有色金屬和其合金性能分析返回總目錄

1、有色金屬和其合金性能分析 目錄.ppt 教學(xué)提示：通常將金屬分成兩大類，一類是鐵及其合金,稱為黑色金屬；另一類稱有色金屬，除鐵、鉻、錳之外的其他金屬均屬有色金屬。有色金屬及其合金的種類很多，顯然其產(chǎn)量和使用量不及黑色金屬多。但由于有色金屬具有許多優(yōu)良的特性，從而決定了有色金屬在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位：例如，鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，具有密度小，比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在飛機(jī)制造、汽車制造、船舶制造等工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛；而銀、銅、鋁等有色金屬，導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性優(yōu)良，是電氣工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料。再如，鎢、鉬、鉭、鈮及其合金是制造1300以上使用的高溫零件及電真空元件的理想材料。本章僅對鋁及其合

2、金、鎂及其合金、銅及其合金、鈦及其合金、軸承合金作一些簡要介紹。 教學(xué)要求：本章內(nèi)容學(xué)習(xí)應(yīng)該以金屬材料的結(jié)構(gòu)、性能為基礎(chǔ)，理解產(chǎn)生有色金屬性能特點(diǎn)的原因，熟悉鋁、銅、鎂、鈦及其合金的分類、牌號和用途。掌握鋁、銅及其合金的性能參數(shù)和熱處理方法。了解軸承合金的成分、組織特征以及應(yīng)用。達(dá)到以上要求才能在實(shí)際工作中正確地選擇和使用有色金屬材料及其合金。本章內(nèi)容9.1 鋁及鋁合金9.2 銅及其合金9.3 鎂及其合金9.4 鈦及鈦合金9.5 滑動軸承合金小 結(jié)本 章 習(xí) 題9.1 鋁及鋁合金 9.1.1 工業(yè)純鋁 鋁合金是僅次于鋼鐵用量的金屬材料。據(jù)調(diào)查，在鋁合金市場中，有23%用量消耗于建筑業(yè)和結(jié)構(gòu)業(yè)，

3、22%用于運(yùn)輸業(yè)，21%用于容器和包裝，而電氣工業(yè)占10%。在航空工業(yè)中，鋁合金的用量占著絕對優(yōu)勢。 鋁是元素周期表中排第三位的主族元素。純鋁是一種具有銀白色金屬光澤的金屬，具有如下獨(dú)特的性能和優(yōu)點(diǎn)： 密度小，僅為鐵的l/3左右，熔點(diǎn)低(660.4)。 具有面心立方晶格，塑性好(可達(dá)25%)，可采用鍛軋、擠壓等壓力加工方法制成各種管、板、棒、線等型材。 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能很好，僅次于銀和銅居第三位，約為純銅電導(dǎo)率的62%?？捎脕碇圃祀娋€、電纜等各種導(dǎo)電制品和各種散熱器等導(dǎo)熱元件。 在大氣和淡水中具有良好的耐蝕性。因?yàn)殇X的表面能生成一層極致密的氧化鋁膜，防止了氧與內(nèi)部金屬基體的相互作用。但鋁的氧化膜

4、在堿和鹽的溶液中抗蝕性低。此外，在熱的稀硝酸和硫酸中也極易溶解。 強(qiáng)度很低，抗拉強(qiáng)度僅為50 MPa，雖然可通過冷作硬化的方法強(qiáng)化，但仍不能直接用于制作結(jié)構(gòu)材料。 上述主要特性決定了工業(yè)純鋁的用途，適于制作電線、電纜以及要求具有導(dǎo)熱和抗大氣腐蝕性能而對強(qiáng)度要求不高的一些用品或器皿。 9.1.2 鋁的合金化及鋁合金的分類 純鋁的力學(xué)性能不高，不適宜作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)材料，為了提高鋁的力學(xué)性能，在純鋁中加入合金元素配制成鋁合金。鋁合金不僅保持純鋁的熔點(diǎn)低、密度小、導(dǎo)熱性良好、耐大氣腐蝕以及良好的塑性、韌性和低溫性能，且由于合金化，使鋁合金大都可以實(shí)現(xiàn)熱處理強(qiáng)化，某些鋁合金強(qiáng)度可達(dá)400MPa60

5、0MPa。鋁合金與鋼鐵的相對力學(xué)性能比較列于表9-1，由表可見鋁合金的相對比強(qiáng)度極限甚至超過了合金鋼，而其相對比剛度則大大超過鋼鐵材料。故質(zhì)量相同的零件采用鋁合金制造時，可以得到最大的剛度。 表9-1 鋁合金與鋼相對力學(xué)性能比較力學(xué)性能材料名稱低碳鋼低合金鋼高合金鋼鑄鐵鋁合金相對密度1.01.01.00.920.35相對比強(qiáng)度極限1.01.62.50.61.83.3相對比屈服極限1.01.74.20.72.94.3相對比剛度1.01.01.00.518.5 9.1 鋁及鋁合金 鋁在合金化時，常加入的合金元素有Cu、Mg、Zn、Si、Mn和RE(稀土元素)等，這些元素與鋁均能形成固態(tài)下有限互溶的

6、共晶型相圖，如圖所示。根據(jù)該相圖，鋁合金通常分為兩大類別，相圖上最大飽和溶解度D是這兩類合金的理論分界線。圖9.1 鋁合金相圖的一般類型9.1 鋁及鋁合金 (1) 凡成分位于D點(diǎn)以左的合金，由于在室溫或高溫下可獲得以鋁為基的固溶體單相區(qū)，因而具有良好的塑性，可承受各類壓力加工。對于需經(jīng)軋制或擠壓成形的板材、管材或棒材等，均可選用該成分范圍內(nèi)的合金，故稱之為形變鋁合金。 形變鋁合金又分為兩類，凡成分在F點(diǎn)以左的合金，其固溶體成分不隨溫度而變化，故不能進(jìn)行時效強(qiáng)化，稱之為不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。凡成分在FD之間的合金，其固溶體的成分將隨溫度的變化而變化，故可進(jìn)行時效強(qiáng)化，稱之為能熱處理強(qiáng)化的鋁合金

7、。 (2) 凡成分大于D點(diǎn)成分的合金，由于有共晶組織存在，其流動性較好，且高溫強(qiáng)度也較高，可以防止熱裂現(xiàn)象，故適合于鑄造，稱之為鑄造鋁合金。9.1 鋁及鋁合金9.1.3 鋁合金的熱處理 純鋁加入合金元素形成鋁基固溶體，有較大的極限固溶度，有一定的固溶強(qiáng)化效果。但隨著溫度的降低，固溶度急劇減小，強(qiáng)化效果有限。顯然，鋁合金也須通過熱處理進(jìn)一步提高強(qiáng)度。鋁合金的熱處理原理與鋼不同。鋼經(jīng)淬火后得到馬氏體組織，強(qiáng)度、硬度顯著提高，塑性下降。鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，加熱時晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，固溶處理后得到的是過飽和固溶體，強(qiáng)度、硬度并不高，塑性卻明顯增加。所以鋁合金經(jīng)高溫加熱急冷固溶處理后獲得過飽和固溶體的熱處

8、理操作，稱為固溶處理。經(jīng)固溶處理的鋁合金在室溫下停放或重新加熱到一定溫度后保溫，其強(qiáng)度、硬度明顯升高，塑性降低。因此，鋁合金的強(qiáng)化熱處理包括固溶處理和時效處理。時效時，過飽和固溶體分解，強(qiáng)度、硬度會明顯提高。固溶處理后的合金隨時間的延長而發(fā)生的強(qiáng)化現(xiàn)象，稱為時效強(qiáng)化。在室溫下進(jìn)行的時效，稱為自然時效；在加熱條件下進(jìn)行的時效，稱為人工時效。自然時效時，鋁合金放置4天，強(qiáng)化即可達(dá)到最大值。鋁合金的時效強(qiáng)化效果取決于固溶體的濃度和時效溫度及時效時間。一般來說固溶體的濃度越高時效效果越好。提高時效溫度可以顯著加快時效硬化速度，但顯著降低時效獲得的最高硬化值。時效溫度過高，時效時間過長，將使合金軟化，稱

9、為過時效。9.1 鋁及鋁合金 以Al-Cu合金系為例，由相圖(圖9.2)可見，銅在固溶體中的溶解度，在室溫時最大為wCu=0.5%，而加熱到548時，極限溶解度為wCu=5.7%?，F(xiàn)以研究較為透徹的wCu=4%合金為例，討論時效時合金的組織與性能的變化。該合金在室溫下的平衡組織為+CuAl2，加熱到BD線以上時，獲得單相固溶體，如快冷(固溶處理)，則可以獲得銅在鋁中的過飽和固溶體，其抗拉強(qiáng)度為250 MPa(未經(jīng)固溶處理時抗拉強(qiáng)度為200 MPa)。過飽和固溶體在室溫下擱置數(shù)天，強(qiáng)度和硬度顯著提高，強(qiáng)度可提高到400 MPa。圖表示wCu=4%合金在130下時效時，合金硬度隨時效保溫時間的變化

10、規(guī)律。研究表明，時效過程包括四個階段。圖9.2 Al-CuAl2相圖 圖9.3 wCu=4%Cu-Al合金在130下時效曲線9.1 鋁及鋁合金 第一階形段，形成銅原子富集區(qū)(GPI區(qū))：在過飽和固溶體中，溶質(zhì)原子(Cu)在局部區(qū)域形成了銅原子的富集區(qū)域，稱為(GPI區(qū))。GPI區(qū)呈薄片形狀，其厚度為，直徑約為，密度達(dá)1017/cm31018/cm3。其晶體結(jié)構(gòu)類型仍與基體相同，并與基體保持共格關(guān)系。所不同之處是GPI區(qū)中銅原子濃度較高，引起點(diǎn)陣的嚴(yán)重畸變，阻礙位錯運(yùn)動，因而合金的強(qiáng)度、硬度升高。 第二階段，銅原子富集區(qū)有序化(GPII區(qū))：在GPl區(qū)的基礎(chǔ)上銅原子進(jìn)一步偏聚，GP區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，

11、并使溶質(zhì)原子和溶劑原子呈規(guī)則排列，發(fā)生有序化。即形成有序的富銅區(qū)，稱為GPII區(qū)，常用表示。這種有序化的銅原子富集區(qū)直徑為，厚度可達(dá)。其晶體結(jié)構(gòu)為正方點(diǎn)陣，與基體仍保持共格關(guān)系，故畸變更加嚴(yán)重，并有很大的彈性應(yīng)變區(qū)，使位錯運(yùn)動受阻很大，從而使合金的強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步提高，時效強(qiáng)化的作用最大。 第三階段，形成過渡相：隨著時效過程的進(jìn)一步進(jìn)行，銅原子在GPII區(qū)繼續(xù)偏聚，當(dāng)銅與鋁原子之比為12時，形成過渡相，其化學(xué)成分和CuAl2相相近。相與基體保持局部共格關(guān)系，因此，相周圍基體的共格畸變減弱，位錯運(yùn)動的阻力也隨之減小，致使合金的強(qiáng)度、硬度有所下降。由此看來，共格畸變的存在，是造成合金時效強(qiáng)化的重要

12、因素。9.1 鋁及鋁合金 第四階段，穩(wěn)定的相的形成與長大：時效后期，相與母相的共格關(guān)系消失，與基體有明顯界面的獨(dú)立相相形成，其點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)亦是正方點(diǎn)陣，與基體的共格關(guān)系完全破壞，固溶體的畸變大大減小，硬度明顯下降，強(qiáng)化效果明顯減弱。由時效硬化曲線(見圖9.3)可以看出，合金在發(fā)生時效硬化之前有一段孕育期，即固溶處理后合金尚有一個階段處于較軟狀態(tài)，生產(chǎn)上常利用這個階段完成對零件的加工成型。而第三、四階段會導(dǎo)致合金強(qiáng)化效果下降，稱為過時效。以上討論表明，wCu=4%合金時效的基本過程可以概括為：過飽和固溶體形成銅原子富集區(qū)(GPI區(qū))銅原子富集區(qū)有序化(GPII區(qū)) 形成過渡相析出穩(wěn)定的相相(CuAl

13、2)+平衡的固溶體。9.1.4 形變鋁合金 形變鋁合金包括防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金及鍛造鋁合金等，其主要牌號的化學(xué)成分與力學(xué)性能見表9-2。表9-2 變形鋁合金的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途9.1 鋁及鋁合金類別合金牌號化學(xué)成分熱處理狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例b/MPa/%HB防銹鋁合金LF21Al-2.4Mn退火1302330儲液體用焊接件、管道、容器等LF2Al-1.3Mg-0.3Mn退火1802345油管、焊接油箱和管道配件LF3Al-3.5Mg-0.5Mn-0.7Si退火20015高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)(板、帶、棒)LF6Al-6.3Mg-0.7Mn-0.02Ti-0.003Be退火320

14、15焊絲、鉚釘及擠壓制品9.1 鋁及鋁合金類別合金牌號化學(xué)成分熱處理狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例b/MPa/%HB硬鋁合金LY1Al-2.6Cu-0.4-Mg淬火+自然時效3202470中等強(qiáng)度，工作溫度不超過100的鉚釘LY11Al-4.3Cu-0.6Mg-0.6Mn淬火+自然時效38019100中等強(qiáng)度的零件和構(gòu)件，如骨架、螺旋槳葉片、鉚釘?shù)萀Y12Al-4.4Cu-0.5Mg-0.6Mn淬火+自然時效48017131高強(qiáng)度構(gòu)件及在150以下工作的零件、鉚釘?shù)瘸蹭X合金LC4Al-6Zn-2.3Mg-1.7Cu-0.4Mn-0.18Cr淬火+人工時效60012150受力構(gòu)件及高載荷零件LC6Al-

15、7.1Zn-2.8Mg-2.5Cu-0.4Mn-0.2Cr淬火+人工時效6807190受力構(gòu)件及高載荷零件，如飛機(jī)大梁、起落架等9.1 鋁及鋁合金鍛鋁合金LD2Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si淬火+人工時效3301695中等載荷零件，形狀復(fù)雜的鍛件LD7Al-2.2Cu-1.6Mg-1.3Fe-1.3Ni-0.06Ti淬火+人工時效44013120內(nèi)燃機(jī)活塞及在高溫下工作的零件LD5Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si淬火+人工時效42013105中等載荷的航空零件，如葉輪、接頭LD10Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si淬火+人工時效

16、48019135高載荷鍛件及模鍛件注：表中元素前面數(shù)值表示各元素的含量。9.1 鋁及鋁合金 1. 防銹鋁合金 防銹鋁合金包括鋁-鎂系和鋁-錳系，編號采用“鋁”和“防”二字漢語拼音第一個大寫字母“LF”加順序號表示，如LF5、LF21。這類鋁合金的主要特性是具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，因此而得名。此外，還具有良好塑性和焊接性，適合于壓力加工和焊接。這類合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，即時效強(qiáng)化，因而力學(xué)性能比較低。為了提高其強(qiáng)度、可用冷加工方法使其強(qiáng)化。而防銹鋁合金由于切削加工工藝性差，一般適用于制造焊接管道、容器、鉚釘以及其他冷變形零件。 2. 硬鋁合金 AI-Cu-Mg系合金是使用最早、用途最廣，具有代表

17、性的一種鋁合金。由于該合金具有強(qiáng)度和硬度高，故稱之為硬鋁，又稱杜拉鋁。硬鋁的編號采用“鋁”、“硬”二字漢語拼音第一個大寫字母“LY”加順序號來表示，如LYl2、LYl5等。各種硬鋁合金的含銅量相當(dāng)于圖所示相圖的DF范圍內(nèi)，屬于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，其強(qiáng)化方式為自然時效。合金中加入銅和鎂是為了形成強(qiáng)化相(CuAl2)和S(CuMgAl2)，含有少量的錳是為了提高抗蝕性能，而對時效強(qiáng)化不起作用。9.1 鋁及鋁合金 硬鋁具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和硬度，經(jīng)自然時效后強(qiáng)度達(dá)到380 MPa490 MPa(原始強(qiáng)度為290 MPa300 MPa)，提高25%30%，硬度也明顯提高(由70HB85HB提高到l20H

18、B)。與此同時仍能保持足夠的塑性。常用的硬鋁合金有以下幾類。 鉚釘硬鋁(如LYl、LYl0等)：合金中含銅量較低，固溶處理后冷態(tài)下塑性較好。時效強(qiáng)化速度慢。故可利用孕育期進(jìn)行鉚接，然后以自然時效提高強(qiáng)度。主要用作鉚釘。 標(biāo)準(zhǔn)硬鋁(如LY11)：含有中等數(shù)量的合金元素，通過淬火與自然時效可獲得好的強(qiáng)化效果。常利用退火后良好的塑性進(jìn)行冷沖、冷彎、軋壓等工藝，以制成鍛材、軋襯或沖壓件等半成品。標(biāo)準(zhǔn)硬鋁還用作大型鉚釘、螺旋槳葉片等重要構(gòu)件。 高強(qiáng)度硬鋁(如LYl2，LY6)：是合金元素含量較高的一類硬鋁。在這類合金中，鎂的含量較LY1l高(約1.5%)，故強(qiáng)化相含量高，因而具有更高的強(qiáng)度和硬度，自然時

19、效后可達(dá)500 MPa。但承受塑性加工能力較低，可以制作航空模鍛件和重要的銷軸等。硬鋁合金有兩個重要特性在使用或加工時必須注意。 抗蝕性差：特別在海水中尤甚。因此需要防護(hù)的硬鋁部件，其外部都包一層高純度鋁，制成包鋁硬鋁材，但是包鋁的硬鋁熱處理后強(qiáng)度較未包鋁的為低。9.1 鋁及鋁合金 固溶處理溫度范圍很窄：LY11為505510，LY12為495503，低于此溫度范圍固溶處理，固溶體的過飽和度不足，不能發(fā)揮最大的時效效果；超過此溫度范圍，則容易產(chǎn)生晶界熔化。 3. 超硬鋁合金 A1-Zn-Mg-Cu系合金是變形鋁合金中強(qiáng)度最高的一類鋁合金。因其強(qiáng)度高達(dá)588MPa686MPa，超過硬鋁合金，故此

20、而得名。LC4、LC6等屬于這類合金。由于鋁合金中加入鋅，除時效強(qiáng)化相和S相外，尚有強(qiáng)化效果很大的MgZn2(相)及(A12Mg2Zn3(T相)。 經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓倘芴幚砗?20左右的人工時效之后，超硬鋁的抗拉強(qiáng)度可達(dá)600MPa，為12%。這類鋁合金的缺點(diǎn)也是抗蝕性差，一般也需包覆一層純鋁。其優(yōu)點(diǎn)是有良好的焊接性能。該類超硬鋁合金可用作受力較大，又要求結(jié)構(gòu)較輕的零件，如飛機(jī)的大梁與起落架等。 4. 鍛造鋁合金 鍛造鋁合金包括A1-Si-Mg-Cu合金和A1-Cu-Ni-Fe合金，常用的鍛造鋁合金有LD2、LD5、LDl0等。它們含合金元素種類多，但含量少。鍛造鋁合金通常采用固溶處理和人工時效的方

21、法強(qiáng)化。它們的熱塑性優(yōu)良，故鍛造性能甚佳，且力學(xué)性能也較好。這類合金主要用于承受載荷的模鍛件以及一些形狀復(fù)雜的鍛件。9.1 鋁及鋁合金9.1.5 鑄造鋁合金 很多重要的零件是用鑄造的方法生產(chǎn)的，一方面因?yàn)檫@些零件形狀復(fù)雜，用其他方法(如鍛造)不易制造；另一方面由于零件體積龐大，用其他方法生產(chǎn)也不經(jīng)濟(jì)。 常用鑄造鋁合金有A1-Si系、A1-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四大類，其牌號用ZL和后面加三位數(shù)字表示。常用鑄造鋁合金的牌號、成分及性能見表9-3。對于鑄造鋁合金，除了要求必要的力學(xué)性能和耐蝕性外，還應(yīng)具有良好的鑄造性能。在鑄造鋁合金中，鑄造性能和力學(xué)性能配合最佳的是A1-Si合金，又稱

22、硅鋁明。 1. Al-Si鑄造合金 簡單的Al-Si鑄造合金，牌號為ZL102，含wSi=l0%13%。如圖所示Al-Si相圖中可知，該成分正是共晶成分，因而具有良好的鑄造性能(熔點(diǎn)低、流動性好，收縮小)。9.1 鋁及鋁合金圖9.4 Al-Si相圖9.1 鋁及鋁合金 ZL102鑄造后的組織為粗大的針狀硅與鋁基固溶體組成的共晶體，加上少量的板塊狀初晶硅。由于組織中粗大的針狀共晶硅的存在，合金的力學(xué)性能不高，b不超過140 MPa。伸長率3%。為此，通過細(xì)化組織，以提高強(qiáng)度和塑性。通常采用變質(zhì)處理，即澆注前在合金熔液中加入2%3%的變質(zhì)劑(鈉鹽混合物)，可使共晶組織細(xì)化。且變質(zhì)處理后的組織是由初生

23、固溶體與均勻細(xì)小的(+Si)共晶體所組成的亞共晶組織。因而變質(zhì)處理后的ZL102合金的抗拉強(qiáng)度b達(dá)180 MPa，伸長率可達(dá)8%。 簡單硅鋁明的鑄造性能、焊接性能均較好，抗蝕性及耐熱性尚可。盡管經(jīng)變質(zhì)處理后可以提高力學(xué)性能，但由于硅在鋁中的固溶度變化不大，且硅在鋁中的擴(kuò)散速度很快，極易從固溶體中析出，并聚集長大，時效處理時不能起強(qiáng)化作用。故簡單硅鋁明強(qiáng)度不高，僅用于制造形狀復(fù)雜且受力不大的鑄件或薄壁零件，如壓鑄成形的儀表殼體、抽水機(jī)殼體等。9.1 鋁及鋁合金 為了提高二元鋁硅合金的力學(xué)性能，常加入Cu、Mg等合金元素，形成時效強(qiáng)化相。并通過熱處理強(qiáng)化，進(jìn)一步提高力學(xué)性能。表9-3所示的ZL10

24、4、ZLl05、ZLl10等合金，在時效后均可獲得較高的力學(xué)性能，可用作高載荷的發(fā)動機(jī)零件以及較高溫度下工作的鑄件。在ZL109中，由于鎂、銅同時加入，出現(xiàn)三種強(qiáng)化相(CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg)，合金時效強(qiáng)化效果很好，并且還使合金的高溫強(qiáng)度有所提高，常用作發(fā)動機(jī)的活塞，有活塞合金之稱。用這類合金制作活塞,不僅結(jié)構(gòu)輕便，鑄造性能好，且又耐磨、耐蝕、耐熱，膨脹系數(shù)又小，目前在汽車、拖拉機(jī)及各種內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)上應(yīng)用甚廣。 如前所述，鑄造鋁合金除A1-Si系之外，還有A1-Cu、A1-Mg、A1-Zn等系列, 但由于所含共晶組織的相對量較少，鑄造性能較差，但卻各具不同的特點(diǎn)。A1-Cu合

25、金的典型牌號為ZL20l。由于銅和錳的加入，所形成固溶體的溶解度變化較大，經(jīng)時效后，可成為鑄鋁中強(qiáng)度最高的一類，在300以下能保持較高的強(qiáng)度。A1-Mg系合金的典型牌號為ZL30l。這類合金具有優(yōu)良的耐蝕性，又因鎂的加入，密度特別小，但鑄件中疏松現(xiàn)象嚴(yán)重，常用作在海水中承載的鋁合金鑄件。還因其切削加工后具有高的光潔度，適宜作承受中等載荷的光學(xué)儀器零件。9.1 鋁及鋁合金表9-3 鑄造鋁合金的牌號、成分、力學(xué)性能和用途牌號主要成分/%狀態(tài)力學(xué)性能應(yīng)用舉例SiCuMgMn其他/MPa/%HBZL1016.08.00.20.4T5T6210230216070形狀復(fù)雜的中等負(fù)荷零件ZL10210.01

26、3.0T2T2140150435050形狀復(fù)雜的低負(fù)荷零件200以下工作的高氣密性零件ZL1048.0 10.50.170.30.20.5T6T6240230227070200以下工作的汽缸體、機(jī)體等ZL1054.55.51.01.50.350.6T5T520024010.57070225以下工作的風(fēng)冷發(fā)動機(jī)的汽缸頭、油泵殼體等9.1 鋁及鋁合金ZL1067.08.51.02.00.20.60.20.6T6250190在較高溫度下工作的零件ZL10911.013.00.51.50.81.5Ni0.51.5T1T62002500.590100在較高溫度下工作的零件如活塞等ZL1104.06.05

27、.08.00.20.5T115080在較高溫度下工作的零件如活塞等ZL2014.55.30.61.0Ti0.150.35T4T5300340847090175300以下工作的零件ZL2034.05.0T5220370中等負(fù)荷形狀簡單的零件ZL3019.511.5T4280960能承受較大振動載荷的零件ZL3020.81.34.55.50.10.4150155耐腐蝕的低載荷零件注：T1人工時效；T2退火；T4固溶處理；T5固溶處理+部分人工時效；T6固溶處理+完全人工時效。 9.1 鋁及鋁合金9.2 銅及其合金9.2.1 純銅 銅及其合金在電氣工業(yè)、儀表工業(yè)、造船工業(yè)及機(jī)械制造工業(yè)部門中獲得了廣

28、泛應(yīng)用。但銅的儲量較小，價格昂貴，屬于應(yīng)該節(jié)約使用的材料。銅及其合金中，有80%是以加工成各種形狀供應(yīng)的，而且50%以上的銅及其合金制品是作為導(dǎo)電材料使用的。 純銅外觀呈紫紅色，故又稱紫銅，是人類最早使用的金屬之一。銅的密度為103kg/m3，熔點(diǎn)為1083。純銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良，僅次于銀而居第二位，在電氣工業(yè)及動力機(jī)械工業(yè)中獲得廣泛的應(yīng)用。銅具有抗磁性，因而用于制造抗磁性干擾的儀器、儀表零件，如羅盤、航空儀器和瞄準(zhǔn)器等零件。純銅具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，具有良好的塑性，可以進(jìn)行冷、熱加工。 純銅在大氣、淡水或非氧化性酸液中，具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，但在海水中抗蝕性較差，在氧化性酸、鹽

29、中極易被腐蝕。 純銅的強(qiáng)度極低，退火態(tài)b為250 MPa270 MPa，為35%45%。經(jīng)強(qiáng)烈冷加工后，b為392 MPa441 MPa，下降為1%3%。 工業(yè)純銅按氧的含量和生產(chǎn)方法的不同可分為如下三種。 1) 韌銅 含氧量為0.02%0.1%的純銅，用符號“T”加數(shù)字表示，常有T1、T2、T3、T4等，其中順序號越大，純度越低。Tl、T2主要用作導(dǎo)電材料和熔制高純度銅合金，T4用作一般銅材。 2) 無氧銅 這種銅是在碳和還原性氣體保護(hù)下進(jìn)行熔煉和鑄造的，含氧量極低，不大于0.003%。牌號有TUl、TU2，“U”表示無氧，1號和2號無氧銅主要用于電真空器件。 3) 脫氧銅 用磷或錳脫氧的銅

30、，分別稱為磷脫氧銅或錳脫氧銅，用符號TUP或TUMn表示，前者主要用于焊接結(jié)構(gòu)方面，后者主要用于真空器件方面。用真空去氧得到的無氧銅，稱真空銅(TK)。9.2 銅及其合金9.2.2 銅的合金化 純銅強(qiáng)度不高，用加工硬化方法雖可提高銅的強(qiáng)度，但塑性大大下降。因此常用合金化來獲得強(qiáng)度較高的銅合金，作為結(jié)構(gòu)材料。加入合金元素使銅的強(qiáng)度提高，主要通過以下方式。 固溶強(qiáng)化：最常用的固溶強(qiáng)化元素為Zn、Si、Al、Ni等，形成置換固溶體。 熱處理強(qiáng)化：Be、Si等元素在銅中的溶解度隨溫度的降低而減小。因而，合金元素加入銅中后，可使合金具有時效強(qiáng)化的性能。 過剩相強(qiáng)化：當(dāng)合金元素超過最大溶解度后，便會出現(xiàn)過

31、剩相。過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。數(shù)量少時，可使強(qiáng)度提高，塑性降低；數(shù)量多時，會使強(qiáng)度和塑性同時降低。9.2 銅及其合金 9.2.3 黃銅 以鋅作為主要合金元素的銅合金稱為黃銅(Cu-Zn合金)。黃銅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，易于加工成形，并對大氣有相當(dāng)好的耐蝕性，且色澤美觀，因而在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。 1. 黃銅的性能與成分之間的關(guān)系 由Cu-Zn相圖(見圖9.5)可知，鋅在銅中的溶解度很大(在室溫下可達(dá)39%)，固溶強(qiáng)化效果好，鋅在銅中的溶解度隨溫度的降低而增大。 相是鋅在銅中的固溶體，具有面心立方晶格，因而具有良好的塑性。隨著含鋅量的進(jìn)一步增加，出現(xiàn)具有體心立方晶格的 相。9.2 銅及其合金

32、相是有序固溶體，在室溫下塑性差，不適宜冷加工變形；但加熱到高溫時，發(fā)生無序轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序固溶體 相， 相具有良好的塑性，適宜進(jìn)行熱加工。圖9.5 銅-鋅合金相圖9.2 銅及其合金 當(dāng)含鋅量達(dá)到50%時，合金中將出現(xiàn)另一種脆性更大的電子化合物相。含有這種相的合金在工業(yè)上已不能使用。 含鋅量對黃銅性能的影響如圖所示，結(jié)合Cu-Zn相圖的分析可知，由于鋅的溶入，能起到固溶強(qiáng)化的作用，使合金的強(qiáng)度不斷提高，塑性也有所改善。當(dāng)含鋅量為30%時，強(qiáng)度和塑性達(dá)到最優(yōu)化；進(jìn)一步增加鋅，由于相的出現(xiàn)，合金塑性開始下降，而合金的b卻繼續(xù)升高，當(dāng)含鋅量增加到45%時，強(qiáng)度達(dá)到最大值，而塑性急劇下降；當(dāng)含鋅量達(dá)到4

33、7%時，全部為相，強(qiáng)度和塑性均很低，已無實(shí)用價值。因此工業(yè)上使用的黃銅實(shí)際含鋅量大多不超過47%，這樣工業(yè)黃銅的組織只可能是單相或兩相(+)，分別稱之為黃銅(或單相黃銅)及(+)黃銅(或兩相黃銅)。 由Cu-Zn合金相圖中可見，其固、液相線間距較小，故黃銅鑄造時流動性較好，偏析小，鑄件的致密度高，鑄造性能良好。 Cu-Zn合金在高溫下為單相組織，故在生產(chǎn)中多以鍛、軋態(tài)使用，并以形變作為強(qiáng)化手段。 2. 黃銅的牌號、分類及用途 黃銅牌號是以字母H為首(H為“黃”的漢語拼音第一個大寫字母)，其后注明含銅量的百分?jǐn)?shù)。常用黃銅的分類、牌號、成分、性能和用途見表9-4。9.2 銅及其合金 圖9.6 黃銅

34、的力學(xué)性能與含鋅量的關(guān)系 (1) 單相黃銅(黃銅)。塑性好，可以進(jìn)行冷、熱加工成形，適用于制造冷軋板材、冷拉線材以及形狀復(fù)雜的深沖壓零件。其中H70、H68稱為三七黃銅，常用作彈殼，故又稱為彈殼黃銅。 (2) 兩相黃銅。其組織為(+)兩相混合物，強(qiáng)度較單相黃銅高，但在室溫下塑性較差，故只宜進(jìn)行熱軋或熱沖壓成形。常用的有H62、H59等，可用作散熱器、機(jī)械、電器用零件。9.2 銅及其合金表9-4 常用黃銅的分類、牌號、成分、性能和用途類 別牌 號化學(xué)成分/%力 學(xué) 性 能應(yīng) 用 舉 例Cu其他b/MPa/%HB普通黃銅H807981Zn27050145色澤美觀、有金色黃銅之稱，用于鍍層及裝飾品H

35、706972Zn6603150多用于制造彈殼，有彈殼黃銅之稱H6260.563.5Zn5003164價格較低，多用于散熱器、墊片、各種金屬網(wǎng)和螺釘?shù)忍厥恻S銅鉛黃銅HPb5915760Pb0.80.9其余為Zn65016140切削加工性能良好，故又稱切削黃銅鋁黃銅HAl59325760Al2.53.5Ni2.03.0其余為Zn65015150用于制作在常溫下要求抗蝕性較高的零件錳黃銅HMn5825760Mn1.02.0其余為Zn70010160海輪制造業(yè)和弱電工業(yè)用的零件9.2 銅及其合金類 別牌 號化學(xué)成分/%力 學(xué) 性 能應(yīng) 用 舉 例Cu其他b/MPa/%HB鑄造硅黃銅ZHSi803379

36、81Pb2.04.0Si2.54.5其余為Zn(J)3502090減磨性好，用做軸承襯套(S)30015100鑄造鋁黃銅ZHAl672.56668Al2.03.0其余為Zn(S)3001280用于制作在常溫下要求抗蝕性較高的零件(J)4001590 注：表中S表示砂型鑄造；J表示金屬型鑄造。9.2 銅及其合金 黃銅的抗蝕能力與純銅相近，在大氣和淡水中是穩(wěn)定的, 在海水中抗蝕性稍差。黃銅最常見的腐蝕形式是“脫鋅”和“季裂”。所謂“脫鋅”是指黃銅在酸性或鹽類溶液中，鋅優(yōu)先溶解而受到腐蝕，使工件表面殘存一層多孔(海綿狀)的純銅，因而合金遭到破壞；而“季裂”是指黃銅零件因內(nèi)部存在殘余應(yīng)力，在潮濕大氣中

37、，特別是含氨鹽的大氣中受到腐蝕而產(chǎn)生破裂的現(xiàn)象。為此，一般要去除零件內(nèi)應(yīng)力，或者在黃銅的基礎(chǔ)上加入合金元素，以提高某些特殊的性能。 (3) 特殊黃銅。在二元黃銅的基礎(chǔ)上添加鋁、硅、錫、錳、鉛、鎳等元素，便構(gòu)成了特殊黃銅。 錫黃銅HSn621：錫主要用于提高耐蝕性。錫黃銅主要用于船舶零件，有“海軍黃銅”之稱。 鉛黃銅HPb743：鉛在黃銅中溶解度很低，只有0.1%，基本呈獨(dú)立相存在于組織中，因而可以提高耐磨性和切削加工性。9.2 銅及其合金9.2.4 青銅 三千多年以前，我國就發(fā)明并生產(chǎn)了錫青銅(Cu-Sn合金)，并用此制造鐘、鼎、武器和銅鏡。春秋晚期，人們就掌握了用青銅制作雙金屬劍的技術(shù)。以韌

38、性好的低錫黃銅作中脊合金，硬度很高的高錫青銅制作兩刃。制成的劍兩刃鋒利，不易折斷，克服了利劍易斷的缺點(diǎn)。西漢時鑄造的“透光鏡”，不但花紋精細(xì)，更巧妙的是，在日光照耀下，鏡面的反射光照在墻壁上，能把鏡背的花紋、圖案、文字清晰地顯現(xiàn)出來，在國際冶金界被譽(yù)為“魔鏡”；隨縣出土的曾侯乙墓的大型編鐘是一套音域很廣，可以旋宮轉(zhuǎn)調(diào)、演奏多種古今樂曲，聲伴準(zhǔn)確、音色優(yōu)美的大型古代樂器，就是采用錫青銅制造的。 20世紀(jì)又研制生產(chǎn)了鋁青銅和硅青銅等。隨后，人們便把除鎳和鋅以外的其他合金元素為主要添加劑的銅合金統(tǒng)稱為青銅，并分別命名為錫青銅、鋁青銅、鈹青銅等。 青銅的編號用“青”字的漢語拼音第一個大寫字母“Q”，后

39、面加上主添加元素的化學(xué)符號，再加主添加元素的含量和輔助元素的含量來表示。對鑄造青銅，則在前面加上“Z”表示。如QSn43，表示含wSn=4%、wZn=3%的錫青銅；QBe2，表示含wBe=2%的鈹青銅。9.2 銅及其合金 1. 錫青銅(Cu-Sn合金) (1) 力學(xué)性能：錫能溶入銅中，形成的固溶體，具有優(yōu)良的塑性，適宜冷、熱加工成形。由于錫在銅中不易擴(kuò)散，在實(shí)際鑄造生產(chǎn)條件下即非平衡條件不易獲得平衡組織，含錫量小于6%時，合金呈單相固溶體；含錫量超過6%時，就可能出現(xiàn)(+)共析體，其中是一個硬脆相。 含錫量小于6%時，錫青銅的強(qiáng)度、硬度隨含錫量的增加而顯著地提高，塑性變化不大，適宜進(jìn)行冷、熱壓

40、力加工，常以線、板、帶材供應(yīng)。 含錫量大于6%的錫青銅，因組織中出現(xiàn)硬脆相，塑性急劇降低，已不宜承受壓力加工，只能用作鑄造合金。當(dāng)含錫量超過20%時，不僅塑性極低，且強(qiáng)度急劇降低，工業(yè)上無實(shí)用價值，以前只用來鑄鐘，有“鐘青銅”之稱(wSn=17%25%)。工業(yè)用錫青銅的含錫量一般在3%14%范圍內(nèi)。 (2) 耐磨性能。由于錫青銅組織中共析體(+)仍均勻分布在塑性好的固溶體中，從而構(gòu)成了堅硬相質(zhì)點(diǎn)均勻分布在塑性好的基體上的耐磨組織。因而，錫青銅是很好的耐磨材料，被廣泛用來制造齒輪、軸承、蝸輪等耐磨零件。 (3) 耐蝕性能。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中的抗蝕性比黃銅高。廣泛用于蒸汽鍋爐、海船的

41、鑄件。但錫青銅在亞硫酸鈉、氨水和酸性礦泉水中極易被腐蝕。9.2 銅及其合金 (4) 鑄造性能。錫青銅的鑄造性能并不理想，因?yàn)樗慕Y(jié)晶溫度區(qū)間大，流動性差，易產(chǎn)生偏析和形成分散縮孔。但鑄造收縮率很小，是有色金屬中鑄造收縮率最小的合金。可用來生產(chǎn)形狀復(fù)雜、氣密性要求不太高的鑄件。在錫青銅中，還常加入其他合金元素以改善鑄造、切削、耐磨等性能。常用錫青銅的牌號、成分、性能和應(yīng)用見表9-5。 表9-5 常用青銅的牌號、成分、性能和應(yīng)用類 別牌 號Cu以外的成分/%狀態(tài)力學(xué)性能應(yīng) 用 舉 例b/MPa/%HB錫青銅鑄造青銅ZQSn101Sn 911P 0.81.2S200300380100軸承、齒輪等J2

42、5035071090120ZQSn663Sn57Zn57Pb14S150250860軸承、齒輪等J180250106570壓力加工青銅QSn444Sn35Zn35Pb3.54.5軟3104662航空儀表材料硬55065024160180QSn0.50.1Sn67Pb0.10.25軟35045060707090耐磨材料、彈簧等硬7008008101602009.2 銅及其合金無錫青銅鋁青銅QAl94Al89Fe24軟50060040110有重要用途的齒輪、軸套等硬80010005160200鈹青銅QBe2Be1.92.2軟50035100有重要用途的彈簧、齒輪等硬125024330注：表中S表示

43、砂型鑄造；J表示金屬型鑄造；軟表示800C退火狀態(tài)；硬表示變形度50%的性能。 2. 鈹青銅(Cu-Be合金) 銅-鈹合金稱為鈹青銅。工業(yè)用鈹青銅的含鈹量一般在1.7%2.5%之間，由于鈹溶入銅中形成固溶體，其溶解度隨溫度的下降而急劇下降，室溫時其溶解度僅為0.16% Be。因此鈹青銅是典型的時效硬化型合金。其時效硬化效果顯著，經(jīng)淬火時效后，抗拉強(qiáng)度可由固溶處理狀態(tài)450MPa提高到1250MPa1450MPa，硬度可達(dá)350HB400HB，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他所有銅合金，甚至可以和高強(qiáng)度鋼相媲美。9.2 銅及其合金 鈹青銅具有高的彈性極限、屈服極限和高的疲勞極限，其耐磨性、抗蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和焊

44、接性均非常好。此外還具有無磁性、受沖擊時不產(chǎn)生火花等特點(diǎn)。 鈹青銅主要用于制造各種重要用途的彈簧、彈性元件、鐘表齒輪和航海羅盤儀器中的零件、防爆工具和電焊機(jī)電極等。鈹青銅主要缺點(diǎn)是價格太貴，生產(chǎn)過程中有毒，故應(yīng)用受到很大的限制。一般鈹青銅是在壓力加工之后固溶處理態(tài)供應(yīng)，機(jī)械制造廠使用時可不再進(jìn)行固溶處理而僅進(jìn)行時效即可。9.2 銅及其合金9.2.5 白銅 以銅為基的Cu-Ni合金和Cu-Ni-Zn合金，稱為白銅。 銅和鎳都具有面心立方晶格，其電化學(xué)性質(zhì)和原子半徑也相差不大，故銅與鎳可無限互溶。所以各種銅-鎳合金均為單相組織。因此，這類合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，主要通過固溶強(qiáng)化和加工硬化來提高力學(xué)

45、性能。工業(yè)用銅-鎳合金，根據(jù)其性能特點(diǎn)和用途不同分為耐蝕用白銅和電工用白銅兩類。 銅-鎳二元合金，稱為簡單白銅或普通白銅，牌號用“B”(“白”字漢語拼音第一個大寫字母)加含鎳量表示。如B5表示含鎳量為5%。簡單白銅，具有高的抗腐蝕疲勞性，也具有高的抗海水沖蝕性和抗有機(jī)酸的腐蝕性。另外，還具有優(yōu)良的冷、熱加工性能。常用的簡單白銅有B5、B19和B30等牌號，廣泛用于制造在蒸汽、海水和淡水中工作的精密儀器、儀表零件和冷凝器、蒸餾器及熱交換器管等。9.2 銅及其合金 在銅-鎳二元合金的基礎(chǔ)上加入其他合金元素的銅基合金，稱為特殊白銅。牌號用“B”加特殊合金元素的化學(xué)符號，符號后的數(shù)字分別表示鎳和特殊合

46、金元素的百分含量。如BMn3l2表示含wNi=3%和wMn=12%的錳白銅。 鋅白銅：鋅在銅鎳合金中起固溶強(qiáng)化作用，還能提高耐蝕性。其中BZn1520應(yīng)用最廣，有相當(dāng)好的耐蝕性和力學(xué)性能。另外，成本較低。呈美麗的銀白色。 錳白銅：組織為單相固溶體、塑性高，容易進(jìn)行冷、熱壓力加工。錳白銅具有高的電阻和低的電阻溫度系數(shù)。 錳白銅，又稱康銅，具有電阻高和電阻溫度系數(shù)小的特點(diǎn)，是制造精密儀器的優(yōu)良材料。 錳白銅，又稱考銅，與康銅一樣，具有電阻高和電阻溫度系數(shù)小的特點(diǎn)?？笺~適于用作溫度高的變阻器、熱電偶(與鐵或鎳鉻合金配對)和補(bǔ)償導(dǎo)線。9.2 銅及其合金9.2.6 選擇銅合金的原則 銅及其合金的性能特點(diǎn)

47、是：高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、無磁性，中等強(qiáng)度、塑性優(yōu)良，較好的工藝性等，這些都是選用合金的依據(jù)。 1. 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性 純銅具有極高的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性，是用作導(dǎo)體及散熱器的極好材料。同時，由于銅的塑性高，易于做成細(xì)的導(dǎo)線及薄的板材。 銅合金的導(dǎo)電能力遠(yuǎn)低于純銅，若將純銅的導(dǎo)電能力作為l00%，黃銅的導(dǎo)電能力僅為純銅的30%。錫青銅的導(dǎo)電性更低，僅為l0%，鋁青銅的導(dǎo)電能力尚可，仍不超過35%。顯然，這些合金雖可做導(dǎo)電零件，但作為導(dǎo)電線是不合適的。9.2 銅及其合金 2. 力學(xué)性能 提高銅合金強(qiáng)度的途徑有合金化、冷加工及熱處理。熱處理雖然可以改善某些銅合金(鈹青銅)的性能，但對大多數(shù)銅合金來說，尤為

48、重要的是合金化和冷加工。與其他合金不同，當(dāng)銅中加入某些合金元素時，不僅其強(qiáng)度明顯提高，而塑性也同時提高。以伸長率為例：純銅的為35%45%，黃銅(H70)的為50%，錫青銅(QSn6.50.1)為60%，而鋁青銅(QAl5)的更高，可達(dá)60%以上。 沖壓加工后的銅合金，經(jīng)過適當(dāng)?shù)南龖?yīng)力退火,可以在保持較高強(qiáng)度的情況下，改善塑性，尤其可以獲得較高的彈性極限，這對于用作彈性元件是極為重要的。 銅合金的疲勞強(qiáng)度較高，特別是鈹青銅、磷錫青銅和白銅。由于這些合金具有高的疲勞強(qiáng)度，適合制造儀表、彈簧。 3. 工藝性 沖壓性：銅合金一般具有極高的塑性，適于沖壓成形。例如三七黃銅就具有優(yōu)良的冷沖壓性，但變形

49、量大時，要進(jìn)行中間退火。 鑄造性：黃銅結(jié)晶溫度區(qū)間很小，其熔點(diǎn)隨含鋅量的增加而降低。因此，黃銅的流動性好，形成疏松的傾向?。蝗埸c(diǎn)低，熔煉方便。9.2 銅及其合金 切削加工性：銅合金的切削加工性較好，切削后表面粗糙度高。其中以含鉛合金的切削性為最好(如易削黃銅)；其次是具有兩相組織的銅合金(如錫青銅及高錫青銅)。對于大量切削成形的零件，采用易削黃銅是十分合適的。 除此以外，銅合金能抵抗大氣及海水的腐蝕(尤其是錫青銅)，且色澤美麗，需鍍鉻或鍍鎳時，也不用墊層。 在銅合金中，由于黃銅具有強(qiáng)度高、價格低和鑄造性能良好等特點(diǎn)，因而較錫青銅、鋁青銅的品種更多，產(chǎn)量更大，應(yīng)用更廣，但黃銅的耐磨性和耐腐蝕性不

50、及青銅。 最后必須強(qiáng)調(diào)指出，雖然銅合金具有一系列的優(yōu)越性，但由于銅的蘊(yùn)藏量有限，銅合金材料是特別需要節(jié)約使用的材料之一。在儀表制造中，一切結(jié)構(gòu)零件趨于以鋁代銅。僅在無法代用的情況下才使用銅合金。 4. 儀表彈簧的選材 疲勞強(qiáng)度、抗蝕能力、抗磁性、彈性極限、導(dǎo)電性及價格高低，是選用銅合金作為儀表彈簧材料時必須考慮的因素。9.2 銅及其合金 三七黃銅：抗疲勞性較高，導(dǎo)電能力為純銅的30%，彈性極限一般，價格較低。 磷錫青銅：抗疲勞性高于黃銅，導(dǎo)電能力為純銅的15%，彈性極限高于三七黃銅,價格高于黃銅。 白銅：抗疲勞性介于黃銅和磷錫青銅之間，導(dǎo)電能力為純銅的60%，耐蝕性最高.彈性極限高于磷錫青銅，

51、價格高。 鈹青銅：抗疲勞性比以上三種銅合金都高，耐蝕性好，彈性極限最高，導(dǎo)電能力高于黃銅，但價格也高。9.2 銅及其合金9.3 鎂及其合金9.3.1 概述 鎂在地殼中的儲藏量極為豐富，其蘊(yùn)藏量約為2.1%，僅次于鋁和鐵而占第三位。鎂的發(fā)現(xiàn)幾乎與鋁同時，但由于鎂的化學(xué)性質(zhì)很活潑，給純鎂的冶煉技術(shù)帶來很大的困難，所以鎂及合金在工業(yè)上的應(yīng)用比較晚。 鎂為銀白色金屬，具有密排六方晶格，熔點(diǎn)651，密度為103kg/m3，相當(dāng)鋁的2/3，是最輕的工程金屬。 鎂的電極電位很低，所以抗蝕性很差。在潮濕大氣、淡水、海水及絕大多數(shù)酸、鹽溶液中易受腐蝕。鎂在空氣中雖然也能形成氧化膜，但這種氧化膜疏松多孔，不像鋁合

52、金表面的氧化膜那樣致密，對鎂基體無明顯保護(hù)作用。鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中容易氧化，尤其在高溫，如氧化反應(yīng)放出的熱量不能及時散失，則很容易燃燒。 鎂的力學(xué)性能很低，尤其是塑性比鋁低得多，為10%左右，這顯然是由于鎂的晶格為密排六方，滑移系較少的緣故。 1. 鎂的合金化 純鎂的力學(xué)性能很低，不能用來作結(jié)構(gòu)材料。但鎂經(jīng)過合金化及熱處理之后其強(qiáng)度可達(dá)300MPa350MPa，成為航空工業(yè)上的重要金屬材料。鎂合金主要的合金元素是Al、Zn及Mn，它們在鎂中都有溶解度的變化(見圖9.7)，這就可以利用熱處理方法(固溶處理+時效)使鎂合金強(qiáng)化。加入鎂合金中的Al和Zn，起強(qiáng)化作用，含量分別為10%11%和

53、4%5%，和鎂形成金屬間化合物Mg17Al12和MgZn。加入鎂合金中的Mn，對改善耐熱性及抗蝕性具有良好作用。 2. 鎂合金的特點(diǎn) 1) 性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度高：鎂合金的強(qiáng)度雖然比鋁合金低，但由于相對密度小，所以其比強(qiáng)度卻比鋁合金高。如以鎂合金代替鋁合金，則可減輕電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、儀表及各種附件的質(zhì)量。9.3 鎂及其合金圖9.7 Al、Zn及Mn在鎂中的溶解度與溫度關(guān)系 減振性好：由于鎂合金彈性模量小，當(dāng)受外力作用時，彈性變形功較大，即吸收能量較多，所以能承受較大的沖擊或振動載荷。飛機(jī)起落架輪轂多采用鎂合金制造，就是發(fā)揮鎂合金減振性好這一特性。9.3 鎂及其合金 切削加工性好：鎂合金具有優(yōu)良的切削

54、加工性能，可采用高速切削，也易于進(jìn)行研磨和拋光。 抗蝕性差：使用時要采取防護(hù)措施，如氧化處理、涂漆保護(hù)等。鎂合金零件與其他高電位零件(如鋼鐵零件、銅質(zhì)零件)組裝時，在接觸面上應(yīng)采取絕緣措施(如墊以浸油紙)，以防彼此因電極電位相差懸殊而產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。 2) 熱處理特點(diǎn) 多為退火處理：鎂合金的熱處理，多為退火處理，如沖壓件的再結(jié)晶退火、鑄件的去應(yīng)力退火等。只有含A1、Zn量較高的鎂合金，才采用“固溶處理+人工時效”強(qiáng)化。鎂合金熱處理強(qiáng)化方法與鋁合金同屬一個類型。 保溫時間較長：由于鎂具有密排六方晶格，合金元素在其中擴(kuò)散比較困難，因而鎂合金熱處理的加熱時間較長。 由于合金元素在鎂合金中擴(kuò)散過

55、程進(jìn)行緩慢，所以當(dāng)冷卻時，化合物也不易從固溶體中析出，因此固溶處理時在空氣中冷卻也能保持固溶體不發(fā)生分解。 同理，經(jīng)固溶處理后所得到的過飽和固溶體，在室溫下進(jìn)行自然時效，也十分緩慢。所以鎂合金都是采用人工時效，而且保溫時間較長。9.3 鎂及其合金 工藝要求嚴(yán)格：由于鎂的化學(xué)穩(wěn)定性很低，所以鎂合金的加熱溫度應(yīng)準(zhǔn)確控制(溫度誤差一般不超過5)。另外，如在輻射爐中加熱時，必須通入保護(hù)爐氣(一般通入SO2或在爐中放置一定數(shù)量的硫鐵礦碎塊)，以防鎂合金氧化或燃燒。9.3 鎂及其合金9.3.2 變形鎂合金 可以鍛壓成形的鎂合金，稱為變形鎂合金。其牌號以“MB”加數(shù)目字表示。常用變形鎂合金的牌號、力學(xué)性能及

56、用途見表9-6。9.3 鎂及其合金表9-6 鎂合金的力學(xué)性能及用途類別牌號材料產(chǎn)品及狀態(tài)厚度或直徑/mm力學(xué)性能用途舉例b/MPa0.2/MPa/%鑄造鎂合金ZM1T1T624026056要求強(qiáng)度高抗沖擊的零件，如飛機(jī)輪轂、支架、隔框ZM2T21902.5在200以下工作的發(fā)動機(jī)零件及要求高的屈服強(qiáng)度的零件ZM3T21001.5在高溫下工作及要求氣密性好的零件，如飛機(jī)進(jìn)氣管、壓縮機(jī)匣等變形鎂合金MB1冷軋板材退火0.81.01901005焊接件和模鍛件，形狀簡單和受力不大的零件MB2冷軋板材退火0.81.02401305形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件MB8冷軋板材退火0.81.0230130可制造飛機(jī)

57、蒙皮、壁板及內(nèi)部零件MB15熱軋型材人工時效1003202506室溫下承受大載荷的零件，如飛機(jī)機(jī)翼、桁架等注：T1人工時效；T2退火；T6固溶處理+完全人工時效。9.3 鎂及其合金 航空工業(yè)上應(yīng)用較多的為MB15合金，這是一種高強(qiáng)度變形鎂合金，屬M(fèi)g-Zn-Zr合金系。由于其含鋅量高，鋅在鎂中的溶解度隨溫度變化較大，并能形成強(qiáng)化相MgZn，所以能熱處理強(qiáng)化。鋯加入鎂中能細(xì)化晶粒，并能改善抗蝕性。 MB15合金的熱處理工藝簡單，經(jīng)熱擠壓的型材，不經(jīng)固溶處理，只經(jīng)人工時效即可強(qiáng)化。這是因?yàn)檫@類合金經(jīng)熱加工變形后，在空氣中冷卻，已相當(dāng)于固溶處理過程，因此不再進(jìn)行固溶處理。人工時效的溫度一般為1601

58、70保溫1024h，在空氣中冷卻。 在常用的變形鎂合金中，MB15合金具有最高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，常用來制造在室溫下承受較大負(fù)荷的零件。例如：機(jī)翼、翼肋等，如作為高溫下使用的零件,使用溫度不能超過150。 9.3 鎂及其合金9.3.3 鑄造鎂合金 適宜鑄造成形的鎂合金，稱為鑄造鎂合金。其牌號以“ZM”加數(shù)字表示。常用鑄造鎂合金的牌號、力學(xué)性能和應(yīng)用見表9-6。 表中所列的幾種合金，ZM1、ZM2、ZM5同屬高強(qiáng)度鑄造鎂合金，具有較高的常溫強(qiáng)度和良好的鑄造工藝性，但耐熱性較差，長期工作溫度不超過150。ZM3合金屬于耐熱鑄造鎂合金，其常溫強(qiáng)度較低，但耐熱性較高， 可在200250長期工作，短時

59、間可使用到300。航空工業(yè)上應(yīng)用較多 的ZM5合金，屬M(fèi)g-A1-Zn合金系。由于其含Al量較高，能形成較多的強(qiáng)化 相，所以可以通過固溶處理和人工時效來強(qiáng)化。ZM5合金固溶處理的加熱溫度為4155，保溫時間一般為12h24h，保溫后在空氣中冷卻。人工時效的加熱溫度為175200，保溫時間一般為8h12h，在空氣中冷卻。ZM5合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、發(fā)動機(jī)、儀表等承受較高負(fù)載的結(jié)構(gòu)件或殼體。9.3 鎂及其合金9.4 鈦及鈦合金9.4.1 鈦及其合金的特性 鈦在地殼中的蘊(yùn)藏量僅次于鋁、鐵、鎂，居金屬元素中的第四位。尤其在我國，鈦的資源十分豐富。因此，鈦是一種很有發(fā)展前途的金屬材料。但目前鈦及其合金

60、的加工條件復(fù)雜，成本比較昂貴，在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。1. 純鈦的性能 鈦是銀白色金屬，熔點(diǎn)1667，比鐵的熔點(diǎn)(1539)還要高；密度為103kg/m3，只相當(dāng)于鐵密度的一半。鈦的化學(xué)活性很強(qiáng)，在高溫狀態(tài)極易與氫、氧、氮、碳等元素發(fā)生作用，使鈦的表層污染。因此，鈦的熔煉以及其他一些熱加工工藝過程，應(yīng)在真空或惰性氣體中進(jìn)行。 鈦在常溫下表面極易形成氧化物和氮化物組成的致密的鈍化膜，因此使鈦在許多介質(zhì)中具有優(yōu)良的抗蝕性。 鈦具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，低于882為密排六方晶格，稱為 -Ti，高于882為體心立方晶格，稱為 -Ti。 工業(yè)純鈦的力學(xué)性能與低碳鋼近似，具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性。鈦在常溫