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(xué)成分分類 1 按化學(xué)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(zhì)量分?jǐn)?shù) 合金鋼分為 低合金鋼 Me總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5 中合金鋼 Me總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5 10 高合金鋼 Me總質(zhì)量分?jǐn)?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(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼還可分為工程構(gòu)件用鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 和機(jī)械制造用鋼 合金滲碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 合金彈簧鋼 滾動軸承鋼和超高強(qiáng)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(zhì)量分類普通低合金鋼 wS 0 05 wP 0 045 優(yōu)質(zhì)低合金鋼 wS 0 035 wP 0 035 高級優(yōu)質(zhì)合金鋼 wS 0 02 wP 0 03 特高級優(yōu)質(zhì)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(zhì)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(diǎn)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(xué)成分和用途結(jié)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(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 牌號是由代表屈服點(diǎn)的漢語拼音字母 Q 屈服點(diǎn)數(shù)值 質(zhì)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(qiáng)度結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 專用工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼還在牌號的頭部 或尾部 標(biāo)注出代表產(chǎn)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(jié)構(gòu)鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 機(jī)器零件制造用鋼 合金滲碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 合金彈簧鋼 滾動軸承鋼和超高強(qiáng)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(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1 5 時 編號中只標(biāo)明元素符號 一般不標(biāo)含量 如果合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或大于1 5 2 5 3 5 則在元素符號后相應(yīng)標(biāo)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(jié)構(gòu)鋼 Chapter1金屬材料的合金化原理 合金結(jié)構(gòu)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(yīng)表示出來 如40B 其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 4 硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0 0005 0 0035 合金結(jié)構(gòu)鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼 高級優(yōu)質(zhì)鋼 牌號后加 A 字 或特級優(yōu)質(zhì)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(jié)構(gòu)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(biāo)碳含量 鉻含量以千分之幾計 其他合金元素按合金結(jié)構(gòu)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(jī)器零件制造用鋼也要在牌號的頭部 或尾部 加上代表產(chǎn)品用途的符號 例如鉚螺鋼 ML30CrMnSi 高級優(yōu)質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jī)器零件制造用結(jié)構(gòu)鋼相似 但當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1 時 含碳量不標(biāo)出 當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1 時 則牌號前的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍 合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)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(zhì)鋼 故不再在牌號后標(biāo)出 A 字 如9SiCr表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0 9 左右 鉻 硅各為1 左右 Cr12表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn) 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(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少均不予標(biāo)出 如W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等 當(dāng)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍 合金元素的表示方法與其它合金鋼相同 當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0 03 時 在牌號前冠以 00 當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?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(dāng)wSi 1 5 wMn 2 時 牌號中不予標(biāo)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(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼YF35V和熱鍛用非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)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(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn) 1 有色金屬材料的分類 作為結(jié)構(gòu)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(qiáng)度高的特點(diǎn) 為輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料 銀 銅 鋁等金屬及其合金 具有優(yōu)良的導(dǎo)電 導(dǎo)熱性能 是電氣工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料 為導(dǎo)電材料 一 有色金屬材料的分類及特點(diǎn) 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(yīng)堆燃料元件包殼及堆芯結(jié)構(gòu)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(diǎn) 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(diǎn)要求合金材料具有更高的強(qiáng)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(shù)領(lǐng)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(jié)構(gòu)材料在使用中遇到的基本問題之一 此外 對于結(jié)構(gòu)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(guān) 一 有色金屬材料的分類及特點(diǎn) 2 有色金屬材料的特點(diǎn) 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(diǎn)Al合金的強(qiáng)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(chǔ)的 在Al中有高的溶解度和能起顯著強(qiáng)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(diǎn) 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(qiáng)烈地減小 故可通過熱處理的辦法來提高強(qiáng)度 能形成這種化合物或強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn) 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(qiáng)化效果不大 只能以退火或冷作硬化狀態(tài)應(yīng)用 放稱之為 非熱處理強(qiáng)化型 或 熱處理不強(qiáng)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(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn) 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(qiáng)度和抗蝕性的改善作用卻很明顯 因?yàn)檫@些過渡元素能明顯地抑制再結(jié)晶和細(xì)化晶粒 有再結(jié)晶抑制劑或晶粒細(xì)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(yīng) 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(diǎn) 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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 2 鋁合金的時效與組織結(jié)構(gòu)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(jìn)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(xué)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(qiáng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度很低 b只有200MPa 則淬火狀態(tài)的強(qiáng)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(guān) 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(qiáng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度升高很慢或不升高 這段時間叫 孕育期 在孕育時間內(nèi)合金的塑性很高 可以進(jìn)行鉚接 彎曲成型或矯直操作 是對生產(chǎn)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 回歸效應(yīng) 鋁合金時效硬化效應(yīng)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(fù)到新淬火狀態(tài) 這種可逆效應(yīng)叫做 回歸效應(yīng) 回歸后的合金還能再時效 可以重復(fù)多次 但應(yīng)指出 回歸操作每重復(fù)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(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中很有實(shí)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 鋁合金在時效過程中的結(jié)構(gòu)變化 時效硬化現(xiàn)象是德國科學(xué)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 Al Cu合金的詳細(xì)分解程序 GP區(qū) CuAl2 過飽和固溶體的缺陷結(jié)構(gòu) 與合金的成分或濃度有關(guān) 空位 位錯環(huán)和位錯等結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) GP區(qū)是圓片狀的Cu原子富集區(qū) GP區(qū)無獨(dú)立的晶格結(jié)構(gòu) 溶質(zhì)原子連續(xù)地分布在Al的晶格格點(diǎn)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 相或GP 區(qū)的結(jié)構(gòu) 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(dú)立晶格結(jié)構(gòu)的中間沉淀相 Cu2Al5 以 100 Al而與母相完全共格 沿c軸方向產(chǎn)生較大的共格應(yīng)變場 在片狀沉淀相的兩側(cè)引起較大的應(yīng)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(diǎn) 這種強(qiáng)大的共格應(yīng)變場 是Al Cu合金人工時效后強(qiáng)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 相的結(jié)構(gòu)與 相一樣 也是過渡相 其化學(xué)組成與CuAl2相當(dāng) 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(chǎn)物 它的出現(xiàn)說明合金的強(qiáng)度已經(jīng)降低 故又稱 過時效 產(chǎn)物 平衡相 相是退火產(chǎn)物 CuAl2 具有正方晶格 a 0 6054nm c 0 4874nm 與Al的晶格結(jié)構(gòu)相差更大 與母相無共格關(guān)系 也無固定的取向關(guān)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 鎂合金的合金化特點(diǎn)Mg合金的合金化原則與Al合金大致相同 固溶強(qiáng)化和時效硬化是主要強(qiáng)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(qiáng)化Mg合金的有效合金元素 根據(jù)合金元素的作用特點(diǎn)和極限溶解度 可大致分為包晶反應(yīng)類和共晶反應(yīng)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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 包晶反應(yīng)類 Zr 3 8 Mn 3 4 包晶反應(yīng)型元素的主要作用是細(xì)化晶粒 但也有凈化合金 消除雜質(zhì)Fe 提高抗蝕性和耐熱性的作用 共晶反應(yīng)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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 共晶反應(yīng)型元素是高強(qiáng)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(qiáng)化相 有明顯的時效硬化效應(yīng) 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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 稀土元素也多屬共晶反應(yīng)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(qiáng)了原子間的結(jié)合力 減小了鎂原子的擴(kuò)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(diǎn) 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(qiáng)化效應(yīng) Ce和混合RE次之 有改善耐熱性的作用 但常溫強(qiáng)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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 2 鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)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(jīng)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(nèi)部生長 此時 沉淀區(qū)的基體濃度和晶格常數(shù)已達(dá)平衡狀態(tài) 未發(fā)生沉淀反應(yīng)的晶粒內(nèi)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 這種片層狀不連續(xù)反應(yīng)結(jié)構(gòu)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(yīng)力場 故強(qiáng)化效果低 當(dāng)不連續(xù)沉淀向晶內(nèi)發(fā)展到一定程度后 晶粒內(nèi)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 連續(xù)沉淀 細(xì)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(dá)到與時效溫度相適應(yīng)的平衡狀態(tài) 這種沉淀的特點(diǎn)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(yīng) 故稱連續(xù)沉淀 由連續(xù)和不連續(xù)反應(yīng)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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 Mg合金的沉淀過程較復(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 與母相完全共格 這種過渡相與Al Cu合金的 相類似 經(jīng)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(qiáng)化貢獻(xiàn)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(guān) 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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 DO19型結(jié)構(gòu)的a軸相當(dāng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)表明Mg3X相在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)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(dá)250 Mg Th系合金可達(dá)350 就是與DO19型結(jié)構(gòu)Mg3Nd和Mg3Th有關(guān) 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(jié)構(gòu)變化 Chapter1金屬材料的合金化原理 1 鈦合金的合金化特點(diǎn)鈦合金的性能由Ti與合金元素間的物理化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)來決定 即由形成的固溶體和化合物的特性及對 轉(zhuǎn)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(xué)性質(zhì) 在周期表中的相對位置 晶格類型和電子濃度等有關(guān) 作為Ti合金與其它有色金屬如Al Cu Ni等比較 有其獨(dú)有的特點(diǎn) 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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 利用Ti的 轉(zhuǎn)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(nèi)的置換式元素形成高濃度的固溶體 Ti及其合金在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)的溫度中能同O N H C等間隙式雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng) 使性能發(fā)生強(qiáng)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(diǎn) 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(guān)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(diǎn) 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(zhuǎn)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(diǎn) 在 相中大量溶解和擴(kuò)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(kuò)大 相區(qū)的元素叫 穩(wěn)定元素 對轉(zhuǎn)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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 按合金元素與Ti的反應(yīng)特點(diǎn)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(kuò)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(diǎn) 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(diǎn) 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(yīng) 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(diǎn) Chapter1金屬材料的合金化原理 按 相共析轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diǎn) 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(jié)構(gòu)完全相同 d2s2 而且有同素異晶轉(zhuǎn)變 和 相的晶格也完全相同 故