金屬材料學第九章 有色金屬及其合金

第九章

有色金屬及其合金黃銅金概述定義除Fe，Cr，Mn之外的其他所有金屬有色金屬分類1.重金屬，密度大于3.5g/cm3的金屬，如Cu，Ni，Co，Pb，Zn2.輕金屬，密度小于3.5g/cm3的金屬，如Al，Mg，Na，K等3.貴金屬，可作貨幣的金屬，如金，銀，鉑，鈀，銠等4.半金屬，物理性能介于金屬和非金屬之間的，如硅，碲，鍺，硼等5.稀有金屬，相對稀缺或產(chǎn)量少的金屬，包括輕金屬的Ti，Li等；稀有難熔的金屬，如W，Mo，Nb，Zr，V等；稀有重金屬，如鎵，銦，鉈等，稀土金屬，如釔，鑭等；稀有放射性金屬，如鐳，鈾，釷，錒等2金屬之最

密度最大的金屬──鋨(22.48克/立方厘米,1立方米的就有22.48噸重

)

地殼中含量最高的金屬元素──鋁目前世界年產(chǎn)量最高的金屬──鐵導電、導熱性最好的金屬──銀人體中含量最高的金屬元素──鈣硬度最高的金屬──鉻熔點最高的金屬──鎢(3380℃)

熔點最低的金屬──汞（-38.87℃)密度最小的金屬──鋰(0.534克/厘米3)

3有色金屬的產(chǎn)量和用量不如黑色金屬多，但由于其具有許多優(yōu)良的特性，如特殊的電、磁、熱性能，耐蝕性能及高的比強度(強度與密度之比)等，已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料.材料占汽車凈重比AlFe塑料其它橡膠磁材料玻璃聚碳酸酯Ti碳纖維各種材料在先進汽車中占的重量百分比4我國有色金屬資源我國有色金屬資源豐富W，Sn，Mo，Hg，Pb，Zn，稀土等儲量居世界前列5第一節(jié)鋁及鋁合金四大工程材料之一：鋼鐵、鋁、塑料、水泥Al及其合金在工業(yè)生產(chǎn)中的應用量僅次于鋼鐵，居有色金屬首位Al及其合金的特點密度小，比強度和比剛度高，導熱導電性優(yōu)良，耐腐蝕應用應用于宇航，飛機制造業(yè)，民用中主要用于建筑，運輸，電力等行業(yè)鋁合金制造的機翼6美F-117隱身戰(zhàn)斗機

(所用材料大部分是鋁合金)7

現(xiàn)代飛機有70％是鋁和鋁合金制造的，所以人們稱鋁是“會飛”的金屬。鋁---“會飛”的金屬

我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”的外殼就是用鋁合金制成的。導彈的用鋁量占總質(zhì)量的10％～50％。美國的阿波羅Ⅱ號宇宙飛船使用的金屬材料中，鋁和鋁合金占75％。8美國軍用飛機上各種材料用量占機體結構總量的百分比92007年鋁罐的產(chǎn)量達356.3萬噸2001年美國年均使用量達400只/人1011鋁合金建筑型材12鋁在哪里？

世界上鋁的主要生產(chǎn)國為：澳大利亞、巴西、中國、美國、俄羅斯、加拿大等.13我國的鋁土礦資源在世界上屬于比較豐富的國家之一，我國2006年的產(chǎn)量排名世界第二，主要的生產(chǎn)商有：中國鋁業(yè)約750，000噸（青海分公司260．000噸，貴州分公司240，000噸，廣西分公司137，000噸，山東分公司60，000噸，河南分公司56，000噸；青銅峽鋁業(yè)250，000噸；豫港龍泉鋁業(yè)200，000噸；包頭鋁業(yè)186，000噸；蘭州鋁業(yè)180，000噸；焦作鋁業(yè)150，000噸；萬基鋁業(yè)150，000噸；商電鋁業(yè)115，000噸；山西關鋁約100，000噸；云南鋁業(yè)100，000噸。14一、純Al及其合金化（一）純Al的特性及Al中雜質(zhì)1.純鋁具有銀白色金屬光澤，密度小(2.72)，熔點低(660.4℃)，具有面心立方晶格，無同素異構轉(zhuǎn)變，無磁性。導電，導熱性能優(yōu)良。2.化學性質(zhì)活潑，在大氣中易與氧作用生成Al2O3的氧化膜，具有良好的耐蝕性3.加工性能優(yōu)良，易于加工成各種制品（能制成0.000638mm的鋁箔）4.Al中的雜質(zhì)很多，主要有，F(xiàn)e、Si，還有Cu，Zn，Mn，Ni等151.工業(yè)純Al的牌號以“L”加一順序號數(shù)字表示，如L1，LG5等。2.用途主要用于科學研究，化學工業(yè)，配制鋁合金3.純Al不能熱處理強化（二）純Al的牌號及用途16（三）Al的合金化及分類1.Al的強度硬度都很低（抗拉強度50MPa），難以作結構材料，必須添加合金元素，并通過冷變形或熱處理來強化。2.Al無同素異構轉(zhuǎn)變，不能象鋼一樣通過熱處理相變強化3.鋁的合金化及強化方法合金元素主要強化作用有：固溶強化，沉淀強化，過剩相強化和細化組織強化17（1）固溶強化合金元素加入到純鋁中，形成鋁基固溶體，導致晶格發(fā)生畸變，增加位錯運動阻力，從而提高強度。固溶強化效果不高，得結合其他強化手段共同強化（2）沉淀強化（時效強化）

Al中添加在高溫下有較高溶解度極限的合金元素，這些合金元素隨溫度的降低，溶解度急劇下降，沉淀析出，均勻、彌散的共格或半共格強化相，在基體中形成較強的應變場，增加位錯運動的阻力常用沉淀合金元素有：Cu，Mg，Zn，Si，Li等

18（3）過剩相強化當Al中加入的合金元素超過其溶解度時，合金在淬火加熱時便有一部分不能溶于固溶體，而以第二相形式存在，為過剩相，它們在鋁合金中阻礙位錯運動和滑移。（4）細化組織強化添加微量合金元素細化固溶體基體或細化過剩相來強化Al合金

194.鋁中常加元素及作用鋁合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外還有Li，Cr、Ni、Ti、Zr等輔加元素。（1）Cu固溶強化＋沉淀強化，提高室溫強度及耐熱性，是鋁合金的主加元素；（2）Mg固溶強化，降低密度，提高耐蝕性，不能單獨加入，必須配合其他合金元素加入（3）Mn提高耐蝕性（4）Si過剩相強化（5）Zn固溶強化，沉淀強化，提高耐蝕性（6）Li現(xiàn)在引起人們廣泛關注的合金元素，提高彈性模量，降低密度，形成Al3Li的強烈沉淀強化20根據(jù)主加元素的二元相圖可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化兩類.（三）鋁合金的分類根據(jù)鋁合金加工工藝和性能特點分類鋁合金分類示意圖21Al合金結晶過程

變形鋁合金結晶過程?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.22二、鋁合金的熱處理為獲得優(yōu)良的綜合力學性能，鋁合金一般需進行熱處理熱處理工藝包括：退火，固溶處理，時效鋁合金型材鋁鑄件231.再結晶退火（完全退火）將經(jīng)變形的工件加熱到再結晶溫度以上，保溫一段時間，消除加工硬化，改善塑性。2.低溫退火消除內(nèi)應力，提高塑性。3.均勻化退火（擴散退火）消除合金鑄錠的成分偏析和內(nèi)應力，提高塑性。（一）退火24

將合金加熱到固溶線以上，并保溫，快冷。得到過飽和不穩(wěn)定的固溶體組織，為后續(xù)的時效處理作準備加熱固溶淬火過飽和時效析出（三）時效處理時效：指淬火后得到的鋁合金過飽和固溶體在一定溫度下，隨時間增長而分解，導致合金強度和硬度升高的現(xiàn)象。時效實質(zhì)是沉淀強化相從過飽和固溶體中析出和長大（二）固溶處理25?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.淬火+時效組織形成示意圖26在室溫下進行的時效稱自然時效；在加熱條件下進行的時效稱人工時效。時效強化效果與加熱溫度和保溫時間有關。

溫度一定時，隨時效時間延長，時效曲線上出現(xiàn)峰值，超過峰值時間，析出相聚集長大，強度下降，為過時效。隨時效溫度提高，峰值強度下降，出現(xiàn)峰值的時間提前。含4%Cu鋁合金的時效曲線

時效時間/d27時效效果：最大的時效強化效果對應于過飽和固溶體分解出共格或半共格亞穩(wěn)平衡過渡相的階段峰時效：合金獲得很好的強化效果，時效組織中的強化相多為亞穩(wěn)平衡相欠時效：過飽和溶質(zhì)原子偏聚或亞穩(wěn)相孕育析出過時效：亞穩(wěn)相－平衡相，與基體脫離平衡關系28時效影響因素1.化學成分的影響取決于溶質(zhì)元素能否溶解于固溶體以及溶解度隨溫度的變化程度2.熱處理工藝的影響正確控制合金的固溶處理，是獲得良好時效強化效果的前提3.時效方式的影響（1）單極時效：優(yōu)點，工藝簡單，缺點，組織均勻性差（2）分級時效：不同溫度下進行二次時效處理，獲得良好的綜合力學性能29三、變形鋁合金（一）變形鋁及鋁合金牌號表示方法全世界鋁的用量百萬噸一次生產(chǎn)量二次回收量總用量30GB3190-82中變形鋁合金牌號表示方法為:

防銹鋁合金：LF+序號

硬鋁合金：LY+序號

超硬鋁合金：LC+序號

鍛鋁合金：LD+序號鋁合金波紋管鋁合金制品鋁是可以回收利用的金屬3132（二）防銹鋁Mn，Mg是防銹鋁主要添加元素衛(wèi)星天線（LF2）Mn和Mg主要作用是提高抗蝕能力和塑性，并起固溶強化作用防銹鋁合金鍛造退火后組織為單相固溶體，抗蝕性、焊接性能好，易于變形加工，但切削性能差。不能進行熱處理強化，常利用加工硬化提高其強度。33汽化器(熱交換管為LF21)常用的Al-Mn系合金有LF21，其抗蝕性和強度高于純鋁，用于制造油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)刃枰獜澢?、沖壓加工的零件。常用的Al-Mg系合金有LF5，其密度比純

鋁小，強度比Al-Mn合金高，在航空工業(yè)中得到廣泛應用，如制造管道、容器、鉚釘及承受中等載荷的零件。34易拉罐用防銹鋁合金目前世界各國在全鋁易拉罐生產(chǎn)中普遍采用的鋁合金板卷主要有三種:即罐體用3004H19（Al-Mn系）鋁合金板帶罐蓋用5182H19（Al-Mg系）鋁合金板卷拉環(huán)用5042H19或5082H19、5182H19鋁合金板卷。這三種鋁材中,用量最大的為罐體材料,占2/3以上。全世界的鋁罐料產(chǎn)量由2001年的4.221百萬噸上升到2005年的4.82百萬噸,即上升14%。35（三）硬鋁主要是Al-Cu-Mg系合金，并含少量Mn。可進行時效強化，也可進行變形強化。強度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金如LY11

、LY12

等，廣泛應用于航空制造業(yè)和儀表制造業(yè)如螺旋槳、梁、鉚釘?shù)?

飛機翼梁(腹板為硬鋁合金)36（四）超硬鋁合金屬Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。強度在變形鋁合金中最高，可達600-700MPa時效強化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好，但耐蝕性差。常用合金有LC4

、LC9

等，主要用于工作溫度較低、受力較大的結構件,如飛機大梁、起落架等.飛機主起落架37（五）鍛鋁Al-Mg-Si系普通鍛鋁合金，優(yōu)良的擠壓成型性，易氧化著色，廣泛應用于建筑型材，LD31。Al-Cu-Mg-Si系普通鍛鋁合金可鍛性好，力學性能高，用于形狀復雜的鍛件和模鍛件，如噴氣發(fā)動機壓氣機葉輪、導風輪等，LD2，LD5，LD6，LD10Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金

常用牌號有LD7、LD8、LD9等。用于制造150~225℃下工作的零件，如壓氣機葉片、鼓風機葉片等散熱零件。壓氣機葉片建筑鋁型材（LD31）38四、鑄造鋁合金優(yōu)點良好的鑄造性能，抗腐蝕性能和切削加工性能，可制成各種形狀的復雜零件，還可通過熱處理改善鑄件的力學性能，熔煉工藝簡單，成本低缺點力學性能水平不如鍛鋁合金鑄造鋁合金輪轂39鑄造鋁合金編號（GB/T-8063-1994）4041鑄造鋁合金代號包括：Al-Si系：代號為ZL101～1011Al-Cu系：代號為ZL201～203Al-Mg系：代號為ZL301~303Al-Zn系：代號為ZL401，402鑄造鋁合金代號4243（一）Al-Si系鑄造鋁合金又稱硅鋁明。其中ZL102是含12%Si的鋁硅二元合金，稱為簡單硅鋁明加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱復雜(或特殊)硅鋁明。Al-Si系鑄造鋁合金的鑄造性能好，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和焊接性能。用于制造飛機、儀表、電動機殼體、汽缸體、風機葉片、發(fā)動機活塞等。44根據(jù)含Si量，分為亞共晶型、共晶型、過共晶型合金。亞共晶組織：α樹枝晶+（α+Si針狀）共晶體。共晶組織：（α+Si針狀）共晶體鑄態(tài)組織過共晶組織：初生Si（塊狀）+（α+Si針狀）共晶體Al-Si系合金鑄態(tài)組織特點577℃12.7%45Al-Si合金成份位于共晶點附近，鑄態(tài)組織（變質(zhì)處理前）：（α+Si）共晶體，Si呈粗大針狀分布，使合金變脆，強度和塑性都很低。在普通鑄造條件下，ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和

固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上通常用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到細小均勻的共晶體加一次

固溶體組織，以提高性能。46鋁合金的變質(zhì)處理鋁合金在澆注前向合金注液中加入可有效地細化晶粒的材料（變質(zhì)劑），從而提高合金強度，稱為變質(zhì)處理或細化晶粒強化。以Al-Si合金為例，澆注前加入2-3%的變質(zhì)劑（NaF和NaCl）后，可將針狀Si改變?yōu)榧毿×頢i，得到細小均勻的共晶體和初生α固溶體的亞共晶組織（α+Si）+α，顯著提高合金的強度和塑性。47Al-Si合金變質(zhì)處理機理Na等變質(zhì)元素能促進硅的形核，并吸附在硅晶體的表面，阻止硅的長大，最終生長為球狀或多面體狀。同時鈉的存在使液態(tài)合金產(chǎn)生5～10℃的過冷度，并使共晶點向右移動，這樣不僅形核率增加，細化共晶組織，而且使合金組織由共晶成分變?yōu)閬喒簿С煞?。出現(xiàn)了初生α固溶體+細小均勻的共晶體。變質(zhì)處理對Al-Si相圖的影響48變質(zhì)前鑄態(tài)組織變質(zhì)后鑄態(tài)組織未變質(zhì)處理

經(jīng)變質(zhì)處理

ZL102的鑄態(tài)組織49ZL102變質(zhì)處理前Si塊+（α+Si針）共晶50ZL102變質(zhì)處理α枝晶+（α+Si）共晶51（二）Al-Cu系鑄造鋁合金這類合金的耐熱性好，強度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強度低于Al-Si系合金。常用代號有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在較高溫度下工作的高強零件，如內(nèi)燃機汽缸頭、汽車活塞等。汽缸頭52這類合金的耐蝕性好，強度高，密度??；但鑄造性能差,耐熱性低。常用代號為ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。鼓風機密封件等(ZL301)（三）Al-Mg系鑄造鋁合金53這類合金的鑄造性能好，強度較高，可自然時效強化；但密度大，耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。（四）Al-Zn系鑄造鋁合金54五、鋁鋰合金近年來引起廣泛關注的一種新型超輕結構材料

Li的密度是0.533g/cm3，是Al的1/5，F(xiàn)e的1/15Al-Li合金的密度大大降低優(yōu)點密度小，比強度高，比剛度大，抗疲勞性能好，耐蝕性好，耐熱性好缺點塑性，韌性差，缺口敏感性大，加工困難應用飛機結構件，航空航天領域已開發(fā)合金系

Al-Cu-LiAl-Mg-LiAl-Li-Cu-Mg-Zr55基本資料1983年在巴黎國際航空博覽會上，世界上兩家最大的鋁合金生產(chǎn)企業(yè)——英國阿爾康鋁業(yè)公司和美國阿爾考鋁業(yè)公司，同時宣布研制成功新的革命性材料——鋁鋰合金。專家們認為，鋁鋰合金是從1943年發(fā)明鋁鋅系高強合金以來，鋁合金研究和開發(fā)的又一個里程碑。56民用航空采用鋁鋰合金制造波音飛機，重量可以減輕14．6％，燃料節(jié)省5．4％，飛機成本將下降2．1％，每架飛機每年的飛行費用將降低2．2％麥道公司的C-17運輸機使用了鋁鋰合金板材和擠壓型材制造貨艙的地板梁、襟翼、副翼、蒙皮等結構，用量達2.8t，比用普通鋁合金減重208kg。英、意合作生產(chǎn)的大型直升機EH101上，其機身框架、蒙皮和內(nèi)部結構使用了相當多的A1－Li合金板材和鍛件，每架質(zhì)量減輕200kg。而據(jù)估計，直升機在整個服役期間每減輕1kg增加經(jīng)濟效益高達3000英鎊57軍用航空20世紀90年代初又在米格－29和米格－31飛機上采用1420合金焊接結構，使減重效果進一步提高。米格－29使用了1420合金薄板、模鍛件、擠壓壁板等制造機身、駕駛員座艙、油箱等，每架飛機鋁鋰合金用量達3.8t。1996年6月，雷諾茲金屬公司開始售出第一批AA2l97合金板材，用于取代其它材料制造美國空軍F－16飛機的后部隔板(艙壁)和其它零件。應用于軍械和核反應堆用材，坦克穿甲彈，魚雷和其它兵器結構件方面，此外在汽車、機器人等領域。58航天器對于航天飛行器結構，質(zhì)量的減輕可增加有效載荷，而有效載荷每增加1kg可帶來4,400～110,000美元的效益。因此，由于Al-Li合金密度低、性能好的特點，在很多航天飛行器中都采用Al-Li合金結構。美國洛克希德導彈和空間公司(LMSC)使用AA2195合金生產(chǎn)的新的航天飛機“超輕型油箱”，長達47m，直徑達8.4m，用于盛裝低溫燃料和液態(tài)氫。AA2195合金的使用使油箱減輕5%（減重近3400kg），強度提高30%，有效地增加了有效載荷，節(jié)約成本約7500萬美元。麥道空間系統(tǒng)公司采用2090－T81板材制成直徑2.44m，長3.05m的低溫箱，用于三角翼火箭盛放燃料和液氧的容器，質(zhì)量減輕15%。美國通用動力空間公司在阿特拉斯和半人馬運載火箭上的三個部件采用2090合金，總量達70kg，質(zhì)量較2024減輕8%。1997年12月的美國“奮進號”航天飛機外貯箱采用2195代替2219，運載能力提高了3.4t。59第二節(jié)Ti及Ti合金一、概述鈦及其合金是上世紀40年代發(fā)展起來的一類新型結構材料1.Ti的物理性能純Ti熔點1668℃，密度4.5g/cm3，在882.5℃發(fā)生同素異構轉(zhuǎn)變

-Ti?

-Ti,

由體心立方

-Ti轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕?/p>

-Ti.美F-22戰(zhàn)機約36%重量的零件用鈦合金制造602.化學性能純Ti室溫下穩(wěn)定，鈍化能力強，在海水，潮濕大氣，氯化物水溶液中抗蝕性超過不銹鋼，高溫耐蝕性下降3.力學性能強度高，是Al的6倍，比強度高，塑性好，便于冷熱加工4.熱處理純Ti不能熱處理強化，只能進行冷變形強化615.純Ti的主要用途純鈦主要用于350℃以下工作、強度要求不高的零件，如石油化工用熱交換器、反應器，海水凈化裝置及艦船零部件。鈦鋼復合反應釜鈦管換熱器鈦制蒸餾塔62美國軍用飛機上各種材料用量占機體結構總量的百分比●隨著軍用飛機的發(fā)展，各種材料在飛機機體上的用量不斷變化，總的趨勢是復合材料和鈦合金的用量逐漸增多63波音民機機體上鈦合金和復合材料的用量（%）●隨著民用飛機的發(fā)展，各種材料在飛機機體上的用量也有變化，總的趨勢也是復合材料和鈦合金的用量不斷增多。64波音飛機鈦用量隨年代的變化空客民機機體上鈦合金和復合材料的用量（%）65空中客車A380(AirbusA380）空中客車A380(AirbusA380)是歐洲空中客車工業(yè)公司研制生產(chǎn)的四發(fā)550座級超大型遠程寬體客機，空中客車A380投產(chǎn)時也是全球載客量最大的客機，空中客車A380有「空中巨無霸」之稱。2010年8月1日，中國首條A380定期航線正式啟用。2011年10月17日，A380飛機將正式執(zhí)行第一個載客飛行任務，首飛北京-廣州-北京航線。6667A380客艙68二、鈦合金純鈦加入合金元素形成鈦合金。鈦合金幾乎都含有鋁。鋁能提高鈦合金的強度、比強度和再結晶溫度.69Ti合金分類按退火組織，鈦合金可分為

型鈦合金、

型鈦合金和

+

型鈦合金三類，它們的牌號分別用TA、TB、TC加順序號表示。如TA5、TB2、TC4等。其中TA0~TA3為工業(yè)純鈦。

鈦合金泵701.

型鈦合金主加元素為鋁，還有錫、硼等，屬hcp結構。

不能熱處理強化，通常在退火狀態(tài)下使用,組織為單相

固溶體.強度低于另兩類鈦合金，但高溫強度、低溫韌性及耐蝕性優(yōu)越.鈦合金氫泵誘導輪鈦合金氫泵殼體71常用牌號有TA5、TA7等主要用于制造500℃以下工作的零件，如飛機壓氣機葉片、導彈的燃料罐、超音速飛機的蝸輪機匣及飛船上的高壓低溫容器等。

鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵-Ti合金組織722.

型鈦合金加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。經(jīng)淬火加時效處理后，組織為

相基體上分布著細小的

相粒子。這類合金強度高，但冶煉工藝復雜，難于焊接,應用受到限制。鈦合金管鈦合金管應用73

型鈦合金有TB2、TB3、TB4三個牌號。主要用于350℃以下工作的結構件和緊固件,如飛機壓氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等。鈦合金棒β鈦合金眼鏡架鈦離心泵743.

+

型鈦合金加入的合金元素有鋁、釩、鉬鉻等?？蛇M行熱處理強化，強度高，塑性好，具有良好的熱強性、耐蝕性和低溫韌性。鈦合金列管式換熱器75

+

型鈦合金共有九個牌號，其中以TC4(Ti6Al4V)應用最廣、用量最大，其經(jīng)過淬火加時效處理后，組織為

+β+時效析出的針狀

。α+β

鈦合金組織α+β鈦合金組織（電鏡）

（基體）

76

+

型鈦合金主要用于制造400℃以下工作的飛機壓氣機葉片、火箭發(fā)動機外殼、火箭和導彈的液氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等.

生物醫(yī)用材料飛機壓氣機葉片77Ti合金高爾夫球頭78第三節(jié)銅及銅合金銅是人類最早使用的，也是目前應用最廣的金屬材料之一銅及其合金特點導熱，導電性好，耐蝕，并有較高的強度和優(yōu)良的塑性，可焊性，冷熱加工成形性好應用電力，化工，航空，交通，礦山等領域791.1銅的基本性質(zhì)良導電、導熱性無磁性塑性好易加工耐腐蝕易切削成形銅化學活性低，且CuO膜有耐蝕性環(huán)保材料可再生人體必需元素，抑菌作用801.2用途電氣、電子工業(yè)機械制造、運輸車輛：閥門、儀表、軸承、泵、熱交換器化學工業(yè)：真空器、蒸餾鍋、釀造鍋國防工業(yè)：子彈、炮彈建筑工業(yè)：管道。81一、純銅（一）純銅的特點密度，8.9g/cm3；熔點，1083℃顏色：紫紅色晶格：面心立方力學性能：塑性極好，冷熱加工好化學穩(wěn)定性：耐大氣，淡水，冷凝水中有優(yōu)良的抗蝕性，不耐海水腐蝕82純銅形變退火退火孿晶83純銅的代號純銅的代號以漢語拼音字頭“T”加數(shù)字表示，數(shù)字越大，雜質(zhì)的含量越高，工業(yè)純銅分為四種：T1、T2、T3、T4。純銅用于制作導電、導熱及兼具抗蝕性的器材。84

工業(yè)純銅中通常有0.1-0.5％雜質(zhì)（Pb，Bi，O，S，P等），它們對銅的力學性能和物理性能及工藝性能有很大影響導電性：使銅的導電性能下降熱脆：Pb，Bi等雜質(zhì)能與銅形成低熔點的共晶體，銅在加熱時，這些共晶體發(fā)生熔化，形成熱脆冷脆，S，O與銅形成Cu＋Cu2S，Cu＋Cu2O共晶體，屬脆性化合物，冷加工時易產(chǎn)生裂紋氫病，O含量過高，易引起氫?。ǘ╇s質(zhì)對純銅性能的影響85二、銅合金及分類銅合金常加元素為Zn、Sn、Al、Mn、Ni、Fe、Be、Ti、Zr、Cr等，既提高了強度，又保持了純銅特性.銅管銅與黃銅帶861.按化學成分分類：黃銅：Zn為主加元素青銅：除Zn和Ni外其他的合金元素加入均稱之白銅：Ni為主加元素2.按成形方法分類：變形銅合金鑄造銅合金3.銅合金的加工方法軋制，擠壓，拉拔，鍛造，沖壓，旋壓等多種方法87以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅。黃銅按化學成分可分為普通黃銅和特殊黃銅。按工藝可分為加工黃銅和鑄造黃銅。黃銅鑄件黃銅棒一、黃銅881、普通黃銅銅與鋅的二元合金稱為普通黃銅。加工普通黃銅的牌號為：H(黃)+表示銅平均百分含量的數(shù)字，如H68。鑄造普通黃銅牌號前加“Z”，如ZCuZn38

從銅鋅合金相圖可以看出黃銅有（fcc）和

+

’(bcc)兩種組織,分別稱單相黃銅和兩相黃銅。

89普通黃銅的顯微組織

單相黃銅

兩相黃銅(α-亮色；β-暗色)

90單相黃銅塑性好。常用牌號有H80、H70、

H68(俗稱彈殼黃銅或三七黃銅)。適于制造冷變形零件，如彈殼、冷凝器管等。兩相黃銅熱塑性好,強度高.常用牌號有H59、H62。適于制造受力件，如墊圈、彈簧、導管、散熱器等。冷凝器管汽車機油泵襯套91在普通黃銅的基礎上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素形成特殊黃銅。

加工特殊黃銅的牌號為：H(黃)+主加元素符號(Zn除外)+銅平均百分含量+主加元素平均百分含量,如HPb59-1.特殊黃銅強度、耐蝕性比普通黃銅好，鑄造性能得到改善。黃銅制品黃銅棒2、特殊黃銅92常用牌號有HPb63-3、HAl60-1-1(Ni)、HSn62-1、ZCuZn38Mn2Pb2、ZCuZn16Si4等。主要用于船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。93二、青銅除黃銅和白銅外的其他銅合金統(tǒng)稱為青銅。

加工青銅的牌號為：Q+主加元素符號及其平均百分含量+其他元素平均百分含量，QSn4-3(含4%Sn、3%Zn)，如屬鑄造青銅，再加上“Z”常用青銅有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅、鉛青銅等。

青銅制品941、錫青銅是以錫為主加元素的銅合金，錫含量一般為3~14%。是最古老的銅合金，我國應用已有2000年歷史錫青銅鑄造流動性差，鑄件密度低，易滲漏，但體積收縮率在有色金屬中最小。錫青銅耐蝕性良好，在大氣、海水及無機鹽溶液中的耐蝕性比純銅和黃銅好，但在硫酸、鹽酸和氨水中的耐蝕性較差。

錫青銅錠Cu-Sn相圖95香港大嶼山天壇大佛(高26.4m)（250多噸青銅+400公斤黃金）

20世紀90年代初竣工錫青銅世界上最大的露天釋迦牟尼青銅像

9697常用牌號有QSn4-3（Zn）、QSn6.5-0.4（P）、ZCuSn10Pb1等。主要用于耐蝕承載件,如彈簧、軸承、齒輪軸、蝸輪、墊圈等。錫青銅管船用青銅軟管快速接頭閥(錫青銅閥體、閥蓋)982.鋁青銅以鋁為主加元素的銅合金，鋁含量為5~11%。強度、硬度、耐磨性、耐熱性及耐蝕性高于黃銅和錫青銅，鑄造性能好，但焊接性能差。

常用牌號有QAl5、QAl7、ZCuAl8Mn13Fe3Ni2等。主要用于制造船舶、飛機及儀器中的高強、耐磨、耐蝕件，如齒輪、軸承、蝸輪、軸套、螺旋槳等。鋁青銅蝸輪993.鈹青銅以鈹為主加元素的銅合金，鈹含量為1.7~2.5%