工程材料學(xué)第08章 有色

1、1第八章第八章 非鐵金屬材料非鐵金屬材料鋁及鋁合金鋁及鋁合金銅及銅合金銅及銅合金鈦及鈦合金鈦及鈦合金（有色金屬）（有色金屬）2引言引言黑色金屬材料黑色金屬材料 鋼鐵材料。鋼鐵材料。有色金屬有色金屬 非鐵金屬材料是指鋼鐵材料以外的各種非鐵金屬材料是指鋼鐵材料以外的各種金屬材料。金屬材料。有色金屬的許多特殊性能有色金屬的許多特殊性能比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高 導(dǎo)電性或?qū)嵝院脤?dǎo)電性或?qū)嵝院?耐腐蝕性及耐熱性耐腐蝕性及耐熱性有著鋼鐵材料無法替代的性能，在機(jī)電、儀表、特有著鋼鐵材料無法替代的性能，在機(jī)電、儀表、特別是航海、航空、航天等工業(yè)中具有重要的作用。別是航海、航空、航天等工業(yè)中具有重要的作用。生產(chǎn)中常用

2、的有鋁、銅、鈦、鎂、鋅等金屬及其合生產(chǎn)中常用的有鋁、銅、鈦、鎂、鋅等金屬及其合金。金。3第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁 1 1性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 比重小比重小、比強(qiáng)度高比強(qiáng)度高 鋁的鋁的密度密度( (比重比重) )為為2.7g/cm2.7g/cm3 3，僅僅為鋼的為鋼的三分之一，鋁合金經(jīng)處理后，單位質(zhì)量材料能承受的載荷三分之一，鋁合金經(jīng)處理后，單位質(zhì)量材料能承受的載荷遠(yuǎn)大于高強(qiáng)度鋼。遠(yuǎn)大于高強(qiáng)度鋼。 優(yōu)良的物理、化學(xué)性能優(yōu)良的物理、化學(xué)性能 鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于鋁的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性僅次于AgAg、CuCu、AuAu，但單位重量的導(dǎo)電能力卻是銅的，但單位重量的導(dǎo)電能力

3、卻是銅的200200。鋁表面可生成。鋁表面可生成致密的氧化膜，可以有效的抵抗大氣腐蝕，但不耐酸、堿、致密的氧化膜，可以有效的抵抗大氣腐蝕，但不耐酸、堿、鹽液腐蝕。鋁為非鐵磁性材料。鹽液腐蝕。鋁為非鐵磁性材料。良好的加工性能良好的加工性能 強(qiáng)度不高強(qiáng)度不高( (b b8080100MPa)100MPa)，塑性很好，塑性很好(35354040 8080),),熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低(Tm=660)(Tm=660)。冷變形、。冷變形、切削、鑄造、焊接都比較容易。切削、鑄造、焊接都比較容易。 4一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金高純鋁高純鋁 L01L01、L02L02、L03L03、L0

4、4 L04 純度為純度為99.93%99.93%到到99.99699.996，編，編號越大純度越高。主要用來制作號越大純度越高。主要用來制作鋁箔鋁箔、電容器電容器、科研材料科研材料。 2 2純鋁的牌號和用途純鋁的牌號和用途 工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁 L1L1、L2L2、L3L3、L4L4、L5L5，純度從，純度從99%99%9898，編號越大編號越大純度越低純度越低。主要用來制作。主要用來制作電線電線、電纜電纜、器皿器皿等。純鋁的強(qiáng)度等。純鋁的強(qiáng)度較低，一般不用來制作機(jī)械構(gòu)件。較低，一般不用來制作機(jī)械構(gòu)件。 按按GB/T8063GB/T806319941994對鑄造純鋁規(guī)定為對鑄造純鋁規(guī)定為ZAl99

5、.5ZAl99.5，數(shù)字表，數(shù)字表示鋁含量的百分?jǐn)?shù)。示鋁含量的百分?jǐn)?shù)。 按按GB/T16474GB/T1647419961996對變形純鋁規(guī)定為對變形純鋁規(guī)定為1A931A93，數(shù)字表示，數(shù)字表示鋁含量的百分?jǐn)?shù)鋁含量的百分?jǐn)?shù)99.9399.93中小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字。中小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字。5二、鋁合金的強(qiáng)化原理二、鋁合金的強(qiáng)化原理 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金基本特性基本特性 純鋁固態(tài)無同素異晶轉(zhuǎn)變純鋁固態(tài)無同素異晶轉(zhuǎn)變，無法象鋼那樣相變熱處，無法象鋼那樣相變熱處理，用理，用冷加工強(qiáng)化冷加工強(qiáng)化，斷裂強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度 b b可達(dá)可達(dá)150150250MPa250MPa，但塑性，但塑性的犧牲較大。在鋁

6、中加入的犧牲較大。在鋁中加入CuCu、MgMg、MnMn、SiSi等元素，可以采用熱等元素，可以采用熱處理方法處理方法時效來強(qiáng)化時效來強(qiáng)化。 時效強(qiáng)化的基本過程時效強(qiáng)化的基本過程 以以 4 4CuCuAlAl合金為例。合金為例。將合金加熱到將合金加熱到 550550，CuCu全部全部溶解到溶解到AlAl中，快速冷卻中，快速冷卻( (淬火淬火) )得到過飽和固溶體，這時合金得到過飽和固溶體，這時合金的強(qiáng)度的強(qiáng)度b b可以達(dá)到約可以達(dá)到約250MPa250MPa。 6二、鋁合金的強(qiáng)化原理二、鋁合金的強(qiáng)化原理第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金l過飽和固溶體室溫放置過飽和固溶體室溫放置4 45 5后，

7、固溶體中有細(xì)小的后，固溶體中有細(xì)小的AlAlCuCu化合物化合物析出，獲得高硬度，阻礙鋁的塑性變形，析出，獲得高硬度，阻礙鋁的塑性變形，b b上上升到約升到約 400400420MPa420MPa。時間延長，材料的強(qiáng)度和硬度提高。時間延長，材料的強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為“時效硬化時效硬化”。放置在室溫下，材料自己發(fā)生。放置在室溫下，材料自己發(fā)生時效的過程稱為時效的過程稱為“自然時效自然時效”。在。在CuCuAlAl合金中，超過合金中，超過 5 5天天之后，材料強(qiáng)度進(jìn)一步變化就不很明顯了。之后，材料強(qiáng)度進(jìn)一步變化就不很明顯了。l過飽和固溶體進(jìn)行加熱，時效的溫度提高，在過飽和固溶體進(jìn)行加

8、熱，時效的溫度提高，在130130大大約經(jīng)過約經(jīng)過1010小時小時, ,就能達(dá)到最高的硬度。這種人為加熱來加就能達(dá)到最高的硬度。這種人為加熱來加快的時效過程稱為快的時效過程稱為“人工時效人工時效”。加熱溫度過高，化合物。加熱溫度過高，化合物長大，數(shù)量減少，強(qiáng)化效果下降，所以這種鋁合金不宜用長大，數(shù)量減少，強(qiáng)化效果下降，所以這種鋁合金不宜用于較高的溫度。于較高的溫度。7二、鋁合金的強(qiáng)化原理二、鋁合金的強(qiáng)化原理第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 時效溫度越高，達(dá)到最高硬度所用時間越短，能達(dá)到的最時效溫度越高，達(dá)到最高硬度所用時間越短，能達(dá)到的最高硬度值也越低，常用人工時效工藝為高硬度值也越低，常用

9、人工時效工藝為130130約約1010小時，小時，在達(dá)在達(dá)到最高硬度的前沿。到最高硬度的前沿。 8三、常用鋁合金三、常用鋁合金 第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金1. 1. 鑄造鋁合金鑄造鋁合金 牌號牌號 ZLxxxZLxxx表示，表示，ZLZL為鑄鋁，后為三位數(shù)字，第一個數(shù)字表示為鑄鋁，后為三位數(shù)字，第一個數(shù)字表示合金類型，即主合金元素合金類型，即主合金元素( (1 1SiSi 2 2Cu 3Cu 3Mg 4Mg 4ZnZn等等) )，后兩位的順序號表示其它合金元素，對應(yīng)不同的化學(xué)，后兩位的順序號表示其它合金元素，對應(yīng)不同的化學(xué)成分，但在這里沒有鋼那樣明顯。各自的成分和性能特點(diǎn)成分，但在這里

10、沒有鋼那樣明顯。各自的成分和性能特點(diǎn)查相關(guān)手冊。查相關(guān)手冊。 主要用途主要用途 鑄造鋁合金用于制造鑄造鋁合金用于制造形狀復(fù)雜的零件形狀復(fù)雜的零件， 例如儀表、內(nèi)燃機(jī)活塞、飛機(jī)等殼體零件。主要利用質(zhì)輕、例如儀表、內(nèi)燃機(jī)活塞、飛機(jī)等殼體零件。主要利用質(zhì)輕、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)。比強(qiáng)度高的特點(diǎn)。 處理特點(diǎn)處理特點(diǎn) 鑄造中采用鑄造中采用鈉鹽鈉鹽變質(zhì)處理變質(zhì)處理來細(xì)化晶粒。事后進(jìn)行均來細(xì)化晶粒。事后進(jìn)行均勻化、時效強(qiáng)化等處理。勻化、時效強(qiáng)化等處理。9常用常用鑄造鑄造鋁合金成分應(yīng)用列表鋁合金成分應(yīng)用列表第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金10三、常用鋁合金三、常用鋁合金第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金2. 2.

11、 形變鋁合金形變鋁合金 由冶金廠進(jìn)行處理并加工成各種型材，包括鋁板、鋁帶、由冶金廠進(jìn)行處理并加工成各種型材，包括鋁板、鋁帶、鋁棒、線材、管材、角鋁和各種異型材等，通常使用廠家不必鋁棒、線材、管材、角鋁和各種異型材等，通常使用廠家不必在進(jìn)行材質(zhì)處理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特在進(jìn)行材質(zhì)處理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特點(diǎn)也各不相同。常見的形變鋁合金有：點(diǎn)也各不相同。常見的形變鋁合金有： 防銹鋁防銹鋁 牌號牌號LFxxLFxx 主要在于進(jìn)一步主要在于進(jìn)一步提高對大氣的腐蝕提高對大氣的腐蝕，常用，常用來制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、門窗裝飾品等。來制造航空油箱、油管、以

12、及器皿、日用品、門窗裝飾品等。 GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190-GB3190-8282抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度3A213A21LF21LF21 Al-MnAl-Mn190MPa190MPa5A025A02LF2LF2Al-MgAl-Mg230MPa230MPa5A065A06LF6LF6Al-MgAl-Mg320MPa320MPa11三、常用鋁合金三、常用鋁合金第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金2. 2. 形變鋁合金形變鋁合金 硬鋁硬鋁 牌號牌號LYxxLYxx，Al-Cu-MgAl-Cu-Mg合金。合金。主要進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和硬主要進(jìn)一步提高其強(qiáng)度和硬度，制造飛

13、機(jī)的大梁和蒙皮、度，制造飛機(jī)的大梁和蒙皮、機(jī)械構(gòu)件等。機(jī)械構(gòu)件等。 GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190-GB3190-8282抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度2A012A01LY1LY1Al-Cu-MgAl-Cu-Mg2A112A11LY11LY11420MPa420MPa2A122A12LY12LY12475MPa475MPa超硬鋁超硬鋁 牌號牌號LCxxLCxx，Al-Cu-Mg-Al-Cu-Mg-SiSi合合金。主要有高其強(qiáng)度和硬度，金。主要有高其強(qiáng)度和硬度，這時的這時的b b可達(dá)到可達(dá)到680MPa680MPa，高于優(yōu)質(zhì)碳速結(jié)構(gòu)鋼，主要高于優(yōu)質(zhì)碳速結(jié)構(gòu)鋼，主要用來用來

14、制造飛機(jī)上受力大制造飛機(jī)上受力大的零的零件。件。 GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190-GB3190-8282抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度7A047A04LC4LC4Al-Cu-Al-Cu-Mg-ZnMg-Zn600MPa600MPa7A097A09LC9LC9660MPa660MPa12三、常用鋁合金三、常用鋁合金第一節(jié)第一節(jié) 鋁及鋁合金鋁及鋁合金2. 2. 形變鋁合金形變鋁合金 鍛鋁鍛鋁 牌號牌號LDxxLDxx，通常為，通常為Al-Cu-Mg-Al-Cu-Mg-SiSi合金。強(qiáng)度合金。強(qiáng)度b b400400500MPa500MPa，塑性較好，可以鍛造成型，用來制造一些

15、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，塑性較好，可以鍛造成型，用來制造一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零件。零件。 GB/T1647GB/T16475-19965-1996GB3190-GB3190-8282抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度2A502A50LD5LD5Al-Cu-Al-Cu-Mg-SiMg-Si420MPa420MPa2B502B50LD6LD6340MPa340MPa2A142A14LD14LD14480MPa480MPa形變鋁合金的具體成分和性能指標(biāo)參數(shù)參看教材附表。形變鋁合金的具體成分和性能指標(biāo)參數(shù)參看教材附表。13第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金純銅的純銅的比重比重8.9g/cm8.9g/cm3 3，熔點(diǎn)熔點(diǎn)10831083，

16、為面心立方晶格，無，為面心立方晶格，無同素異晶轉(zhuǎn)變。銅是人類用得最早的金屬材料同素異晶轉(zhuǎn)變。銅是人類用得最早的金屬材料。1 1銅及其合金的性能特點(diǎn)銅及其合金的性能特點(diǎn)1)1) 優(yōu)異的優(yōu)異的導(dǎo)電性導(dǎo)電性和和導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性； 2)2) 對大氣、水有良好的對大氣、水有良好的耐腐蝕性耐腐蝕性； 3)3) 良好的良好的加工性能加工性能，可以冷、熱變形成型，可以鑄造成，可以冷、熱變形成型，可以鑄造成型，便于切削加工；型，便于切削加工； 4)4) 強(qiáng)度不高強(qiáng)度不高( (b b=200=200250MPa)250MPa)，硬度低，硬度低(HB=40(HB=4050)50)，塑性很好塑性很好( (45455050

17、) )；但構(gòu)成的一些合金有好的；但構(gòu)成的一些合金有好的減摩性減摩性、耐磨性耐磨性，有些有高的，有些有高的彈性極限彈性極限和和疲勞極限疲勞極限； 5)5) 外表色澤美觀。外表色澤美觀。 14一、工業(yè)純銅一、工業(yè)純銅第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金成分成分 銅為主體銅為主體 + + 為雜質(zhì)，其中常見元素為雜質(zhì)，其中常見元素有有PbPb、BiBi、O O、S S、P P等，它們降低了材料等，它們降低了材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能, ,特別是高溫或低溫下特別是高溫或低溫下明顯降低了材料的塑性。明顯降低了材料的塑性。牌號牌號 T1T1T4 T4 銅含量為銅含量為99.9599.9599.599

18、.5。純銅有。純銅有玫瑰紅色玫瑰紅色，表面，表面形成氧化膜后呈紫色，故一般稱為形成氧化膜后呈紫色，故一般稱為紫銅紫銅。 T1 T1 99.95% 99.95% T2 T2 99.90% 99.90% T3 T3 99.70% 99.70% T4 T4 99.5%99.5%用途用途 T1T1、T2T2用于電工導(dǎo)體材料，制作電線、電纜、電氣開關(guān)、用于電工導(dǎo)體材料，制作電線、電纜、電氣開關(guān)、導(dǎo)電墊圈、螺桿等。導(dǎo)電墊圈、螺桿等。T3T3、T4T4為一般用銅材，制作油管、油嘴為一般用銅材，制作油管、油嘴等。等。用于真空電氣元件的純銅，還需要經(jīng)過還原氣氛保護(hù)熔煉得到用于真空電氣元件的純銅，還需要經(jīng)過還原氣

19、氛保護(hù)熔煉得到的無氧銅，以及用的無氧銅，以及用P P或或MnMn進(jìn)行脫氧銅。進(jìn)行脫氧銅。 15二、黃銅二、黃銅（Cu-ZnCu-Zn合金合金) )第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金ZnZn對黃銅性能的影響對黃銅性能的影響 明顯改善其力學(xué)性能明顯改善其力學(xué)性能，隨，隨ZnZn含量增加，強(qiáng)度和塑性都提高。含量增加，強(qiáng)度和塑性都提高。當(dāng)當(dāng)ZnZn到到30303232時，時，達(dá)到最大值達(dá)到最大值(10(10) )；當(dāng)；當(dāng)ZnZn到到4545時，時，強(qiáng)度強(qiáng)度b b達(dá)到最大值達(dá)到最大值( (約約650MPa)650MPa)，工業(yè)用黃銅中，工業(yè)用黃銅中ZnZn的含量一的含量一般在般在4545以下。以下。具有

20、良好的鑄造性能具有良好的鑄造性能，特別是，特別是ZnZn含量含量1010和和3838時，鑄時，鑄造的縮孔集中，鑄件的致密都高。造的縮孔集中，鑄件的致密都高。 具有良好的耐腐蝕行具有良好的耐腐蝕行，特別是在大氣、海水中。，特別是在大氣、海水中。 Zn Zn在在CuCu中固溶度高，中固溶度高，Cu-ZnCu-Zn合金稱為黃銅合金稱為黃銅. .顏色淡黃色。顏色淡黃色。 16二、黃銅二、黃銅（銅鋅合金（銅鋅合金) )第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金17二、黃銅二、黃銅（銅鋅合金（銅鋅合金) )第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金常用黃銅常用黃銅 1單相黃銅單相黃銅 組織為單一的組織為單一的相相牌號有牌

21、號有H96H96、H90H90、H85H85、H80H80、H75H75、H70H70、H68H68。數(shù)字為數(shù)字為CuCu的含的含量量，其余為，其余為ZnZn。用來制作散熱器的管道、葉片，獎?wù)潞脱b飾品，。用來制作散熱器的管道、葉片，獎?wù)潞脱b飾品，深沖壓類彈巧等。深沖壓類彈巧等。 2 2雙相黃銅雙相黃銅 組織為組織為兩相兩相是以電子化合物是以電子化合物CuZnCuZn為基的固溶體為基的固溶體，體心立方晶格，高溫塑，體心立方晶格，高溫塑性好，低于性好，低于456456時為有序化轉(zhuǎn)變成時為有序化轉(zhuǎn)變成，塑性明顯下降。，塑性明顯下降。兩相黃銅的牌號有兩相黃銅的牌號有H62H62、H59H59，其強(qiáng)度高

22、于單相黃銅，但塑性低，其強(qiáng)度高于單相黃銅，但塑性低于單相黃銅，使用狀態(tài)為生產(chǎn)廠的鑄件或冶金廠高溫軋制的邦、于單相黃銅，使用狀態(tài)為生產(chǎn)廠的鑄件或冶金廠高溫軋制的邦、板等型材。常用來制造鉚釘、螺帽、墊圈等電氣零件。板等型材。常用來制造鉚釘、螺帽、墊圈等電氣零件。 18二、黃銅二、黃銅（銅鋅合金（銅鋅合金) )第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金常用黃銅常用黃銅3 3特殊黃銅特殊黃銅 在在CuCuZnZn黃銅的基礎(chǔ)上加入黃銅的基礎(chǔ)上加入SnSn、PbPb、AlAl、SiSi、MnMn等元素，改變相應(yīng)的性能。等元素，改變相應(yīng)的性能。 牌號牌號 HMxxHMxxx x，元素符號為，元素符號為ZnZn以外的

23、主元素，第一部分?jǐn)?shù)字為以外的主元素，第一部分?jǐn)?shù)字為含銅量，第二部分?jǐn)?shù)字為含銅量，第二部分?jǐn)?shù)字為ZnZn外的主元素量，余量為外的主元素量，余量為ZnZn。 例例如：如： H HP Pb b64-264-2表示含銅量為表示含銅量為64%64%，含鉛，含鉛2%2%，其余為鋅的黃銅。，其余為鋅的黃銅。用途用途 品種繁多，如鉛黃銅品種繁多，如鉛黃銅H HPbPb64-264-2鐘表或汽車用鐘表或汽車用一般零件；一般零件；鋁黃銅鋁黃銅HAl77-2HAl77-2制作齒輪、渦輪、襯套、螺旋槳的耐腐蝕零件等制作齒輪、渦輪、襯套、螺旋槳的耐腐蝕零件等等。等。 19三、白銅三、白銅第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合

24、金 白銅是白銅是CuCuNiNi系系合金，以及合金，以及Cu-Ni-ZnCu-Ni-Zn、Cu-Ni-Cu-Ni-MnMn系合金系合金l不僅有較好的不僅有較好的強(qiáng)度強(qiáng)度和優(yōu)良的和優(yōu)良的塑性塑性，可以進(jìn)行，可以進(jìn)行冷、熱變冷、熱變形形加工，而且加工，而且耐腐蝕性耐腐蝕性很好。很好。l主要用來制造蒸氣和海水環(huán)境中工作的精密儀器、儀主要用來制造蒸氣和海水環(huán)境中工作的精密儀器、儀表零件、化工機(jī)械零件及醫(yī)療器械等。表零件、化工機(jī)械零件及醫(yī)療器械等。l含錳量較高的白銅可用來制作含錳量較高的白銅可用來制作熱電偶絲熱電偶絲及及變阻器變阻器，另，另一典型用途就是鑲牙和制作獎牌。一典型用途就是鑲牙和制作獎牌。20

25、四、青銅四、青銅第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金1 1錫青銅錫青銅 除黃銅除黃銅(Cu(CuZn)Zn)、白銅、白銅(Cu(CuNi)Ni)外其余的銅合金的總稱。外其余的銅合金的總稱。牌號牌號 QMxxQMxxx x，其中，其中 Q Q表示青銅，元素符號為主元素，第一部表示青銅，元素符號為主元素，第一部分?jǐn)?shù)字為主合金元素的含量，第二部分?jǐn)?shù)字為其它合金元素的分?jǐn)?shù)字為主合金元素的含量，第二部分?jǐn)?shù)字為其它合金元素的含量。對鑄造青銅在前面加字母含量。對鑄造青銅在前面加字母Z Z。 人類最早使用的金屬材料，古代人類最早使用的金屬材料，古代劍、鏡、鼎都用錫青銅鑄造成。劍、鏡、鼎都用錫青銅鑄造成。為為fc

26、cfcc，適合冷熱加工；，適合冷熱加工；為為電子化合物電子化合物CuCu5 5SnSn為基的固溶體為基的固溶體(bcc)(bcc)，塑性好；低溫是形成，塑性好；低溫是形成相，再轉(zhuǎn)為相，再轉(zhuǎn)為相；相；相是以電子相是以電子化合物化合物 CuCu3131SnSn8 8為基的固溶體，為基的固溶體，系復(fù)雜立方晶格，硬而脆。系復(fù)雜立方晶格，硬而脆。21四、青銅四、青銅第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金1 1錫青銅錫青銅 l錫青銅表面易形成錫青銅表面易形成CuCu2 2O O及及CuCOCuCO3 3* *Cu(OH)Cu(OH)2 2構(gòu)成的致密薄膜，對大構(gòu)成的致密薄膜，對大氣、海水、堿性溶液有由于黃銅的耐

27、腐蝕能力，強(qiáng)度、硬度也氣、海水、堿性溶液有由于黃銅的耐腐蝕能力，強(qiáng)度、硬度也比黃銅高，但易被比黃銅高，但易被氨水氨水和和酸性酸性介質(zhì)浸蝕。介質(zhì)浸蝕。l含錫量較高的錫青銅在鑄造時含錫量較高的錫青銅在鑄造時樹枝結(jié)晶非常嚴(yán)重樹枝結(jié)晶非常嚴(yán)重，流動性小，流動性小，形成大量的分散縮孔，對型腔的填充性好，但鑄件的致密度差，形成大量的分散縮孔，對型腔的填充性好，但鑄件的致密度差，容器在高壓下會滲漏。如容器在高壓下會滲漏。如QSn10-1(10%Sn-1%Pb)QSn10-1(10%Sn-1%Pb)主要用來制作減主要用來制作減磨零件，磨零件，軸承、軸套、渦輪、絲桿螺母軸承、軸套、渦輪、絲桿螺母等。等。l含錫量

28、較低的青銅有好的塑性，可以進(jìn)行壓力加工，得到較高含錫量較低的青銅有好的塑性，可以進(jìn)行壓力加工，得到較高強(qiáng)度、硬度，強(qiáng)度、硬度，例如例如QSn4-3(4%Sn-3%Zn-Cu)QSn4-3(4%Sn-3%Zn-Cu)， b b=550MPa=550MPa、硬度、硬度到到160HB160HB，用，用來制作來制作彈性元件彈性元件，化工，化工管道配件和管道配件和耐蝕耐磨零件，耐蝕耐磨零件，以及一些以及一些抗磁零件?？勾帕慵?。22四、青銅四、青銅第二節(jié)第二節(jié) 銅及銅合金銅及銅合金2 2鋁青銅鋁青銅 含鋁含鋁1010左右的合金左右的合金具有強(qiáng)度高（具有強(qiáng)度高（400400500MPa500MPa），結(jié)晶溫

29、度范），結(jié)晶溫度范圍小，鑄件致密，具有高的耐大氣、海水、碳酸腐蝕能力，同圍小，鑄件致密，具有高的耐大氣、海水、碳酸腐蝕能力，同時具有耐磨損、耐寒冷、沖擊時無火花等特點(diǎn)。例如時具有耐磨損、耐寒冷、沖擊時無火花等特點(diǎn)。例如QAl9QAl94(9%Al-4%Fe-Cu)4(9%Al-4%Fe-Cu)用來制作用來制作齒輪、渦輪、襯套、螺旋槳的耐腐蝕齒輪、渦輪、襯套、螺旋槳的耐腐蝕零件等。零件等。3.3.鈹青銅鈹青銅 QBe2(2%Be-0.4%Ni-Cu),QBe2(2%Be-0.4%Ni-Cu),含鈹青銅熱處理后，可以獲得很高的力含鈹青銅熱處理后，可以獲得很高的力學(xué)性能學(xué)性能,(,(b b12001

30、2001400MPa1400MPa，2 24 4，HB330HB330400)400)，鈹，鈹青銅不僅強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性高，而且抗蝕性、導(dǎo)熱性、青銅不僅強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性高，而且抗蝕性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、耐寒性也非常好，并且無磁性、沖擊無火花。鈹青銅導(dǎo)電性、耐寒性也非常好，并且無磁性、沖擊無火花。鈹青銅主要用于制作重要彈簧，彈性元件、鐘表、儀器零件和防爆工主要用于制作重要彈簧，彈性元件、鐘表、儀器零件和防爆工具等等，可惜的是具等等，可惜的是價格太貴價格太貴而妨礙了在工業(yè)中的大量硬應(yīng)用。而妨礙了在工業(yè)中的大量硬應(yīng)用。 23第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金 一、性能特點(diǎn)一、性能特點(diǎn)1)

31、 密度小密度小( (4.5g/cm4.5g/cm3 3) )、熔點(diǎn)高、熔點(diǎn)高( (16681668) )，強(qiáng)度相當(dāng)于優(yōu)，強(qiáng)度相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)鋼，比強(qiáng)度高，是好的熱強(qiáng)合金材料。質(zhì)鋼，比強(qiáng)度高，是好的熱強(qiáng)合金材料。 2) 熱膨脹系數(shù)小，加熱時熱應(yīng)力小。熱膨脹系數(shù)小，加熱時熱應(yīng)力小。 3) 導(dǎo)熱性差、摩擦系數(shù)大，切削加工困難。導(dǎo)熱性差、摩擦系數(shù)大，切削加工困難。4) 對大氣、高溫氣體、氧化性海水具有對大氣、高溫氣體、氧化性海水具有極高的耐腐蝕性極高的耐腐蝕性，對硝酸、鉻酸、堿液、有機(jī)酸也具有良好的耐蝕性，對硝酸、鉻酸、堿液、有機(jī)酸也具有良好的耐蝕性，但不耐但不耐氫氟酸氫氟酸腐蝕。腐蝕。 24二、工業(yè)純鈦二

32、、工業(yè)純鈦第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金 高純高純TiTi的強(qiáng)度并不高，僅的強(qiáng)度并不高，僅250250290MPa290MPa，隨著雜質(zhì)含量的增，隨著雜質(zhì)含量的增加，鈦的強(qiáng)度增加，而塑性下降。含有少量雜質(zhì)的工業(yè)純鈦的加，鈦的強(qiáng)度增加，而塑性下降。含有少量雜質(zhì)的工業(yè)純鈦的抗拉強(qiáng)度達(dá)抗拉強(qiáng)度達(dá)550550700MPa700MPa，經(jīng)過冷塑性變形可明顯提高其強(qiáng)度。，經(jīng)過冷塑性變形可明顯提高其強(qiáng)度。4040的冷變形可以使工業(yè)純鈦的抗拉強(qiáng)度從的冷變形可以使工業(yè)純鈦的抗拉強(qiáng)度從588MPa588MPa提高到提高到784MPa784MPa，再結(jié)晶退火溫度一般為，再結(jié)晶退火溫度一般為60060070070

33、0。工業(yè)純鈦可以用工業(yè)純鈦可以用來制作飛機(jī)的蒙皮和隔熱板等來制作飛機(jī)的蒙皮和隔熱板等。 純純TiTi在固態(tài)下具有在固態(tài)下具有同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變，在，在882.5882.5以下時為以下時為-TiTi，具有，具有chpchp；在；在882.5882.5以上至熔點(diǎn)為以上至熔點(diǎn)為-Ti-Ti，具有，具有bccbcc。合金。合金元素的加入一方面對元素的加入一方面對TiTi可以達(dá)到固溶強(qiáng)化的效果，同時也是提可以達(dá)到固溶強(qiáng)化的效果，同時也是提高鈦合金抗高鈦合金抗蠕變?nèi)渥兊哪芰?；另一方面，不同元素對的能力；另一方面，不同元素對同素異晶轉(zhuǎn)變同素異晶轉(zhuǎn)變溫度的影響趨勢不同，縮小溫度的影響趨勢不同，縮小區(qū)的為

34、區(qū)的為穩(wěn)定元素，降低轉(zhuǎn)變溫穩(wěn)定元素，降低轉(zhuǎn)變溫度的為度的為穩(wěn)定元素，當(dāng)其數(shù)量增加時在室溫下分別可以單一的穩(wěn)定元素，當(dāng)其數(shù)量增加時在室溫下分別可以單一的相、單一的相、單一的相、或兩相共存。相、或兩相共存。相的強(qiáng)度高于相的強(qiáng)度高于相，而相，而相的塑性較高相的塑性較高，但使用溫度有一定的限制，高溫下會發(fā)生從，但使用溫度有一定的限制，高溫下會發(fā)生從相向相向相的相變。相的相變。 25三、工業(yè)用鈦合金三、工業(yè)用鈦合金 第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金1 1鈦合金鈦合金 lAlAl是穩(wěn)定是穩(wěn)定鈦合金的主要元素，一般含量在鈦合金的主要元素，一般含量在4 46%6%左右左右?？梢约尤肟梢约尤隨nSn、CuCu

35、、ZrZr來進(jìn)一步提高固溶強(qiáng)化的效果。來進(jìn)一步提高固溶強(qiáng)化的效果。l工業(yè)用工業(yè)用鈦合金牌號為鈦合金牌號為TA4TA4TA8TA8，數(shù)值高表示強(qiáng)度升高，數(shù)值高表示強(qiáng)度升高，強(qiáng)度可達(dá)強(qiáng)度可達(dá)1000MPa1000MPa，使用溫度相應(yīng)可提高，塑性遞減。，使用溫度相應(yīng)可提高，塑性遞減。如如: TA8: TA8的成分為的成分為TiTi（4.54.55.5%5.5%）Al-Al-（2.02.03.0%3.0%）SnSn- -（2.52.53.5%Cu3.5%Cu）- -（1.01.01.5%1.5%）ZrZr，比強(qiáng)度高，制作，比強(qiáng)度高，制作大半徑的飛機(jī)蒙皮；大半徑的飛機(jī)蒙皮；500500以下長期工作以下長

36、期工作的發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片、外殼、排其管道、框架等；利用好的塑性特點(diǎn)盤、葉片、外殼、排其管道、框架等；利用好的塑性特點(diǎn)用來制作超低溫容器用來制作超低溫容器26三、工業(yè)用鈦合金三、工業(yè)用鈦合金 第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金2 2鈦合金鈦合金 l含少量鋁含少量鋁(2.5(2.53.55%Al)3.55%Al)的鈦合金中，加入較多的的鈦合金中，加入較多的CrCr、MoMo、V V來穩(wěn)定來穩(wěn)定相，在水冷或空氣冷卻條件下，相，在水冷或空氣冷卻條件下，相全部保留到室溫。相全部保留到室溫。此外當(dāng)加入量超過固溶量時，彌散析出相也有強(qiáng)化作用。此外當(dāng)加入量超過固溶量時，彌散析出相也有強(qiáng)化作用

37、。 l鈦合金是一種高強(qiáng)度鈦合金，鈦合金是一種高強(qiáng)度鈦合金，b b可達(dá)可達(dá)137213721470MPa1470MPa，這，這時還有時還有7 71010的延伸率的延伸率 ( (優(yōu)于優(yōu)于60Si2Mn60Si2Mn淬火淬火460460回火的性能回火的性能) )。 l現(xiàn)用現(xiàn)用鈦合金：鈦合金：TB1 (Ti-3Al-8Mo-11Cr)TB1 (Ti-3Al-8Mo-11Cr)，b b1000MPa1000MPa，17%17%；TB2 (Ti-3Al-8Cr-5Mo-5V)TB2 (Ti-3Al-8Cr-5Mo-5V)，b b1400MPa1400MPa，10%10%。多以板材和棒材供應(yīng)，主要用來制作飛

38、機(jī)列國零件、螺栓、鉚多以板材和棒材供應(yīng)，主要用來制作飛機(jī)列國零件、螺栓、鉚釘?shù)染o固件。但這種合金的密度大、彈性模量低、熱穩(wěn)定性差，釘?shù)染o固件。但這種合金的密度大、彈性模量低、熱穩(wěn)定性差，工作溫度一般不超過工作溫度一般不超過200200。27三、工業(yè)用鈦合金三、工業(yè)用鈦合金 第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金3 3鈦合金鈦合金 l同時加入了同時加入了穩(wěn)定元素和穩(wěn)定元素和穩(wěn)定元素，兩個相都得到強(qiáng)穩(wěn)定元素，兩個相都得到強(qiáng)化。良好的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)度較高，塑性良好。焊接化。良好的綜合力學(xué)性能，即強(qiáng)度較高，塑性良好。焊接性能不及性能不及鈦合金，兩相混合的鈦合金的生產(chǎn)工藝較為簡鈦合金，兩相混合的鈦合金的

39、生產(chǎn)工藝較為簡單，可以用熱處理來調(diào)整兩相的比例來改變性能。單，可以用熱處理來調(diào)整兩相的比例來改變性能。l牌號牌號 TCTC1 1TCTC1010， b b 600 60010501050MPaMPa，數(shù)字高，強(qiáng)度高，數(shù)字高，強(qiáng)度高，塑性相差不大塑性相差不大，9%9%。 28四、鈦合金的熱處理四、鈦合金的熱處理 第三節(jié)第三節(jié) 鈦及鈦合金鈦及鈦合金熱處理的概念熱處理的概念 從高溫到低溫有從高溫到低溫有bccbcc向向hcphcp的相變，不同的元素的相變，不同的元素在在和和鈦中的溶解度也不相同，與鋼類似。鈦中的溶解度也不相同，與鋼類似。退火退火 緩慢冷卻得到平衡的單或兩相組織。緩慢冷卻得到平衡的單或兩相組織。淬火淬火 快速冷卻快速冷卻 1)1)從從向向相變以切變方式形成馬氏體；相變以切變方式形成馬氏體；2)2)可溶入可溶入相而在相而在相中溶解度較小的合金元素可以形成過飽相中溶解度較小的合金元素可以形成過飽和固溶體；和固溶體；3)3)淬火使淬火使相量少時的析出過程被抑制，增加相量少時的析出過程被抑制，增加相含量。相含量。時效時效 淬火后長時間的