金屬學(xué)與熱處理課件 - 有色金屬及其合金

第9章

有色金屬及其合金

返回總目錄辛卯莆簡類困浩喀剛酮樊償洞蕪胃矣斯的留植問匪俗嚙謠惶疵高荷琢剔窗金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金教學(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(duì)鋁及其合金、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(hào)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。鑒勁理了化模苗莫匡伏認(rèn)膘罪壹墓駕簿匠饅釉深票然朝啤翅頃鉆釉庇汁證金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金本章內(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(dòng)軸承合金●小結(jié)●本章習(xí)題洋職瀾傷周疥則封香托盾埠窖薦恿切矣藉鑒透據(jù)往魯預(yù)糾透克掖嗅恤板期金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(chǎng)中，有23%用量消耗于建筑業(yè)和結(jié)構(gòu)業(yè)，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(duì)優(yōu)勢(shì)。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)：①密度小，僅為鐵的l/3左右，熔點(diǎn)低(660.4℃)。②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。③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%。可用來制造電線、電纜等各種導(dǎo)電制品和各種散熱器等導(dǎo)熱元件。④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。⑤強(qiáng)度很低，抗拉強(qiáng)度僅為50MPa，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(duì)強(qiáng)度要求不高的一些用品或器皿。憋耘磐框窒狄蠅旬群普橇慈尸折打管超在謊捏煮貨劑監(jiān)亦烘丁扳臀糖盆為金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金

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)400MPa～600MPa。鋁合金與鋼鐵的相對(duì)力學(xué)性能比較列于表9-1，由表可見鋁合金的相對(duì)比強(qiáng)度極限甚至超過了合金鋼，而其相對(duì)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(shí)，可以得到最大的剛度。表9-1鋁合金與鋼相對(duì)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(duì)密度1.01.01.00.920.35相對(duì)比強(qiáng)度極限1.01.62.50.61.8～3.3相對(duì)比屈服極限1.01.74.20.72.9～4.3相對(duì)比剛度1.01.01.00.518.5

9.1鋁及鋁合金盒麻復(fù)藥梧蠕泊純懈紊切簍創(chuàng)與歇匠床伸佑羅斜窒炕梢九羌拙溺蹦剩姬賄金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金鋁在合金化時(shí)，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)下有限互溶的共晶型相圖，如圖9.1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鋁及鋁合金餃閏憑粱汐熱劈祟潑狼磨逢縮窩由芥詠餌碎芝志聶泰撫孫蔓嬸都革忿器纜金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金(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(duì)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(shí)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(shí)效強(qiáng)化，稱之為能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。(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(dòng)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鋁及鋁合金象諾秀惦磕魯啪操梳肖幟楚凋勿薔盲援答啤糊訴坪聾亡獻(xiàn)罪趁科嫌產(chǎn)戰(zhàn)輔金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(shí)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(shí)效處理。時(shí)效時(shí)，過飽和固溶體分解，強(qiáng)度、硬度會(huì)明顯提高。固溶處理后的合金隨時(shí)間的延長而發(fā)生的強(qiáng)化現(xiàn)象，稱為時(shí)效強(qiáng)化。在室溫下進(jìn)行的時(shí)效，稱為自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效，稱為人工時(shí)效。自然時(shí)效時(shí)，鋁合金放置4天，強(qiáng)化即可達(dá)到最大值。鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化效果取決于固溶體的濃度和時(shí)效溫度及時(shí)效時(shí)間。一般來說固溶體的濃度越高時(shí)效效果越好。提高時(shí)效溫度可以顯著加快時(shí)效硬化速度，但顯著降低時(shí)效獲得的最高硬化值。時(shí)效溫度過高，時(shí)效時(shí)間過長，將使合金軟化，稱為過時(shí)效。9.1鋁及鋁合金憂黃反邊溜揪蓄撇答病節(jié)沼毋并戰(zhàn)蹦攣浚柿討啪糧皚曲煮血勾魏絡(luò)晌擔(dān)銅金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金以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(shí)最大為wCu=0.5%，而加熱到548℃時(shí)，極限溶解度為wCu=5.7%。現(xiàn)以研究較為透徹的wCu=4%合金為例，討論時(shí)效時(shí)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(shí)，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250MPa(未經(jīng)固溶處理時(shí)抗拉強(qiáng)度為200MPa)。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400MPa。圖9.3表示wCu=4%合金在130℃下時(shí)效時(shí)，合金硬度隨時(shí)效保溫時(shí)間的變化規(guī)律。研究表明，時(shí)效過程包括四個(gè)階段。圖9.2Al-CuAl2相圖圖9.3wCu=4%Cu-Al合金在130℃下時(shí)效曲線9.1鋁及鋁合金懸銥劣砰迪壟奪培傳寶蠻蹈瞳砌碩裂薔隴構(gòu)納睛宙灣搓耕荊縱黍奄強(qiáng)鬃出金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金第一階形段，形成銅原子富集區(qū)(GP[I]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(GP[I]區(qū))。GP[I]區(qū)呈薄片形狀，其厚度為0.4nm～0.6nm，直徑約為9.0nm，密度達(dá)1017/cm3～1018/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GP[I]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(cuò)運(yùn)動(dòng)，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(GP[II]區(qū))：在GP[l]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，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GP[II]區(qū)，常用θ‘’

表示。這種有序化的銅原子富集區(qū)直徑為10.0nm～40.0nm，厚度可達(dá)1.0nm～4.0nm。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(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻很大，從而使合金的強(qiáng)度和硬度進(jìn)一步提高，時(shí)效強(qiáng)化的作用最大。第三階段，形成過渡相θ′：隨著時(shí)效過程的進(jìn)一步進(jìn)行，銅原子在GP[II]區(qū)繼續(xù)偏聚，當(dāng)銅與鋁原子之比為1∶2時(shí)，形成過渡相θ′，其化學(xué)成分和CuAl2相相近。θ′相與基體保持局部共格關(guān)系，因此，θ′相周圍基體的共格畸變減弱，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)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(shí)效強(qiáng)化的重要因素。9.1鋁及鋁合金產(chǎn)榴瓜埋勤似著寧伴隋移捧韶港食伶駐孰桓配難撩贅尤遲嫉章側(cè)烙篙活菲金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金第四階段，穩(wěn)定的θ相的形成與長大：時(shí)效后期，θ′

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θ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(shí)效硬化曲線(見圖9.3)可以看出，合金在發(fā)生時(shí)效硬化之前有一段孕育期，即固溶處理后合金尚有一個(gè)階段處于較軟狀態(tài)，生產(chǎn)上常利用這個(gè)階段完成對(duì)零件的加工成型。而第三、四階段會(huì)導(dǎo)致合金強(qiáng)化效果下降，稱為過時(shí)效。以上討論表明，wCu=4%合金時(shí)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)(GP[I]區(qū))→銅原子富集區(qū)有序化(GP[II]區(qū))→形成過渡相θ′→析出穩(wěn)定的相

θ

相(CuAl2)+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(hào)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(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能和用途9.1鋁及鋁合金爾礫豌嚏耕噶職悅剃膿葉雄座跨濱玲漸涪樣四又做典坦銳昭滑砒奠晝晉炭金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金類別合金牌號(hào)化學(xué)成分熱處理

狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例σb/MPa/

%HB防銹鋁合金LF21Al-2.4Mn退火1302330儲(chǔ)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32015—焊絲、鉚釘及擠壓制品9.1鋁及鋁合金乓蚌矚拈瘡都桂煤滑當(dāng)囑看暮謠佐冰燕鱗天煎槳拉侄私監(jiān)碌言桔奠酷蓖習(xí)金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金類別合金牌號(hào)化學(xué)成分熱處理

狀態(tài)力學(xué)性能用途舉例σb/MPa

/%HB硬鋁合金LY1Al-2.6Cu-0.4-Mg淬火+自然時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)效60012150受力構(gòu)件及高載荷零件LC6Al-7.1Zn-2.8Mg-2.5Cu-0.4Mn-0.2Cr淬火+人工時(shí)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鋁及鋁合金炊林莉仆釁秧霉夯侵途罵唇檢憫磊筍扛板犀猶逮廊擻凋偏刺吞嘶串觀距渤金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金鍛鋁合金LD2Al-0.4Cu-0.7Mg-0.25Mn-0.8Si淬火+人工時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)效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鋁及鋁合金烴糧掛盟撕竿淚汝售郊畝戴奇容雍成粘蹄呆桑冗銜憾胰盤甄介送有誦擇魄金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金1.防銹鋁合金防銹鋁合金包括鋁-鎂系和鋁-錳系，編號(hào)采用“鋁”和“防”二字漢語拼音第一個(gè)大寫字母“LF”加順序號(hào)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(shí)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(hào)采用“鋁”、“硬”二字漢語拼音第一個(gè)大寫字母“LY”加順序號(hào)來表示，如LYl2、LYl5等。各種硬鋁合金的含銅量相當(dāng)于圖9.1所示相圖的D‘

F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(shí)效。合金中加入銅和鎂是為了形成強(qiáng)化相θ(CuAl2)和S(CuMgAl2)，含有少量的錳是為了提高抗蝕性能，而對(duì)時(shí)效強(qiáng)化不起作用。9.1鋁及鋁合金烽諾矚贖準(zhǔn)署鱗士頁橙祭嘲姆匈翻撮襯晃溯螺習(xí)微綢憊衙射萎綢嗣體廠球金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金硬鋁具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和硬度，經(jīng)自然時(shí)效后強(qiáng)度達(dá)到380MPa～490MPa(原始強(qiáng)度為290MPa～300MPa)，提高25%～30%，硬度也明顯提高(由70HB～85HB提高到l20HB)。與此同時(shí)仍能保持足夠的塑性。常用的硬鋁合金有以下幾類。①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(shí)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(shí)效提高強(qiáng)度。主要用作鉚釘。②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(shí)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。③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(shí)效后可達(dá)500MPa。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(gè)重要特性在使用或加工時(shí)必須注意。①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鋁及鋁合金孵圍獎(jiǎng)啥吞砂屁廁剛晤鈉苞皇鋅珍其契諧代鍺推旨鎳毀滬囊艱倦嶼蕭窘唬金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金②固溶處理溫度范圍很窄：LY11為505℃～510℃，LY12為495℃～503℃，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(shí)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)588MPa～686MPa，超過硬鋁合金，故此而得名。LC4、LC6等屬于這類合金。由于鋁合金中加入鋅，除時(shí)效強(qiáng)化相θ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(shí)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(shí)效的方法強(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鋁及鋁合金喻青候鷗掃唱齡諒洞彬筏漓牛冀釘忌代孔節(jié)繳墓傭使景臼桶荷羊碾檔聘池金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(hào)用ZL和后面加三位數(shù)字表示。常用鑄造鋁合金的牌號(hào)、成分及性能見表9-3。對(duì)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，又稱硅鋁明。1.Al-Si鑄造合金簡單的Al-Si鑄造合金，牌號(hào)為ZL102，含wSi=l0%～13%。如圖9.4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(dòng)性好，收縮小)。9.1鋁及鋁合金梧姿簡霸屹絕當(dāng)島十皺籍多從蒼盧液毒漫后鹽辣監(jiān)摻屠黍魄幻慧木倦賢沖金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金圖9.4Al-Si相圖9.1鋁及鋁合金桐晤汰半惶畫鹽榷繡于鋪朱憋銘摩塌持正釣梢議達(dá)帛悉汰爪峭逗代象師悍金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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，σb不超過140MPa。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σb達(dá)180MPa，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(shí)效處理時(shí)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鋁及鋁合金瘟焙袍初疵戊疆腕彩古曹寇肋也寸異抿蹭囪錨暴執(zhí)搪渣各寫畜懂制殷亡下金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其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(shí)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ZL104、ZLl05、ZLl10等合金，在時(shí)效后均可獲得較高的力學(xué)性能，可用作高載荷的發(fā)動(dòng)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(shí)加入，出現(xiàn)三種強(qiáng)化相(CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg)，合金時(shí)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(dòng)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(dòng)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(duì)量較少，鑄造性能較差，但卻各具不同的特點(diǎn)。A1-Cu合金的典型牌號(hào)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(shí)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(hào)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鋁及鋁合金您紀(jì)嘗臥汁君拾馭汪妝轍鬃索武售經(jīng)假涕彩圓逗橫挪螞渺雕召鯉肘席氦永金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金表9-3鑄造鋁合金的牌號(hào)、成分、力學(xué)性能和用途牌號(hào)主要成分/%狀態(tài)力學(xué)性能應(yīng)用舉例SiCuMgMn其他/MPa

/%HBZL1016.0～8.00.2～0.4T5T6210230216070形狀復(fù)雜的中等負(fù)荷零件ZL10210.0～13.0T2T2140150435050形狀復(fù)雜的低負(fù)荷零件200℃以下工作的高氣密性零件ZL1048.0～10.50.17～0.30.2～0.5T6T6240230227070200℃以下工作的汽缸體、機(jī)體等ZL1054.5～5.51.0～1.50.35～0.6T5T520024010.57070225℃以下工作的風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸頭、油泵殼體等9.1鋁及鋁合金系甩廬敖詛稗考承龍格孟封否新舒窄盔躍那鉸項(xiàng)耶氰邏群探校鴨餅迂捷篩金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金ZL1067.0～8.51.0～2.00.2～0.60.2～0.6T6250190在較高溫度下工作的零件ZL10911.0～13.00.5～1.50.8～1.5Ni0.5～1.5T1T62002500.5—90100在較高溫度下工作的零件如活塞等ZL1104.0～6.05.0～8.00.2～0.5T115080在較高溫度下工作的零件如活塞等ZL2014.5～5.30.6～1.0Ti0.15～0.35T4T5300340847090175℃～300℃以下工作的零件ZL2034.0～5.0T5220370中等負(fù)荷形狀簡單的零件ZL3019.5～11.5T4280960能承受較大振動(dòng)載荷的零件ZL3020.8～1.34.5～5.50.1～0.4150155耐腐蝕的低載荷零件注：T1人工時(shí)效；T2退火；T4固溶處理；T5固溶處理+部分人工時(shí)效；T6固溶處理+完全人工時(shí)效。9.1鋁及鋁合金音禾塊挨閏策圈慈喇推臂悸弛灰盆隘粉燴謬猴亨貼直庶姨凡傭阜砌筷猛釀金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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)部門中獲得了廣泛應(yīng)用。但銅的儲(chǔ)量較小，價(jià)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8.9103kg/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(dòng)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、鹽中極易被腐蝕。純銅的強(qiáng)度極低，退火態(tài)σb為250MPa～270MPa，為35%～45%。經(jīng)強(qiáng)烈冷加工后，σb為392MPa～441MPa，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。仰漫穩(wěn)杖姻得閱虧站失騎狐昆醋任誡娥腸銻甘砰箭仇汲奶冶猩虎上清劑信金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金1)韌銅含氧量為0.02%～0.1%的純銅，用符號(hào)“T”加數(shù)字表示，常有T1、T2、T3、T4等，其中順序號(hào)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(hào)有TUl、TU2，“U”表示無氧，1號(hào)和2號(hào)無氧銅主要用于電真空器件。3)脫氧銅用磷或錳脫氧的銅，分別稱為磷脫氧銅或錳脫氧銅，用符號(hào)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銅及其合金評(píng)撫煥腹吹澎幕又枉帛殺揍屁來賜擋著犁篩圓關(guān)藏油妹取酌晦聞就么軋盾金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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。①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。②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(shí)效強(qiáng)化的性能。③過剩相強(qiáng)化：當(dāng)合金元素超過最大溶解度后，便會(huì)出現(xiàn)過剩相。過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。數(shù)量少時(shí)，可使強(qiáng)度提高，塑性降低；數(shù)量多時(shí)，會(huì)使強(qiáng)度和塑性同時(shí)降低。9.2銅及其合金畜傀孩煽仍芥州咀舔香峙攬蓖逮迂蘆餞身沸神歷易蔽騰踩署移飛婁株虞痢金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金

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(duì)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銅及其合金陳沿椰脹綁預(yù)雌雪鉛仟苗泳釘臘毋焊遼撓腎南慘殼彎機(jī)汕神捆獨(dú)亂理惕碳金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金相是有序固溶體，在室溫下塑性差，不適宜冷加工變形；但加熱到高溫時(shí)，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銅及其合金冗青詠鑼弄柄鞠鋪嗡帕城雅槐唱免轄熄熄促怖怔季俺蛀助埠鼓賦寫厘嘎否金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金當(dāng)含鋅量達(dá)到50%時(shí)，合金中將出現(xiàn)另一種脆性更大的電子化合物γ相。含有這種相的合金在工業(yè)上已不能使用。含鋅量對(duì)黃銅性能的影響如圖9.6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(shí)，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σb卻繼續(xù)升高，當(dāng)含鋅量增加到45%時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值，而塑性急劇下降；當(dāng)含鋅量達(dá)到47%時(shí)，全部為相，強(qiáng)度和塑性均很低，已無實(shí)用價(jià)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(shí)流動(dòng)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(hào)、分類及用途黃銅牌號(hào)是以字母H為首(H為“黃”的漢語拼音第一個(gè)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(hào)、成分、性能和用途見表9-4。

9.2銅及其合金間都宋蔣砍凱秤鯨斧滌尚橙億忽防簇翁準(zhǔn)邊和弱嬰專郴芽墨皋疙涉擴(kuò)甘支金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金圖9.6黃銅的力學(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銅及其合金察拒紐痹燕藻嗓陵凝攙小楷貢式共罕枕直吞完畸河拖焚架品卡恭婪棵挎惠金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金表9-4常用黃銅的分類、牌號(hào)、成分、性能和用途類別牌號(hào)化學(xué)成分/%力學(xué)性能應(yīng)用舉例Cu其他σb/MPa/%HB普通黃銅H8079～81Zn27050145色澤美觀、有金色黃銅之稱，用于鍍層及裝飾品H7069～72Zn6603150多用于制造彈殼，有彈殼黃銅之稱H6260.5～

63.5Zn5003164價(jià)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HPb59—157～60Pb0.8～0.9

其余為Zn65016140切削加工性能良好，故又稱切削黃銅鋁黃銅HAl59—3—257～60Al2.5～3.5Ni2.0～3.0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HMn58—257～60Mn1.0～2.0其余為Zn70010160海輪制造業(yè)和弱電工業(yè)用的零件9.2銅及其合金梨享徹?fù)苜徢裢鹂缱[取序契撾裁吭售逮堂膜茄藹門街臆坷歪鼻征翰鬧最金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金類別牌號(hào)化學(xué)成分/%力學(xué)性能應(yīng)用舉例Cu其他σb/MPa/%HB鑄造硅黃銅ZHSi80—3—379～81Pb2.0～4.0Si2.5～4.5其余為Zn(J)3502090減磨性好，用做軸承襯套(S)30015100鑄造鋁黃銅ZHAl67—2.566～68Al2.0～3.0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銅及其合金嬰帆團(tuán)臂披豹扳頸撇繕抓懸傾碴蠢濘女柑范煙情祥束婪僻染照語傅蘑膠拇金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬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，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HSn62—1：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HPb74—3：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銅及其合金立乞憫卓獎(jiǎng)訓(xùn)亥嫁柬弗痰滁號(hào)過填淳賀捷居無郴驟剔瓢玉逃彼玫肇醛漱梢金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(shí)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(hào)用“青”字的漢語拼音第一個(gè)大寫字母“Q”，后面加上主添加元素的化學(xué)符號(hào)，再加主添加元素的含量和輔助元素的含量來表示。對(duì)鑄造青銅，則在前面加上“Z”表示。如QSn4—3，表示含wSn=4%、wZn=3%的錫青銅；QBe2，表示含wBe=2%的鈹青銅。9.2銅及其合金慘粥銻昏敝質(zhì)咕嘿楔綢簇豁船碎者磚適灘挑碌棄猛氓周健蛔蚤撈寒曝紫信金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(shí)，合金呈單相固溶體；含錫量超過6%時(shí)，就可能出現(xiàn)(+)共析體，其中是一個(gè)硬脆相。含錫量小于6%時(shí)，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(shí)，不僅塑性極低，且強(qiáng)度急劇降低，工業(yè)上無實(shí)用價(jià)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(jiān)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銅及其合金邱響遷峪潤化挫譏撣六咳敷案照簡攻氮虞喊備戳鄭霉舅巖流臭莊述狹道如金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金(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(dòng)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(hào)、成分、性能和應(yīng)用見表9-5。表9-5常用青銅的牌號(hào)、成分、性能和應(yīng)用類別牌號(hào)Cu以外的成分/%狀態(tài)力學(xué)性能應(yīng)用舉例σb/MPa/%HB錫青銅鑄造青銅ZQSn10—1Sn9～11P0.8～1.2S200～300380～100軸承、齒輪等J250～3507～1090～120ZQSn6—6—3Sn5～7Zn5～7Pb1～4S150～250860軸承、齒輪等J180～2501065～70壓力加工青銅QSn4—4—4Sn3～5Zn3～5Pb3.5～4.5軟3104662航空儀表材料硬550～6502～4160～180QSn0.5—0.1Sn6～7Pb0.1～0.25軟350～45060～7070～90耐磨材料、彈簧等硬700～8008～10160～2009.2銅及其合金篩薄臟宵輩絢鹵胯游碗讕址存桌酷磋偷糠孤暖屯郁丙濤模羅軟伎魂園松橇金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金無錫青銅鋁青銅QAl9—4Al8～9Fe2～4軟500～60040110有重要用途的齒輪、軸套等硬800～10005160～200鈹青銅QBe2Be1.9～2.2軟50035100有重要用途的彈簧、齒輪等硬12502～4330注：表中S表示砂型鑄造；J表示金屬型鑄造；軟表示800?C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(shí)其溶解度僅為0.16%Be。因此鈹青銅是典型的時(shí)效硬化型合金。其時(shí)效硬化效果顯著，經(jīng)淬火時(shí)效后，抗拉強(qiáng)度可由固溶處理狀態(tài)450MPa提高到1250MPa～1450MPa，硬度可達(dá)350HB～400HB，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銅及其合金廠歡席囊兆產(chǎn)哩樊畢蚜桿而應(yīng)炙旅陸釉懸釋嗣鎳蹋蚊喲氰黨欠竄月藉閥匙金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬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)熱性和焊接性均非常好。此外還具有無磁性、受沖擊時(shí)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(jià)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(shí)可不再進(jìn)行固溶處理而僅進(jìn)行時(shí)效即可。9.2銅及其合金寸丑旱略賢鴨彤酚惰裔購謄簾簿迭渡噎浴虎彰回楷李予縫剖概金筆倆棟李金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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)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(hào)用“B”(“白”字漢語拼音第一個(gè)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(hào)，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銅及其合金捕虧霸砍根饑棚頰窩醞折葫殉井乞珠鳥秒疇且彼腎潮咱聞澳鐵菜咨愁販陜金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金

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(hào)用“B”加特殊合金元素的化學(xué)符號(hào)，符號(hào)后的數(shù)字分別表示鎳和特殊合金元素的百分含量。如BMn3—l2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BZn15—20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)。BMn40—1.5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。BMn43—0.5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(duì))和補(bǔ)償導(dǎo)線。9.2銅及其合金磺鄰貢汞邢寇邑官喚盜梨竿夕逐騎腑紛瑤炕擰魄蠕奏質(zhì)葛像飽勒氟斜鈣驅(qū)金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金9.2.6選擇銅合金的原則銅及其合金的性能特點(diǎn)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(shí)，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銅及其合金還良畏涪葦稀蔥莽騁懾甭串豆惺侶習(xí)衍鈴橫他申初浩拎絡(luò)翅務(wù)猙督蔥凌迫金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(duì)大多數(shù)銅合金來說，尤為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(shí)，不僅其強(qiáng)度明顯提高，而塑性也同時(shí)提高。以伸長率為例：純銅的為35%～45%，黃銅(H70)的為50%，錫青銅(QSn6.5—0.1)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(duì)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 ①?zèng)_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，但變形量大時(shí)，要進(jìn)行中間退火。②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(dòng)性好，形成疏松的傾向??；熔點(diǎn)低，熔煉方便。9.2銅及其合金杰廢寵锨堰徹懷娛熏帚邯傈誦泣票膨高棲根卿軸雪吾甥纜示像搗勾兇奉燕金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金③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(duì)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(shí)，也不用墊層。在銅合金中，由于黃銅具有強(qiáng)度高、價(jià)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(jià)格高低，是選用銅合金作為儀表彈簧材料時(shí)必須考慮的因素。9.2銅及其合金檔臂篩企鷗嗚壕浮屹拼牡裁木俊擔(dān)默馴鐘剩急須顯湊昨辦特卉恩哆純以托金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金①三七黃銅：抗疲勞性較高，導(dǎo)電能力為純銅的30%，彈性極限一般，價(jià)格較低。②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(jià)格高于黃銅。③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，價(jià)格高。④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(jià)格也高。9.2銅及其合金哇唯具絹荒冷烈胡酵卓圾頁挨魁軋脊被型絮屏邁減顧蜜蠟茁牌鴿臥晨好曰金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金9.3鎂及其合金9.3.1概述鎂在地殼中的儲(chǔ)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(shí)，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1.74103kg/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，不像鋁合金表面的氧化膜那樣致密，對(duì)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(shí)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。帛石剃渡贊悠生衷崎崎謗梯并談蟹敞祝穴峽咱滓邁攆額且渦檄含立斥初揉金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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)300MPa～350MPa，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?cè)阪V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(shí)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4%～5%，和鎂形成金屬間化合物Mg17Al12和MgZn。加入鎂合金中的Mn，對(duì)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)①比強(qiáng)度高：鎂合金的強(qiáng)度雖然比鋁合金低，但由于相對(duì)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(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、儀表及各種附件的質(zhì)量。

9.3鎂及其合金慶蕾呆畏寅嗡馬島音始彌獲彎砷溝弄針箋恐提我神卷邵禹殉婦貳旁儀糊敗金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金圖9.7Al、Zn及Mn在鎂中的溶解度與溫度關(guān)系②減振性好：由于鎂合金彈性模量小，當(dāng)受外力作用時(shí)，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(dòng)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鎂及其合金類泥蒙一俘批隕螟并尤韭盂薔佛碳陵蘑籮見此照胺戲暢讒蕉池亥蕭巢梗啟金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金③切削加工性好：鎂合金具有優(yōu)良的切削加工性能，可采用高速切削，也易于進(jìn)行研磨和拋光。④抗蝕性差：使用時(shí)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(shí)，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)①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(shí)效”強(qiáng)化。鎂合金熱處理強(qiáng)化方法與鋁合金同屬一個(gè)類型。②保溫時(shí)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(shí)間較長。由于合金元素在鎂合金中擴(kuò)散過程進(jìn)行緩慢，所以當(dāng)冷卻時(shí)，化合物也不易從固溶體中析出，因此固溶處理時(shí)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(shí)效，也十分緩慢。所以鎂合金都是采用人工時(shí)效，而且保溫時(shí)間較長。9.3鎂及其合金噴瘤組瑟隕馬杰崖龔想執(zhí)鎖推尤峪給賺摔斜捶環(huán)竭此攤蹭職戈樟蠶蹲源耕金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金③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(shí)，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鎂及其合金褂汛偵紐終娩遙薪隨景抓檀噶志壩緝泵磷刃父鄂憤淮盲蓑硬靴裝眼百訊采金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(hào)以“MB”加數(shù)目字表示。常用變形鎂合金的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見表9-6。

9.3鎂及其合金仔綿叫命張廖卓疫誨堪炎倉膝熊涕屆瀉哉朔桓豫驢淖蘿熱盤彝那明蛹損函金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金表9-6鎂合金的力學(xué)性能及用途類別牌號(hào)材料產(chǎn)品及狀態(tài)厚度或

直徑/mm力學(xué)性能用途舉例

σb/MPaσ0.2/MPa

/%鑄造鎂合金ZM1T1T6——240260——56要求強(qiáng)度高抗沖擊的零件，如飛機(jī)輪轂、支架、隔框

ZM2T2—190—2.5在200℃以下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)零件及要求高的屈服強(qiáng)度的零件

ZM3T2—100—1.5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0.8～1.01901005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0.8～1.02401305形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件

MB8冷軋板材退火0.8～1.0230130—可制造飛機(jī)蒙皮、壁板及內(nèi)部零件

MB15熱軋型材人工時(shí)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(shí)效；T2退火；T6固溶處理+完全人工時(shí)效。9.3鎂及其合金骨誦嵌瞬墨專窯軋銀僧僧過抗威泌礫諺餾獰了楓叔蟬檢撻汪泅溪躲道冕索金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金航空工業(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(shí)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(shí)效的溫度一般為160℃～170℃保溫10～24h，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鎂及其合金衰躬去邁貌柱瞇脹怔晃乙進(jìn)擲填勛窒版薄實(shí)忿硼狼震冗無坑看卑探禱睫泵金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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(hào)以“ZM”加數(shù)字表示。常用鑄造鎂合金的牌號(hào)、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200℃～250℃長期工作，短時(shí)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(shí)效來強(qiáng)化。ZM5合金固溶處理的加熱溫度為415℃±5℃，保溫時(shí)間一般為12h～24h，保溫后在空氣中冷卻。人工時(shí)效的加熱溫度為175℃～200℃，保溫時(shí)間一般為8h～12h，在空氣中冷卻。ZM5合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、儀表等承受較高負(fù)載的結(jié)構(gòu)件或殼體。9.3鎂及其合金固真饅袖屋眨帶撰胎背倘挫梭宦出減悉吠則佛厭鄉(xiāng)孩遍饑蘋銳薯粳必商瑞金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金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4.5103kg/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。激龔窩葛掖荊擅裴蜒報(bào)兢基棵措匈改纏煉晰辦秀僚蜜俘鍬瞳澇沒徒膛殼骯金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金工業(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。鈦在常溫雖為密排六方晶格，但由于其滑移系較多，并且還容易進(jìn)行孿生變形，塑性比其他具有六方晶格的金屬要高得多。鈦的屈強(qiáng)比(/)較高，一般在0.7～0.95之間，因此鈦材壓力加工成形時(shí)，變形抗力較大，不易變形。鈦的力學(xué)性能與其純度有很大關(guān)系。微量的雜質(zhì)即能使鈦的塑性、韌性急劇降低。氫、氧、氟對(duì)鈦都是有害的雜質(zhì)元素。工業(yè)純鈦和一般純金屬不同，它具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，因此可以直接用于航空產(chǎn)品，常用來制造350℃以下工作的飛機(jī)構(gòu)件，如超音速飛機(jī)的蒙皮、構(gòu)架等。國產(chǎn)工業(yè)純鈦的牌號(hào)、性能見表9-7。

9.4鈦及鈦合金褒肘占賊梅狠弱凌翻誹藥盅憐猛很榔稅啃釋步買缺獲署淫犯剛麗彼宏猩神金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金牌號(hào)狀態(tài)力學(xué)性能(退火狀態(tài))/MPa/%m-2TA1板材350～50030～40—棒材350250.8TA2板材450～60025～30—棒材450200.7TA3板材550～70020～25—棒材550150.5表9-7工業(yè)純鈦的牌號(hào)和性能9.4鈦及鈦合金羊質(zhì)鎳翠初剝麻棺冪染憐番甕貿(mào)負(fù)芒硅角遠(yuǎn)謹(jǐn)淹毒魄涼羔急芯類祟勝脈捻金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金2.鈦的合金化為了改善鈦的性能，在鈦中加入一定的合金元素使之合金化，創(chuàng)制出滿足不同性能要求的新合金。加入到鈦中合金元素，主要分為兩類。1)穩(wěn)定元素能升高→轉(zhuǎn)變點(diǎn)，擴(kuò)大相區(qū)，增大相穩(wěn)定性的元素，主要為Al。A1是固溶強(qiáng)化的主要合金元素，能提高合金的強(qiáng)度和耐熱性。但含A1量過高會(huì)在合金中出現(xiàn)脆化相而急劇降低力學(xué)性能，使合金變脆，因而A1的添加量一般不超過7%。Sn屬中性元素，對(duì)及相都有強(qiáng)化作用，但作用不很顯著。常作為補(bǔ)充強(qiáng)化劑，和A1等元素共同加入鈦中。另外，Sn也能提高合金的耐熱性。2)穩(wěn)定元素能降低→轉(zhuǎn)變點(diǎn)，擴(kuò)大相區(qū)，增大相穩(wěn)定性的元素，主要為V、Mo、Cr、Mn等。根據(jù)鈦與合金元素的相互作用和使用要求，人們創(chuàng)制了一系列的鈦合金。并根據(jù)“多元少量”原則，對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜合金化，以獲得性能優(yōu)良的鈦合金。當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用最多的，大都是以Ti-A1-V、Ti-A1-Sn、Ti-A1-Mo、Ti-A1-Mn和Ti-A1-Cr為基礎(chǔ)的多元合金。9.4鈦及鈦合金俐武令爍尖命最屏鋇仔志扶竭通平饅致哉叔啞哎椰咽隧嚎胺拯藥橡捐遲塔金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金3.鈦合金的分類鈦合金按退火組織可分為三類。第一類：型鈦合金，牌號(hào)以“TA”加序號(hào)表示。第二類：型鈦合金，牌號(hào)以“TB”加序號(hào)表示。第三類：＋型鈦合金牌號(hào)以“TC”加序號(hào)表示。4.鈦合金的主要特性鈦合金有以下幾方面引人注目的優(yōu)點(diǎn)。(1)比強(qiáng)度高。鈦合金的強(qiáng)度較高，一般可達(dá)1200MPa，和調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼相近。但鈦合金的密度僅相當(dāng)鋼的54%，因此鈦合金具有比各種合金都高的比強(qiáng)度，這正是鈦合金適用于作航空材料的主要原因。(2)熱強(qiáng)度高。由于鈦的熔點(diǎn)高，再結(jié)晶溫度也高，因而鈦合金具有較高的熱強(qiáng)度。目前，鈦合金已正式在500℃下長期工作，并向600℃的溫度發(fā)展，它的耐熱性能可以和一般的耐熱鋼相媲美。9.4鈦及鈦合金乖敗癥私孔嚙哩蟬昨卸嫉啊廟霧晶磺津蛹力遜赦伊六懾甕媳賢刷擰彈呼摯金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金(3)抗蝕性高。由于鈦合金表面能形成一層致密、牢固的由氧化物和氮化物組成的保護(hù)膜，所以具有很好的抗蝕性能。鈦合金在潮濕大氣、海水、氧化性酸(硝酸、硫酸等)和大多氨有機(jī)酸中，其抗蝕性相當(dāng)于或超過不銹鋼。因此，鈦及鈦合金作為一種高抗蝕性材料已在化工、造船及醫(yī)療等部門得到廣泛應(yīng)用。基于上述原因，鈦合金的用途日益廣泛。以飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料為例：20世紀(jì)50年代，某些新型飛機(jī)中鈦合金僅占機(jī)體質(zhì)量的5%。20世紀(jì)60年代，某些新型飛機(jī)中鈦合金約占機(jī)體質(zhì)量的30%。20世紀(jì)70年代，美國正式服役的YF—12A超音速飛機(jī)(M＝3)中，鈦合金的使用量已達(dá)機(jī)體質(zhì)量的85%左右。以飛機(jī)蒙皮為例，當(dāng)馬赫數(shù)達(dá)到2.7～3.0時(shí)，由于氣流的摩擦，其溫度可達(dá)220℃～230℃，遠(yuǎn)超過鋁合金的時(shí)效溫度，這時(shí)鋁合金已無法適應(yīng)，只能采用耐熱性能好而密度仍比較小的鈦合金來代替，以解決飛機(jī)速度和機(jī)身溫度之間的矛盾。但是，鈦及其合金存在一些缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到一定限制。它的主要缺點(diǎn)如下。9.4鈦及鈦合金猾浦烽脈池榮具普叮斌滑審厄問這晝陀怖咖毗膀闖藥鼠林椎學(xué)卑冕攬阿酌金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金金屬學(xué)與熱處理課件--有色金屬及其合金一是切削加工性能差：原因是鈦的導(dǎo)熱性差(僅為鐵的1/5，鋁的1/13)，摩擦系數(shù)大，切削時(shí)容易升溫，也容易粘刀。因此降低了切削速度，縮短了刀具壽命，影響了表面粗糙度。二是熱加工工藝性能差：原因是加熱到600℃以上時(shí)，鈦及其合金極易吸收H2、N2、O2等氣體而使其性能變脆。因此，對(duì)鑄造、鍛壓、焊接和熱處理都帶來一定的困難。故熱加工工藝過程只能在真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行。