第十三章 有色金屬及合金

1、Non-ferrous Metals 概述定義定義 : 除黑色金屬除黑色金屬 ( ( 鋼、鐵鋼、鐵 ) ) 以外的所有金屬。以外的所有金屬。 分分類類重金屬重金屬(密度密度3.5) Cu、Ni 等等輕金屬輕金屬(密度密度3.5) Al、Mg 等等貴重金屬貴重金屬 Au、Ag、Pt 等等稀有金屬稀有金屬 W、Ti、Ra、Nb 等等半金屬半金屬 Si、Te、B 等等例如：例如：CuCu、AlAl、MgMg、ZnZn、AgAg、PbPb等等。性能性能: : 具有獨特的性能。力學性能：力學性能：比強度高（比強度高（/d），高溫強度好；），高溫強度好； 例如例如: Al、Ti；用于航空、航天；用于航空、

2、航天； Ni基合金工作溫度基合金工作溫度800-1000、Mo基基1300物理性能：物理性能： 導電性好：導電性好：Ag、Cu、Al； 磁性材料：磁性材料：Co； 超導材料；超導材料；Nb 防輻射材料：防輻射材料：Pb 化學性能：化學性能： 耐蝕性耐蝕性 Cu、Ti、Al、Zn等；等； Ti合金耐蝕性非常好；合金耐蝕性非常好；Zn產量一半用于產量一半用于 鍍鍍Zn防銹（鍍鋅板）防銹（鍍鋅板） 概述鋁 及 鋁 合 金 第 一 節(jié)Aluminium Alloy1. 性能特點性能特點 1）無同素異構轉變、無磁性。）無同素異構轉變、無磁性。 2）具有良好的）具有良好的導電、導熱性導電、導熱性 。 3）

3、質量輕，）質量輕，比強度高比強度高。 4）極好的塑性，適于冷熱加工成形。）極好的塑性，適于冷熱加工成形。 5）耐腐蝕性好。）耐腐蝕性好。 一、工業(yè)純鋁2. 分類分類 1） 高純鋁：高純鋁：L01 L05 主要用于科學試驗和主要用于科學試驗和 化學工業(yè)?；瘜W工業(yè)。 2） 工業(yè)高純鋁：工業(yè)高純鋁：LG1 LG5。 3） 工業(yè)純鋁：工業(yè)純鋁：L1 L7 主要用于配制鋁合金。主要用于配制鋁合金。一、工業(yè)純鋁二、鋁合金1. 1. 鋁合金：鋁合金：Al+(CuAl+(Cu、MgMg、SiSi、MnMn、Zn)Zn)另外：另外：TiTi、B B二、鋁合金鋁合金鋁合金變形鋁合金變形鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金不

4、能熱處理強化不能熱處理強化 能熱處理強化能熱處理強化鋁硅系鋁硅系 ZL1鋁銅系鋁銅系 ZL2鋁鎂系鋁鎂系 ZL3鋁鋅系鋁鋅系 ZL41.分類二、鋁合金變形鋁合金變形鋁合金1.分類1000系系純鋁，純鋁，1050，10602000系系Al-Cu，2024，2A023000系系Al-Mn，3002, 3A214000系系Al-Si，4A015000系系Al-Mg，5052，5A056000系系Al-Mg-Si，60617000系系Al-Zn-Mg，7050,70758000系系Al-其他元素，其他元素，80119000系系備用系備用系二、鋁合金2.強化固溶強化、時效強化、細化組織強化和冷變形強化（

5、1 1）固溶強化：）固溶強化：原因：原因：晶格畸變程度低。因此，鋁的強化不晶格畸變程度低。因此，鋁的強化不能單純依靠合金元素的固溶強化作用。能單純依靠合金元素的固溶強化作用。 固溶強化，提高其強度；固溶強化，提高其強度；固溶強化效果不高；固溶強化效果不高；Al-Si、Al-Mg二、鋁合金（2）時效強化：）時效強化： 又稱沉淀強化。又稱沉淀強化。 鋁合金經鋁合金經固溶處理固溶處理后在室溫或較高的環(huán)境溫度下，后在室溫或較高的環(huán)境溫度下，隨著停留時間的延長其強度、硬度升高，塑性和韌隨著停留時間的延長其強度、硬度升高，塑性和韌性下降的現象。性下降的現象。固溶處理固溶處理過飽和固溶體過飽和固溶體強、硬度

6、提高強、硬度提高時效時效過飽和固溶體分解過飽和固溶體分解強、硬度大幅提高強、硬度大幅提高二、鋁合金（3 3）細化組織強化：）細化組織強化： 鋁合金中添加微量合金元素細化組織是提高鋁合鋁合金中添加微量合金元素細化組織是提高鋁合金力學性能的另一種重要手段。包括細化鋁合金固金力學性能的另一種重要手段。包括細化鋁合金固溶體基體和過剩相組織。鑄造鋁合金中常加入微量溶體基體和過剩相組織。鑄造鋁合金中常加入微量元素（變質劑）進行變質處理來細化合金組織，既元素（變質劑）進行變質處理來細化合金組織，既能提高合金強度，又會改善其塑性和韌性。能提高合金強度，又會改善其塑性和韌性。（4 4）冷變形強化：）冷變形強化：

7、不可熱處理強化鋁合金的主要強化方式。不可熱處理強化鋁合金的主要強化方式。 Tensile engineering stressstrain curves of the CG, NS, and NS+P samples. The open circles and squares mark the 0.2% yield strength and the uniform elongation, respectively. The inset shows dimension of the tensile sample with a thickness of 1 mm. R is the radius

8、of the arc indicated by the arrow. b) Normalized work hardening rates, H, against the true strain. The inset shows curves of H against true stress. 7075 Al alloy二、鋁合金Typical 111 matrix planes obtained by inverse Fourier transformations of HRTEM images of an NS+P sample ac) after and df) before tensi

9、le testing. a,d) The G-P zone and surrounding matrix. b,e) The meta-stable g particle and surrounding matrix. c,f) The stable g particle and surrounding matrix. The white dots mark the particle/matrix interfaces.Precipitates in the CG, NS, and NS+P samples. a) HRTEM imagealong a matrix zone axis of

10、a NS+P sample showing spherical G-P zones, plate-shaped g phase, and equiaxed g phase.二、鋁合金二、鋁合金二、鋁合金3.熱處理 退火退火 ( anneal ) 時效強化時效強化 ( ageing strengthening ) 退火退火 形變鋁合金形變鋁合金: 消除應力，硬度不變。消除應力，硬度不變。 消除加工硬化，降低硬消除加工硬化，降低硬 度，便于冷塑性加工。度，便于冷塑性加工。鑄造鋁合金鑄造鋁合金: 消除應力；均勻成分。消除應力；均勻成分。二、鋁合金時效強化定義定義: 固溶處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)固溶

11、處理后的合金隨時間延續(xù)而發(fā)生進生進 一步強化的現象。一步強化的現象。資料資料: 1906年德國年德國 Duralumin首次發(fā)現。首次發(fā)現。 1910年德國年德國A Welmer 發(fā)明并獲專利。發(fā)明并獲專利。 1916年用于制造飛機。年用于制造飛機。 1938年年 Guinier Preston （GP區(qū)）建立學說。區(qū)）建立學說。合金的脫溶沉淀三、合金的脫溶沉淀及時效脫溶：從過飽和固溶體中析出第二相(沉淀相)、形成 溶質原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過渡相的過程稱 為脫溶或沉淀，是一種擴散型相變。 條件：合金在平衡狀態(tài)圖上有固溶度的變化，并 且固溶度隨溫度降低而減少 。1. 相關概念三、合金的脫溶沉淀及

12、時效1. 相關概念 時效：合金在脫溶過程中，其機械性能、物理性能和化學性能等均隨之發(fā)生變化，這種現象稱為時效。 固溶處理：鋁合金加熱到單相區(qū)（如 T1）保溫一定時間后，快速冷卻獲得過飽和固溶體的熱處理工藝。 三、合金的脫溶沉淀及時效1. 相關概念 人工時效自然時效 或室溫時效三、合金的脫溶沉淀及時效 若將經過固溶處理后的 C0成分合金急冷，抑制相分解，則在室溫下獲得亞穩(wěn)的過飽和相固溶體。 這種過飽和固溶體在室溫較高溫度下等溫保持時，將發(fā)生脫溶，但脫溶相往往不是狀態(tài)圖中的平衡相，而是亞穩(wěn)相或溶質原子聚集區(qū)。 這種脫溶可顯著提高合金的強度和硬度，稱為沉淀強（硬）化或時效強（硬）化，是強化合金材料的

13、重要途徑之一。三、合金的脫溶沉淀及時效2.脫溶過程和脫溶物的結構 合金經固溶處理并淬火獲得亞穩(wěn)過飽和固溶體，若在足夠高的溫度下進行時效，最終將沉淀析出平衡脫溶相。但在平衡相出現之前，根據合金成分不同會出現若干個亞穩(wěn)脫溶相或稱為過渡相。三、合金的脫溶沉淀及時效2.脫溶過程和脫溶物的結構 以 A1-4%Cu合金為例： 室溫平衡組織：相固溶體和相 （CuAl 2）。 脫溶順序：G.P.區(qū)相相相。 即在平衡相（）出現之前， 有三個過渡脫 溶物相繼出現。三、合金的脫溶沉淀及時效 1）G.P.區(qū)的形成及其結構區(qū)的形成及其結構 Guinier 和 Preston 各自獨立地分析了 Al-Cu 合金時效初期的

14、單晶體，發(fā)現在母相 固溶體的100面上出現一個原子層厚度的 Cu 原子聚集區(qū)，由于與母相保持共格聯(lián)系，Cu原子層邊緣的點陣發(fā)生畸變，產生應力場，成為時效硬化的主要原因 。 后來將這種在若干原子層范圍內的溶質原子聚集區(qū)即稱為 Guinier-Preston區(qū)，簡稱 G.P. 區(qū)。 三、合金的脫溶沉淀及時效 G.P.區(qū) 是溶質原子聚集區(qū)。它的點陣結構與過飽和固溶體的點陣結構相同。換言之，當從過飽和固溶體形成G.P.區(qū)時，晶體結構并未發(fā)生變化，所以一般把它當作“區(qū)”，而不把它當作新的“相”看待。G.P.區(qū)與過飽和固溶體（基體）是完全共格的。這種共格關系是靠正應變維持的，屬于第一類共格。三、合金的脫溶

15、沉淀及時效G.P.區(qū)的特點： 在過飽和固溶體的分解初期形成，且形成速度很快，通常為均勻分布； 其晶體結構與母相過飽和固溶體相同，并與母相保持第一類共格關系； 在熱力學上是亞穩(wěn)定的。(a) Bright-field image in the 0 0 1 zone axis of a sample aged at 140 for 1.5 h; (b) HRTEM image obtained from a sample aged at 140 C for 1.5 h.HREM images of the G.P. zones, showing the growth of the G.P. zone

16、 labeled by B (a) and the nucleation of the G.P. zone indicated by D (b).Al6.58Zn2.33Mg2.40Cu (wt.%)AlZnMgScZrLing-Mei Wu et al. Materials Science and Engineering A 527 (2010) 10681073D. X. Li et al. MATERIALS CHARACTERIZATION 44:391402 (2000)Al6.58Zn2.33Mg2.40Cu (wt.%)G.P. zone三、合金的脫溶沉淀及時效 2）過渡相的形成

17、及其結構 a）相的形成與結構 G.P.區(qū)形成之后，當時效時間延長或時效溫度提高時，將形成過渡相。從 G.P. 區(qū)轉變?yōu)檫^渡相的過程可能有兩種情況： 一是以 G.P.區(qū)為基礎逐漸演變?yōu)檫^渡相，如 A1-Cu 合金； 二是與 G.P.區(qū)無關，過渡相獨立地形核長大，如 Al-Ag 合金。 在 A1-Cu合金中，隨著時效的進行，一般是以 G.P. 區(qū)為基礎，沿其直徑方向和厚度方向（以厚度方向為主）長大形成過渡相 相。 三、合金的脫溶沉淀及時效 相的晶胞有五層原子面，中央一層為 100Cu原子層，最上和最下的兩層為 100A1 原子層， 而中央一層與最上、最下兩層之間的兩個夾層則由 Cu 和 A1 原子

18、混合組成（Cu 約為 2025)，總成分相當于 CuAl2。 相與基體相仍保持完全共格關系。相仍為薄片狀，片的厚度約1.04.0 nm，直徑約 1040 nm。 隨著相的長大，在其周圍基體中產生的應力和應變也不斷地增大。 相具有正方點陣，點陣常數為： ab4.04，與母相相同 c7.8 ，較相的兩倍(8.08 )略小 三、合金的脫溶沉淀及時效三、合金的脫溶沉淀及時效 b）相的形成與結構 在 A1-Cu 合金中，隨著時效過程的進展，片狀相周圍的共格關系部分遭到破壞，相轉變?yōu)樾碌倪^渡相相。 相也具有正方點陣，點陣常數為 ： ab4.04 c5.8 。 相的成分與 CuAl2相當。 相的點陣雖然與基

19、體相不同，但彼此之間仍然保持部分共格關系，兩點陣各以其001面聯(lián)系在一起。 相和相之間具有下列位向關系 ： 三、合金的脫溶沉淀及時效 A1-Cu 合金的相以及相與基體的部分共格關系示意圖相與基體相保持部分共格關系，而相與相則保持完全共格關系，這是兩者的主要區(qū)別之一時效形成 相后期和 相析出初期，具有最大的強化效果三、合金的脫溶沉淀及時效 3）平衡相的形成及其結構 在 A1-Cu 合金中，隨著相的成長，其周圍基體中的應力和應變不斷增大，彈性應變能也越來越大，因而相逐漸變得不穩(wěn)定。 當相長大到一定尺寸后將與 相完全脫離，成為獨立的平衡相，稱為相。相也具有正方點陣，不過其點陣常數與 相及相相差甚大。

20、相的點陣常數為： ab6.066，c4.874。 相與基體無共格關系，呈塊狀，彈性畸變消失，合金開始軟化。 三、合金的脫溶沉淀及時效3.脫溶時效時的性能變化1、冷時效和溫時效 由于固溶強化效應，固溶處理所得的過飽和固溶體的硬度和強度均較純溶劑為高。 在時效初期，隨時效時間的延長，硬度將進一步升高，習慣上稱其為時效硬化。 按時效硬化曲線的形狀不同，可分為冷時效和溫時效。 冷時效：在較低溫度下進行的時效 溫時效：在較高溫度下發(fā)生的時效三、合金的脫溶沉淀及時效 冷時效特點： 硬度一開始就迅速上升，達一定值后硬度緩慢上升或者基本上保持不變。冷時效的溫度越高， 硬度上升越快，所能達到的硬度也越高。在 A

21、l 基和 Cu 基合金中，冷時效過程中主要形成 G.P.區(qū)。三、合金的脫溶沉淀及時效溫時效特點： 開始有一個停滯階段，硬度上升極其緩慢，稱為孕育期，一般認為這是脫溶相形核準備階段，接著硬度迅速上升，達到一極大值后又隨時間延長而下降。 溫時效過程中將析出過渡相和平衡相。溫時效的溫度越高，硬度上升越快，達最大值的時間越短，但所能達到的最大硬度反而越低。冷時效與溫時效的溫度界限視合金而異。 三、合金的脫溶沉淀及時效 對于二元合金，產生雙硬度峰值這一現象的原因可能有兩種： （1）由于某一析出程可以分為明顯可分的幾個不同階段，每個階段的結構變化皆可以引起一個硬度峰。 （2）由于發(fā)生局部析出和連續(xù)析出的時

22、間先后不同的緣故。如前所述，局部析出發(fā)生在先，連續(xù)析出發(fā)生在后，因此由這兩種析出所引起的硬度也出現的有先有后。在一般的情況下，由局部析出和連續(xù)析出所引起的硬度分別對應第一、第二硬度峰。三、合金的脫溶沉淀及時效 兩段時效： 所謂兩段時效就是在某一等溫溫度進行第一次時效，接著在另一個溫度進行第二次時效。 一般情況下，第一次時效采用較低的溫度，第二次時效采用較高的溫度。 對于同一種合金，即在溶質濃度相同的情況下，隨著時效溫度的降低，由于固溶體過飽和度的增加，析出物晶核是增多的。第一次時效的目的即在于獲得彌散度較大的析出物。第二次時效的目的則是使固溶體析出達到足夠的程度，并使析出物長成一定的尺寸。這樣

23、，與常規(guī)的一段時效相比，兩段時效可以獲得分布較密且較為均勻的析出物。三、合金的脫溶沉淀及時效三、合金的脫溶沉淀及時效 在時效前期，彌散析出相所引起的硬化提高值超過了另外兩個因素所引起的軟化值，因此硬度將不斷升高并可達到某一極大值。 在時效后期，由于析出相所引起的硬化值小于另外兩個因素所引起的軟化值，故導致硬度下降，此即為溫時效。若時效時僅形成 G.P.區(qū)，硬度將單調上升并趨于一恒定值，此即為冷時效。 在其他一些時效型合金中，甚至會出現多個硬度峰，其原因可能是在不同時間內形成幾種不同的 G.P.區(qū)、過渡相以至平衡相所致。 三、合金的脫溶沉淀及時效三、合金的脫溶沉淀及時效 2、時效硬化機制 按照近

24、代的強度理論，合金的強化是由于位錯的運動受到阻礙后所產生的結果。對時效強化（硬化）而言，強化的原因主要有三種： 1、析出物周圍的基體相中的彈性應力場對位錯運動有阻礙作用； 2、位錯切過析出物，形成表面臺階，增加界面能所造成的強化，即所謂化學強化； 3、位錯繞過析出物所造成的強化，即所謂的Orowan機理而發(fā)生的強化。 4% Cu鋁合金自然時效：鋁合金自然時效：33.25.65T（）AlCu+CuAl2三、合金的脫溶沉淀及時效 原理原理( G P 學說學說 ) ：1 1）時效初期：）時效初期：銅原子偏聚成銅原子富集區(qū)，銅原子偏聚成銅原子富集區(qū)，GPGP區(qū)區(qū)2）隨著時間的延長或溫度的提高）隨著時間

25、的延長或溫度的提高：在在GP1GP1區(qū)的基礎上區(qū)的基礎上 銅原子進一步偏聚，稱為銅原子進一步偏聚，稱為GPGP。GPGP區(qū)可視為中區(qū)可視為中 間過渡相，常用間過渡相，常用表示，使合金得到進一步強化。表示，使合金得到進一步強化。3 3）時效過程進一步發(fā)展）時效過程進一步發(fā)展: :銅原子在銅原子在GP1GP1區(qū)繼續(xù)偏聚，形區(qū)繼續(xù)偏聚，形 成過渡相成過渡相,晶格畸變減輕，合金的硬度開始下降。晶格畸變減輕，合金的硬度開始下降。4 4）時效后期）時效后期: :過渡相過渡相從母相從母相中脫溶，形成平衡相中脫溶，形成平衡相 ，使合金的強硬度進一步降低，即所謂，使合金的強硬度進一步降低，即所謂“過時效過時效”

26、。三、合金的脫溶沉淀及時效 AlAl合金時效的基本過程：淬火合金時效的基本過程：淬火過飽和過飽和固溶體固溶體形成銅原子富集區(qū)（形成銅原子富集區(qū)（GPGP區(qū)）區(qū)）銅原子富集區(qū)有序銅原子富集區(qū)有序化（化（GPGP區(qū)）區(qū)）形成過渡相形成過渡相析出平衡相析出平衡相（CuAl2CuAl2）+ +平衡的平衡的固溶體。固溶體。 自然時效自然時效人工時效人工時效 種類：種類：三、合金的脫溶沉淀及時效 4%Cu鋁合金的時效曲線：鋁合金的時效曲線：1)1) 時效溫度越高，達到最高強度需要時間越短，但時效溫度越高，達到最高強度需要時間越短，但 強化效果弱；強化效果弱；2 2）過高的溫度或過長的保溫時間，會發(fā)生過時效

27、；）過高的溫度或過長的保溫時間，會發(fā)生過時效；3 3）低溫可使過飽和固溶體相對穩(wěn)定，抑制時效發(fā)生）低溫可使過飽和固溶體相對穩(wěn)定，抑制時效發(fā)生三、合金的脫溶沉淀及時效（1）為了提高Al-4.5%Cu合金的綜合力學性能，采用了如下熱處理工藝制度，在熔鹽浴中505保溫30分鐘后，在水中淬火，然后在190下保溫24小時，試分析其原因以及整個過程中顯微組織的變化過程。（2）什么叫固溶體的脫溶？說明連續(xù)脫溶和不連續(xù)脫溶在脫溶過程中母相成分變化的特點。北京科技大學1999年碩士學位研究生入學考試試題（二選一） (金屬學) 鈦 及 鈦 合 金 第 二 節(jié)Titanium Alloy1. 1. 密度小、密度小、

28、比強度高比強度高; ;2. 2. 耐熱性好耐熱性好; ;3. 3. 耐蝕性能優(yōu)異耐蝕性能優(yōu)異; ; 4. 4. 化學性質十分活潑化學性質十分活潑; ; 在真空或惰性氣體中進行生產在真空或惰性氣體中進行生產. .5. 5. 成本高，價格貴。成本高，價格貴。自自19521952年正式作為結構材料使用以來發(fā)展極為迅速，年正式作為結構材料使用以來發(fā)展極為迅速，在航空工業(yè)和化學工業(yè)中得到了廣泛的應用。在航空工業(yè)和化學工業(yè)中得到了廣泛的應用。銀白色，熔點銀白色，熔點16681668，密度，密度4.5g/cm4.5g/cm3 3 美美F-22F-22戰(zhàn)機約戰(zhàn)機約36%36%重量的零件用鈦重量的零件用鈦合金制

29、造合金制造一、性能特點鈦是一種銀白色的金屬，密度小，熔點高，較高的高溫鈦是一種銀白色的金屬，密度小，熔點高，較高的高溫強度。鈦的熱膨脹系數很小，熱應力較小，導熱性差，強度。鈦的熱膨脹系數很小，熱應力較小，導熱性差，切削、磨削加工性能較差。在空氣中，容易形成薄而致切削、磨削加工性能較差。在空氣中，容易形成薄而致密的惰性氧化膜，在氧化性介質中的耐蝕性優(yōu)良，在海密的惰性氧化膜，在氧化性介質中的耐蝕性優(yōu)良，在海水等介質中也具有極高的耐蝕性；鈦在不同濃度的酸水等介質中也具有極高的耐蝕性；鈦在不同濃度的酸（HFHF除外）以及堿溶液和有機酸中，也具有良好的耐蝕除外）以及堿溶液和有機酸中，也具有良好的耐蝕性。

30、性。 Ti體心立方晶格，體心立方晶格， Ti密排六方晶格密排六方晶格。Ti882.5 Ti純鈦具有同素異構轉變純鈦具有同素異構轉變二、純鈦常見雜質：常見雜質：O、N、C、H、Fe、Si等等數字越大，雜質越多，強度越高，塑性越低。數字越大，雜質越多，強度越高，塑性越低。工業(yè)純鈦分：工業(yè)純鈦分：TA1、TA2、TA3三個牌號三個牌號如熱交換器、反應器，海水凈化裝置及艦船零部件。如熱交換器、反應器，海水凈化裝置及艦船零部件。 用途：用途：純鈦用于純鈦用于350以下工作、強度要求不高的零件。以下工作、強度要求不高的零件。鈦管換熱器鈦制蒸餾塔二、純鈦加入加入Al及其它合金元素，鋁能提高鈦及其它合金元素，

31、鋁能提高鈦合金的強度、比強度和再結晶溫度。合金的強度、比強度和再結晶溫度。 合金元素分三類。合金元素分三類。擴大擴大相區(qū)：相區(qū)：使使轉變的溫度升高的元素，稱為轉變的溫度升高的元素，稱為 相穩(wěn)定元素相穩(wěn)定元素，如，如Al、O、N、C等；等；擴大擴大相區(qū)：相區(qū)：使使轉變的溫度降低的元素，稱為轉變的溫度降低的元素，稱為 相穩(wěn)定元素相穩(wěn)定元素，又將其細分為，又將其細分為同晶型元素（如同晶型元素（如Mo、V、 Nb、Ta及稀土）和及稀土）和共析型元素；共析型元素；中性元素：中性元素：對相變溫度影響不大的元素，如對相變溫度影響不大的元素，如Zr、Sn等。等。三、鈦合金 按退火狀態(tài)下的組織分：按退火狀態(tài)下的

32、組織分：、和和+鈦合金鈦合金 分別以分別以TATA、TBTB和和TCTC加順序號表示。加順序號表示。 型：型：加入加入AlAl、SnSn、ZrZr，固溶強化。，固溶強化。 不能熱處理強化，熱處理僅消除應力或加工硬化。不能熱處理強化，熱處理僅消除應力或加工硬化。 鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金衛(wèi)星框架鈦合金液下泵鈦合金液下泵三、鈦合金 + +型：型：組織以組織以為主，為主，的數量不超過的數量不超過30%30%。可通過淬火可通過淬火+ +時效強化，多在退火狀態(tài)下使用。時效強化，多在退火狀態(tài)下使用。 特點：特點：室溫強度和塑性高于室溫強度和塑性高于型；生產工藝簡單；通型；生產工藝簡單；通過改變成分和選擇熱處理

33、制度能在很寬的范圍內改過改變成分和選擇熱處理制度能在很寬的范圍內改變性能。應用比較廣泛，尤以變性能。應用比較廣泛，尤以TCTC4 4。 用途：用途：制造制造400400以下工作的飛機壓氣機葉片、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氫燃料箱部件及艦船耐壓殼體等.生物醫(yī)生物醫(yī)用材料用材料飛機壓氣機葉片飛機壓氣機葉片三、鈦合金 型：型：型鈦合金主要為亞穩(wěn)定的型鈦合金主要為亞穩(wěn)定的鈦合金。鈦合金。加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。加入的合金元素有鉬、鉻、釩、鋁等。退火狀態(tài)為退火狀態(tài)為+兩相，加熱到兩相，加熱到單相區(qū)后淬火，得

34、到的過飽和的單相區(qū)后淬火，得到的過飽和的相，稱為亞穩(wěn)相，稱為亞穩(wěn)相。相。 特點：特點： TBTB2 2 塑性好，易于冷成形；塑性好，易于冷成形； 可通過時效處理，使強度提高；可通過時效處理，使強度提高； 淬透性高；淬透性高； 化學成分偏析嚴重；化學成分偏析嚴重； 冶煉工藝復雜，難于焊接。冶煉工藝復雜，難于焊接。鈦合金管鈦合金管應用三、鈦合金 型鈦合金有型鈦合金有TB2TB2、TB3TB3、TB4TB4 三個牌號。三個牌號。 主要用于主要用于350350以下工作以下工作的結構件和緊固件的結構件和緊固件, ,如飛如飛機壓氣機葉片、軸、彈簧、機壓氣機葉片、軸、彈簧、輪盤等。輪盤等。鈦合金棒鈦合金棒鈦

35、合金眼鏡架鈦合金眼鏡架鈦離心泵鈦離心泵三、鈦合金銅 及 銅 合 金 第 三 節(jié)Copper Alloy 5 5、沖擊無火花等、沖擊無火花等。工業(yè)純銅工業(yè)純銅 T1T4無氧銅無氧銅 TU2 性能特點：1 1、導電及導熱性能好；、導電及導熱性能好；2 2、抗大氣腐蝕性好；、抗大氣腐蝕性好；3 3、塑性高、加工性好、塑性高、加工性好；4 4、無磁性；、無磁性； 分類：純銅組織純銅組織一、純銅雜質：雜質：Pb、Bi、S、O2、P等等雜質的量：雜質的量：0.1%0.5%Pb、Bi:與銅形成低熔點的共晶體分布在銅的晶界上，與銅形成低熔點的共晶體分布在銅的晶界上， 對銅進行熱加工時，共晶體發(fā)生熔化，造成脆對

36、銅進行熱加工時，共晶體發(fā)生熔化，造成脆 性斷裂，即性斷裂，即“熱裂熱裂”。O2、S:與銅形成共晶體，與銅形成共晶體，Cu2S、Cu2O均為脆性化合物，均為脆性化合物， 在冷變形加工時易產生破裂，即在冷變形加工時易產生破裂，即“冷脆冷脆”。純銅用于制作導電、導熱及兼具抗蝕性的器材。純銅用于制作導電、導熱及兼具抗蝕性的器材。 一、純銅純銅退火狀態(tài)，強度低，塑性好純銅退火狀態(tài)，強度低，塑性好（b=250270Mpa，=3545%），經冷加工變形后強度升高，而，經冷加工變形后強度升高，而塑性急劇降低（塑性急劇降低（b=400500Mpa，=13%）。不能用作受力的結構）。不能用作受力的結構材料，工業(yè)純

37、銅主要用導電、導熱，兼有抗腐蝕材料，工業(yè)純銅主要用導電、導熱，兼有抗腐蝕性的器材，如電線、電纜、電器開關等，無氧性的器材，如電線、電纜、電器開關等，無氧銅主要作真空器件。銅主要作真空器件。 一、純銅銅合金化：銅合金化：加入加入Zn、Al、Sn、Mn、Ni等元素。等元素。1. 固溶強化：固溶強化：Zn、Sn、Al、Ni等等合金元合金元素素NiNiZnZnSnSnAlAl最大溶最大溶解度解度無限無限393915.815.89.49.4元素在銅中的溶解度元素在銅中的溶解度該類元素在銅中有較大的溶解度該類元素在銅中有較大的溶解度二、銅的合金化2. 2. 固溶固溶+ +時效強化：時效強化：SiSi、Be

38、Be等等T（）CuMe相圖特征：相圖特征：固溶體固溶體有較大的溶解度的變化。有較大的溶解度的變化。3. 3. 過剩相強化：過剩相強化：ZnZn、SnSn等等合金元素加入量超過溶合金元素加入量超過溶解度極限后，便出現第解度極限后，便出現第二相，它們多為硬脆的二相，它們多為硬脆的化合物。化合物。二、銅的合金化黃銅黃銅 : Cu Zn 白銅白銅 : Cu Ni 青銅青銅 : 除黃銅和白銅外除黃銅和白銅外的所有銅合金。的所有銅合金。 簡單黃銅簡單黃銅 ( common brass ) 復雜黃銅復雜黃銅 ( special brass ) 銅合金分類銅合金分類： 1. 黃銅：黃銅：三、銅合金a a、定義

39、：、定義：銅鋅合金。銅鋅合金。b b、牌號、牌號（代號）（代號）：( Z ) H 90WCu = 90%黃銅黃銅 鑄造鑄造黃銅退火組織黃銅退火組織 2525 1）簡 單 黃 銅：三、銅合金黃 銅黃銅有黃銅有 和和 + + 兩種組織兩種組織, ,分別稱分別稱單相黃銅單相黃銅和和兩相黃銅兩相黃銅。黃銅棒三、銅合金黃 銅2)2)、ZnZn的作用的作用：（1 1）固溶強化：）固溶強化：ZnZn32%32%時，時，Cu-ZnCu-Zn合金以單相合金以單相固溶體固溶體存在，主要是固溶強化。存在，主要是固溶強化。力學性能與含鋅量的關系力學性能與含鋅量的關系銅固溶于鋅后其強度、塑性增大，大約在鋅含量為銅固溶于

40、鋅后其強度、塑性增大，大約在鋅含量為30%30%時強度與塑性達到最佳配合。鋅含量繼續(xù)增加，強度時強度與塑性達到最佳配合。鋅含量繼續(xù)增加，強度繼續(xù)增加，但塑性急劇降低。繼續(xù)增加，但塑性急劇降低。H68H68為含鋅量最高的單相為含鋅量最高的單相組織，強組織，強度較高。塑性特別好，適宜冷、熱度較高。塑性特別好，適宜冷、熱變形，如槍彈殼，有變形，如槍彈殼，有“彈殼黃銅彈殼黃銅”之稱。之稱。H62H62強度高，塑性適中，不宜強度高，塑性適中，不宜冷加工，可熱加工，作黃銅冷凝器、冷加工，可熱加工，作黃銅冷凝器、熱交換器等。熱交換器等。H80H80用于鍍層及裝飾品。用于鍍層及裝飾品。 三、銅合金黃 銅（2）

41、過剩相強化：）過剩相強化：Zn32%時，時，Cu-Zn合金中出現合金中出現相，相， 合金以（合金以（+）雙相存在。）雙相存在。鋅含量繼續(xù)增加，強度繼續(xù)增加，但塑性急劇降低。鋅含量繼續(xù)增加，強度繼續(xù)增加，但塑性急劇降低。含鋅量含鋅量WZn45%時，強度與塑性都很低，無實用價時，強度與塑性都很低，無實用價值。值。三、銅合金黃 銅單相黃銅：單相黃銅：室溫組織為單相室溫組織為單相固溶體。固溶體。 強度較低、塑性特別好，適于壓力加工。強度較低、塑性特別好，適于壓力加工。 常用常用H80、H70、H68，其中，其中H70、H68強度較高。強度較高。雙相黃銅：雙相黃銅：室溫組織為室溫組織為+。 強度高，塑性

42、差。強度高，塑性差。 常用常用H59、H62，用作水管、油管、散熱器等。，用作水管、油管、散熱器等。單相黃銅單相黃銅 H68雙相黃銅雙相黃銅H59三、銅合金黃 銅v彈殼黃銅彈殼黃銅 - H70 ( H68 )v日用黃銅日用黃銅 - H62 ( H59 ) 常用黃銅：法蘭閥法蘭閥三、銅合金黃 銅定義定義: 在在黃銅中加入黃銅中加入Al、Fe、Si、Cr、 Ni、Sn、Mn 等元素所形成的合金。等元素所形成的合金。牌號牌號: H Al 59 - 3含鋁量WAl = 3%含銅量WCu = 59% 3）特殊黃銅：三、銅合金黃 銅普通黃銅加入普通黃銅加入Al、Sn、Pb、Si、Mn、Ni等合金元等合金元

43、素后，形成各種特殊黃銅，如鋁黃銅、錫黃銅、鉛素后，形成各種特殊黃銅，如鋁黃銅、錫黃銅、鉛黃銅、錳黃銅等，具有一些特殊的性能。黃銅、錳黃銅等，具有一些特殊的性能。 Al、Sn、Mn、Ni：提高黃銅的耐蝕性和耐磨性；提高黃銅的耐蝕性和耐磨性； Si：改善鑄造性能；改善鑄造性能； Pb：改善切削加工性能。改善切削加工性能。 生產中較多的是錳黃銅和鋁黃銅。生產中較多的是錳黃銅和鋁黃銅。 三、銅合金黃 銅用途：用途：船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、船舶及化工零件，如冷凝管、齒輪、螺旋槳、軸承、襯套及閥體等。軸承、襯套及閥體等。三、銅合金黃 銅海軍黃銅海軍黃銅 - HSn62 - 1易切削黃銅易切

44、削黃銅 - HPb59 - 162Cu 37Zn Sn 海軍黃銅鑄海軍黃銅鑄造組織造組織 600600 硅黃銅鑄造組織硅黃銅鑄造組織 5050 常用特殊黃銅：三、銅合金黃 銅鉛黃銅70錳黃銅25三、銅合金黃 銅 常用特殊黃銅： 4）黃銅的性能：黃銅的性能：(1)(1)工藝性能：工藝性能：好的鑄造性能，組織致密；好的鑄造性能，組織致密； 好的壓力加工性能，可進行各種冷熱加工。好的壓力加工性能，可進行各種冷熱加工。(2)(2)抗蝕性能：抗蝕性能：與純銅接近，可耐大氣、海水、堿的與純銅接近，可耐大氣、海水、堿的 腐蝕，怕酸的腐蝕。腐蝕，怕酸的腐蝕。三、銅合金黃 銅v季裂季裂 - 應力腐蝕應力腐蝕 :

45、 黃銅在塑性變形后產生較黃銅在塑性變形后產生較 大應力大應力,在潮濕空氣中或在微量氨的氣份中發(fā)在潮濕空氣中或在微量氨的氣份中發(fā) 生應力腐蝕。含鋅量越高生應力腐蝕。含鋅量越高, 應力腐蝕傾向越大。應力腐蝕傾向越大。v脫鋅脫鋅 - 鋅的電極電位遠低于銅鋅的電極電位遠低于銅 , 所以在 鹽水中黃銅極易發(fā)生電化學腐蝕。5 5）黃銅季裂與脫鋅：）黃銅季裂與脫鋅：防止措施防止措施：a a消除殘余應力；消除殘余應力；b b加入加入SnSn、SiSi等元素。等元素。三、銅合金黃 銅去應力退火去應力退火 : 在在200200300300左右退火左右退火, , 提高塑性和彈性極限，消除應力腐蝕。提高塑性和彈性極限

46、，消除應力腐蝕。再結晶退火再結晶退火 : 在在500500700700左右退左右退 火，消除加工硬化，恢復塑性?；?，消除加工硬化，恢復塑性。 6）黃銅的熱處理：黃銅的熱處理：三、銅合金黃 銅 普通青銅普通青銅 ( 錫青銅錫青銅 ) ( tin bronze ) 特殊青銅特殊青銅 ( 無錫青銅無錫青銅 ) ( tin free bronze ) 2、青、青 銅：銅： 錫青銅是銅合金中綜合性能最好的合金。錫青銅是銅合金中綜合性能最好的合金?，F代工業(yè)把現代工業(yè)把CuAlCuAl、CuBeCuBe、CuPbCuPb、CuSiCuSi等銅等銅合金也稱為青銅，在青銅合金前面冠以主要合金元合金也稱為青銅，在

47、青銅合金前面冠以主要合金元素的名稱，如錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅等。素的名稱，如錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、硅青銅等。三、銅合金青 銅1 1）青銅的代號：）青銅的代號：“青青”拼音字頭拼音字頭“Q”Q”加主要合加主要合 金元素的名稱及含量表示。鑄造青銅在代號前加金元素的名稱及含量表示。鑄造青銅在代號前加“Z”Z”Q+主加元素主加元素+含量含量 青銅牌青銅牌( (代）號表示方法代）號表示方法(Z) Q Sn10 1 其它合金元其它合金元素含量為素含量為1%主加元素錫其含主加元素錫其含量為量為WSn = 10%青銅青銅鑄造鑄造(ZCuSn(ZCuSn1010P P1 1) )三、銅合金青 銅( t

48、in bronze ) 2）錫）錫 青青 銅：銅： W WSnSn6%6%：單相單相固溶體，塑性好；固溶體，塑性好； W WSnSn6%6%：出現硬而脆的出現硬而脆的相（相（CuCu3131SnSn8 8為基的固溶為基的固溶 體），強度升高，但塑性開始下降；體），強度升高，但塑性開始下降； W WSnSn20%20%：出現大量的出現大量的相，合金完全變脆；相，合金完全變脆； 工業(yè)用錫青銅的含錫量大多工業(yè)用錫青銅的含錫量大多W WSnSn3%3%14%14%之間。之間。 壓力加工錫青銅：壓力加工錫青銅：W WSnSn6%6%7%7%， 鑄造錫青銅：鑄造錫青銅：W WSnSn大于大于7%7%三、銅合金青 銅錫青銅的性能錫青銅的性能：力學性能：力學性能：b b:550-750MPa:550-750MPa、 % %：4-10% HB1804-10% HB180左右左右鑄造性能：鑄造性能：獲得完全符合鑄模內型的鑄件。獲得完全符合鑄模內型的鑄件。適于鑄造形狀復雜，尺寸要求適于鑄造形狀復雜，尺寸要求精確，對致密度要求不太高的精確，對致密度要求不太高的鑄件。鑄件。流動性較差流動性較差凝固收縮率小凝固收縮率小鑄件密度低，易滲漏鑄件密度低，易滲漏三、銅合金青 銅錫青銅的性能：錫青銅的性能：抗蝕性：抗蝕性：好的耐磨性、無磁性、好的耐磨性、無磁性、沖擊不產生火花沖擊不產生火花。 耐蝕