4.6 非铁金属简介（课件）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

4.6 非铁金属简介 《机械基础》（机工版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 01 03 02 能说出铝及铝合金的主要性能和典型用途 能区分铜及铜合金的常见类型，并说明其核心特性及应用 能说出滑动轴承合金的性能要求及主要用途 新知学习 情景导入 同学们，咱们平时用的手机外壳、家里的铝合金门窗、电线里的铜芯，还有汽车发动机里的轴承，这些可不是钢铁做的，而是“非铁金属”家族的成员！铝及铝合金又轻又耐腐蚀，所以能做门窗和手机壳；铜及铜合金导电导热厉害，成了电线和散热器的首选；滑动轴承合金特别耐磨，能让机器零件转得顺滑不磨损。今天咱们就来认识这几类非铁金属，看看它们各自有啥本事，在工厂和生活中都扮演着什么角色，以后碰到这些材料就心里有数啦！ 新知学习 铝及铝合金是非铁金属中应用最广的金属材料，广泛用于电气、车辆、化工等行业也是航空航天工业的主要结构材料。 1.纯铝 平均铝的质量分数不小于99.00%金属称为纯铝。纯是一种银白色的金属，密度小熔点低。纯铝具有良好的导电性和导热性，其导电性和导热性仅次于银和铜。铝与的亲和力强，容易在其表面形成致密的Al2O3薄膜，在大气中具有良好的耐蚀性，但不耐碱酸、盐等介质腐蚀。纯铝塑性好，强度低，容易产生塑性变形。 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 纯铝分压力加工产品(变形铝)和未压力加工产品(铸造纯铝)两种 变形铝牌号用四位数字或四位字符表示，即“1xxx”,“1”表示纯铝，第二位的字母或数字表示原始纯铝的改型情况，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量。当最低铝百分含量精确到0.01%时，牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位例如，1A99(原LG5)，其wA1=99.99%;1A97(原LG4)，其wA1=99.97%。 铸造纯铝牌号由Z和铝的化学符号以及表明含铝量的数字组成。如ZAI99.5表示含铝量为99.5%的铸造铝合金。 纯铝主要用于熔炼铝合金、制造导电材料及散热器件。 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 2.铝合金 以铝为基体且质量分数小于99.00%的合金称为铝合金。铝合金经过冷变形加工或热处理，其强度可进一步提高到 500MPa以上。 (1)铝合金的分类 铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金是指主要通过热加工或冷加工进行塑性变形加工产品的铝合金。铸造铝合金是指主要通过浇注或压铸等方式生产铸件产品的铝合金。铸造铝合金主要有A1-Si系、A1-Cu系、Al-Mg系和A1-Zn系合金等。 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 (2)变形铝合金 变形铝合金是通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。GB/T16474-2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》规定，变形铝合金牌号直接引用国际四位数字体系牌号或采用四位字符体系牌号，第一位数字表示合金系列，第二位字母表示原始合金的改型情况(如字母为A表示原始合金;字母为B~Y的其他字母表示原始合金的改型合金)，最后两位数字没有特殊意义。常用变形铝合金的组别与牌号系列见表 4-5。 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 (3)铸造铝合金 1)铸造铝合金代号。 国家标准CB/T1173-2013规定，铸造铝合金代号由表示铸铝的汉语拼音字母ZL及后面的三个阿拉伯数字组成。ZL后面第一位数字表示合金系列(1为A1-Si系，2为 Al-Cu系，3为A1-Mg系，4为 A1-Zn 系)，第二、三位数字表示合金的顺序号，优质合金在其代号后附加字母A。 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 2)铸造铝合金牌号。国家标准GB/T8063-2017规定，铸造铝合金的牌号由“铸的汉语拼音首字母Z、铝的化学元素符号A1、主要合金元素的化学符号以及表示主要合金元素名义百分含量的数字组成。例如，ZAISi12，表示wSi=12%,wAl=88%的铸造铝合金。常用铸造铝合金的牌号、代号、性能特点和用途见表4-6。 新知学习 一、铝及铝合金 新知学习 1.纯铜(Cu) 纯铜呈玫瑰红色，表面形成氧化铜膜后为紫红色。由于纯铜是用电解方法提炼出来的，故又称电解铜。纯铜的抗拉强度、硬度较低，但其塑性很好，容易进行压力加工，主要用于制造导电材料、导热器件及作为冶炼合金的原料。 工业纯铜的牌号用“T”(“铜”的汉语拼音字首)加数字表示，数字表示顺序号，如T3 表示三号铜。顺序号越大，则纯度越低。工业纯铜有 T1、T2、T3 三个牌号。工业纯铜的牌号、化学成分和用途见表 4-7。 新知学习 二、铜及铜合金 新知学习 新知学习 二、铜及铜合金 新知学习 2.铜合金 铜合金是以铜为基体，加入合金元素的非铁金属合金。铜合金按其化学成分，可分为黄铜、白铜和青铜三类。根据生产方法的不同，铜合金分为压力加工铜合金与铸造铜合金两类。 黄铜是指以铜为基体，以锌为主加元素的铜合金。普通黄铜是铜锌二元合金;在普通黄铜中加入其他元素所形成的铜合金称为特殊黄铜，如铅黄铜、锰黄铜、铝黄铜等。白铜是以镍为主加元素的铜合金。 青铜是指主加元素为锌、镍以外元素的铜合金。例如，以锡为主加元素的铜合金称为锡青铜，以铝为主加元素的铜合金称为铝青铜等。 新知学习 二、铜及铜合金 新知学习 (1)压力加工黄铜 1)普通黄铜。普通黄铜的牌 号用“H+数字”表示，“H”为 “黄”字汉语拼音的字首,“数 字”表示铜的平均质量分数。例如，H70表示铜的质量分数为70%，锌的质量分数为 30%的普通黄铜。 2)特殊黄铜。特殊黄铜的牌号是用“H+主加元素符号+铜的平均质量分数+主加合金元素的平均质量分数”表示。例如，HPb59-1表示铜的平均质量分数为59%，铅的平均质量分数为1%的铅黄铜。常用特殊黄铜的力学性能和用途见表4-8。 新知学习 二、铜及铜合金 新知学习 (2)压力加工青铜 压力加工青铜的牌号用“Q+第一个主加元素的化学符号及数字+其他元素的化学符号及数字”表示。“Q”是“青”字汉语拼音的字首,“数字”依次表示第一个主加元素和其他元素的平均质量分数。例如，QSn4-3表示锡的平均质量分数为4%、锌的平均质量分数是3%， 其余是铜的锡青铜。 常用压力加工青铜 的用途见表4-9。 新知学习 二、铜及铜合金 新知学习 (3)铸造铜合金 铸造铜合金是指以铜为基体，可用于铸造的铜合金。按材料形成方法划分，可分为铸造铜合金和变形铜合金。铸造铜合金不能进行锻造、挤压、深冲和拉拔等变形加工。铸造铜合金和变形铜合金又可以细分为铸造用纯铜、黄铜、青铜和白铜。铸造铜合金的牌号用“ZCu+主加元素符号+主加元素平均质量分数+其他元素符号及其平均质量分数”表示。例如，ZCuZn38 表示锌的平均质量分数为38%的铸造黄铜合金。常用的铸造黄铜合金有ZCuZn38、ZCuZn25AIFe3Mn3等；常用的铸造青铜合金有ZCuSn10Zn2、ZCuPb30等。 新知学习 二、铜及铜合金 新知学习 滑动轴承合金是用于制造滑动轴承轴套或轴瓦 的铸造合金，一般用于制造中高速、重载及冲 击不大、负载稳定的重要轴承。 根据滑动轴承的工作条件，滑动轴承合金必须 具有较高的强度和塑性，良好的减摩性和耐磨 性，良好的散热性及对油膜的吸附能力。要想 满足上述要求，合金的组织应为：在软的基体组织上均匀分布着硬的质点，或在硬的基体上均匀分布着软的质点。 新知学习 三、滑动轴承合金(巴氏合金) 新知学习 1.滑动轴承合金的牌号 滑动轴承合金的牌号由“Z+基体金属元素符号+主加元素化学符号+数字+辅加合金元素化学符号+数字”组成，其中“Z”是“铸”字汉语拼音的字首。例如，ZSnSb11Cu6 表示锑的平均质量分数为11%，铜的平均质量分数为6%，锡的平均质量分数为83%的锡基滑动轴承合金。 新知学习 三、滑动轴承合金(巴氏合金) 新知学习 2.滑动轴承合金的种类 常用的滑动轴承合金有锡基轴承合金、铅基轴承合金、铝基轴承合金。 (1)锡基轴承合金(锡基巴氏合金) 锡基轴承合金是以锡为基体，加人锑、铜等元素形成的轴承合金。锡基轴承合金具有适中的硬度、低的摩擦因数、较好的塑性和冲击韧性、优良的导热性和耐蚀性，但由于锡是稀有金属，故锡基轴承合金成本较高，常用于制造重要的滑动轴承，如汽轮机、发动机、压缩机等的高速滑动轴承。常用的锡基轴承合金有ZSnSb8Cu4、ZSnSb11Cu6、ZSnSb4Cu4 等。 新知学习 三、滑动轴承合金(巴氏合金) 新知学习 (2)铅基轴承合金(铅基巴氏合金) 铅基轴承合金是以铅为基体，加入锑、锡、铜等元素的轴承合金。铅基轴承合金的强度、硬度、冲击韧性均低于锡基轴承合金，其摩擦因数较大，故适用于中等负荷的低速轴承，如汽车、拖拉机、轮船的曲轴滑动轴承等。铅基轴承合金的价格便宜，应尽量用它来代替锡基轴承合金。常用的铅基轴承合金有ZPbSb16Sn16Cu2、ZPbSb15Sn10等。 新知学习 三、滑动轴承合金(巴氏合金) 新知学习 (3)铝基轴承合金 铝基轴承合金是以铝为基体，加入锑、锡或镁等元素的轴承合金铝基轴承合金具有价格低廉、导热性好、疲劳强度高和耐蚀好等优点，广泛用于高速重载汽车、拖拉机及柴油机的滑动轴承。它的主要缺点是线胀系数较大，运转时易与轴咬合尤其是在冷起动时危险性更大。同时，铝基轴承合金硬度高，易使轴损，需相应地提高轴的硬度。常用的铝基轴承合金有ZAISn6Cu1Ni1。 新知学习 三、滑动轴承合金(巴氏合金) 新知学习 随堂练习 （1）铝合金为什么能广泛应用于航空工业？ （2）动轴承合金主要用于哪些场合？请举一个具体例子。 课堂练习 答案：C 解析：铝合金通过合金化处理，强度显著高于纯铝，且耐腐蚀，可用于飞机、门窗等结构件。 1.下列关于铝合金的说法正确的是（ ） A. 铝合金比纯铝更软 B. 铝合金耐腐蚀性能差 C. 铝合金强度高于纯铝 D. 铝合金不能用于制造结构件 课堂练习 答案：B 解析：白铜是铜与镍的合金，耐腐蚀性好，常用于制造精密仪器零件、货币等。 2.白铜的主要成分是（ ） A. 铜和锌 B. 铜和镍 C. 铜和锡 D. 铜和铝 课堂练习 答案：C 解析：曲轴轴承需承受摩擦，滑动轴承合金的耐磨性能使其成为首选；青铜虽耐磨，但滑动轴承合金更适合此类高速摩擦场景。 3.汽车发动机的曲轴轴承通常采用（ ） A. 纯铝 B. 黄铜 C. 滑动轴承合金 D. 青铜 课堂练习 答案：B 解析：纯铜导电性优于其合金（黄铜等）和铝合金，滑动轴承合金导电性差，主要用于耐磨场合。 4.下列材料中，导电性最好的是（ ） A. 铝合金 B. 纯铜 C. 黄铜 D. 滑动轴承合金 课堂练习 答案：B 解析：铝合金密度小（重量轻），且不易生锈（耐腐蚀），钢门窗易生锈且较重。 5.铝合金门窗相比钢门窗的优势是（ ） A. 强度更高 B. 重量轻、耐腐蚀 C. 价格更低 D. 硬度更高 课堂练习 答案：B 解析：黄铜含锌，青铜（传统）含锡（不含锌），这是两者最核心的成分区别。 6.青铜与黄铜的主要区别在于（ ） A. 颜色不同 B. 是否含锌 C. 导电性不同 D. 密度不同 课堂练习 答案：B 解析：软基体质地较软，能在压力下轻微变形，保证轴承与轴颈良好接触，减少间隙。 7.滑动轴承合金中，“软基体”的作用是（ ） A. 抵抗磨损 B. 使轴承与轴颈紧密贴合 C. 提高强度 D. 增强导电性 课堂练习 答案：D 解析：机床导轨需高耐磨性和刚性，常用灰口铸铁；饮料罐用纯铝，电线用纯铝（部分），飞机机身用铝合金。 8.下列不属于铝及铝合金应用的是（ ） A. 饮料罐 B. 高压输电线 C. 飞机机身 D. 机床导轨 课堂小结 感谢观看 $$