金屬材料的合金化原理.ppt

1 3合金鋼的分類 牌號一 合金鋼的分類 1 按化學成分分類 1 按化學成分分類按鋼中所含合金元素的種類 合金鋼分為 錳鋼 鉻鋼 硅鋼 硅錳鋼 鉻錳鈦鋼等 按鋼中合金元素總質量分數(shù) 合金鋼分為 低合金鋼 Me總質量分數(shù)小于5 中合金鋼 Me總質量分數(shù)在5 10 高合金鋼 Me總質量分數(shù)大于10 1 3合金鋼的分類 牌號 Chapter1金屬材料的合金化原理 2 按鋼的用途分類合金結構鋼合金結構鋼還可分為工程構件用鋼 低合金高強度結構鋼 和機械制造用鋼 合金滲碳鋼 合金調質鋼 合金彈簧鋼 滾動軸承鋼和超高強度鋼 合金工具鋼合金工具鋼還可分為刃具鋼 低合金刃具鋼和高速鋼 量具鋼和模具鋼 冷作模具鋼和熱作模具鋼 特殊性能鋼特殊性能鋼還可分為不銹鋼 耐熱鋼 耐磨鋼和磁鋼 1 3合金鋼的分類 牌號 一 合金鋼的分類 2 按鋼的用途分類 Chapter1金屬材料的合金化原理 3 按冶金質量分類普通低合金鋼 wS 0 05 wP 0 045 優(yōu)質低合金鋼 wS 0 035 wP 0 035 高級優(yōu)質合金鋼 wS 0 02 wP 0 03 特高級優(yōu)質合金鋼 wS 0 015 wP 0 025 1 3合金鋼的分類 牌號 一 合金鋼的分類 3 按冶金質量分類 Chapter1金屬材料的合金化原理 4 按金相組織分類按退火后的組織合金鋼可分為 亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼 萊氏體鋼 在鑄態(tài)組織中有萊氏體 按正火后的組織合金鋼可分為 鐵素體鋼珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼奧氏體鋼 1 3合金鋼的分類 牌號 一 合金鋼的分類 4 按金相組織分類 Chapter1金屬材料的合金化原理 按正火后的金相組織和用途特點不銹鋼分為馬氏體型不銹鋼 鐵素體型不銹鋼 奧氏體型不銹鋼 奧氏體型 鐵素體型不銹鋼及沉淀硬化型不銹鋼等 耐熱鋼分為馬氏體型耐熱鋼 鐵素體型耐熱鋼 奧氏體型耐熱鋼等 把化學成分和用途結合起來分類的方法 如把不銹鋼分為鉻不銹鋼 鎳鉻不銹鋼 鉻錳不銹鋼等 1 3合金鋼的分類 牌號 一 合金鋼的分類 4 按金相組織分類 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 合金結構鋼工程構件用鋼 低合金高強度結構鋼 牌號是由代表屈服點的漢語拼音字母 Q 屈服點數(shù)值 質量等級符號 A B C D E 等三個部分按順序排列組成 如Q390A 低合金高強度結構鋼也分為鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼 但在牌號的組成中沒有表示脫氧方法的符號 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 1 合金結構鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 專用工程構件結構鋼還在牌號的頭部 或尾部 標注出代表產品用途的符號 例如表示壓力容器用鋼牌號表示為 Q345R 焊接氣瓶用鋼牌號表示為 Q295HP 鍋爐用鋼牌號表示為 Q390g 橋梁用鋼表示為 Q420q 等等 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 1 合金結構鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 機器零件制造用鋼 合金滲碳鋼 合金調質鋼 合金彈簧鋼 滾動軸承鋼和超高強度鋼等 牌號由三部分組成 即由 二位數(shù)字 元素符號 數(shù)字 組成 前面的兩位數(shù)字表示鋼的碳的質量分數(shù)的萬倍 元素符號表示所含合金元素 后面的數(shù)字表示合金元素含量的百倍 凡合金元素質量分數(shù)小于1 5 時 編號中只標明元素符號 一般不標含量 如果合金元素平均質量分數(shù)等于或大于1 5 2 5 3 5 則在元素符號后相應標出2 3 4 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 1 合金結構鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 合金結構鋼中的Nb Ti B等元素 雖然含量很低 但屬有意加入 故在鋼的牌號中仍應表示出來 如40B 其平均碳的質量分數(shù)為0 4 硼的質量分數(shù)僅為0 0005 0 0035 合金結構鋼都是優(yōu)質鋼 高級優(yōu)質鋼 牌號后加 A 字 或特級優(yōu)質鋼 牌號后加 E 字 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 1 合金結構鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 高碳鉻軸承鋼的牌號在頭部加符號 G 但不標碳含量 鉻含量以千分之幾計 其他合金元素按合金結構鋼的合金含量表示 例如 平均含鉻量為1 50 的軸承鋼 其牌號表示為 GCr15 專用機器零件制造用鋼也要在牌號的頭部 或尾部 加上代表產品用途的符號 例如鉚螺鋼 ML30CrMnSi 高級優(yōu)質滲碳軸承鋼 G20CrNiMoA 等 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 1 合金結構鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 2 合金工具鋼合金工具鋼分為刃具鋼 低合金刃具鋼和高速鋼 量具鋼和模具鋼 冷作模具鋼和熱作模具鋼 牌號表示方法與機器零件制造用結構鋼相似 但當其平均碳的質量分數(shù)大于1 時 含碳量不標出 當其平均碳的質量分數(shù)小于1 時 則牌號前的數(shù)字表示平均碳的質量分數(shù)的千倍 合金元素的表示方法與合金結構鋼相同 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 2 合金工具鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 合金工具鋼都屬于高級優(yōu)質鋼 故不再在牌號后標出 A 字 如9SiCr表示平均碳的質量分數(shù)為0 9 左右 鉻 硅各為1 左右 Cr12表示平均碳的質量分數(shù)大于1 含鉻為12 左右 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 2 合金工具鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 必須指出的有三點 第一 高速工具鋼與一般合金工具鋼略有不同 不論碳的平均質量分數(shù)為多少均不予標出 如W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等 當合金成分不相同時 對高碳者牌號前冠以 C 字 如CW6Mo5Cr4V2等 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 2 合金工具鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 W6Mo5Cr4V2 wC 0 80 0 90 CW6Mo5Cr4V2 wC 0 95 1 05 第二 低鉻 平均鉻含量小于1 的合金工具鋼 在鉻含量 以千分之幾計 前加數(shù)字 0 如 平均含鉻量為0 60 的合金工具鋼 其牌號表示為 Cr06 第三 塑料模具鋼在牌號頭部加 SM 牌號表示方法與優(yōu)質碳素結構鋼和合金工具鋼相同 例如 SM45 SM3Cr2Mo 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 2 合金工具鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 3 特殊性能鋼特殊性能鋼可分為不銹鋼 耐熱鋼 耐磨鋼和磁鋼 不銹鋼及耐熱鋼牌號前的數(shù)字表示平均碳的質量分數(shù)的千倍 合金元素的表示方法與其它合金鋼相同 當碳的質量分數(shù)小于或等于0 03 時 在牌號前冠以 00 當碳的質量分數(shù)小于或等于0 08 時 在牌號前冠以 0 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 3 特殊性能鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 如不銹鋼3Cr13的平均wC 0 3 wCr 13 不銹鋼0Cr19Ni9的平均wC 0 08 wCr 19 wNi 9 不銹鋼00Cr19Ni11鋼的平均wC 0 03 wCr 19 wNi 11 當wSi 1 5 wMn 2 時 牌號中不予標出 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 3 特殊性能鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 特殊專用鋼 為表示鋼的用途 在牌號前或后附以字母 鑄造合金鋼的牌號是在一般合金鋼的牌號前加 ZG 常用的鑄造合金鋼有 ZGMn2 ZG35SiMn ZG37SiMn2MoV ZG40CrMnMo ZGMn13 高錳鋼或耐磨鋼 ZG1Cr18Ni9 鑄造不銹鋼 等 易切削鋼Y15 Y40Mn Y15Pb GB T8731 1988 易切削非調質機械結構鋼YF35V和熱鍛用非調質機械結構鋼F45V GB T15712 1995 等 1 3合金鋼的分類 牌號 二 合金鋼的牌號 3 特殊性能鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理一 有色金屬材料的分類及特點 1 有色金屬材料的分類 1 有色金屬材料的分類按其密度 熔點 在地殼中的儲量 被發(fā)現(xiàn)和利用的早晚 價格等因素可分為 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 輕有色金屬重有色金屬難熔金屬 稀有金屬稀土金屬貴金屬 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理一 有色金屬材料的分類及特點 1 有色金屬材料的分類 按基體金屬的主要成分可分為 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 鋁合金鎂合金鈦合金銅合金鎳基合金 鈷基合金鋅合金鉛或錫合金鋯或鉿合金鉭合金 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理一 有色金屬材料的分類及特點 1 有色金屬材料的分類 作為結構材料使用的有色金屬合金按合金相圖或成形方法可分為 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 變形加工合金 鑄造合金 按有色金屬的特性可分為 如鋁 鎂 鈦等金屬及其合金 具有相對密度小 比強度高的特點 為輕質高強結構材料 銀 銅 鋁等金屬及其合金 具有優(yōu)良的導電 導熱性能 是電氣工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料 為導電材料 一 有色金屬材料的分類及特點 1 有色金屬材料的分類 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 銅 鈦及其合金具有良好的抗腐蝕性能 是石油化工和航海工業(yè)所必須的優(yōu)良耐蝕材料 鋯及其合金是反應堆燃料元件包殼及堆芯結構用必須的材料 核材料 鎢 鉬 鉭 鈮及其合金是制造在1300 以上使用的高溫零件及電真空元件的理想材料 一 有色金屬材料的分類及特點 1 有色金屬材料的分類 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 2 有色金屬材料的特點要求合金材料具有更高的強度 更高的韌性和更低的密度 提高合金材料的耐熱性是發(fā)展航空 航天及其它許多工業(yè)技術領域的要求 提高合金材料的耐腐蝕性能也一直是有色金屬結構材料在使用中遇到的基本問題之一 此外 對于結構合金材料 要制造成零件或成品 還與其工藝性能 鑄造性能 壓力加工性能 焊接性能 熱處理性能和切削性能等 密切相關 一 有色金屬材料的分類及特點 2 有色金屬材料的特點 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點Al合金的強化是以Al與合金元素間形成的金屬間化合物在 固溶體中的溶解度變化為基礎的 在Al中有高的溶解度和能起顯著強化作用的元素有Zn Mg Cu Si四種 表1 6 Ag Ge Li的極限溶解度雖很大 但由于它們是稀貴金屬 作Al合金的主要合金元素而大量加入是有困難的 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 6 主要合金元素與Al組成的二元 CuAl2 Mg2Si MgZn2 和三元化合物 Al2CuMg Al2Mg3Zn3 在Al中的溶解度能隨溫度的降低而強烈地減小 故可通過熱處理的辦法來提高強度 能形成這種化合物或強化相的合金有Al Cu Al Cu Mg Al Mg Si Al Zn Mg和Al Zn Mg Cu系 可稱之為 熱處理強化型Al合金 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 有些合金如Al Mg Al Si和Al Mn等 加入的合金元素雖然也有明顯的溶解度變化 但熱處理強化效果不大 只能以退火或冷作硬化狀態(tài)應用 放稱之為 非熱處理強化型 或 熱處理不強化型 Al合金 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 有些合金元素如Cr Mn Zr等在Al中的溶解度雖然很小 表1 6 但對合金強度和抗蝕性的改善作用卻很明顯 因為這些過渡元素能明顯地抑制再結晶和細化晶粒 有再結晶抑制劑或晶粒細化劑之稱 還有些元素 它們的極限溶解度雖很低 但加入極微量 0 005 0 15 也能顯著改變從合金的形核和沉淀過程 因而能顯著地提高時效硬化效應 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 1 鋁合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化鋁合金的時效硬化現(xiàn)象 Cu含量位于0 1 5 65 間的Al Cu合金于500 的 相區(qū)進行固溶處理和淬火 則會得到均勻的過飽和 固溶體 這種熱力學不穩(wěn)定的固溶體在某一溫度加熱 則會發(fā)生分解和析出CuAl2 相 而引起強度明顯升高 這種現(xiàn)象叫做時效硬化現(xiàn)象 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Al 4Cu合金退火狀態(tài)的強度很低 b只有200MPa 則淬火狀態(tài)的強度也不高 b約有250MPa 但自然時效7天后 b可提高到400MPa Al合金的時效硬化能力與 固溶體的濃度和時效溫度有關 在理論上 固溶體的濃度愈高 時效效果也愈高 以接近極限溶解度的合金 強化效果最大 反之 愈低 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 分析時效硬化曲線可以發(fā)現(xiàn) 在時效初期強度升高很慢或不升高 這段時間叫 孕育期 在孕育時間內合金的塑性很高 可以進行鉚接 彎曲成型或矯直操作 是對生產加工極為有利的現(xiàn)象 發(fā)生在室溫的時效稱之為自然時效 發(fā)生在較高溫度 120 的時效稱之為人工時效 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 回歸效應 鋁合金時效硬化效應是可逆的 自然時效的合金迅速加熱到230 250 短時間保溫 幾十秒到幾分鐘 冷到室溫后即變軟 又回復到新淬火狀態(tài) 這種可逆效應叫做 回歸效應 回歸后的合金還能再時效 可以重復多次 但應指出 回歸操作每重復一次 都會發(fā)生一部分不可逆分解 使再時效的能力減弱 回歸效應在實際生產中很有實用價值 自然時效后的鉚釘塑性降低 鉚接困難 即可在回歸處理后再鉚接 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 鋁合金在時效過程中的結構變化 時效硬化現(xiàn)象是德國科學家A Wilm在1906年發(fā)現(xiàn)的 但直到1919年才弄清楚是由過飽和固溶體分解引起的 在1935年發(fā)現(xiàn)在相 CuAl2 析出之前還有過渡相 最后到1938年Guinier和Preston才發(fā)現(xiàn)了GP區(qū) 至此才完全弄清楚過飽和固溶體的分解程序 GP區(qū) 過渡相 平衡相 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 Al Cu合金的詳細分解程序 GP區(qū) CuAl2 過飽和固溶體的缺陷結構 與合金的成分或濃度有關 空位 位錯環(huán)和位錯等結構缺陷 對GP區(qū)和沉淀相的形核和長大過程起重要作用 GP區(qū)的結構 GP區(qū)是圓片狀的Cu原子富集區(qū) GP區(qū)無獨立的晶格結構 溶質原子連續(xù)地分布在Al的晶格格點上 GP區(qū)的形狀可以是片狀 球狀 也可以是針狀 GP區(qū)與母相間沒有相界面 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 相或GP 區(qū)的結構 Al 4Cu合金時效溫度提高到150 175 還能形成 相或GP 區(qū) 正方晶格 相是Cu原子在GP區(qū)中有序化后形成的 是有獨立晶格結構的中間沉淀相 Cu2Al5 以 100 Al而與母相完全共格 沿c軸方向產生較大的共格應變場 在片狀沉淀相的兩側引起較大的應變衍射襯度 使電子顯微圖象變成凸透鏡狀 失去了片狀特點 這種強大的共格應變場 是Al Cu合金人工時效后強度顯著升高的原因 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 相的結構與 相一樣 也是過渡相 其化學組成與CuAl2相當 也是正方晶格 a 0 571nm c 0 580nm 以 100 面與母相部分共格 相是高溫時效產物 它的出現(xiàn)說明合金的強度已經降低 故又稱 過時效 產物 平衡相 相是退火產物 CuAl2 具有正方晶格 a 0 6054nm c 0 4874nm 與Al的晶格結構相差更大 與母相無共格關系 也無固定的取向關系 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 二 鋁合金的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點Mg合金的合金化原則與Al合金大致相同 固溶強化和時效硬化是主要強化手段 只是沒有Al合金那樣明顯而已 因此 凡是能在Mg中大量固溶的元素 都是強化Mg合金的有效合金元素 根據(jù)合金元素的作用特點和極限溶解度 可大致分為包晶反應類和共晶反應類兩大類 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 包晶反應類 Zr 3 8 Mn 3 4 包晶反應型元素的主要作用是細化晶粒 但也有凈化合金 消除雜質Fe 提高抗蝕性和耐熱性的作用 共晶反應類 Ag 15 5 Al 12 7 Zn 8 4 Li 5 7 Th 4 5 稀土元素 RE Y 12 5 Nd 3 6 La 1 9 Ce 0 85 Pr 0 5 混合RE 以Ce或La為主 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 共晶反應型元素是高強度鎂合金的主要合金元素 如Mg Al Zn和Mg Zn Zr系合金等 這類元素形成的Mg4Al3 Mg17Al12 MgZn2和Mg23Th6等在Mg中有明顯的溶解度變化 是Mg合金的主要強化相 有明顯的時效硬化效應 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 稀土元素也多屬共晶反應型元素 不僅共晶溫度比Mg Al和Mg Zn系高 Mg RE系的 固溶體和稀土化合物 Mg9Nd Mg9Ce等 的耐熱性也高 稀土元素增強了原子間的結合力 減小了鎂原子的擴散速度 有利于抗蠕變性能 故Mg RE Zr和Mg RE Mn系合金是耐熱Mg合金 可在150 250 工作 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 RE除了提高耐熱性外 還能降低液 固二態(tài)合金的氧化速度 改善鑄造和變形性能 Nd的綜合作用最佳 能同時提高室溫和高溫強化效應 Ce和混合RE次之 有改善耐熱性的作用 但常溫強化效果很弱 La的效果更差 兩方面都趕不上Nd和Ce 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化不連續(xù)沉淀 Mg Al和Mg Al Zn系合金緩冷試樣 空冷或油淬 在150 222 時效 先從晶界或缺陷部位發(fā)生不連續(xù)沉淀 不經GP區(qū)階段即直接析出片狀平衡相Mg4Al3 沿一定取向往晶粒內部生長 此時 沉淀區(qū)的基體濃度和晶格常數(shù)已達平衡狀態(tài) 未發(fā)生沉淀反應的晶粒內部 晶格常數(shù)和濃度保持不變 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 這種片層狀不連續(xù)反應結構又稱珠光體型沉淀 其組織中的Mg4Al3相彌散度低 片間距大 200nm 基體濃度低 無共格或半共格應力場 故強化效果低 當不連續(xù)沉淀向晶內發(fā)展到一定程度后 晶粒內部才能發(fā)生連續(xù)分解 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 連續(xù)沉淀 細小的片狀Mg4Al3相一邊析出和長大 固溶體濃度和晶格常數(shù)也發(fā)生連續(xù)變化 最終達到與時效溫度相適應的平衡狀態(tài) 這種沉淀的特點是基體濃度和晶格常數(shù)是連續(xù)變化的 與不連續(xù)沉淀相對應 故稱連續(xù)沉淀 由連續(xù)和不連續(xù)反應組織的組成 即兩類組織所占比例的大小 則由合金的濃度和熱處理制度來決定 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 Mg合金的沉淀過程較復雜Mg RE合金的沉淀過程 GP區(qū) Mg3Ndx Mg3Nd Mg12Nd Mg Th合金的沉淀過程 Mg3Th 1 六方 2 體心 Mg2Th Mg23Th6 GP區(qū)和 與母相完全共格 相部分共格 相是非共格的平衡相 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 六方沉淀相 Mg3Th Mg3Nd或Mg3X型化合物 具有DO19型晶體結構 與母相完全共格 這種過渡相與Al Cu合金的 相類似 經常在組元原子尺寸相差較大的合金中出現(xiàn) 相對Mg合金的強化貢獻較大 在許多時效溫度出現(xiàn)的峰值硬度 就與它的存在有關 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 DO19型結構的a軸相當于Mg的二倍 c軸相等 Mg原子組成的面是低能面 只有次近鄰原子鍵發(fā)生改變 這種結構特點表明Mg3X相在相當寬的溫度范圍內較穩(wěn)定 是提高抗蠕變性能的重要因素 Mg RE系合金工作溫度可達250 Mg Th系合金可達350 就是與DO19型結構Mg3Nd和Mg3Th有關 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 三 鎂合金的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結構變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點鈦合金的性能由Ti與合金元素間的物理化學反應特點來決定 即由形成的固溶體和化合物的特性及對 轉變的影響等來決定 這些影響與合金元素的原子尺寸 電化學性質 在周期表中的相對位置 晶格類型和電子濃度等有關 作為Ti合金與其它有色金屬如Al Cu Ni等比較 有其獨有的特點 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 利用Ti的 轉變 通過合金化和熱處理可以隨意得到 和 相組織 Ti是過渡族元素 有未填滿的d電子層 能同原子直徑差位于 20 以內的置換式元素形成高濃度的固溶體 Ti及其合金在遠遠低于熔點的溫度中能同O N H C等間隙式雜質發(fā)生反應 使性能發(fā)生強烈的改變 Ti同其它元素能形成金屬鍵 共價鍵和離子鍵固溶體和化合物 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 Ti合金合金化的主要目的 利用合金元素對 或 相的穩(wěn)定作用 來控制 和 相的組成和性能 各種合金元素的穩(wěn)定作用又與元素的電子濃度 價電子數(shù)與原子的比值 有密切關系 一般來說 電子濃度小于4的元素能穩(wěn)定 相 電子濃度大于4的元素能穩(wěn)定 相 電子濃度等于4的元素 既能穩(wěn)定 相 也能穩(wěn)定 相 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 工業(yè)用Ti合金的主要合金元素Ti合金中的合金元素Al Sn Zr V Mo Mn Fe Cr Cu和Si等 按其對轉變溫度的影響和在 或 相中的固溶度可以分為三大類 能提高相變點 在 相中大量溶解和擴大 相區(qū)的元素叫 穩(wěn)定元素 能降低相變溫度 在 相中大量溶解和擴大 相區(qū)的元素叫 穩(wěn)定元素 對轉變溫度影響小 在 和 相中均能大量溶解或完全互溶的元素叫中性元素 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 按合金元素與Ti的反應特點或二元狀態(tài)圖的類型 可以分成四大類 穩(wěn)定型狀態(tài)圖 Al Ga Sn和間隙式元素C N O等與Ti形成這種狀態(tài)圖 這些元素分別屬于 B B族 外層電子 S P 數(shù) 4 如Al為3S2P1 故為 穩(wěn)定元素 Sn的外層電子為5S2P2 4 對相變溫度影響小 故又屬于中性元素 全溶固溶體型狀態(tài)圖 B族的V Nb Ta和 B族的Mo 晶格與 Ti相同 外層電子數(shù) 各為d3s2和d4s2 4 是 穩(wěn)定元素 能降低相變溫度 縮小 相區(qū) 擴大 相區(qū) 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 圖1 44鈦與常見元素 E 間的四種典型二元狀態(tài)圖 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 Chapter1金屬材料的合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 共析型狀態(tài)圖 形成這種狀態(tài)圖的元素是Fe Mn Co Ni Cr Cu Si H等 在 和 相中都能溶解 但在 相中的溶解度比 大 并能降低相變溫度 形成共析反應 穩(wěn)定 相的能力比上述 同晶型元素還大 這類元素的d層電子數(shù) 5 有從Ti原子取得電子形成d10穩(wěn)定殼層的傾向 合金元素d層電子數(shù)愈多 這種傾向愈大 愈容易形成化合物和同相組成共析型狀態(tài)圖 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 按 相共析轉變的快慢或難易 共析型元素還可分成活性的和非活性的兩種 Cu Si H等非過渡族元素是活性 穩(wěn)定元素 共析分解速度快 一般冷卻條件下 在室溫得不到 相 但能賦予合金時效硬化能力 Fe Mn Cr等過渡族元素是非活性元素 共析轉變速度極慢 在通常的冷卻條件下 相來不及分解 在室溫只能得到 組織 1 4有色金屬材料的分類及合金化原理 四 鈦合金的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點 Chapter1金屬材料的合金化原理 全溶固溶體型狀態(tài)圖 與Ti同族 B 的Zr和Hf不僅外層電子結構完全相同 d2s2 而且有同素異晶轉變 和 相的晶格也完全相同 故