用途进行辨析，并能够识别不同种类的铝合金。 2.具备加工纯铜的基本技能，了解纯铜的性能、牌号及用途，并能够描述不同类型的铜合金。 情感目标 1.培养学生对工程材料的认真和责任心，引导他们注重细节，追求品质，在学习和实践中锻炼自身的专业素养。 2.激发学生对工程材料的兴趣，引导他们认识和理解铝、铜、钛等非铁金属及其合金的重要性和广泛应用。 3.培养学生对工程实践的热情和热爱，让他们认识到学习非铁金属及其合金知识的重要性和实用性。 三维目标 导入情景 01 下图所示的是铝及铝合金、铜及铜合金 新知学习 02 二、常用非铁金属及其合金 非铁金属(也称有色金属) 的产量仅占世界金属材料产量的5%，但由于非铁金属具有钢铁材料所不具备的某些物理性能和化学性能，因而非铁金属是国民经济中不可缺少的重要材料，广泛应用于机械制造、航空、航海、汽车、石化、电力、电器、核能及计算机等行业。例如，飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器，以及原子能、电视、通信、雷达、电子计算机等所需的元件大都是由非铁金属中的轻金属和稀有金属制成的。将来非铁金属在人类社会发展中的地位会越来越重要，它不仅是世界上重要的战略储备物资，而且是人类生活中不可缺少的消费物资。目前，工业发达国家都在竞相发展非铁金属工业，增加非铁金属的战略储备。常用的非铁金属主要有铝及铝合金、铜及铜合金、钦及钦合金、滑动轴承合金、硬质合金等。 新知学习 02 铝及铝合金是非铁金属中应用最广的金属材料，广泛用于电器、汽车、车辆、化工、航空等行业。 1.纯铝的性能、牌号及用途 纯铝分为工业高纯铝 (wn≥99.85%) 和工业纯铝 (99.85% >w99.0%)。纯铝的密度是2.7g/cm’，属于轻金属; 其熔点是 660C，无铁磁性，导电和导热性能仅次于银和铜。纯铝与氧的亲合力强，容易在其表面形成致密的 AL,0薄膜，该薄膜能有效地防止内部金属继续氧化，故纯铝在非工业污染的大气中具有良好的耐蚀性，但纯铝不耐碱、酸、盐等介质的腐蚀。纯铝的塑性好 (An 40%，Z80%)，但强度低 (R80~100MPa);不能用热处理进行强化，冷变形是其提高强度的主要手段，纯铝经冷变形强化后，其强度可提高到 R.=150~250MPa，而塑性则下降到Z=50% ~60%。 二、铝及铝合金 新知学习 02 纯铝的牌号用“1 x x x”四位数字或四位字符表示，牌号的最后两位数字表示最低铝的质量分数的百分数。当最低铝的质量分数的百分数精确到 0.01% 时，牌号的最后两位数字就是最低铝的质量分数的百分数中小数点后面的两位。例如，1A97 (原工业高纯铝 LC4)的 wa =99.97%，1060 (原工业纯铝I2)的w =99.6%。 纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器件、器皿，以及要求质量小、导热、导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件等。 二、铝及铝合金 切削运动分析： 新知学习 02 2.铝合金 铝合金是以铝为基础，加人一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等) 构成的合金。铝合金经过冷加工或热处理，其抗拉强度可提高到 400MPa 以上。铝合金具有高的比强度(抗拉强度与密度的比值)、良好的耐蚀性和可加工性，在航空和航天工业中应用广泛。 (1)铝合金的分类铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金，如图 2-19 所示。变形铝合金是指塑性高、韧性好，适合于压力加工的铝合金:铸造铝合金是指塑性差，适合于铸造成 二、铝及铝合金 切削运动分析： 新知学习 02 形的铝合金。变形铝合金按能否进行热处理强化分类，可分为热处理不能强化的铝合金和热处理能强化的铝合金:按特点和用途分类，又可分为防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等。 (2) 变形铝合金 铝合金的牌号用2x x x ~8 x 系表示。牌的最后两位没有特殊意义，仅用来区分同一组中不同的铝合金。牌号的第二位字母表示原始合金的情况，A 表示原始合金，B~Y 表示改型合金。 二、铝及铝合金 切削运动分析： 新知学习 02 防锈铝属于热处理不能强化的变形铝合金 (如 A1- Mn 系和 A1-Mg 系合金)，它一般通过冷变形加工来提高强度，如 5A02、5A035A05、5B05、3A21 等。防锈铝具有比纯铝更好的耐蚀性，且具有良好的塑性及焊接性，主要用于制造要求具有耐蚀性的油箱、导油管、食品用器M、装饰件、铆钉(图2-20)、轻载荷零件、焊条及防锈蒙皮等。 二、铝及铝合金 切削运动分析： 新知学习 02 硬铝属于热处理能强化的变形铝合金 (如AI- Cu- Mg 系合金)，它可以通过热处理来提高强 度，如 2A01、2A02、2A06、2B11、2A12、2A17 等。硬铝具有很强的时效硬化能力，在室温下具有较高的强度和耐热性，但其耐蚀性比纯铝差，尤其是耐海洋、大气腐蚀的性能较差，焊接性也较差，所以，有些硬铝的板材常在其表面包覆一层纯铝后使用。硬铝主要用于制造中等强度的构件和零件，如飞机的铆钉、螺栓、蒙皮、骨架、螺旋桨叶、翼肋和翼梁(图2-21)等。 二、铝及铝合金 切削运动分析： 新知学习 02 (3) 铸造铝合金 铸造铝合金具有良好的铸造性能，但塑性与韧性较差，不能进行压力加工。按所加合金元素的不同，铸造铝合金可分为 AL-Si 系、AI-Cu 系、AI-Mg 系和AI-Zn系铸造铝合金。其牌号由铝和主要合金元素的化学符号，以及表示主要合金元素名义质量分数百分数的数字组成，并在其牌号前面冠以“铸”字的汉语拼音字首“Z”。例如，ZAISi12表示 is =12%，w =88%的铸造铝合金。铸造铝合金可用来制造内燃机活塞、气缸体 (图222)、气缸套、风扇叶片形状复杂的薄壁零件，以及仪器外壳、液压泵壳体、活塞、支臂、挂架梁等。 二、铝及铝合金 切削运动分析： 新知学习 02 3.铝合金的热处理 能进行热处理强化的铝合金经淬火 (固溶处理) 后，其硬度和强度不能立即提高，而塑性与韧性却显著提高。但淬火后的铝合金在室温下放置一段时间后，会发生时效现象，导致其硬度和强度显著提高，塑性与韧性则明显下降，如图 2-23 所示。发生时效的主要原因是，铝合金猝火后获得的过饱和固溶体是不稳定的组织，有析出第二相金属化合物的趋势铝合金的时效分为自然时效和人工时效两种。铝合金经固溶处理后，在室温下进行的时效称为自然时效;铝合金经固溶处理后，在加热条件 (一般是 100 ~200)下进行的时效称为“人工时效”。 二、铝及铝合金 新知学习 02 1.加工铜(纯铜)的性能、牌号及用途 加工铜呈玫瑰红色，其熔点是1083C，密度是8.91g/cm，属于重金属。加工铜具有良好的导电性、导热性，无磁性。在含有 CO，的湿空气中，加工铜的表面容易生成碱性碳酸盐类的绿色薄膜[CuCO·Cu (OH)]，俗称铜绿。加工铜在大气、淡水等介质中均有良好的耐蚀性，在非氧化性酸溶液中也能耐腐蚀，但在氧化性酸(如 HNO HS等) 溶液及各种盐类溶液 (包括海水) 中则容易受到腐蚀。加工铜的强度不高 (R=200~250MPa)，硬度较低 (30 ~40HBW)，塑性 (A3 =5% ~50%) 与低温性较好，容易进行压力加工。加工铜经冷塑性变形后可提高其强度，但塑性有所下降。 二、铜及铜合金 新知学习 02 2.合金 在纯铜中加入其他合金元素形成的合金称为铜合金。铜合金按合金的化学成分分类，可分为黄铜、白铜和青铜三类。 (1) 黄铜 黄铜是指以铜为基体金属，以锌为主加元素的铜合金。黄铜包括普通黄铜和特殊黄铜。普通黄铜是由铜和锌组成的铜合金;特殊黄铜是在普通黄中加人其他合金元素所形成的铜合金，如铅黄铜、锰黄铜、铝黄铜、镍黄铜、铁黄铜、锡黄铜、加砷黄铜、硅黄铜等。根据生产方法的不同，黄铜又可分为加工黄铜与铸造黄铜两类。 二、铜及铜合金 新知学习 02 (2) 白铜 白铜是指以铜为基体金属，以镍为主加元素的铜合金。白铜包括普通白铜和特殊白铜。普通白铜是由铜和镍组成的铜合金;特殊白铜是在普通白铜中加人其他合金元素所形成的铜合金，如锌白铜、锰白铜、铝白铜等。根据生产方法的不同，白铜又可分为加工白铜与铸造白铜两类。 (3)加工青铜 青铜是指以除锌和镍以外的合金元素为主添加元素的铜合金 (或指除黄铜和白铜以外的铜合金)。例如，以锡为主加合金元素的青铜称为锡青铜，以铝为主加合金元素的青铜称铝青铜，其他如敏青铜、硅青铜、锰青铜等。根据生产方法的不同，青铜可分为加工青铜与铸造青铜两类。 二、铜及铜合金 新知学习 02 3.铸造铜合金铸造铜合金是指用以生产铸件的铜合金。铸造铜合金的牌号由 ZCu + 主加元素符号+主加元素质量分数 +其他加入元素符号和质量分数组成。例如，ZCuZn30 表示 z =30% 的铸造铜合金。常用的铸造铜合金有 ZCuZn38、ZCuZn16Si4、ZCuZn40Pb2、ZCuZn25Al6Fe3Mn3.ZCuSn10Zn2、ZCuA19Mn2、ZCuPb30 等。 二、铜及铜合金 新知学习 02 1.加工钦 (纯) 的性能、牌号及用途加工铁呈银白色，密度为 4.51g/cm’，熔点为 1668C，热膨胀系数小，塑性好，强度低，容易加工成形。在 882.5C 的温度下，铁发生同素异构转变:a -TB - T，在882.5C以上存在的是体心立方结构的 B -Ti;在 882. 以下存在的是密排六方结构的a -T。与氧和氮的亲和力较强，非常容易与和氮结合形成一层致密的氧化物和氮化物薄膜，其稳定性高于铝及不锈钢的氧化膜。故在许多介质中，钦的耐蚀性比大多数不锈钢更优良，尤其是抗海水的腐蚀能力非常突出。 2.合金 为了提高加工钦的强度和耐热性等，常加入铝、皓、铂、钒、锰、铬、铁等合金元素以获得不同类型的钦合金。铁合金按退火后的组织形态可分为 a 型铁合金、B 型合金和(a +B)型合金。 二、钛及钛合金 新知学习 02 钦合金的牌号用T+合金类别代号 + 顺序号表示。“T”是“”字的汉语拼音字首合金类别代号分别用A、B、C 表示 型合金、B 型合金、( +B)型合金。例如TA8 表示8号a型合金，TB4 表示4号B型合金，TC2 表示2号(a+B)型合金。常用的a 型合金有 TA5、TA6、TA7、TA9、TA10 等。 型合金一般用于制造使用温度不超过 500C的零件，如飞机蒙皮、骨架零件，航空发动机压气机叶片和管道，导弹的燃料缸，超音速飞机的涡轮机匣，火箭和飞船的高压低温容器等。 二、钛及钛合金 新知学习 02 如图2-27 所示，滑动轴承一般由轴承体和轴瓦构成。滑动轴承合金是用于制造滑动轴承轴瓦及其内衬的铸造合金，它具有良好的耐磨性磨合性、抗咬合性、减摩性、导热性和耐蚀性等。滑动轴承合金主要用于制造汽轮机、柴油机、发动机、压缩机、电动机、空压机、减速器中的滑动轴承等。 1.滑动轴承合金的组织状态类型 滑动轴承合金的组织状态有两种类型:第一种类型是在软基体上分布着硬质点 (图2-28);第二种类型是在硬基体上分布着软质点。 二、滑动轴承合金 新知学习 02 2.常用滑动轴承合金 常用的滑动轴承合金有锡基、铅基、铜基、铝基等滑动轴承合金，它们一般采用铸造的方式成形。铸造滑动轴承合金的牌号由“Z+基体金属元素 + 主添加合金元素的化学符号 + 主添加合金元素平均质量分数的百分数 +辅加合金元素的化学符号 + 辅加合金元素平均质量分数的百分数”组成。如果合金元素的质量分数不小于1%，则该数字用整数表示;如果合金元素的质量分数小于 1%，则一般不标数字，必要时可用一位小数表示。 二、滑动轴承合金 小试牛刀 题目 1： 滑动轴承合金中，常用的材料有哪些？ A. 陶瓷合金 B. 铁合金 C. 铜合金 D. 镁合金 答案：C。解析：滑动轴承合金中常用的材料包括铜合金。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 铝及铝合金中，下列关于热处理的说法正确的是？ A. 回火可提高硬度 B. 淬火可提高导电性 C. 固溶处理可提高塑性 D. 堆积碳化物可提高耐磨性 答案：C。解析：铝及铝合金的固溶处理可以提高塑性和加工性。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 铜合金中，以下哪种合金属于白铜？ A. 青铜 B. 镍铜合金 C. 铝青铜 D. 锌铜合金 答案：B。解析：镍铜合金属于白铜，其主要成分是铜和镍。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 在铸造铜合金中，下列哪种合金用途较广泛？ A. 磷青铜 B. 铝青铜 C. 铬铜合金 D. 镍铜合金 答案：A。解析：磷青铜在铸造铜合金中用途较为广泛。 尝试解答下面习题 题目 5： 钛合金的主要应用领域包括以下哪些？ A. 航空航天 B. 日常家居用品 C. 垃圾桶制造 D. 健身器材 答案：A。解析：钛合金主要应用于航空航天领域。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 滑动轴承合金的组织状态类型"固溶态+析出态"的含义是指该合金经过了哪种处理？ A. 熔炼处理 B. 次元工艺处理 C. 固溶处理和沉淀硬化 D. 轧制加工 答案：C。解析："固溶态+析出态"表示滑动轴承合金经过了固溶处理和沉淀硬化处理。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 对于铝合金的热处理，以下说法正确的是？ A. 固溶处理能提高硬度 B. 沉淀硬化能提高塑性 C. 淬火处理能提高抗腐蚀性 D. 变质处理能提高导热性 答案：B。解析：沉淀硬化处理可以提高铝合金的强度和硬度。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 常用滑动轴承合金中，以下哪种合金主要用于制造高速轴承等密封结构？ A. 铜铝合金 B. 铜镍合金 C. 铅钢合金 D. 铝硅合金 答案：B。解析：铜镍合金常用于制造密封结构的高速轴承等产品。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 铝合金中，用途广泛、性能稳定的品牌代号是？ A. 6061 B. 2024 C. 5052 D. 7075 答案：A。解析：6061铝合金用途广泛且性能稳定。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 本节课我们学习了关于铝、铜、钛以及滑动轴承合金的知识点。在铝及铝合金部分，我们了解到纯铝的性能、牌号及用途，以及铝合金的分类、变形铝合金和铸造铝合金的特点。此外，我们深入了解了铝合金的热处理工艺，包括固溶处理和沉淀硬化处理，以提高其力学性能和加工性能。 在铜及铜合金方面，我们学习了加工纯铜的性能、牌号及用途，以及黄铜、白铜、加工青铜等不同类型的铜合金特点。我们还探讨了铸造铜合金在实际应用中的重要性和用途。 钛及钛合金部分，我们了解了加工纯钛的性能、牌号及用途，以及钛合金的特点和应用领域，特别是在航空航天领域中的重要性。 最后，我们讨论了滑动轴承合金的组织状态类型和常用滑动轴承合金的特点，了解了在工程领域中，滑动轴承合金在降低摩擦、提高耐磨性能方面的重要作用。 作业布置 04 1.比较黄铜、白铜和加工青铜的特点，分别举例说明其应用领域。 2. 选取一种钛合金，说明其特点和主要应用领域。 3.解释滑动轴承合金的组织状态类型，并说明其对性能的影响。 感谢观看 $$