1.5 非铁金属（课件）《数控加工机械基础》（高教版）同步精品课堂

任务1.5 非铁金属 《数控加工机械基础》（高教版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 能根据非铁金属的定义辨识常见的非铁金属种类。 能根据非铁金属材料的牌号及其应用领域合理选用非铁金属材料。 能通过非铁金属的学习，培养严谨的工作作风，提高学习兴趣。 学习目标 课前导入 手机里的铜导线、家里的铝合金门窗、机械上的黄铜阀门，这些“非铁金属”无处不在！为啥电线用纯铜而非黄铜？铸造和变形铝合金有啥不一样？今天咱们就解锁铜、铝两大非铁金属家族，搞懂黄铜、青铜、铸造铝合金等的性能密码，学完就能看懂生活与工业里的选材门道。 非铁金属是指除钢铁材料以外的其他金属材料的总称,也称有色金属。非铁金属是国民经济发展的基础材料,航空航天、汽车、机械制造、电力、通信、建筑、家电等绝大部分行业都以非铁金属材料为生产基础。 随着现代化工、农业和科学技术的快速发展,非铁金属在人类发展中的地位越来越重要。常见的非铁金属有铜及铜合金、铝及铝合金和滑动轴承合金等。 铜及铜合金 铜元素在地壳中储量较小,它是人类历史上应用最早的金属之一。由于铜和铜合金具有良好的导热性、导电性、抗磁性、耐蚀性和工艺性,故在仪表工业、电气工业、机械制造业和造船业中应用广泛。现代工业中使用的铜及铜合金主要有纯铜、黄铜和青铜,白铜应用较少。 (1)纯铜 纯铜外观呈玫瑰红色,表面形成氧化铜膜后呈紫红色,俗称紫铜。由于纯铜是用电解法制造出来的,故又名电解铜。它具有良好的导电性、导热性、耐蚀性,抗拉强度较低(230~ 250 MPa),硬度较低(30~40HBW),塑性较好,易于冷、热压力加工。由于纯铜价格昂贵,为贵重金属,所以一般不做结构零件,主要作为导电材料及配制铜合金的原料。 工业上使用的纯铜,其铜的平均质量分数为 99.5%~99.95%。 铜及铜合金 铜及铜合金 工业纯铜牌号用“T”和数字表示。“T”表示“铜”,数字表示顺序号。顺序号越大,杂质含量越高。常见牌号有 T1、T2、T3。T1、T2 铜一般用作导电、导热、耐腐蚀器具材料,如电线、化工用蒸发器、雷管等;T3 铜用作一般铜材,如电器开关、螺钉等。 应用实例:铜丝、铜牌,如图所示。 铜及铜合金 (2)铜合金 铜合金根据主加元素不同可分为黄铜、青铜、白铜。工业上常用的是黄铜和青铜。 1)黄铜 黄铜是以锌为主加元素的铜合金。黄铜敲起来声音很好听,又称为响铜,因此锣、铃、号等通常用黄铜制造。黄铜又分为普通黄铜和复杂黄铜。 仅由铜和锌组成的合金称为普通黄铜。其牌号用“H”加数字表示，“H”代表黄铜,数字为铜的平均质量分数。 例如,H70 表示铜的平均质量分数为 70%,其余为锌的普通黄铜。 铜及铜合金 普通黄铜常用的牌号有:H80,颜色呈美丽的金黄色,又称金黄铜,可用于制作装饰品;H70,又称三七黄铜,具有良好的塑性和冷成形性,可用于制造弹壳、散热器等故有“弹壳黄铜”之称;H62,又称四六黄铜,在普通黄铜中强度最高,同时又具有好的热塑性、切削加工性能、焊接性和耐磨性,价格低,故工业上应用较多,如制造弹簧、垫圈、金属网等。 应用实例:艺术品、黄铜弹簧,如图所示。 铜及铜合金 在普通黄铜中加人其他合金元素所组成的合金称为复杂黄铜。常加人的合金元素有铅、硅、锡等,分别称为铅黄铜、硅黄铜、锡黄铜等。加人合金元素是为了改善黄铜的使用性能或工艺性能(如耐蚀性、切削加工性能、强度、耐磨性等)。 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%,其余为锌的铅黄铜。 应用实例:水管接头、螺旋桨,如图所示。 铜及铜合金 铅黄铜:加入铅可提高黄铜的耐蚀性和切削加工性能,如HPb59-1可用于制造大型轴承、垫圈等。硅黄铜:加人硅可提高黄铜的强度和硬度,如HSi80-3 可用于制造船舶零件、水管接头等。 锡黄铜:加入锡可提高黄铜的强度及在海水中的耐蚀性,如HSn70-1 又称为“海军黄铜”,可用于制造海上舰船零件,如阀门、螺旋桨等。复杂黄铜的牌号用“H+第二主添加元素化学符号+铜的平均质量分数+除锌以外的各添加元素的平均质量分数(数字间以“-”隔开)”表示。 铜及铜合金 2)白铜 白铜是以铜为基体,以镍为主加元素的铜合金。白铜表面很光亮,不易锈蚀,主要用于制造精密仪器、仪表中的耐蚀零件及电阻器、热电偶等。普通白铜是铜镍二元合金(由两种元素组成的合金统称为二元合金);在普通白铜中加人其他元素所形成的铜合金称为复杂白铜,如锌白铜、锰白铜、铁白铜等。应用实例:锌白铜手表表盘,如图示。 铜及铜合金 3)青铜 青铜是指铜与锌或镍以外的元素组成的合金。按化学成分不同,青铜分为普通青铜(锡青铜)、复杂青铜(无锡青铜)两类。普通青铜即锡青铜,是人类历史上应用最早的一种合金,一些古镜、钟鼎等文物便是由这些合金制成。锡青铜铸件收缩率小,适用于铸造形状复杂、壁厚变化大的器件,但铸件易形成分散缩孔,致密性差,不适于制造密封性要求高的铸件。锡青铜在大气、海水和碱性溶液中有良好的耐蚀性,用于铸造轴瓦、海上船舶和矿山机械零件。锡青铜牌号用“O”加主加元素的化学元素符号、质量分数和数字(其他加人元素的平均质量分数)表示,常用牌号有 QSn4-3 等。 铜及铜合金 13 例如,QSn4-3 表示锡的平均质量分数为 4%,锌的平均质量分数为 3%,其余为铜的锡青铜。 复杂青铜的力学性能、耐磨性、耐蚀性一般都优于普通青铜,但铸造性能不及普通青铜,主要用于制造高强度耐磨零件,如轴承保持架、蜗轮等。 （1）铝青铜 铝青铜有良好的力学性能、耐蚀性和耐磨性,其耐蚀性优于黄铜和锡青铜。铝青铜常用来铸造承受重载、耐蚀和耐的零件,如轴承、蜗轮及在蒸汽和海水中工作的高强度、耐蚀零件。铝青铜常用牌号有 OA19-4 等。 铜及铜合金 （2）铍青铜 铍青铜有较高的强度和屈服强度,良好的导电性和导热性、耐蚀性和耐磨性,可用于制造高级弹性元件和特殊耐元件,还用于制造电气转向开关、电接触器等。铍青铜常用牌号有 QBe2等。 应用实例:轴瓦、蜗轮、电气转向开关,如图所示。 铜及铜合金 铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅,居第三位,是地壳中含量最丰富的金属元素。 (1)纯铝 纯铝是一种银白色的金属,它具有质量轻、密度较小等特性,是轻金属之一,常用作各种轻质结构材料的基本组元。纯铝具有优良的导电性、导热性,其导电性仅次于银和铜,居第三位。铝在大气中具有优良的耐蚀性,铝在常温下就能与空气中的氧气反应,在铝表面生成一层薄而致密的氧化膜,阻止氧气向铝内部扩散而起保护作用。铝的塑性好,易于通过压力加工制成多种型材与制品,但强度、硬度较低,故工业上常通过合金化提高其强度,用作结构材料。 铝及铝合金 铝含量不低于 99.00% 时为纯铝,其牌号用“1xxx”表示。牌号的最后两位数字表示铝的最小百分含量。当铝的最小百分含量精确到0.01%时,牌号的最后两位数字就是铝的最小百分含量中小数点后面的两位,如图1-31 所示。 纯铝用途非常广泛,可用于制作电线、电缆、电子产品,也可用于制造换热器、冷却器、化工设备及茶、糖等食品和药物的包装。同时,也可用于制造建筑物面板、炊具等也可作为隔声和绝热材料。 应用实例:电线、电子元件,如图所示。 铝及铝合金 铝及铝合金 (2)铝合金 纯铝的强度低,不适宜作为结构材料,若向铝中加人适量的硅、铜、镁、锰等合金元素形成铝合金,则提高了强度,且仍具有密度小、耐蚀性好、导热性好等特点。铝合金应用广泛,可用作航空航天、汽车、化工等行业的主要结构材料。 根据合金元素的含量和加工工艺性能特点的不同,铝合金可分为铸造铝合金和变形铝合金两类。 铝及铝合金 1)铸造铝合金 铸造铝合金是指具有较好的铸造性能,宜用铸造工艺生产铸件的铝合金。根据化学成分的不同,铸造铝合金可分为铝-硅系、铝-铜系、铝-镁系、铝-锌系,其中铝-硅系铸造铝合金应用最为广泛。铸造铝合金牌号用“铸铝”二字的汉语拼音首字母“ZL”加三位数字表示,其中,第一位数字表示合金系别(1为铝-硅系,2为铝-铜系,3 为铝-镁系,4为铝-锌系),后两位数字表示合金的顺序号。 铝-硅系合金具有良好的铸造性能和耐磨性能,是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金,广泛用于制造结构件,如壳体、缸体、箱体和框架等。铝-铜系合金主要用于制造承受较大载荷和形状不复杂的砂型铸件。铝-镁系合金在大气和海水中的耐蚀性好,室温下有良好的综合力学性能和切削加工性能,可用于制作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件,也可用作装饰材料。铝-锌系合金经变质热处理后有较高的强度,常用于制作模型、型板及设备支架等。 铝及铝合金 20 2)变形铝合金 变形铝合金按其主要性能和用途可分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝。 ①防锈铝(LF):铝-镁系或铝-锰系合金,具有优良的耐蚀性和良好的焊接性适用于制作焊接管道、容器、铆钉、铝合金门窗、油箱、易拉罐及其他冷变形零件等。 ②硬铝(LY):铝-铜-镁系合金,具有优良的加工工艺性能,经时效处理后具有很高的硬度、强度,可加工成板、管、棒、线、型材等,适用于制作飞机蒙皮、壁板、隔框等。 铝及铝合金 21 超硬铝(LC):铝-铜-镁-锌系合金,在铝合金中强度最高,韧性也很高,具有良好的热塑性和焊接性,是飞机工业中重要的结构材料,适用于制作飞机大梁、加强框、翼肋和起落架零件等。 ③ 锻铝(LD):铝-铜-镁-硅系合金,用于制作形状复杂和中等强度的锻件和冲压件,如内燃机活塞、压气机叶片、叶轮、圆盘及其他在高温下工作的复杂锻件等。 ④ 铝及铝合金 应用实例:易拉罐、飞机壁板、飞机大梁、叶轮,如图所示。 铝及铝合金 课堂练习 1.下列属于变形铝合金用途的是（ ） A. 飞机机翼 B. 机床床身 C. 暖气片 D. 管道阀门 答案：A 解析：飞机机翼需轻质高强度且可加工成型，变形铝合金的塑性和强度适配需求，其他选项适合铸造或铸铁材料，故选A。 课堂练习 2.黄铜相比青铜的显著特点是（ ） A. 耐腐蚀性更强 B. 加工性能更好 C. 耐磨性更高 D. 价格更贵 答案：B 解析：黄铜的切削、冲压等加工性能优于青铜，耐腐蚀性和耐磨性不如青铜，成本相对较低，故选B。 课堂练习 3.纯铝的主要性能特点是（ ） A. 强度高 B. 导电导热性好 C. 耐腐蚀性强 D. 耐磨性好 答案：B 解析：纯铝强度低、耐腐蚀性一般、耐磨性差，但导电导热性极佳，是其核心优势，故选B。 课堂练习 4.用于制造精密仪器零件的铜合金是（ ） A. 黄铜 B. 白铜 C. 青铜 D. 纯铜 答案：B 解析：白铜稳定性好、耐蚀性强，能保证精密仪器在复杂环境下的精度，其他铜合金稳定性不足，故选B。 课堂练习 5.铸造铝合金与变形铝合金的分类依据是（ ） A. 成分 B. 加工工艺 C. 用途 D. 密度 答案：B 解析：铝合金按加工工艺分为铸造（铸造成型）和变形（压力加工成型）两类，成分是铜合金的分类依据，故选B。 课堂练习 6.下列材料中，最适合制造散热器的是（ ） A. 纯铜 B. 黄铜 C. 铸造铝合金 D. 白铜 答案：A 解析：纯铜导热性最优，能高效传递热量，适合制造散热器，其他材料导热性能不如纯铜，故选A。 课堂练习 7.青铜的主要成分是（ ） A. 铜+锌 B. 铜+镍 C. 铜+锡 D. 铜+铝 答案：C 解析：传统青铜以铜和锡为主要成分，现代青铜可添加铝、铅等，但核心成分是铜和锡，故选C。 课堂练习 8.变形铝合金不适合制造的零件是（ ） A. 汽车车门 B. 自行车车架 C. 发动机缸盖 D. 铝合金板材 答案：C 解析：发动机缸盖形状复杂，需铸造成型，变形铝合金无法满足复杂成型需求，其他选项适合压力加工，故选C。 课后作业 青铜相比黄铜的性能优势和典型用途是什么？ 为什么纯铜常用于制造电线、电缆的导电芯线？ 变形铝合金的性能特点和典型用途是什么？ 课堂小结 $