第八章輪機(jī)工程材料第一節(jié)材料特性與參數(shù)第二節(jié)金屬冶煉和金屬加工基礎(chǔ)第三節(jié)材料熱處理

第四節(jié)有色金屬及其合金第五節(jié)船用材料的選用第六節(jié)非金屬材料第七節(jié)船舶重要零件和設(shè)備制造第八章輪機(jī)工程材料一、有色金屬基本知識(shí)二、鋁合金及其應(yīng)用三、銅合金及其應(yīng)用第四節(jié)有色金屬及其合金除黑色金屬以外的其他金屬統(tǒng)稱為有色金屬在有色金屬里，鋁及其合金和銅及其合金應(yīng)用普遍。純鋁強(qiáng)度很低，不能用作結(jié)構(gòu)材料，但可制成各種鋁合金,如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)、火車(chē)、船舶等制造工業(yè)。純銅具有高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性,良好的塑性和耐蝕性，純銅由于強(qiáng)度低,不適于制作結(jié)構(gòu)材料,但銅合金在社會(huì)各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。一、有色金屬基本知識(shí)第八章輪機(jī)工程材料特點(diǎn)（與鋼鐵相比）：（1）耐蝕性好（Corrosionresistance)，鋼鐵需要加入昂貴的金屬：Cr，Ni等。（2）容易加工（easeoffabrication）；（3）高的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性（highelectricalandthermalconductivity）（Cu、Al）；（4）重量輕（lightinweight)航空機(jī)械，飛機(jī)等（Al、Ti）.一、有色金屬基本知識(shí)第八章輪機(jī)工程材料工業(yè)純鋁主要特點(diǎn)比重小（2.7）輕；面心立方晶格：塑性好Ψ=8%；導(dǎo)熱性，導(dǎo)電性好（僅次于Cu，Ag，Au是銅的60％），無(wú)磁性；熔點(diǎn)低。在大氣和淡水中耐蝕性好，易氧化形成Al2O3保護(hù)膜，不耐酸堿。缺點(diǎn):強(qiáng)度低，不能做機(jī)械的結(jié)構(gòu)零件。二、鋁合金及其應(yīng)用第八章輪機(jī)工程材料鋁中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，并保持良好的加工性能。許多鋁合金不僅可以通過(guò)冷變形來(lái)提高強(qiáng)度，而且可以用熱處理來(lái)改善性能。因此，鋁合金可用來(lái)制造承受較大載荷的機(jī)器零件和構(gòu)件。鋁合金分類(lèi)：(一)形變鋁合金1.不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金2.可熱處理強(qiáng)化的鋁合金(二)鑄造鋁合金二、鋁合金及其應(yīng)用第八章輪機(jī)工程材料思考：高速機(jī)活塞為什么用鋁合金？活塞承受著高溫、高壓的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷。因此活塞作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中傳遞能量的一個(gè)非常重要的構(gòu)件，對(duì)其材料具有特殊的要求：密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、熱膨脹系數(shù)??；并具有足夠的高溫強(qiáng)度、耐磨和耐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性好。另外還應(yīng)具有容易制造、成本低廉的特點(diǎn)。而金屬鋁符合了上述所有的條件。

第八章輪機(jī)工程材料（一）形變鋁合金1.不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金

這類(lèi)合金主要指Al-Mn系、Al-Mg系合金，其特點(diǎn)是具有很高的抗蝕性，故常稱為防銹鋁合金。這類(lèi)合金還具有良好的塑性和焊接性能，但強(qiáng)度較低，只有通過(guò)冷加工變形才能使其強(qiáng)化。2.可熱處理強(qiáng)化的鋁合金一般含有兩種以上的合金元素，最常用的有Al-Cu-Mg系，Al-Cu-Mg-Zn系和Al-Cu-Mg-Si系。它們主要通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化來(lái)提高力學(xué)性能，根據(jù)其性能特點(diǎn)與用途分為以下幾種:(1)硬鋁合金(2)超硬鋁合金(3)鍛鋁合金第八章輪機(jī)工程材料（一）形變鋁合金2.可熱處理強(qiáng)化的鋁合金硬鋁合金我國(guó)生產(chǎn)的硬鋁合金牌號(hào)很多，但以成分來(lái)看，均屬于Al-Cu-Mg系合金，加入Cu和Mg的目的是使之形成強(qiáng)化相，這類(lèi)鋁合金因能通過(guò)淬火時(shí)效處理而獲得相當(dāng)高的強(qiáng)度，故稱為硬鋁，它在淬火時(shí)效狀態(tài)下有較好的切削加工性，但耐蝕性較差。牌號(hào)：用“LY”(“鋁”“硬”二字的漢語(yǔ)拼音字首)加順序號(hào)表示，如LY11。應(yīng)用：可軋成板材、管材和型材以制造各種鉚接與焊接零件。LY1和LY10具有較好的塑性，但強(qiáng)度較低,主要作鉚釘用，故有“鉚釘硬鋁”之稱。第八章輪機(jī)工程材料（一）形變鋁合金2.可熱處理強(qiáng)化的鋁合金(2)超硬鋁合金

超硬鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Zn系合金，還常加入少量的Cr、Mn，它的強(qiáng)度在鋁合金中最高，故稱為超硬鋁。牌號(hào)：用“LC”(“鋁”“超”二字的漢語(yǔ)拼音字首)加順序號(hào)表示，如LC4。應(yīng)用：主要用作要求重量小而受力較大的結(jié)構(gòu)件,如飛機(jī)大梁、起落架、桁架等。(3)鍛鋁合金

鍛鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Si系合金和Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金，具有良好的鍛造工藝性。牌號(hào)：用“LD”(“鋁”“鍛”二字的漢語(yǔ)拼音字首)加順序號(hào)表示，如LD6。應(yīng)用：主要用來(lái)制造各種鍛件和模鍛件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、直升機(jī)槳葉等。第八章輪機(jī)工程材料（二）鑄造鋁合金用來(lái)制造鑄件的鋁合金稱為鑄造鋁合金(簡(jiǎn)稱鑄鋁)，鑄造鋁合金中常有較多的共晶組織，熔點(diǎn)較低，流動(dòng)性好，可以澆注各種形狀復(fù)雜的鑄件。根據(jù)主要合金元素的不同，鑄造鋁合金可分為：Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系。鑄造鋁合金的代號(hào)用：“ZL”加三位數(shù)字表示。第八章輪機(jī)工程材料1.鋁硅合金具有良好的鑄造性能，如流動(dòng)性好、收縮及熱裂傾向小、密度小、有足夠的強(qiáng)度、耐蝕性好，加入Cu、Mg、Mn等元素能形成復(fù)雜的強(qiáng)化相。2.鋁銅合金具有較高的耐熱強(qiáng)度，可作高溫(300℃以下)條件工作的零件。但由于組織中共晶體少，鑄造性能差，抗蝕性也不好，目前大部分被其他合金所代用3.鋁鎂合金密度小(小于2.55g/cm3)、耐蝕性好、強(qiáng)度高，但鑄造性能差、易產(chǎn)生熱裂和縮松，多應(yīng)用于在沖擊、振動(dòng)載荷和腐蝕條件下工作的零件，如海船配件、泵用零件等。4.鋁鋅合金合金強(qiáng)度較高，但耐蝕性差，若加入適量Mn、Mg，可適當(dāng)提高耐蝕性（二）鑄造鋁合金第八章輪機(jī)工程材料銅及其合金分類(lèi)：紫銅、黃銅、青銅、白銅。三、銅合金及其應(yīng)用第八章輪機(jī)工程材料

銅與鋅的合金，或以鋅為主要合金元素的銅合金1.普通黃銅（Cu-Zn二元合金）牌號(hào)用“H”+數(shù)字表示，如H62，表示含銅量為62％的普通黃銅，用于制造墊圈、彈簧、各種銅網(wǎng)等。性能:鑄造性好，塑性好，耐蝕性好，可切削加工性差。（一）黃銅第八章輪機(jī)工程材料缺陷:脫鋅:黃銅表面氧化膜破壞后，鋅被溶解，表面殘存一層多孔（海綿狀）的純銅。季裂(應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂):冷加工零件有殘余應(yīng)力，在海水(氨)的情況下，造成晶間腐蝕，自動(dòng)開(kāi)裂。當(dāng)鋅含量超過(guò)20％時(shí)，最易發(fā)生。用低溫退火（260～300℃，1～3小時(shí)）消除。1.普通黃銅（Cu-Zn二元合金）第八章輪機(jī)工程材料2.特殊黃銅在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入合金元素（Al、Mn、Si、Pb等）。目的：提高機(jī)械性能和耐蝕性。壓力加工產(chǎn)品用代號(hào)“H”+主加元素符號(hào)＋Cu的％表示＋主加元素的％，例：HSn70-1，錫黃銅：

Cu%=70%，Sn%=1%，Zn%=29%。耐海水腐蝕，稱為：海軍黃銅，用于與海水、油類(lèi)接觸的導(dǎo)管、冷凝器。第八章輪機(jī)工程材料編號(hào)：鑄造黃銅用“Z”+Cu＋合金元素＋合金元素的％+…表示，如：

ZCuZn41Mn3Fe1：鑄造錳黃銅Cu%=55%Zn%=41%Mn%=3%Fe%=1%。制造海船的螺旋槳及其它管配件。2.特殊黃銅第八章輪機(jī)工程材料青銅原指銅錫合金，工業(yè)上習(xí)慣通稱以鋁、硅、鉛、鈹、錳等為主要合金元素的銅基合金為青銅。

青銅實(shí)際上包括有：錫青銅鋁青銅鈹青銅等（二）青銅第八章輪機(jī)工程材料其耐磨性、耐蝕性均好于黃銅和純銅。1.壓力加工青銅，牌號(hào)：“Q”＋主加元素符號(hào)＋主加元素％，如：QAl7，表示含鋁7％的鋁青銅，可制造重要彈簧等。2.鑄造青銅，牌號(hào)：ZCu+合金元素＋合金元素的％＋…，如：ZCuPb30鑄造鉛青銅，高速發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦。ZCuSn10P1鑄造錫青銅:P%=1%（提高耐磨性）。用途：高速、高負(fù)荷的軸承。（二）青銅第八章輪機(jī)工程材料（二）青銅第八章輪機(jī)工程材料1.錫青銅以錫為主要添加元素的銅基合金稱為錫青銅。特點(diǎn)：錫青銅具有較高的強(qiáng)度、塑性和良好的耐蝕性能。應(yīng)用：適用于鑄造形狀復(fù)雜、壁厚變化較大且致密度要求不高的零件問(wèn)題：錫青銅在鹽酸、硫酸和氨水中的抗蝕性能較差，但在大氣、海水和無(wú)機(jī)鹽溶液中有極好的抗蝕性。為了提高錫青銅的鑄造性能、力學(xué)性能、耐磨性和切削加工性，常加入P、Pb、Zn、Ni等合金元素，形成多元錫青銅。（二）青銅第八章輪機(jī)工程材料2.鋁青銅以鋁為主要添加元素的銅合金稱為鋁青銅，鋁青銅屬于無(wú)錫青銅，一般WAl=5%~10%。特點(diǎn)：具有高的強(qiáng)度、耐蝕性和抗磨能力，并能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。鑄造用鋁青銅還具有結(jié)晶溫度范圍小、流動(dòng)性好、形成晶內(nèi)偏析和分散縮孔的傾向小等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用：適于制作機(jī)械、化工、造船及汽車(chē)工業(yè)中的齒輪、渦輪、軸套、閥門(mén)等零件。（二）青銅第八章輪機(jī)工程材料3.鈹青銅以鈹為主要添加元素的銅合金稱為鈹青銅，一般WB=1.6%~2.5%。特點(diǎn)：鈹青銅不僅具有高的強(qiáng)度和硬度，而且具有高的彈性極限、疲勞極限，良好的耐蝕性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，以及抗磁、受沖擊不產(chǎn)生火花等優(yōu)點(diǎn)。在工藝性方面，承受冷、熱壓力加工的能力很強(qiáng)，鑄造性能也好。應(yīng)用：主要用于制造各種精密儀器、儀表的重要彈性元件，耐蝕、耐磨零件，如鐘表齒輪、航海羅盤(pán)、航海儀器中的零件，防爆工具以及電焊機(jī)電極等。（二）青銅第八章輪機(jī)工程材料4.鉛青銅鉛青銅多用作耐磨材料，在高壓(25~30MPa)及高速(8~10m/s)工作條件下，有高的疲勞強(qiáng)度。特點(diǎn)：與其他耐磨合金相比，鉛青銅在沖擊載荷的作用下開(kāi)裂傾向小，并且有較高的導(dǎo)熱性。應(yīng)用：鉛青銅被廣泛地應(yīng)用于制造軸瓦，是一種重要的軸承合金。良好的耐蝕性，高的電阻率，抗氧化?！顲uNi19（普通白銅），耐蝕性好，耐海水腐蝕，適于船舶儀器中使用?！顲uNi15Zn20（鋅白銅），機(jī)械性能稍有提高，具有美麗的銀白色，可用于船舶儀表的刻度盤(pán)等。（三）白銅第八章輪機(jī)工程材料以鎳為主要合金元素的銅合金稱為白銅。1、一般特性1）熔點(diǎn)：1083