《合金》文字素材1（人教版選修1）

1、“記憶”合金對一般人來說，合金是一種異常堅硬的、能傳熱善導(dǎo)電的物質(zhì)?？墒?，令人不可思議的是，鎳和鈦的合金居然跟人一樣，具有記憶功能。而且它的記憶力很強(qiáng)，經(jīng)過很長時間，重復(fù)上萬次都準(zhǔn)確無誤。人們是怎么發(fā)現(xiàn)鎳鈦合金的這個“特異功能”的呢？在1958年時，美國的海軍軍需實驗室要進(jìn)行一次實驗，實驗中需要一種鎳鈦合金材料；于是秤學(xué)家們找到了一根彎彎曲曲的鎳鈦纜繩，他們先把纜繩加熱，然后冷卻下來，把它拉成直線，做成需要的合金材料。然而，奇怪的是，在實驗中，當(dāng)人們給這種鎳鈦合金材料加熱時，它又變得彎彎曲曲的，跟它原來的形狀一模一樣。這引起了人們的興趣，這次人們先把纜繩彎成了圓形，變冷后又把它拉成直線，再次加

2、熱，它又自動地變成了圓形。人們這才知道鎳鈦合金還有這么好的記憶功能。鎳鈦合金的這種記憶功能有很多用途。比如，用它制成的機(jī)器人的胳膊會隨著溫度的變化，上下左右轉(zhuǎn)動，顯得十分逼真，就好像機(jī)器人真有感覺似的。鎳鈦合金在醫(yī)療上也有想象不出的作用。例如，把鎳鈦合金絲制成直徑很小的彈簧形，使它在體溫條件下，把自己的外形記住。然后再把它拉直，通過一根小導(dǎo)管，在X光照射的情況下，慢饅插入動脈內(nèi)。導(dǎo)管中的鎳鈦合金絲在體溫的刺激下，慢慢地會變成彈簧形，就像在動脈血管的內(nèi)壁形成了一層襯套，從而能防止動脈內(nèi)壁過薄而帶來的危險。在服裝業(yè)中，鎳鈦合金也有用武之地。在制造婦女使用的文胸時，如果用鎳鈦合金取代鋼絲支架，就能大

3、大延長文胸的使用壽命。制造商根據(jù)每個婦女乳房的大小和需要，制造出在各種體溫條件下的特定產(chǎn)品，這種產(chǎn)品即使經(jīng)過多次的洗滌晾曬，只要一碰到記憶中的體溫時，很快就能恢復(fù)原來的形狀。鋁合金以鋁為基加入其他元素組成的合金。純鋁的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐蝕性能良好，主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料，但強(qiáng)度低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。鋁可與許多化學(xué)元素形成合金以改善性能。鋁合金比重輕，比強(qiáng)度接近合金鋼，比剛度超過鋼，塑性好，鑄造和可切削性也較好，適宜制造重量輕的結(jié)構(gòu)部件，因此成為航空工業(yè)不可缺少的材料，在交通運(yùn)輸、建筑、輕工、化工、儀表機(jī)械等部門，在家用器具方面也得到廣泛應(yīng)用。鋁及某些鋁合金用陽極氧化等法處理，通過著色工藝，生成各種顏

4、色，廣泛作包裝、裝飾材料使用。表1 幾種典型的變形鋁合金的成分和性能 表2 幾種典型鑄造鋁合金成分和性能 鎂合金1.鎂合金的發(fā)展鎂合金是實際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，但與鋁合金相比，鎂合金的研究和發(fā)展還很不充分，鎂合金的應(yīng)用也還很有限。目前，鎂合金的產(chǎn)量只有鋁合金的1。鎂合金作為結(jié)構(gòu)應(yīng)用的最大用途是鑄件，其中90以上是壓鑄件14。限制鎂合金廣泛應(yīng)用的主要問題是：由于鎂元素極為活潑，鎂合金在熔煉和加工過程中極容易氧化燃燒，因此，鎂合金的生產(chǎn)難度很大；鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)還不成熟和完善，特別是鎂合金成形技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展；鎂合金的耐蝕性較差；現(xiàn)有工業(yè)鎂合金的高溫強(qiáng)度、蠕變性能較低，限制了鎂合

5、金在高溫（150350）場合的應(yīng)用；鎂合金的常溫力學(xué)性能，特別是強(qiáng)度和塑韌性有待進(jìn)一步提高；鎂合金的合金系列相對很少，變形鎂合金的研究開發(fā)嚴(yán)重滯后，不能適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求1419。鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金。鎂合金按合金組元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（）等合金。常用鑄造鎂合金的牌號及性能見表2,14。表5為常見變形鎂合金的化學(xué)成分及基本特性2,20。我國具有豐富的鎂資源，原鎂產(chǎn)能、產(chǎn)量和出口均居世界首位。在鎂和鎂合金的研究和應(yīng)

6、用領(lǐng)域，我國與歐美等發(fā)達(dá)國家之間的差距還相當(dāng)大'一方面，我國的原鎂質(zhì)量差，鎂合金錠的質(zhì)量也不盡如人意，出口缺乏競爭力，作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的鎂在國內(nèi)的消耗量又很少，只能作為初級原料低價出口，屬典型的資源出口型工業(yè)，目前，國內(nèi)的鎂冶金企業(yè)大都處于虧損或面臨倒閉；另一方面，我國對鎂合金的研究和應(yīng)用更顯薄弱。因此，如何利用我國的鎂資源優(yōu)勢，將鎂的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增強(qiáng)我國鎂衍業(yè)的國際競爭力，是擺在我們面前的迫切任務(wù)24。2.鎂合金的新進(jìn)展（1）耐熱鎂合金。耐熱性差是阻礙鎂合金廣泛應(yīng)用的主要原因之一，當(dāng)溫度升高時，它的強(qiáng)度和抗蠕變性能大幅度下降，使它難以作為關(guān)鍵零件（

7、如發(fā)動機(jī)零件）材料在汽車等工業(yè)中得到更廣泛的應(yīng)用。己開發(fā)的耐熱鎂合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用來提高鎂合金耐熱性能的重要元素。含稀土的鎂合金QE22和WE54具有與鋁合金相當(dāng)?shù)母邷貜?qiáng)度，但是稀土合金的高成本是其被廣泛應(yīng)用的一大阻礙18。Mg-Al-Si（AS）系合金是德國大眾汽車公司開發(fā)的壓鑄鎂合金。175時，AS41合金的蠕變強(qiáng)度明顯高于AZ91和AM60合金。但是，AS系鎂合金由于在凝固過程中會形成粗大的漢字狀Mg2Si相，損害了鑄造性能和機(jī)械性能。研究發(fā)現(xiàn)，微量Ca的添加能夠改善漢字狀Mg2si相的形態(tài)，細(xì)化Mg2si顆粒，握高AS系列鎂合金的組織和性

8、能18。從20世紀(jì)80年代以來，國外致力于利用·來提高鎂合金的高溫抗拉強(qiáng)度和蠕變性能。最近美國開發(fā)的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al-0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等鎂合金，其抗拉強(qiáng)度和蠕變性能都較好。2001年，日本東北大學(xué)井上明久等采用快速凝固法制成的具有100200nm晶粒尺寸的高強(qiáng)鎂合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其強(qiáng)度為超級鋁合金的3倍，還具有超塑性、高耐熱性和高耐蝕性。（2）耐蝕鎂合金。鎂合金的耐蝕性問題可通過兩個方面來解決：嚴(yán)格限制鎂合金中的Fe、Cu、i等雜質(zhì)元素的含量。例如，高純AZ91HP鎂合金在鹽霧試驗中的耐蝕性大約是AZ91

9、C的100倍，超過了壓鑄鋁合金A380，比低碳鋼還好得多。對鎂合金進(jìn)行表面處理。根據(jù)不同的耐蝕性要求，可選擇化學(xué)表面處理、陽極氧化處理、有機(jī)物涂覆、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等方法處理。例如，經(jīng)化學(xué)鍍的鎂合金，其耐蝕性超過了不銹鋼2。（3）阻燃鎂合金。鎂合金在熔煉澆鑄過程中容易發(fā)生劇烈的氧化燃烷。實踐證明，熔劑保護(hù)法和SF6、SO2、CO2、Ar等氣體保護(hù)法是行之有效的阻燃方法，但它們在應(yīng)用中會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，并使得合金性能降低，設(shè)備投資增大。 純鎂中加鈣能夠大大提高鎂液的抗氧化燃燒能力，但是由于添加大量鈣會嚴(yán)重惡化鎂合金的機(jī)械性能，使這一方法無法應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。鉸可以阻止鎂合金進(jìn)一步氧化，但是

10、鉸含量過高時，會引起晶粒粗化和增大熱裂傾向。最近，上海交通大學(xué)輕合金精密成型國家工程研究中心通過同時加人幾種元素，開發(fā)了一種阻燃性能和力學(xué)性能均良好的轎車用阻燃鎂合金，成功地進(jìn)行了轎車變速箱殼蓋的工業(yè)試驗，并生產(chǎn)出了手機(jī)殼體、3殼體等電子產(chǎn)品外殼15。（）高強(qiáng)高韌鎂合金?，F(xiàn)有鎂合金的常溫強(qiáng)度和塑韌性均有待進(jìn)一步提高。在g-n和g-合金中加人Ca、Zr可顯著細(xì)化晶粒，提高其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度1；加人Ag和Th能夠提高M(jìn)g-RE-Zr合金的力學(xué)性能，如含Ag的QE22A合金具有高室溫拉伸性能和抗蠕變性能，已廣泛用作飛機(jī)、導(dǎo)彈的優(yōu)質(zhì)鑄件；通過快速凝固粉末冶金、高擠壓比及等通道角擠（ECAE）等方法，

11、可使鎂合金的晶粒處理得很細(xì)，從而獲得高強(qiáng)度、高塑性甚至超塑性16,19。（5）變形鎂合金。雖然目前鑄造鎂合金產(chǎn)品用量大于變形鎂合金，但經(jīng)變形的鎂合金材料可獲得更高的強(qiáng)度，更好的延展性及更多樣化的力學(xué)性能，可以滿足不同場合結(jié)構(gòu)件的使用要求。因此，開發(fā)變形合金，是其未來更長遠(yuǎn)的發(fā)展趨勢20。新型變形鎂合金及其成型工藝的開發(fā)，已受到國內(nèi)外材料工作者的高度重視。美國成功研制了各種系列的變形鎂合金產(chǎn)品，如通過擠壓熱處理后的ZK60高強(qiáng)變形鎂合金，其強(qiáng)度及斷裂韌性可相當(dāng)于時效狀態(tài)的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）粉末冶金（PM）熱擠壓工藝開發(fā)的Mg-Al-Zn系EA55RS變形鎂合金

12、，成為迄今報道的性能最佳的鎂合金，其性能不但大大超過常規(guī)鎂合金，比強(qiáng)度甚至超過7075鋁合金，且具有超塑性（300，436），腐蝕速率與2024-T6鋁合金相當(dāng)，還可同時加人SiCp等增強(qiáng)相，成為先進(jìn)鎂合金材料的典范。日本1999年開發(fā)出超高強(qiáng)度的IM Mg-Y系變形鎂合金材料，以及可以冷壓加工的鎂合金板材。英國開發(fā)出Mg-Al-B擠壓鎂合金，用于Magnox核反應(yīng)堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飛行器上的兼具優(yōu)良力學(xué)性能和耐蝕性能的變形鎂合金，法國和俄羅斯開發(fā)了魚雷動力源變形鎂合金陽極薄板材料。（6）鎂合金成形技術(shù)。鎂合金成形分為變形和鑄造兩種方法21,22，當(dāng)前主要使用鑄造成形工藝。壓

13、鑄是應(yīng)用最廣的鎂合金成形方法。近年來發(fā)展起來的鎂合金壓鑄新技術(shù)有真空壓鑄和充氧壓鑄，前者已成功生產(chǎn)出AM60B鎂合金汽車輪毅和方向盤，后者也己開始用于生產(chǎn)汽車上的鎂合金零件。鎂合金半固態(tài)觸變鑄造（Thixo-Molding）成形新技術(shù)，近年來受到美國、日本和加拿大等國家的重視。與傳統(tǒng)的壓鑄相比，觸變鑄造法無需熔煉、澆注及氣體保護(hù)，生產(chǎn)過程更加清潔、安全和節(jié)能。目前已研制出鎂合金半固態(tài)觸變鑄造用壓鑄機(jī)，到1998年底，全世界已有超過100臺機(jī)器投人運(yùn)行，約有40種標(biāo)準(zhǔn)鎂合金半固態(tài)產(chǎn)品用于汽車、電子和其他消費(fèi)品。但相對來說，半固態(tài)鑄造鎂合金材料的選擇性小，目前應(yīng)用的只有AZ91D合金，需要進(jìn)一步發(fā)

14、展適用于半固態(tài)鑄造的鎂合金系。其他正在發(fā)展的鎂合金鑄造成形新技術(shù)有鎂合金消失模鑄造、擠壓鑄造低壓鑄造結(jié)合法、擠壓鑄造-流變鑄造結(jié)合法和真空傾轉(zhuǎn)法差壓鑄造等。合金鋼合金鋼也叫特種鋼。在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使鋼具有各種不同特殊性能，如強(qiáng)度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕，以及其他許多優(yōu)良性能。例如，鎢鋼、錳鋼硬度很大，可以制造金屬加工工具、拖拉機(jī)履帶和車軸等；錳硅鋼韌性特別強(qiáng)，可以制造彈簧片、彈簧圈；鉬鋼能抗高溫，可以制造飛機(jī)的曲軸、特別硬的工具等；鎢鉻鋼（又叫高速鋼）的硬度大，韌性很強(qiáng)，可以做機(jī)床刀具和模具；鎳鉻鋼抗蝕性強(qiáng)，不易氧化，是一種不銹

15、鋼，可以制造化工生產(chǎn)上用的耐酸塔、醫(yī)療器械、日常用具等。鉛合金以鉛為基加入其他元素組成的合金。按照性能和用途，鉛合金可分為耐蝕合金、電池合金、焊料合金、印刷合金、軸承合金和模具合金等。鉛合金主要用于化工防蝕、射線防護(hù)，制作電池板和電纜套。鉛合金表面在腐蝕過程中產(chǎn)生氧化物、硫化物或其他復(fù)鹽化合物覆膜，有阻止氧化、硫化、溶解或揮發(fā)等作用，所以在空氣、硫酸、淡水和海水中都有很好的耐蝕性。鉛合金如含有不固溶于鉛或形成第二相的鉍、鎂、鋅等雜質(zhì)，則耐蝕性會降低；加入碲、硒可消除雜質(zhì)鉍對耐蝕性的有害影響。在含鉍的鉛合金中加入銻和碲，可細(xì)化晶粒組織，增加強(qiáng)度，抑制鉍的有害作用，改善耐蝕性。鉛合金熔點(diǎn)低（在32

16、7以下）、流動性好，凝固收縮率小，熔損少，重熔時成分變化小，可鑄造形狀復(fù)雜、輪廓清晰的器件，廣泛應(yīng)用于鑄造鉛字和制作模型等。鉛錫銻合金用于印刷工業(yè)上已有五百多年的歷史。制作模型和鑄字用的鉛合金，所含的銻起提高硬度和強(qiáng)度、降低凝固收縮率的作用；所含的錫起提高流動性和輪廓清晰度的作用。利用熔點(diǎn)低的鉛合金作模型材料，制作工藝簡便，且有一定的使用壽命，對產(chǎn)品更改及模型翻新非常便利。鉛合金的變形抗力小，鑄錠不需加熱即可用軋制、擠壓等工藝制成板材、帶材、管材、棒材和線材，且不需中間退火處理。鉛合金的抗拉強(qiáng)度為37kgf/mm2，比大多數(shù)其他金屬合金低得多。銻是用于強(qiáng)化基體的重要元素之一，僅部分固溶于鉛，既

17、可用于固溶強(qiáng)化，又能用于時效強(qiáng)化；但如果含量過高，會使鉛合金的韌性和耐蝕性變壞。從綜合性能考慮，鉛合金用于制作化工設(shè)備、管道等耐蝕構(gòu)件時，以含銻6%左右為宜；用于制作連接構(gòu)件時，以含銻8%10%為好。鉛銻合金加入少量的銅、砷、銀、鈣、碲等，可增加強(qiáng)度，稱為硬鉛。由于鉛合金的剪切、蠕變強(qiáng)度低，在一定的載荷和滾動切變作用下，鉛合金易于變形并減薄成為箔狀；且鉛合金的自潤性、磨合性和減震性好，噪聲小，因而是良好的軸承合金。鉛基軸承合金和錫基軸承合金統(tǒng)稱為巴氏合金，可制作高載荷的機(jī)車軸承。含砷高達(dá)2.5%3%的鉛合金，適于制作高載荷、高轉(zhuǎn)速、抗溫升的重型機(jī)器軸承。鉛合金具有不易被X和射線穿透的特性，可作放射性工作的防護(hù)材料。鉛合金的煙塵有毒，熔鑄時要有良好的防護(hù)措施。合金的應(yīng)用 假設(shè)你是當(dāng)年的古希臘士兵，你在戰(zhàn)場上就常常得把手里的青銅劍扳直。但青銅比銅已是一大改進(jìn)，銅更容易彎曲。大多數(shù)金屬強(qiáng)度低，很軟，但兩種軟金屬合在一起就會成為一種較硬的金屬叫作合金。青銅是銅和錫的合金。改變金屬的配比和成分，合金的性質(zhì)就會改變。多數(shù)合金由兩種或兩種以上金屬合成，但有些合金含非金屬元素，如碳。使用最廣的這類合金是鋼。最早的合金6000年前人們發(fā)現(xiàn)銅和錫合在一起會更硬些。這種合金稱作青銅。青銅被廣泛使用了許多年，因而這一時期稱作青銅器時代。補(bǔ)牙合金你的牙齒中可能就有合金。牙醫(yī)用汞合