第8章有色金屬及其合金

第9章有色金屬及其合金有色金屬：除Fe、Cr、Mn之外的其它所有金屬。共83種，可分為：①重金屬：相對密度大于3.5，如Cu、Ni、Co、Pb、Zn等；②輕金屬：相對密度小于3.5，如Al、Mg、Na、K等；③貴金屬:貴重或可制造貨幣用的金屬，如Au、Ag、Pt、Pd、Rh等；④半金屬:物理性質(zhì)介于金屬與非金屬之間，如Si、Te、Ge、B等：⑤稀有金屬:指相對較為稀缺或產(chǎn)量很少的金屬，分為：稀有輕金屬：如Ti、Be、Li等；稀有難熔金屬：如W、Mo、Nb、Zr、V等；稀有重金屬:如Ga、In、Tl等；稀土金屬:如Y、La等：稀有放射性金屬:如Ra、U、Th、Ac等.有色金屬有許多優(yōu)良特性，具有廣泛應(yīng)用。如飛機制造中用相對密度小的鋁、鎂、鈦等合金；汽車發(fā)動機活塞常用鋁合金制造；銀、銅、鋁等是電氣、儀表工業(yè)不可缺少的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料；鎢、鉬，鉭，鈮及其合金是制造高溫零件及真空元件的理想材料；此外，在空間技術(shù)、原子能、計算機、電子等新型工業(yè)部門，有色金屬材料也占有極重要的地位。我國有色金屬資源豐富，鎢、錫、鉬、銻、汞，鉛、鋅和稀土金屬儲量居世界前列。本章主要介紹工業(yè)生產(chǎn)中常用的鋁及其合金、銅及其合金以及鈦及其合金，重點討論它們的合金化原理、組織、性能和用途。第1節(jié)鋁及其合金工業(yè)生產(chǎn)用量僅次于鋼鐵，居有色金屬首位。特點：質(zhì)輕，比強度和比剛度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐腐蝕。應(yīng)用：宇航、航空等工業(yè)的主要原材料，建筑、運輸、電力等各個領(lǐng)域。1.純鋁純鋁的特性:

●純鋁呈銀白色，密度2.7g·cm-3，熔點660℃，面心立方，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；

●導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好；

●化學(xué)性質(zhì)活潑，大氣中生成致密氧化膜，防止繼續(xù)氧化，大氣中耐蝕性好；

●

堿、鹽和大多數(shù)酸性溶液(如硫酸、鹽酸等)中，易被腐蝕。

●易于加工制成各種制品。

●鋁中常含許多雜質(zhì)（主要是鐵、硅，還有銅、鋅、鎂、錳、鎳和鈦等），隨雜質(zhì)含量↑，純鋁強度↑，導(dǎo)電性、耐蝕性和塑性↓。純鋁的牌號及用途:

牌號:

純鋁不能熱處理強化，唯一手段是冷加工硬化，強度低。

高純Al：原LG5－1，LG5純度最高，新1A99~1A85工業(yè)純Al：L1－6，L6純度最低，新如1070、1030等

用途:主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料，制備鋁合金和用于化學(xué)工業(yè)。2.鋁的合金化純鋁強度、硬度都很低，難以用作工程結(jié)構(gòu)材料。鋁中適量加入某些合金元素，再經(jīng)冷變形或熱處理，可大幅度↑其力學(xué)性能（主要是強度、硬度）。固態(tài)鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能像鋼一樣借助于熱處理相變強化。合金元素的強化作用主要為固溶強化、沉淀強化、過剩相強化和細(xì)化組織強化。固溶強化

:合金元素加入純Al中，形成鋁基固溶體，使晶格發(fā)生畸變，↑位錯運動阻力，↑強度。合金元素的固溶強化能力與其本身性質(zhì)及固溶度有關(guān)，總體講固溶強化效果不高，因此鋁的強化不能只依靠固溶強化。沉淀強化:主要強化手段，基體中造成較強烈應(yīng)變場，↑位錯運動阻力。通過熱處理（固溶時效）析出沉淀相實現(xiàn)強化，也稱時效強化。條件：①合金元素在鋁中有較高的極限溶解度和明顯的溫度關(guān)系；

②沉淀過程中形成性能好、均勻、彌散的共格或半共格過渡強化相。Cu、Mg、Zn、Si、Li等主加元素在鋁中均有較高溶解度，并隨溫度↓而急劇↓，但除銅外，與鋁形成的沉淀相或因共格界面錯配度低使應(yīng)變場較弱，或因預(yù)沉淀階段短，很快與基體喪失共格關(guān)系而形成非共格平衡相，難以充分滿足上述沉淀強化條件。因此通常在二元鋁合金中加入第三或第四組元，如Al-Cu-Mg、A1-Mg-Si、A1-Zn-Mg、Al-Li-Cu、A1-Cu-Mg-Zn、A1-Cu-Mg-Si、A1-Li-Cu-Mg等，形成好的沉淀強化相。過剩相強化:過剩相：鋁中合金元素含量超過其極限溶解度時，淬火加熱時一部分不能溶入固溶體而形成的第二相。過剩相多為硬而脆的金屬間化合物，起阻礙位錯滑移和運動的作用，合金強度、硬度↑，塑性、韌性↓。過剩相在一定限度內(nèi)，數(shù)量越多強化效果越好，但超過該限度時，合金由于過脆反而使強度急劇↓。過剩相強化是二元鋁硅合金的主要強化手段，過剩相為硅晶體。隨硅含量↑，硅晶體數(shù)量↑，合金強度、硬度相應(yīng)↑；當(dāng)硅含量超過共晶成分時，由于過剩相數(shù)量的過多以及多角形的板塊初晶的出現(xiàn)，導(dǎo)致合金的強度和塑性急劇↓，因此二元鋁硅合金中的含硅量一般不宜超過其共晶成分太多。細(xì)化組織強化:包括細(xì)化基體(包括細(xì)化晶粒、亞結(jié)構(gòu)及增加位錯密度)和細(xì)化過剩相。沉淀效果不大的鋁合金，常采用加入微量合金元素進(jìn)行變質(zhì)處理細(xì)化組織。如鋁硅合金中加微量鈉、鈉鹽或銻細(xì)化組織，可使塑性、強度顯著↑。可沉淀強化鋁合金，加微量鈦、鋯、鈹或稀土形成難熔化合物，作為非自發(fā)晶核細(xì)化基體晶粒；同時微量元素在沉淀強化處理時，溶入基體強烈↑鋁合金再結(jié)晶溫度，并呈彌散第二相析出，有效阻止再結(jié)晶過程及晶粒的長大。此外，還可采用快速冷卻的方法，增加合金的過冷度，來細(xì)化晶粒。變形強化與熱處理強化相結(jié)合，即↑強度，又↑塑韌性，這種方法非常適合于沉淀強化相的析出強烈依賴于位錯等晶體缺陷的鋁合金。形變熱處理:Al合金中常用合金元素:Cu：通過固溶、沉淀強化強烈↑合金的室溫強度；↑耐熱性。高強度鋁合金及耐熱鋁合金的主要合金元素。Mg：固溶強化效果較好，↓密度，具有良好的抗蝕性；沉淀強化效果小，須與其它元素配合加入。Mn：固溶度較低。產(chǎn)生的MnAl6相與Al電位相近，抗蝕性好，防銹鋁合金中常加Mn。Si：固溶度較低，且沉淀強化效果不大，主要借助于過剩相強化。二元Al-Si系合金共晶點較低，易于鑄造，是鑄造鋁合金基礎(chǔ)成分。Si和Mg可形成強化效果好的Mg2Si沉淀相。Zn：鋁中溶解度很大，固溶強化能力強，少量鋅即能↑鋁合金強度及抗蝕性。

多元鋁合金中鋅易形成沉淀強化相，顯著↑合金的沉淀強化效果。Li：近年來引起普遍關(guān)注的重要鋁合金添加元素?！X合金密度，顯著↑彈性模量。固溶強化能力有限，但時效甚至淬火中迅速形成的A13Li有序沉淀相，強化能力很強。此外：鋁合金中還常加入鈦、鋯、鉻、釩等微量元素，以改善合金綜合性能，

稀土在鋁合金中的應(yīng)用正逐漸擴大，其作用為↑成分過冷度，細(xì)化晶粒，球化雜質(zhì)相，降低熔體表面張力，增加流動性，改善工藝性能等。不可熱處理強化可熱處理強化變形鋁合金鑄造鋁合金3.鋁合金的分類據(jù)合金元素不同變形鋁合金分為如下系列，采用4位字符表示牌號：4.鋁合金的熱處理退火:再結(jié)晶退火

經(jīng)變形的工件加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫后空冷，消除加工硬化，改善合金塑性，以便繼續(xù)成形加工。低溫退火

再結(jié)晶溫度以下保溫后空冷，目的是消除內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)↑塑性，利于隨后進(jìn)行小變形量成形加工，同時保留一定的加工硬化效果。是不可熱處理強化鋁合金通常采用的熱處理方法。低溫退火的溫度一般在180—300℃。均勻化退火即擴散退火，消除鋁合金鑄件成分偏析及內(nèi)應(yīng)力，↑塑性，↓加工及使用過程中變形開裂傾向，通常在高溫長時間保溫后爐冷或空冷。要進(jìn)行時效強化處理的鑄件，均勻化退火可與固溶處理合并進(jìn)行，因淬火加熱時即可實現(xiàn)均勻成分和消除應(yīng)力的目的。固溶處理:

加熱到固溶線以上保溫后快冷，得溶質(zhì)和空位雙重過飽和固溶體，為后續(xù)時效作準(zhǔn)備。固溶后，塑性、耐蝕性顯著↑，強度↑不大。固溶應(yīng)注意：1)溫度范圍很窄，加熱溫度必需超過固溶線，但過高又會引起過熱或過燒。2)加熱一般用鹽爐或爐氣循環(huán)電爐以精確控制爐溫。冷卻介質(zhì)最常用的是水。3)注意加熱溫度和保溫時間，防止晶粒長大。時效處理:時效：淬火后的鋁合金過飽和固溶體在一定溫度下隨時間增長而分解，沉淀強化相從過飽和固溶體中的析出和長大，合金強度和硬度升高的現(xiàn)象。室溫下合金自發(fā)時效稱為自然時效，人工溫度下進(jìn)行的時效稱人工時效。最大時效強化效果對應(yīng)于過飽和固溶體分解出共格或半共格亞穩(wěn)平衡過渡相，亞穩(wěn)相的數(shù)量越多，彌散度越大，強化效果就越大。欠時效：合金強度不發(fā)生變化或變化很小，為過飽和溶質(zhì)原子偏聚或亞穩(wěn)相孕育析出時期；峰時效：合金獲得增強效果最大的階段，組織中強化相多為亞穩(wěn)平衡相；

過時效：亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀?，與基體脫離共格關(guān)系，應(yīng)力場顯著↓，合金明顯軟化。時效沉淀序列：過飽和固溶體→過飽和原子富集區(qū)→過渡沉淀相(亞穩(wěn)平衡相)→平衡沉淀相時效強化影響因素:化學(xué)成分：

鐵、鎳基本不溶于鋁；硅、錳在鋁中溶解度很小；鎂、鋅雖然溶解度較大，但與鋁形成的化合物強化效果弱。因此，A1-Fe、A1-Ni、Al-Si、Al-Mn、A1-Mg、A1-Zn等一般不進(jìn)行時效處理。若合金元素可在時效過程中形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的GP區(qū)，并引起基體畸變，進(jìn)而形成穩(wěn)定的強化相，如CuAl2等，就可起到較大的強化效果。熱處理工藝一般在不發(fā)生過熱、過燒的條件下，可↑淬火加熱溫度、保溫時間，以獲得較大過飽和度的均勻固溶體。其次，淬火冷卻時要避免析出第二相。時效溫度過低，溶質(zhì)原子擴散困難，GP區(qū)不易形成；溫度過高，析出相晶核尺寸大，數(shù)量少。Ts=(0.5—0.6)Tr，Ts為最佳時效溫度，Tr為合金的熔點。時效方式單級時效：最簡單、普遍采用，但組織均勻性差，難于獲得良好綜合性能。包括自然時效和人工時效。鋁合金自然時效以GP區(qū)強化為主，塑性較高，強度較低；人工時效以過渡沉淀相強化為主，強度較高，塑性較差。分級時效：不同溫度下進(jìn)行兩次時效或多次時效處理，分為預(yù)時效和最終時效。預(yù)時效溫度一般較低，目的是形成高密度的GP區(qū)；最終時效通過調(diào)整沉淀相的結(jié)構(gòu)和彌散度達(dá)到預(yù)期性能要求。因此分級時效可獲得好的綜合性能。鋁合金的回歸現(xiàn)象:

自然時效后的鋁合金，在200～250℃作短時間加熱后快冷至室溫，性能恢復(fù)到淬火狀態(tài)，并能進(jìn)行自然時效的現(xiàn)象稱為回歸。

回歸原因：當(dāng)加熱到稍高于GP區(qū)固溶線的溫度時，通過時效而形成的小尺寸GP區(qū)不穩(wěn)定而迅速溶解，但由于保溫時間短，過渡相與穩(wěn)定相來不及形成，此時將合金快冷到室溫，則又恢復(fù)到新淬火狀態(tài)。回歸現(xiàn)象在生產(chǎn)中具有重要意義，如時效后的鋁合金工件，可在回歸后的塑性狀態(tài)進(jìn)行各種冷變形操作。一切能時效強化的鋁合金，大都有回歸現(xiàn)象，且同一合金可進(jìn)行多次回歸，但每次回歸后強度有所下降，抗蝕性↓。鋁合金的晶界無沉淀帶現(xiàn)象:

人工時效后在晶界附近存在沒有沉淀相的區(qū)域，稱無沉淀帶或無析出帶。沿晶界兩側(cè)形成無沉淀帶，析出粗大的第二相質(zhì)點，在合金基體上生成極細(xì)的GP區(qū)或過渡相，無沉淀帶的寬度隨合金成分和熱處理工藝不同而變化。原因：①淬火加熱使空位濃度↑，快冷后溶質(zhì)原子和空位過飽和。晶界是空位的理想陷阱，過飽和固溶體在放置及加熱中空位進(jìn)入晶界，使晶界兩側(cè)出現(xiàn)空位貧乏帶，此處溶質(zhì)原子擴散速度小，時效時不能形成GP區(qū)或沉淀相。②淬火速度較慢時，晶界兩側(cè)的溶質(zhì)原子擴散至晶界，直接在晶界形成過渡相，使晶界附近出現(xiàn)溶質(zhì)貧乏帶，時效時帶內(nèi)不再發(fā)生沉淀，形成溶質(zhì)貧乏無沉淀帶。無沉淀帶對合金性能的影響，至今尚未取得完全一致的意見。消除無沉淀帶現(xiàn)象措施：

①添加微量元素，如Cr0.2％-0.3％；②

利用分級時效，改善脫溶沉淀的分布；③進(jìn)行形變熱處理，改善亞穩(wěn)相析出時的均勻性和彌散度。5.變形鋁合金防銹鋁:耐蝕性好，強度低（130－280MPa）Al-Mn系：常用來制造需要彎曲、冷拉或沖壓零件。A1-Mg系：隨Mg含量↑，強度↑，當(dāng)Mg>5％時，其抗應(yīng)力腐蝕能力下降，多用來制造管道、容器鉚釘及承受中等載荷零件。固溶強化，無沉淀強化，故含少量Mn形成的MnAl6相與Al電位相近，抗蝕性好硬鋁:A1-Cu-Mg系

2.2-7.0%Cu，0.2-2.4%Mg，0.3-1.0%Mn

通過固溶、沉淀強化強烈↑合金強度，Cu還↑耐熱性。強度（300-520MPa）、硬度高，塑韌性和耐蝕性差。分為低(LYl、LYl0)、中(LYll)、高強度硬鋁(LYl2、LY6)、耐熱硬鋁(LY2)。強化相：CuAl2、Mg5Al8、CuMgAl2、A16Mg4Cu。注意嚴(yán)格控制淬火加熱溫度。溫度過高零件易過燒、熔化；溫度過低固溶體過飽和程度不足。應(yīng)用：航空工業(yè)和儀表制造業(yè)，如常用來制造飛機蒙皮、框架、螺旋漿等。超硬鋁:A1-Zn-Mg-Cu系LC2、LC2合金元素：鋅(5-8.6%)、鎂(1-3%)、銅(1-3%)及少量錳、鉻、鈦等。強化：固溶、沉淀強化顯著。強化相：CuAl2、CuMgAl2、MgZn2和A12Mg3Zn3性能特點：●變形鋁合金中強度最高(600-700MPa)、熱塑性好、易加工成形。●應(yīng)力腐蝕敏感性大：

原因：人工時效后出現(xiàn)無沉淀帶，并沿晶界析出較粗大MgZn2相，在腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生腐蝕坑。

防止措施：加與空位結(jié)合能大的鉻、鋯等↓空位向晶界逸出，↓無沉淀帶；淬火后塑性變形↑晶界層位錯密度；分級時效、包覆純鋁、噴鍍、陽極氧化。應(yīng)用：航空、宇航業(yè)中受力較大、較復(fù)雜而要求密度小的結(jié)構(gòu)件如蒙皮、大梁、桁架、加強框、起落架部件等。鍛鋁:LD××合金含量低，熱塑性好，強度中等300-400MPa，適于生產(chǎn)鍛件。A1-Mg-Si系普通鍛鋁：

目前唯一對應(yīng)力腐蝕不敏感的鋁合金，強化相是Mg2Si。應(yīng)用最廣的是LD31主要用于建筑型材等方面。Al-Mg-Si-Cu系普通鍛鋁LD2、LD5、LD6、LDl0：

強化相Mg2Si、A12CuMg、CuAl2等。銅↓耐蝕性、工藝性能，故加少量錳、鉻↑耐蝕性。制造葉輪、框架、支桿等中等強度、較高塑性及抗蝕性零件。A1-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁LD7、LD8、LD9主要耐熱相為FeNiAl9。主要制作壓氣機和鼓風(fēng)機的渦輪葉片等耐熱零件。6.鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能、抗腐蝕性能和切削加工性能，可制成形狀復(fù)雜的零件，并可通過熱處理改善鑄件力學(xué)性能，成本較低。鋁－硅系ZL101-1011Si4.5-13%，含少量Cu、Mg、Mn俗稱“硅鋁明”，工業(yè)應(yīng)用最廣。鑄造性能優(yōu)良、氣密性高、耐蝕性良好，中等強度，密度低，線收縮率較小，適于鑄造常溫下工作形狀復(fù)雜的零件。組織：鋁基固溶體＋粗大針狀硅共晶＋少量板塊狀初晶硅改善性能：●變質(zhì)處理：細(xì)化組織?！裉砑鱼~、鎂、錳形成時效強化相。鋁－銅系ZL201-203Cu4.5-11%最大特點是耐熱性高；同時強度較高。缺點是鑄造性能、耐蝕性較差。多用來制造200-300℃工作的要求較高強度的零件。

鋁-鎂系ZL301、302,Mg4.5-11.5%，ZL302還含少量Mn又稱耐蝕鑄造鋁合金。優(yōu)點：密度小，強度高，耐蝕性好，切削性能良好；缺點：鑄造性能和耐熱性能差。多用于制造腐蝕介質(zhì)條件下承受較大載荷的零件。鋁-鋅系

ZL401（Zn9-13%,Si6-8%)、402(Zn5-7%)優(yōu)點：鑄造性能良好、時效強化能力強，強度高；鑄態(tài)下即具較高強度，可在不經(jīng)熱處理的鑄態(tài)下直接使用，多用于制造壓力鑄造零件。缺點：耐蝕性差。

7.鋁合金的發(fā)展方向（1）快速凝固新技術(shù)的應(yīng)用

自80年代中期，已用此技術(shù)生產(chǎn)出高強和高溫鋁合金，用于航空、航天業(yè)。機理：①↑合金元素在基體中的溶解度，并使時效過程中析出尺寸均勻彌散、細(xì)小的亞穩(wěn)過渡相，且體積分?jǐn)?shù)↑↑，合金強度、耐蝕性↑。②

促使雜質(zhì)元素固溶于基體，形成細(xì)小、彌散、均勻分布的質(zhì)點，即可消除雜質(zhì)元素的有害作用，又可產(chǎn)生一定的強化效果。③減小沉淀相的長大速率，形成穩(wěn)定的彌散強化相，↑高溫力學(xué)性能。普通硬鋁合金工作溫度大于200℃時，亞穩(wěn)定沉淀相迅速粗化，性能↓★快速凝固高溫合金適于制造高速飛機的某些結(jié)構(gòu)件及火箭和宇宙飛船上的構(gòu)件，其成本只是鈦合金的30％-50％，飛機自重↓15％左右。（2）新一代鋁合金——A1-Li系合金新型超輕結(jié)構(gòu)材料A1-Li合金強韌化機制強化機制：析出相強化、固溶強化和細(xì)化晶粒強化，有明顯的時效強化效應(yīng)，屬可熱處理強化型鋁合金。時效析出的彌散亞穩(wěn)球形相A13Li與基體完全共格，強烈阻礙位錯運動，是主要強化相。A1-Li系合金性能特點：密度小，比強度、比剛度大，疲勞性能良好，耐蝕性及耐熱性好。但塑韌性差，缺口敏感性大，加工及產(chǎn)品生產(chǎn)困難。價格是硬鋁的2-3倍，若海水中萃Li技術(shù)獲成功則可得價格便宜的Li材料。已開發(fā)三個系列：A1-Cu-Li系、A1-Mg-Li系和AI-Li-Cu-Mg-Zr系。

Li極活潑且很輕(0.533g·cm-3)，儲量豐富。鋁合金中加Li可↓密度，↑性能。如加2％-3％Li，密度↓10％，比剛度↑20％-30％，強度可與LY12媲美。Li含量大于3％時，韌性明顯↓。因此，其合金中Li含量僅為2％—3％。用A1-Li合金制作飛機結(jié)構(gòu)件，可使飛機減重10％-20％，是在航空、航天領(lǐng)域中很有競爭力的一種新型超輕結(jié)構(gòu)材料。A1-Li合金塑韌性低，主要與以下因素有關(guān)：1)強化相的析出導(dǎo)致位錯在晶界或夾雜物處塞積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨Li量↑，合金強度↑，塑韌性↓。2)晶界附近常形成強度比晶內(nèi)強度低的無析出帶，受力時首先在無析出帶內(nèi)屈服，發(fā)生局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生沿晶斷裂。3)加入Mg能產(chǎn)生固溶強化并強化無析出帶；同時加入Cu、Mg并經(jīng)形變熱處理，可析出大量Al2CuMg，使位錯分散滑移，↑韌性。4)0.1-0.2％Zr可在晶界或亞晶界處析出A13Zr彌散質(zhì)點，對晶界有釘扎作用，能抑制合金發(fā)生再結(jié)晶和細(xì)化晶粒，↑韌性。5)鐵、硅、錳等雜質(zhì)存在易形成粗大脆性雜質(zhì)相，↓塑韌性。還要嚴(yán)格控制合金中鈉、鉀、氫等雜質(zhì)元素的含量，防止氫脆的產(chǎn)生。為擴大A1-Li合金的應(yīng)用范圍，應(yīng)解決下列問題：1)改善現(xiàn)有A1-Li合金的力學(xué)性能，特別是脆性大及各向異性；2)發(fā)展高強韌性的A1-Li合金；3)降低成本；4）發(fā)展精密成形方法，減少切削；5)多組元合金化，在Al-Li基礎(chǔ)上加入銦、鍺、硼和稀土等元素。第2節(jié)鈦及其合金一、概述Ti：稀有金屬，原子序數(shù)22，d＝4.5g/cm3，熔點1668℃。性能特點：

與鋼比，輕、比強度高得多、耐蝕；與鋁比，比強度、比剛度高，耐熱性能好；還具有超導(dǎo)、記憶、儲氫等特殊性能。①輕、強度高（合金化后可達(dá)1400MPa），比強度，比剛度高；②耐蝕（潮濕大氣、海水、Cl－水溶液及酸中耐蝕性超過不銹鋼）；③固態(tài)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（在882.5℃以上體心立方β-Ti，以下密排六方α-Ti?？赏ㄟ^熱處理得α、β或(α+β)顯微組織；④導(dǎo)電導(dǎo)熱性較低，無磁性；⑤氮氣中加熱即發(fā)生燃燒，鈦塵在空氣中有爆炸的危險；⑥能經(jīng)受更大的冷變形，但變形抗力大，加工困難；⑦對熱鹽應(yīng)力腐蝕具有不同程度的敏感性；⑧高溫下能溶解其氧化物；接近熔點時在高速氣流中發(fā)生快速氧化。如航空發(fā)動機可能會發(fā)生葉尖與機匣內(nèi)壁摩擦著火，嚴(yán)重時會燒毀壓氣機。應(yīng)用：

航空、化工、電力、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，作為尖端科學(xué)技術(shù)材料。如F-15戰(zhàn)斗機的機體結(jié)構(gòu)材料鈦合金用量達(dá)7000kg，約占結(jié)構(gòu)重量的34％。

遵義鈦廠、寶雞稀有金屬加工廠。二、工業(yè)純鈦：主要雜質(zhì)：

氧、氮、碳：↑強度↓塑性，一般分別控制在0.15％、0.05％和0.1％以下；

氫：強烈↓鈦沖擊韌性，↑缺口敏感性；

鐵、硅：對性能影響不強烈，一般分別控制在0.3％和0.15％以下。牌號：TAD、TA1、TA2、TA3用途：加工成各種規(guī)格的板、管、棒、線及帶材等，用于制造飛機骨架、船舶出管道及化工冷卻器等重要耐蝕結(jié)構(gòu)零件。雜質(zhì)含量高，強度↑塑性↓不能熱處理強化，只能冷變形強化，強度較低，350～700MPa（相當(dāng)于鋼）。三、鈦合金：1.常用合金元素及其作用鋁、鋯、釩、鉬、錫、錳、鐵、鉻、銅、硅等。●形成固溶和彌散強化，使鈦的抗拉強度從450MPa提高到1200-1500MPa；●影響α→β轉(zhuǎn)變，得到不同組織得鈦合金。Al,Sn：↑強度，不明顯↓塑性。Al還↑熱強性和彈性模量，是鈦合金中應(yīng)用最廣的元素，但超過7％后會出現(xiàn)脆性化合物而↓性能。V：

常用的穩(wěn)定β相元素，高溫長時間工作時，組織穩(wěn)定。Mn,Fe,Cr：固溶強化效果好，穩(wěn)定β能力強，但高溫組織不穩(wěn)定，抗蠕變差。Cu,Si：↑熱強性。Cu超過極限溶解度時有時效強化作用；Si超過0.2％時形成Ti5Si3相，強度↑，但熱穩(wěn)定性↓。RE：形成細(xì)小穩(wěn)定的RE氧化物，產(chǎn)生彌散強化,↑耐熱性和熱穩(wěn)定性。另外:在添加β穩(wěn)定元素和Al的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)熱處理可↑時效組織彌散度，產(chǎn)生較好的彌散強化效果。2.鈦合金的分類3.鈦合金的熱處理退火

目的是穩(wěn)定組織，消除應(yīng)力，降低硬度和提高塑性。淬火與時效(1)淬火加熱溫度：α+β型選擇在α+β兩相區(qū)的上部溫度范圍；β型選擇在臨界溫度附近，溫度過低β相固溶合金元素不充分，原始α相多，時效后強度低；溫度過高，則晶粒粗大。(2)時效規(guī)范：時效溫度根據(jù)合金成分及零件性能要求調(diào)整（425—550℃）。

形變熱處理和化學(xué)熱處理(1)形變熱處理：將鈦合金加熱到再結(jié)晶溫度以上變形40％-85％后迅速淬火，再進(jìn)行常規(guī)時效處理。

(2)化學(xué)熱處理：為改善鈦合金耐磨性和耐蝕性。鈦合金滲氮后表層為氮化物和含氮固溶體，其硬度比未滲氮工件↑2—4倍，耐磨性和耐蝕性得到改善。滲氧可提高合金耐蝕性7-9倍，但塑性和疲勞性能降低。4.常用鈦合金α型鈦合金－－TA1,2,3,6,7,8主加Al、Sn、Zr

單相組織，性能穩(wěn)定；強度高（1200-1500MPa）、韌性好；高溫下對氧有較強抵抗力；焊接性好；但成形性較差。再結(jié)晶溫度和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度↑，在300-500℃具有較好熱強性，發(fā)展高溫鈦合金的基礎(chǔ)。典型牌號：TA7(Ti-5AI-2.5Sn)，多用于制造飛機蒙皮和各種模鍛件以及特種高壓低溫容器等，是應(yīng)用最多的α型鈦合金。α+β型鈦合金－－TC1,2,3,4,6,8,9,10主加Al、V

雙相組織；塑性好、室溫強度高，但熱強性較差?？蔁崽幚韽娀?。典型牌號：TC4（Ti-6AI-4V)，使用溫度范圍400-196℃，綜合性能好，可用于制造火箭發(fā)動機外殼、航空發(fā)動機壓氣機盤和葉片、以及壓力容器等。β型鈦合金－－TB1,2主加大量β穩(wěn)定元素

加入大量β穩(wěn)定元素，空冷或水冷可在室溫得到全β相組織。主要特點是通過時效處理可大幅度↑強度，是發(fā)展高強鈦合金潛力最大的合金。鑄錠易偏析，性能波動大，且β穩(wěn)定元素多為稀有金屬，價格昂貴。TB2合金是我國最早研制的亞穩(wěn)定β相鈦合金，在固溶狀態(tài)下有良好的冷成形性，時效后具有高的強度和較好的塑性，主要用于壓氣機葉片、輪盤等重載荷旋轉(zhuǎn)件和飛機構(gòu)件.四、鈦合金的發(fā)展（自學(xué)）第3節(jié)銅及其合金一、概述性能特點：

①導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好：僅次于銀而居于第二位；②耐蝕：純銅在常溫干燥空氣中幾乎不氧化，在含CO2的濕空氣中表面產(chǎn)生堿性碳酸鹽有保護作用，在氧化性的酸(如硝酸、濃硫酸)以及各種鹽類(如氨鹽、氯化物、碳酸鹽等)溶液中不耐蝕；③較高的強度和優(yōu)良的塑性；④可焊接和冷熱壓力加工成形性。應(yīng)用：

電力、化工、航空、交通和礦山等領(lǐng)域不可缺少的貴重材料。二、純銅

微量雜質(zhì)（Pb、Bi、O、S、As、P等）對其力學(xué)（塑、韌、硬）與物理性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱）及工藝性能影響很大。如Pb、Bi與Cu形成低熔點共晶體，加熱時破壞晶界結(jié)合，造成熱脆；

O、S也能與Cu形成共晶體，引起冷脆；O量過高引起

“氫病”，即在H2等還原性氣氛中退火時H2等滲透到銅的內(nèi)部，與銅中氧作用形成水蒸氣或CO2變脆或開裂。純銅分類、牌號、成分、用途

三、銅合金

純銅強度（200～240MPa）、硬度低。冷作硬化強度可↑至400～500MPa，但δ急劇↓；合金化可↑銅的性能。Zn、Al、Sn、Ni等在銅中可起較大固溶強化效果，使銅強度明顯↑。Be、Ti、Zr、Cr等具有時效強化效果，最突出的Cu-Be合金，熱處理后最高強度可達(dá)1400MPa。過剩相強化在銅合金中應(yīng)用也很普遍。如黃銅和青銅中的CuZn、Cu31Sn3、Cu9Al4等均有較高的過剩相強化作用。分類：據(jù)化學(xué)成分

據(jù)成形方法

除高錫、高鉛和高錳的專用鑄造銅合金外，大部分銅合金即可作變形合金，也可作鑄造合金。

銅合金可用軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓、旋壓等方法塑性加工。銅合金進(jìn)行退火處理溫度一般為400-700℃，成品去應(yīng)力退火溫度則為160-400℃，為防止氧化或變色，退火通常在保護氣氛中進(jìn)行。1.黃銅：Cu-Zn合金，Zn固溶強化，并可形成過剩相CuZn普通黃銅：組織：α相：Zn在Cu中的固溶體，晶格類型同純銅，抗蝕性、塑性與純銅相似。β相：以CuZn（電子化合物，體心立方）為基固溶體，低溫下β相為有序固溶體，又稱β′相，硬而脆，冷加工困難；高溫下塑性極高。黃銅按組織可分為：

α單相黃銅：抗蝕性和室溫塑性好,但強度低,適宜進(jìn)行冷變形加工；α+β兩相黃銅和β′單相黃銅：室溫塑性較差，需加熱到高溫進(jìn)行熱加工。工業(yè)上應(yīng)用較多的為H62、H68和H80：H62被譽為“商業(yè)黃銅”，廣泛用于制作水管、油管、散熱器墊片及螺釘?shù)龋?/p>

H68強度較高，塑性好，適于經(jīng)冷沖壓或深冷拉伸制造各種復(fù)雜零件，曾大量用作彈殼，有“彈殼黃銅”之稱；H80因色澤