第8章有色金屬及其合金

1、第第9章章 有色金屬及其合金有色金屬及其合金有色金屬：有色金屬：除除Fe、Cr、Mn之外的其它所有金屬。共之外的其它所有金屬。共83種，可分為：種，可分為：重金屬：相對密度大于重金屬：相對密度大于3.5，如，如Cu、Ni、Co、Pb、Zn等；等；輕金屬：相對密度小于輕金屬：相對密度小于3.5，如，如Al、Mg、Na、K等；等；貴金屬貴金屬: 貴重或可制造貨幣用的金屬，如貴重或可制造貨幣用的金屬，如Au、Ag、Pt、Pd、Rh等；等；半金屬半金屬: 物理性質(zhì)介于金屬與非金屬之間，如物理性質(zhì)介于金屬與非金屬之間，如Si、Te、Ge、B等：等：稀有金屬稀有金屬: 指相對較為稀缺或產(chǎn)量很少的金屬，分為

2、：指相對較為稀缺或產(chǎn)量很少的金屬，分為： 稀有輕金屬：如稀有輕金屬：如Ti、Be、Li等；等； 稀有難熔金屬：如稀有難熔金屬：如W、Mo、Nb、Zr、V等；等； 稀有重金屬稀有重金屬: 如如Ga、In、Tl等；等； 稀土金屬稀土金屬:如如Y、La等：等： 稀有放射性金屬稀有放射性金屬:如如Ra、U、Th、Ac等等. 有色金屬有許多優(yōu)良特性，具有廣泛應(yīng)用。如飛機制造中用相對密度小的有色金屬有許多優(yōu)良特性，具有廣泛應(yīng)用。如飛機制造中用相對密度小的鋁、鎂、鈦等合金；汽車發(fā)動機活塞常用鋁合金制造；銀、銅、鋁等是電氣、鋁、鎂、鈦等合金；汽車發(fā)動機活塞常用鋁合金制造；銀、銅、鋁等是電氣、儀表工業(yè)不可缺少的

3、導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料；鎢、鉬，鉭，鈮及其合金是制造高溫零儀表工業(yè)不可缺少的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料；鎢、鉬，鉭，鈮及其合金是制造高溫零件及真空元件的理想材料；此外，在空間技術(shù)、原子能、計算機、電子等新型件及真空元件的理想材料；此外，在空間技術(shù)、原子能、計算機、電子等新型工業(yè)部門，有色金屬材料也占有極重要的地位。工業(yè)部門，有色金屬材料也占有極重要的地位。 我國有色金屬資源豐富，鎢、錫、鉬、銻、汞，鉛、鋅和稀土金屬儲量居我國有色金屬資源豐富，鎢、錫、鉬、銻、汞，鉛、鋅和稀土金屬儲量居世界前列。本章主要介紹工業(yè)生產(chǎn)中常用的鋁及其合金、銅及其合金以及鈦及世界前列。本章主要介紹工業(yè)生產(chǎn)中常用的鋁及其合金、銅及其合金以及

4、鈦及其合金，重點討論它們的合金化原理、組織、性能和用途。其合金，重點討論它們的合金化原理、組織、性能和用途。第第1節(jié)節(jié) 鋁及其合金鋁及其合金工業(yè)生產(chǎn)用量僅次于鋼鐵，居有色金屬首位。工業(yè)生產(chǎn)用量僅次于鋼鐵，居有色金屬首位。特點：質(zhì)輕，比強度和比剛度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐腐蝕。特點：質(zhì)輕，比強度和比剛度高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，耐腐蝕。應(yīng)用：宇航、航空等工業(yè)的主要原材料，建筑、運輸、電力等各個領(lǐng)域。應(yīng)用：宇航、航空等工業(yè)的主要原材料，建筑、運輸、電力等各個領(lǐng)域。1.純鋁純鋁 純鋁呈銀白色，密度純鋁呈銀白色，密度2.7gcm-3，熔點，熔點660，面心立方，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；，面心立方，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變； 導(dǎo)電、

5、導(dǎo)熱性能好；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好； 化學(xué)性質(zhì)活潑，大氣中生成致密氧化膜，防止繼續(xù)氧化，大氣中耐蝕性好；化學(xué)性質(zhì)活潑，大氣中生成致密氧化膜，防止繼續(xù)氧化，大氣中耐蝕性好； 堿、鹽和大多數(shù)酸性溶液堿、鹽和大多數(shù)酸性溶液(如硫酸、鹽酸等如硫酸、鹽酸等)中，易被腐蝕。中，易被腐蝕。 易于加工制成各種制品。易于加工制成各種制品。 鋁中常含許多雜質(zhì)（主要是鐵、硅，還有銅、鋅、鎂、錳、鎳和鈦等），隨鋁中常含許多雜質(zhì)（主要是鐵、硅，還有銅、鋅、鎂、錳、鎳和鈦等），隨 雜質(zhì)含量雜質(zhì)含量，純鋁強度，純鋁強度，導(dǎo)電性、耐蝕性和塑性，導(dǎo)電性、耐蝕性和塑性。 牌號牌號: 純鋁不能熱處理強化，唯一手段是冷加工硬化，強度低。純

6、鋁不能熱處理強化，唯一手段是冷加工硬化，強度低。 高純高純Al：原：原LG51，LG5純度最高，新純度最高，新1A991A85 工業(yè)純工業(yè)純Al：L16， L6純度最低，新如純度最低，新如1070、1030等等 用途用途: 主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料，制備鋁合金和用于化學(xué)工業(yè)。主要用作導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料，制備鋁合金和用于化學(xué)工業(yè)。2. 鋁的合金化鋁的合金化 純鋁強度、硬度都很低，難以用作工程結(jié)構(gòu)材料。鋁中適量加入某些純鋁強度、硬度都很低，難以用作工程結(jié)構(gòu)材料。鋁中適量加入某些合金元合金元素，素，再經(jīng)冷變形或熱處理，可大幅度再經(jīng)冷變形或熱處理，可大幅度其力學(xué)性能其力學(xué)性能（主要是主要是強度、硬度強度、硬

7、度）。 固態(tài)鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能像鋼一樣借助于熱處理相變強化。合金元素的固態(tài)鋁無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能像鋼一樣借助于熱處理相變強化。合金元素的強化作用主要為強化作用主要為固溶強化、沉淀強化、過剩相強化固溶強化、沉淀強化、過剩相強化和和細(xì)化組織強化細(xì)化組織強化。 合金元素加入純合金元素加入純Al中，形成鋁基固溶體，使晶格發(fā)生畸變，中，形成鋁基固溶體，使晶格發(fā)生畸變，位錯運動阻力，位錯運動阻力，強度。強度。 合金元素的固溶強化能力與其合金元素的固溶強化能力與其本身性質(zhì)本身性質(zhì)及及固溶度有關(guān)固溶度有關(guān)，總體講固溶強化效，總體講固溶強化效果不高，因此鋁的強化不能只依靠固溶強化。果不高，因此鋁的強化不能只

8、依靠固溶強化。主要強化手段主要強化手段，基體中造成較強烈應(yīng)變場，基體中造成較強烈應(yīng)變場，位錯運動阻力。位錯運動阻力。 通過熱處理（固溶時效）析出沉淀相實現(xiàn)強化，也稱時效強化。通過熱處理（固溶時效）析出沉淀相實現(xiàn)強化，也稱時效強化。條件條件：合金元素在鋁中有合金元素在鋁中有較高的極限溶解度較高的極限溶解度和和明顯的溫度關(guān)系明顯的溫度關(guān)系； 沉淀過程中形成沉淀過程中形成性能好性能好、均勻、彌散的共格或半共格過渡強化相均勻、彌散的共格或半共格過渡強化相。 Cu、Mg、Zn、Si、Li等主加元素在鋁中均有較高溶解度，并隨溫度等主加元素在鋁中均有較高溶解度，并隨溫度而急而急劇劇，但除銅外，與鋁形成的沉淀

9、相或因共格界面，但除銅外，與鋁形成的沉淀相或因共格界面錯配度低錯配度低使應(yīng)變場較弱，或使應(yīng)變場較弱，或因預(yù)沉淀階段短，很快與基體喪失共格關(guān)系而形成非共格平衡相，難以充分滿因預(yù)沉淀階段短，很快與基體喪失共格關(guān)系而形成非共格平衡相，難以充分滿足上述沉淀強化條件。因此通常在二元鋁合金中加入第三或第四組元，如足上述沉淀強化條件。因此通常在二元鋁合金中加入第三或第四組元，如Al-Cu-Mg、A1-Mg-Si、A1-Zn-Mg、Al-Li-Cu、A1-Cu-Mg-Zn、A1-Cu-Mg-Si、A1-Li-Cu-Mg等，形成好的沉淀強化相。等，形成好的沉淀強化相。過剩相過剩相：鋁中合金元素含量超過其極限溶解

10、度時，淬火加熱時一部分不能溶入鋁中合金元素含量超過其極限溶解度時，淬火加熱時一部分不能溶入固溶體而形成的第二相。固溶體而形成的第二相。 過剩相多為硬而脆的金屬間化合物，起阻礙位錯滑移和運動的作用，合金過剩相多為硬而脆的金屬間化合物，起阻礙位錯滑移和運動的作用，合金強度、硬度強度、硬度 ，塑性、韌性，塑性、韌性。過剩相在一定限度內(nèi)，數(shù)量越多強化效果越好，。過剩相在一定限度內(nèi)，數(shù)量越多強化效果越好，但超過該限度時，合金由于過脆反而使強度急劇但超過該限度時，合金由于過脆反而使強度急劇。 過剩相強化是過剩相強化是二元鋁硅合金的主要強化手段二元鋁硅合金的主要強化手段，過剩相為硅晶體。隨硅含量，過剩相為硅

11、晶體。隨硅含量，硅晶體數(shù)量，硅晶體數(shù)量，合金強度、硬度相應(yīng)，合金強度、硬度相應(yīng)；當(dāng)硅含量超過共晶成分時，由于過；當(dāng)硅含量超過共晶成分時，由于過剩相數(shù)量的過多以及多角形的板塊初晶的出現(xiàn)，導(dǎo)致合金的強度和塑性急劇剩相數(shù)量的過多以及多角形的板塊初晶的出現(xiàn)，導(dǎo)致合金的強度和塑性急劇，因此二元鋁硅合金中的含硅量一般不宜超過其共晶成分太多。因此二元鋁硅合金中的含硅量一般不宜超過其共晶成分太多。包括包括細(xì)化基體細(xì)化基體(包括細(xì)化晶粒、亞結(jié)構(gòu)及增加位錯密度包括細(xì)化晶粒、亞結(jié)構(gòu)及增加位錯密度)和和細(xì)化過剩相細(xì)化過剩相。 沉淀效果不大的鋁合金，常采用加入微量合金元素進(jìn)行變質(zhì)處理細(xì)化組織。沉淀效果不大的鋁合金，常采

12、用加入微量合金元素進(jìn)行變質(zhì)處理細(xì)化組織。如鋁硅合金中加微量鈉、鈉鹽或銻細(xì)化組織，可使塑性、強度顯著如鋁硅合金中加微量鈉、鈉鹽或銻細(xì)化組織，可使塑性、強度顯著。 可沉淀強化鋁合金，加微量鈦、鋯、鈹或稀土形成難熔化合物，作為可沉淀強化鋁合金，加微量鈦、鋯、鈹或稀土形成難熔化合物，作為非自非自發(fā)晶核發(fā)晶核細(xì)化基體晶粒；同時微量元素在沉淀強化處理時，溶入基體強烈細(xì)化基體晶粒；同時微量元素在沉淀強化處理時，溶入基體強烈鋁合鋁合金再結(jié)晶溫度，并呈彌散第二相析出，有效阻止再結(jié)晶過程及晶粒的長大。金再結(jié)晶溫度，并呈彌散第二相析出，有效阻止再結(jié)晶過程及晶粒的長大。 此外，還可采用快速冷卻的方法，增加合金的過冷度

13、，來細(xì)化晶粒。此外，還可采用快速冷卻的方法，增加合金的過冷度，來細(xì)化晶粒。 變形強化與熱處理強化相結(jié)合，即變形強化與熱處理強化相結(jié)合，即強度，又強度，又塑韌性，這種方法非常適合塑韌性，這種方法非常適合于于沉淀強化相的析出強烈依賴于位錯等晶體缺陷沉淀強化相的析出強烈依賴于位錯等晶體缺陷的鋁合金。的鋁合金。Cu： 通過固溶、沉淀強化強烈通過固溶、沉淀強化強烈合金的室溫強度；合金的室溫強度； 耐熱性。耐熱性。 高強度鋁合金及耐熱鋁合金的主要合金元素。高強度鋁合金及耐熱鋁合金的主要合金元素。Mg：固溶強化效果較好，：固溶強化效果較好，密度，具有良好的抗蝕性；密度，具有良好的抗蝕性； 沉淀強化效果小，須

14、與其它元素配合加入。沉淀強化效果小，須與其它元素配合加入。Mn：固溶度較低。產(chǎn)生的：固溶度較低。產(chǎn)生的MnAl6相與相與Al電位相近，抗蝕性好，防銹鋁合金中電位相近，抗蝕性好，防銹鋁合金中 常加常加Mn。Si： 固溶度較低，且沉淀強化效果不大，主要借助于過剩相強化。固溶度較低，且沉淀強化效果不大，主要借助于過剩相強化。 二元二元Al-Si系合金共晶點較低，易于鑄造，是鑄造鋁合金基礎(chǔ)成分。系合金共晶點較低，易于鑄造，是鑄造鋁合金基礎(chǔ)成分。 Si和和Mg可形成強化效果好的可形成強化效果好的Mg2Si沉淀相。沉淀相。Zn：鋁中溶解度很大，：鋁中溶解度很大，固溶強化固溶強化能力強，少量鋅即能能力強，少

15、量鋅即能鋁合金強度及鋁合金強度及抗蝕性抗蝕性。 多元鋁合金中鋅易形成沉淀強化相，顯著多元鋁合金中鋅易形成沉淀強化相，顯著合金的合金的沉淀強化沉淀強化效果。效果。Li： 近年來引起普遍關(guān)注的重要鋁合金添加元素。近年來引起普遍關(guān)注的重要鋁合金添加元素。 鋁合金密度，顯著鋁合金密度，顯著彈性模量。固溶強化能力有限，但時效甚至淬火彈性模量。固溶強化能力有限，但時效甚至淬火 中迅速形成的中迅速形成的A13Li有序沉淀相，強化能力很強。有序沉淀相，強化能力很強。此外：鋁合金中還常加入此外：鋁合金中還常加入鈦、鋯、鉻、釩鈦、鋯、鉻、釩等微量元素，以改善合金綜合性能，等微量元素，以改善合金綜合性能， 稀土稀土

16、在鋁合金中的應(yīng)用正逐漸擴大，其作用為在鋁合金中的應(yīng)用正逐漸擴大，其作用為成分過冷度，細(xì)化成分過冷度，細(xì)化 晶粒，球化雜質(zhì)相，降低熔體表面張力，增加流動性，改善工藝性能等晶粒，球化雜質(zhì)相，降低熔體表面張力，增加流動性，改善工藝性能等。不可熱處不可熱處理強化理強化可熱處可熱處理強化理強化變形鋁合金變形鋁合金鑄造鋁合金鑄造鋁合金3. 鋁合金的分類鋁合金的分類不能熱處理鋁合金可熱處理鋁合金，鑄造后塑性加工成材過極限溶解度，塑性好變形鋁合金：成分不超形狀復(fù)雜件性差；直接鑄造成各種共晶，鑄造性能好，塑鑄造鋁合金：成分接近據(jù)合金元素不同據(jù)合金元素不同變形鋁合金分為如下系列，采變形鋁合金分為如下系列，采用用4

17、 4位字符表示牌號：位字符表示牌號：為主要合金元素：以為強化相為主要合金元素，以、：以為主要合金元素：以為主要合金元素：以為主要合金元素：以ZnSiMgSiMgMgMnCu7653224. 鋁合金的熱處理鋁合金的熱處理再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 經(jīng)變形的工件加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫后空冷，消除加工硬化，改善經(jīng)變形的工件加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫后空冷，消除加工硬化，改善合金塑性，以便繼續(xù)成形加工。合金塑性，以便繼續(xù)成形加工。低溫退火低溫退火 再結(jié)晶溫度以下保溫后空冷，目的是消除內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)再結(jié)晶溫度以下保溫后空冷，目的是消除內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)塑性，利于隨后塑性，利于隨后進(jìn)行小變形量成形加工，同時保留一定

18、的加工硬化效果。是不可熱處理強化進(jìn)行小變形量成形加工，同時保留一定的加工硬化效果。是不可熱處理強化鋁合金通常采用的熱處理方法。低溫退火的溫度一般在鋁合金通常采用的熱處理方法。低溫退火的溫度一般在180300。均勻化退火均勻化退火 即擴散退火，消除鋁合金鑄件成分偏析及內(nèi)應(yīng)力，即擴散退火，消除鋁合金鑄件成分偏析及內(nèi)應(yīng)力，塑性，塑性，加工及使用過加工及使用過程中變形開裂傾向，通常在高溫長時間保溫后爐冷或空冷。要進(jìn)行時效強化程中變形開裂傾向，通常在高溫長時間保溫后爐冷或空冷。要進(jìn)行時效強化處理的鑄件，均勻化退火可與固溶處理合并進(jìn)行，因淬火加熱時即可實現(xiàn)均處理的鑄件，均勻化退火可與固溶處理合并進(jìn)行，因淬

19、火加熱時即可實現(xiàn)均勻成分和消除應(yīng)力的目的。勻成分和消除應(yīng)力的目的。 加熱到固溶線以上保溫后快冷，得加熱到固溶線以上保溫后快冷，得溶質(zhì)和空位雙重過飽和固溶體溶質(zhì)和空位雙重過飽和固溶體，為后續(xù)時為后續(xù)時效作準(zhǔn)備。固溶后，效作準(zhǔn)備。固溶后，塑性、耐蝕性顯著塑性、耐蝕性顯著，強度，強度不大不大。固溶應(yīng)注意：。固溶應(yīng)注意：1) 溫度范圍很窄，加熱溫度必需超過固溶線，但過高又會引起過熱或過燒。溫度范圍很窄，加熱溫度必需超過固溶線，但過高又會引起過熱或過燒。2) 加熱一般用鹽爐或爐氣循環(huán)電爐以精確控制爐溫。冷卻介質(zhì)最常用的是水。加熱一般用鹽爐或爐氣循環(huán)電爐以精確控制爐溫。冷卻介質(zhì)最常用的是水。3) 注意加熱

20、溫度和保溫時間，防止晶粒長大。注意加熱溫度和保溫時間，防止晶粒長大。時效：時效：淬火后的鋁合金過飽和固溶體在一定溫度下隨時間增長而分解，沉淀強淬火后的鋁合金過飽和固溶體在一定溫度下隨時間增長而分解，沉淀強化相從過飽和固溶體中的析出和長大，合金強度和硬度升高的現(xiàn)象?；鄰倪^飽和固溶體中的析出和長大，合金強度和硬度升高的現(xiàn)象。室溫下合金自發(fā)時效稱為室溫下合金自發(fā)時效稱為自然時效自然時效，人工溫度下進(jìn)行的時效稱，人工溫度下進(jìn)行的時效稱人工時效人工時效。最大時效強化效果最大時效強化效果對應(yīng)于過飽和固溶體分解出對應(yīng)于過飽和固溶體分解出共格或半共格亞穩(wěn)平衡過渡相共格或半共格亞穩(wěn)平衡過渡相，亞穩(wěn)相的數(shù)量越多

21、，彌散度越大，強化效果就越大。亞穩(wěn)相的數(shù)量越多，彌散度越大，強化效果就越大。欠時效：欠時效：合金強度不發(fā)生變化或變化很小，為過飽和溶質(zhì)原子偏聚或亞穩(wěn)合金強度不發(fā)生變化或變化很小，為過飽和溶質(zhì)原子偏聚或亞穩(wěn) 相孕育析出時期；相孕育析出時期；峰時效：峰時效：合金獲得增強效果最大的階段，組織中強化相多為亞穩(wěn)平衡相；合金獲得增強效果最大的階段，組織中強化相多為亞穩(wěn)平衡相； 過時效：過時效：亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀?，與基體脫離共格關(guān)系，應(yīng)力場顯著亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀啵c基體脫離共格關(guān)系，應(yīng)力場顯著，合，合 金明顯軟化金明顯軟化 。時效沉淀序列：時效沉淀序列：過飽和固溶體過飽和固溶體過飽和原子富集區(qū)過飽和原子富集

22、區(qū)過渡沉淀相過渡沉淀相(亞穩(wěn)平衡相亞穩(wěn)平衡相) 平衡沉淀相平衡沉淀相化學(xué)成分：化學(xué)成分： 鐵、鎳基本不溶于鋁；硅、錳在鋁中溶解度很小；鎂、鋅雖然溶解度較大，鐵、鎳基本不溶于鋁；硅、錳在鋁中溶解度很??；鎂、鋅雖然溶解度較大，但與鋁形成的化合物強化效果弱。因此，但與鋁形成的化合物強化效果弱。因此，A1-Fe、A1-Ni、Al-Si、Al-Mn、A1-Mg、A1-Zn等一般不進(jìn)行時效處理。若合金元素可在時效過程中形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜等一般不進(jìn)行時效處理。若合金元素可在時效過程中形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的的GP區(qū)，并引起基體畸變，進(jìn)而形成區(qū)，并引起基體畸變，進(jìn)而形成穩(wěn)定的穩(wěn)定的強化相，如強化相，如CuAl2等，就可起到較

23、等，就可起到較大的強化效果。大的強化效果。熱處理工藝熱處理工藝 一般在不發(fā)生過熱、過燒的條件下，可一般在不發(fā)生過熱、過燒的條件下，可淬火加熱溫度、保溫時間，以獲得淬火加熱溫度、保溫時間，以獲得較大過飽和度的均勻固溶體。其次，淬火冷卻時要避免析出第二相。較大過飽和度的均勻固溶體。其次，淬火冷卻時要避免析出第二相。 時效時效溫度溫度過低，溶質(zhì)原子擴散困難，過低，溶質(zhì)原子擴散困難，GP區(qū)不易形成；溫度過高，析出相晶區(qū)不易形成；溫度過高，析出相晶核尺寸大，數(shù)量少。核尺寸大，數(shù)量少。Ts=(0.50.6)Tr，Ts為最佳時效溫度，為最佳時效溫度，Tr為合金的熔點。為合金的熔點。時效方式時效方式單級時效：

24、單級時效：最簡單、普遍采用，但組織均勻性差，難于獲得良好綜合性能。包最簡單、普遍采用，但組織均勻性差，難于獲得良好綜合性能。包括自然時效和人工時效。鋁合金自然時效以括自然時效和人工時效。鋁合金自然時效以GP區(qū)強化為主，塑性較高，強度區(qū)強化為主，塑性較高，強度較低；人工時效以過渡沉淀相強化為主，強度較高，塑性較差。較低；人工時效以過渡沉淀相強化為主，強度較高，塑性較差。分級時效：分級時效：不同溫度下進(jìn)行兩次時效或多次時效處理，分為預(yù)時效和最終時效。不同溫度下進(jìn)行兩次時效或多次時效處理，分為預(yù)時效和最終時效。預(yù)時效溫度一般較低，目的是形成高密度的預(yù)時效溫度一般較低，目的是形成高密度的GP區(qū)；最終時

25、效通過調(diào)整沉淀相區(qū)；最終時效通過調(diào)整沉淀相的結(jié)構(gòu)和彌散度達(dá)到預(yù)期性能要求。因此分級時效可獲得好的綜合性能。的結(jié)構(gòu)和彌散度達(dá)到預(yù)期性能要求。因此分級時效可獲得好的綜合性能。 自然時效后的鋁合金，在自然時效后的鋁合金，在200250作短時間加熱后快冷至室溫，性能恢復(fù)作短時間加熱后快冷至室溫，性能恢復(fù)到淬火狀態(tài)，并能進(jìn)行自然時效的現(xiàn)象稱為到淬火狀態(tài)，并能進(jìn)行自然時效的現(xiàn)象稱為回歸回歸。 回歸原因：回歸原因：當(dāng)加熱到稍高于當(dāng)加熱到稍高于GP區(qū)固溶線的溫度時，通過時效而形成的小尺寸區(qū)固溶線的溫度時，通過時效而形成的小尺寸GP區(qū)不穩(wěn)定而迅速溶解，但由于保溫時間短，過渡相與穩(wěn)定相來不及形成，區(qū)不穩(wěn)定而迅速溶

26、解，但由于保溫時間短，過渡相與穩(wěn)定相來不及形成，此時將合金快冷到室溫，則又恢復(fù)到新淬火狀態(tài)。此時將合金快冷到室溫，則又恢復(fù)到新淬火狀態(tài)。 回歸現(xiàn)象在生產(chǎn)中具有重要意義，如時效后的鋁合金工件，可在回歸后的塑回歸現(xiàn)象在生產(chǎn)中具有重要意義，如時效后的鋁合金工件，可在回歸后的塑性狀態(tài)進(jìn)性狀態(tài)進(jìn) 行各種冷變形操作。行各種冷變形操作。 一切能時效強化的鋁合金，大都有回歸現(xiàn)象，且同一合金可進(jìn)行多次回歸，一切能時效強化的鋁合金，大都有回歸現(xiàn)象，且同一合金可進(jìn)行多次回歸，但每次回歸后強度有所下降，抗蝕性但每次回歸后強度有所下降，抗蝕性。 人工時效后在晶界附近存在沒有沉淀相的區(qū)域，稱無沉淀帶或無析出帶。人工時效后

27、在晶界附近存在沒有沉淀相的區(qū)域，稱無沉淀帶或無析出帶。沿晶界兩側(cè)形成無沉淀帶，析出粗大的第二相質(zhì)點，在合金基體上生成極細(xì)的沿晶界兩側(cè)形成無沉淀帶，析出粗大的第二相質(zhì)點，在合金基體上生成極細(xì)的GP區(qū)或過渡相，無沉淀帶的寬度隨合金成分和熱處理工藝不同而變化區(qū)或過渡相，無沉淀帶的寬度隨合金成分和熱處理工藝不同而變化。原因：原因：淬火加熱使空位濃度淬火加熱使空位濃度，快冷后溶質(zhì)原子和空位過飽和。晶界是空位，快冷后溶質(zhì)原子和空位過飽和。晶界是空位的理想陷阱，過飽和固溶體在放置及加熱中空位進(jìn)入晶界，使晶界兩側(cè)出現(xiàn)空的理想陷阱，過飽和固溶體在放置及加熱中空位進(jìn)入晶界，使晶界兩側(cè)出現(xiàn)空位貧乏帶，此處溶質(zhì)原子擴

28、散速度小，時效時不能形成位貧乏帶，此處溶質(zhì)原子擴散速度小，時效時不能形成GP區(qū)或沉淀相。區(qū)或沉淀相。淬淬火速度較慢時，晶界兩側(cè)的溶質(zhì)原子擴散至晶界，直接在晶界形成過渡相，使火速度較慢時，晶界兩側(cè)的溶質(zhì)原子擴散至晶界，直接在晶界形成過渡相，使晶界附近出現(xiàn)溶質(zhì)貧乏帶，時效時帶內(nèi)不再發(fā)生沉淀，形成溶質(zhì)貧乏無沉淀帶。晶界附近出現(xiàn)溶質(zhì)貧乏帶，時效時帶內(nèi)不再發(fā)生沉淀，形成溶質(zhì)貧乏無沉淀帶。 無沉淀帶對合金性能的影響，至今尚未取得完全一致的意見。消除無沉淀無沉淀帶對合金性能的影響，至今尚未取得完全一致的意見。消除無沉淀帶現(xiàn)象措施：帶現(xiàn)象措施： 添加微量元素，如添加微量元素，如Cr0.2-0.3； 利用分級時

29、效，改善脫利用分級時效，改善脫溶沉淀的分布；溶沉淀的分布；進(jìn)行形變熱處理，改善亞穩(wěn)相析出時的均勻性和彌散度。進(jìn)行形變熱處理，改善亞穩(wěn)相析出時的均勻性和彌散度。5. 變形鋁合金變形鋁合金耐蝕性好，強度低（耐蝕性好，強度低（130280MPa）Al-Mn系：常用來制造需要彎曲、冷拉或沖壓零件。系：常用來制造需要彎曲、冷拉或沖壓零件。A1-Mg系：隨系：隨Mg含量含量，強度，強度，當(dāng)，當(dāng)Mg5時，其抗應(yīng)力腐蝕能力下降，時，其抗應(yīng)力腐蝕能力下降， 多用來制造管道、容器鉚釘及承受中等載荷零件。多用來制造管道、容器鉚釘及承受中等載荷零件。117 . 57 . 4(10)0 . 50 . 4(5)8 . 2

30、0 . 2(26 . 10 . 121LFMgLFMgLFMgLFMgAlMnLFMnAl）、系：，系：固溶強化，無沉淀強化，故含少量Mn形成的MnAl6相與Al電位相近，抗蝕性好A1-Cu-Mg系系 2.2-7.0% Cu，0.2-2.4% Mg，0.3-1.0% Mn 通過固溶、沉淀強化強烈通過固溶、沉淀強化強烈合金強度，合金強度，Cu還還耐熱性。強度（耐熱性。強度（300-520MPa）、硬度高，塑韌性和耐蝕性差。）、硬度高，塑韌性和耐蝕性差。 分為低分為低 (LYl、LYl0)、中、中 (LYll)、高強度硬鋁、高強度硬鋁(LYl2、LY6)、耐熱硬鋁、耐熱硬鋁(LY2)。強化相：強化

31、相：CuAl2、Mg5Al8、CuMgAl2、A16Mg4Cu。 注意嚴(yán)格控制淬火加熱溫度。溫度過高零件易過燒、熔化；溫度過低固注意嚴(yán)格控制淬火加熱溫度。溫度過高零件易過燒、熔化；溫度過低固溶體過飽和程度不足。溶體過飽和程度不足。應(yīng)用：應(yīng)用：航空工業(yè)和儀表制造業(yè)，如常用來制造飛機蒙皮、框架、螺旋漿等。航空工業(yè)和儀表制造業(yè)，如常用來制造飛機蒙皮、框架、螺旋漿等。A1-Zn-Mg-Cu系系 LC2、LC2合金元素合金元素：鋅：鋅(5-8.6%)、鎂、鎂(1-3%) 、銅、銅(1-3%) 及少量錳、鉻、鈦等。及少量錳、鉻、鈦等。強化強化：固溶、沉淀強化顯著。固溶、沉淀強化顯著。強化相強化相：CuAl

32、2、CuMgAl2、MgZn2和和A12Mg3Zn3性能特點：性能特點：變形鋁合金中強度最高變形鋁合金中強度最高(600-700MPa)、熱塑性好、易加工成形。、熱塑性好、易加工成形。 應(yīng)力腐蝕敏感性大：應(yīng)力腐蝕敏感性大： 原因原因：人工時效后出現(xiàn)無沉淀帶，并沿晶界析出較粗大人工時效后出現(xiàn)無沉淀帶，并沿晶界析出較粗大MgZn2相，在腐蝕介質(zhì)相，在腐蝕介質(zhì)與應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生腐蝕坑。與應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生腐蝕坑。 防止措施防止措施：加與空位結(jié)合能大的鉻、鋯等：加與空位結(jié)合能大的鉻、鋯等空位向晶界逸出，空位向晶界逸出，無沉淀帶；淬火無沉淀帶；淬火后塑性變形后塑性變形晶界層位錯密度；分級時效、包覆純鋁

33、、噴鍍、陽極氧化。晶界層位錯密度；分級時效、包覆純鋁、噴鍍、陽極氧化。應(yīng)用：應(yīng)用：航空、宇航業(yè)中受力較大、較復(fù)雜而要求密度小的結(jié)構(gòu)件如蒙皮、大航空、宇航業(yè)中受力較大、較復(fù)雜而要求密度小的結(jié)構(gòu)件如蒙皮、大 梁、桁架、加強框、起落架部件等。梁、桁架、加強框、起落架部件等。LD 合金含量低，熱塑性好，強度中等合金含量低，熱塑性好，強度中等300-400MPa，適于生產(chǎn)鍛件。，適于生產(chǎn)鍛件。A1-Mg-Si系普通鍛鋁系普通鍛鋁： 目前唯一對應(yīng)力腐蝕不敏感的鋁合金，強化相是目前唯一對應(yīng)力腐蝕不敏感的鋁合金，強化相是Mg2Si。應(yīng)用最廣的是。應(yīng)用最廣的是LD31主要用于建筑型材等方面。主要用于建筑型材等方

34、面。Al-Mg-Si-Cu系普通鍛鋁系普通鍛鋁LD2、LD5、LD6、LDl0 ： 強化相強化相Mg2Si、A12CuMg、CuAl2等。銅等。銅耐蝕性、工藝性能，故加少量錳、耐蝕性、工藝性能，故加少量錳、鉻鉻耐蝕性。制造葉輪、框架、支桿等中等強度、較高塑性及抗蝕性零件。耐蝕性。制造葉輪、框架、支桿等中等強度、較高塑性及抗蝕性零件。A1-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁系耐熱鍛鋁LD7、LD8、LD9主要耐熱相為主要耐熱相為FeNiAl9。主要制作壓氣機和鼓風(fēng)機的渦輪葉片等耐熱零件。主要制作壓氣機和鼓風(fēng)機的渦輪葉片等耐熱零件。6. 鑄造鋁合金鑄造鋁合金 具有良好的鑄造性能、抗腐蝕性能和切削加工

35、性能，可制成形狀復(fù)雜的零件，具有良好的鑄造性能、抗腐蝕性能和切削加工性能，可制成形狀復(fù)雜的零件，并可通過熱處理改善鑄件力學(xué)性能，成本較低。并可通過熱處理改善鑄件力學(xué)性能，成本較低。俗稱俗稱“硅鋁明硅鋁明”，工業(yè)，工業(yè)應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣。鑄造性能優(yōu)良、氣密性高、耐蝕性良好，。鑄造性能優(yōu)良、氣密性高、耐蝕性良好，中等強度，密度低，線收縮率較小，適于鑄造常溫下工作形狀復(fù)雜的零件。中等強度，密度低，線收縮率較小，適于鑄造常溫下工作形狀復(fù)雜的零件。組織：組織：鋁基固溶體粗大針狀硅共晶少量板塊狀初晶硅鋁基固溶體粗大針狀硅共晶少量板塊狀初晶硅改善性能：改善性能： 變質(zhì)處理：細(xì)化組織。變質(zhì)處理：細(xì)化組織。 添加

36、銅、鎂、錳形成時效強化相。添加銅、鎂、錳形成時效強化相。最大特點是耐熱性高；同時強度較高。最大特點是耐熱性高；同時強度較高。缺點是鑄造性能、耐蝕性較差。缺點是鑄造性能、耐蝕性較差。多用來制造多用來制造200-300工作的要求較高強度的零件。工作的要求較高強度的零件。 又稱耐蝕鑄造鋁合金。又稱耐蝕鑄造鋁合金。優(yōu)點優(yōu)點：密度小，強度高，耐蝕性好，切削性能良好；密度小，強度高，耐蝕性好，切削性能良好；缺點缺點：鑄造性能和耐熱性能差。鑄造性能和耐熱性能差。多用于制造腐蝕介質(zhì)條件下承受較大載荷的零件。多用于制造腐蝕介質(zhì)條件下承受較大載荷的零件。 優(yōu)點優(yōu)點：鑄造性能良好、時效強化能力強，強度高；鑄態(tài)下即具

37、較高強度，可：鑄造性能良好、時效強化能力強，強度高；鑄態(tài)下即具較高強度，可在不經(jīng)熱處理的鑄態(tài)下直接使用，多用于制造壓力鑄造零件。在不經(jīng)熱處理的鑄態(tài)下直接使用，多用于制造壓力鑄造零件。缺點缺點：耐蝕性差。：耐蝕性差。 7. 鋁合金的發(fā)展方向鋁合金的發(fā)展方向 自自80年代中期，已用此技術(shù)生產(chǎn)出年代中期，已用此技術(shù)生產(chǎn)出高強高強和和高溫高溫鋁合金，用于航空、航天業(yè)。鋁合金，用于航空、航天業(yè)。機理：機理：合金元素在基體中的溶解度，并使時效過程中析出尺寸均勻彌散、細(xì)小的合金元素在基體中的溶解度，并使時效過程中析出尺寸均勻彌散、細(xì)小的 亞穩(wěn)過渡相，且體積分?jǐn)?shù)亞穩(wěn)過渡相，且體積分?jǐn)?shù)，合金強度、耐蝕性，合金強

38、度、耐蝕性。 促使雜質(zhì)元素固溶于基體，形成細(xì)小、彌散、均勻分布的質(zhì)點，即可消除促使雜質(zhì)元素固溶于基體，形成細(xì)小、彌散、均勻分布的質(zhì)點，即可消除 雜質(zhì)元素的有害作用，又可產(chǎn)生一定的強化效果。雜質(zhì)元素的有害作用，又可產(chǎn)生一定的強化效果。減小沉淀相的長大速率，形成穩(wěn)定的彌散強化相，減小沉淀相的長大速率，形成穩(wěn)定的彌散強化相，高溫力學(xué)性能。普通硬高溫力學(xué)性能。普通硬 鋁合金工作溫度大于鋁合金工作溫度大于200時，亞穩(wěn)定沉淀相迅速粗化，性能時，亞穩(wěn)定沉淀相迅速粗化，性能快速凝固高溫合金適于制造高速飛機的某些結(jié)構(gòu)件及火箭和宇宙飛船上的構(gòu)快速凝固高溫合金適于制造高速飛機的某些結(jié)構(gòu)件及火箭和宇宙飛船上的構(gòu) 件

39、，其成本只是鈦合金的件，其成本只是鈦合金的30-50，飛機自重，飛機自重15左右。左右。A1-Li合金強韌化機制合金強韌化機制 強化機制：析出相強化、固溶強化和細(xì)化晶粒強化，有明顯的時效強化效強化機制：析出相強化、固溶強化和細(xì)化晶粒強化，有明顯的時效強化效應(yīng)，屬可熱處理強化型鋁合金。時效析出的彌散亞穩(wěn)球形相應(yīng)，屬可熱處理強化型鋁合金。時效析出的彌散亞穩(wěn)球形相A13Li與基體完全與基體完全共格，強烈阻礙位錯運動，是主要強化相。共格，強烈阻礙位錯運動，是主要強化相。A1-Li系合金性能特點系合金性能特點： 密度小，比強度、比剛度大，疲勞性能良好，耐蝕性及耐熱性好。但塑韌密度小，比強度、比剛度大，疲

40、勞性能良好，耐蝕性及耐熱性好。但塑韌性差，缺口敏感性大，加工及產(chǎn)品生產(chǎn)困難。性差，缺口敏感性大，加工及產(chǎn)品生產(chǎn)困難。 價格是硬鋁的價格是硬鋁的2-3倍，若海水中萃倍，若海水中萃Li技術(shù)獲成功則可得價格便宜的技術(shù)獲成功則可得價格便宜的Li材料。材料。 已開發(fā)三個系列：已開發(fā)三個系列：A1-Cu-Li系、系、A1-Mg-Li系和系和AI-Li-Cu-Mg-Zr系。系。 Li極活潑且很輕極活潑且很輕(0.533gcm-3)，儲量豐富。鋁合金中加，儲量豐富。鋁合金中加Li可可密度，密度，性能。性能。如加如加2-3Li，密度，密度10，比剛度，比剛度20-30，強度可與，強度可與LY12媲美。媲美。Li

41、含含量大于量大于3時，韌性明顯時，韌性明顯。因此，其合金中。因此，其合金中Li含量僅為含量僅為23。用用A1-Li合金制作飛機結(jié)構(gòu)件，可使飛機減重合金制作飛機結(jié)構(gòu)件，可使飛機減重10-20，是在航空、航天領(lǐng)，是在航空、航天領(lǐng)域中很有競爭力的一種新型超輕結(jié)構(gòu)材料。域中很有競爭力的一種新型超輕結(jié)構(gòu)材料。A1-Li合金塑韌性低，主要與以下因素有關(guān)：合金塑韌性低，主要與以下因素有關(guān)：1) 強化相的析出導(dǎo)致位錯在晶界或夾雜物處塞積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨強化相的析出導(dǎo)致位錯在晶界或夾雜物處塞積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨Li量量 ，合金強度，合金強度，塑韌性，塑韌性。2) 晶界附近常形成強度比晶內(nèi)強度低的無析出帶，受力

42、時首先在無析出帶晶界附近常形成強度比晶內(nèi)強度低的無析出帶，受力時首先在無析出帶 內(nèi)屈服，發(fā)生局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生沿晶斷裂。內(nèi)屈服，發(fā)生局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生沿晶斷裂。3) 加入加入Mg能產(chǎn)生固溶強化并強化無析出帶；同時加入能產(chǎn)生固溶強化并強化無析出帶；同時加入Cu、Mg并經(jīng)形變熱并經(jīng)形變熱 處理，可析出大量處理，可析出大量Al2CuMg，使位錯分散滑移，使位錯分散滑移，韌性。韌性。4) 0.1-0.2Zr可在晶界或亞晶界處析出可在晶界或亞晶界處析出A13Zr彌散質(zhì)點，對晶界有釘扎作彌散質(zhì)點，對晶界有釘扎作 用，能抑制合金發(fā)生再結(jié)晶和細(xì)化晶粒，用，能抑制合金發(fā)生再結(jié)晶和細(xì)化晶粒，韌性。韌性。5) 鐵、

43、硅、錳等雜質(zhì)存在易形成粗大脆性雜質(zhì)相，鐵、硅、錳等雜質(zhì)存在易形成粗大脆性雜質(zhì)相，塑韌性。還要嚴(yán)格控塑韌性。還要嚴(yán)格控 制合金中鈉、鉀、氫等雜質(zhì)元素的含量，防止氫脆的產(chǎn)生。制合金中鈉、鉀、氫等雜質(zhì)元素的含量，防止氫脆的產(chǎn)生。為擴大為擴大A1-Li合金的應(yīng)用范圍，應(yīng)解決下列問題：合金的應(yīng)用范圍，應(yīng)解決下列問題：1) 改善現(xiàn)有改善現(xiàn)有A1-Li合金的力學(xué)性能，特別是脆性大及各向異性；合金的力學(xué)性能，特別是脆性大及各向異性；2) 發(fā)展高強韌性的發(fā)展高強韌性的A1-Li合金；合金；3) 降低成本；降低成本；4）發(fā)展精密成形方法，減少切削；）發(fā)展精密成形方法，減少切削；5) 多組元合金化，在多組元合金化，

44、在Al-Li基礎(chǔ)上加入銦、鍺、硼和稀土等元素。基礎(chǔ)上加入銦、鍺、硼和稀土等元素。第第2節(jié)節(jié) 鈦及其合金鈦及其合金一、概述一、概述稀有金屬，原子序數(shù)稀有金屬，原子序數(shù)22，d4.5g/cm3，熔點，熔點1668。性能特點：性能特點：與鋼比，輕、比強度高得多、耐蝕；與鋁比，比強度、比剛度高，耐熱性能與鋼比，輕、比強度高得多、耐蝕；與鋁比，比強度、比剛度高，耐熱性能好；還具有超導(dǎo)、記憶、儲氫等特殊性能。好；還具有超導(dǎo)、記憶、儲氫等特殊性能。 輕、強度高（合金化后可達(dá)輕、強度高（合金化后可達(dá)1400MPa），比強度，比剛度高；），比強度，比剛度高； 耐蝕（潮濕大氣、海水、耐蝕（潮濕大氣、海水、Cl水溶

45、液及酸中耐蝕性超過不銹鋼）；水溶液及酸中耐蝕性超過不銹鋼）； 固態(tài)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（在固態(tài)有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（在882.5以上體心立方以上體心立方-Ti，以下密排六方，以下密排六方-Ti。 可通過熱處理得可通過熱處理得、或或(+) 顯微組織；顯微組織； 導(dǎo)電導(dǎo)熱性較低，無磁性；導(dǎo)電導(dǎo)熱性較低，無磁性； 氮氣中加熱即發(fā)生燃燒，鈦塵在空氣中有爆炸的危險；氮氣中加熱即發(fā)生燃燒，鈦塵在空氣中有爆炸的危險； 能經(jīng)受更大的冷變形，但變形抗力大，加工困難；能經(jīng)受更大的冷變形，但變形抗力大，加工困難； 對熱鹽應(yīng)力腐蝕具有不同程度的敏感性；對熱鹽應(yīng)力腐蝕具有不同程度的敏感性； 高溫下能溶解其氧化物；接近熔點時在高速氣

46、流中發(fā)生快速氧化。如航空發(fā)高溫下能溶解其氧化物；接近熔點時在高速氣流中發(fā)生快速氧化。如航空發(fā) 動機可能會發(fā)生葉尖與機匣內(nèi)壁摩擦著火，嚴(yán)重時會燒毀壓氣機。動機可能會發(fā)生葉尖與機匣內(nèi)壁摩擦著火，嚴(yán)重時會燒毀壓氣機。應(yīng)用：應(yīng)用： 航空、化工、電力、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，作為尖端科學(xué)技術(shù)材料。如航空、化工、電力、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛，作為尖端科學(xué)技術(shù)材料。如F-15戰(zhàn)斗機的機體結(jié)構(gòu)材料鈦合金用量達(dá)戰(zhàn)斗機的機體結(jié)構(gòu)材料鈦合金用量達(dá)7000kg，約占結(jié)構(gòu)重量的，約占結(jié)構(gòu)重量的34。 遵義鈦廠、寶雞稀有金屬加工廠。遵義鈦廠、寶雞稀有金屬加工廠。二、工業(yè)純鈦：二、工業(yè)純鈦：氧、氮、碳：氧、氮、碳：強度強度

47、塑性，一般分別控制在塑性，一般分別控制在0.15、0.05和和0.1以下；以下； 氫氫 ：強烈強烈鈦沖擊韌性，鈦沖擊韌性，缺口敏感性；缺口敏感性； 鐵、硅鐵、硅 ：對性能影響不強烈，一般分別控制在對性能影響不強烈，一般分別控制在0.3和和0.15以下。以下。TAD、TA1、TA2、TA3加工成各種規(guī)格的板、管、棒、線及帶材等，用于制造飛機骨架、船加工成各種規(guī)格的板、管、棒、線及帶材等，用于制造飛機骨架、船 舶出管道及化工冷卻器等重要耐蝕結(jié)構(gòu)零件。舶出管道及化工冷卻器等重要耐蝕結(jié)構(gòu)零件。雜質(zhì)含量高，強度雜質(zhì)含量高，強度塑性塑性不能熱處理強化，只能冷變形強化，強度較低，不能熱處理強化，只能冷變形強

48、化，強度較低，350700MPa（相當(dāng)于鋼）。（相當(dāng)于鋼）。三、三、 鈦合金：鈦合金：1.常用合金元素及其作用常用合金元素及其作用鋁、鋯、釩、鉬、錫、錳、鐵、鉻、銅、硅等。鋁、鋯、釩、鉬、錫、錳、鐵、鉻、銅、硅等。 形成固溶和彌散強化，使鈦的抗拉強度從形成固溶和彌散強化，使鈦的抗拉強度從450MPa提高到提高到1200-1500MPa； 影響影響轉(zhuǎn)變，得到不同組織得鈦合金。轉(zhuǎn)變，得到不同組織得鈦合金。Al,Sn：強度，不明顯強度，不明顯塑性。塑性。Al還還熱強性和彈性模量，是鈦合金中應(yīng)用熱強性和彈性模量，是鈦合金中應(yīng)用 最廣的元素，但超過最廣的元素，但超過7后會出現(xiàn)脆性化合物而后會出現(xiàn)脆性化合

49、物而性能。性能。V： 常用的穩(wěn)定常用的穩(wěn)定相元素，高溫長時間工作時，組織穩(wěn)定。相元素，高溫長時間工作時，組織穩(wěn)定。Mn,Fe,Cr：固溶強化效果好，穩(wěn)定固溶強化效果好，穩(wěn)定能力強，但高溫組織不穩(wěn)定，抗蠕變差。能力強，但高溫組織不穩(wěn)定，抗蠕變差。Cu,Si：熱強性。熱強性。Cu超過極限溶解度時有時效強化作用；超過極限溶解度時有時效強化作用；Si超過超過0.2時形成時形成 Ti5Si3相，強度相，強度，但熱穩(wěn)定性，但熱穩(wěn)定性。RE： 形成細(xì)小穩(wěn)定的形成細(xì)小穩(wěn)定的RE氧化物，產(chǎn)生彌散強化氧化物，產(chǎn)生彌散強化,耐熱性和熱穩(wěn)定性。耐熱性和熱穩(wěn)定性。另外另外: 在添加在添加穩(wěn)定元素和穩(wěn)定元素和Al的基礎(chǔ)上

50、，通過適當(dāng)熱處理可的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)熱處理可時效組織彌散度，時效組織彌散度， 產(chǎn)生較好的彌散強化效果。產(chǎn)生較好的彌散強化效果。2.鈦合金的分類鈦合金的分類TCTBTA型鈦合金：型鈦合金：型鈦合金：3.鈦合金的熱處理鈦合金的熱處理 目的是穩(wěn)定組織，消除應(yīng)力，降低硬度和提高塑性。目的是穩(wěn)定組織，消除應(yīng)力，降低硬度和提高塑性。 (1)淬火加熱溫度：淬火加熱溫度： +型型選擇在選擇在+兩相區(qū)的上部溫度范圍；兩相區(qū)的上部溫度范圍； 型型選擇在選擇在臨界溫度臨界溫度附近，溫度過低附近，溫度過低相固溶合金元素不充分，原始相固溶合金元素不充分，原始相多，相多，時效后強度低；溫度過高，則晶粒粗大。時效后強度低；

51、溫度過高，則晶粒粗大。(2)時效規(guī)范：時效規(guī)范： 時效溫度根據(jù)合金成分及零件性能要求調(diào)整（時效溫度根據(jù)合金成分及零件性能要求調(diào)整（425550）。）。 (1)形變熱處理：形變熱處理： 將鈦合金加熱到再結(jié)晶溫度以上變形將鈦合金加熱到再結(jié)晶溫度以上變形40-85后迅速淬火，再進(jìn)行常規(guī)后迅速淬火，再進(jìn)行常規(guī)時效處理。時效處理。 (2)化學(xué)熱處理：化學(xué)熱處理： 為改善鈦合金耐磨性和耐蝕性。為改善鈦合金耐磨性和耐蝕性。 鈦合金鈦合金滲氮滲氮后表層為氮化物和含氮固溶體，其硬度比未滲氮工件后表層為氮化物和含氮固溶體，其硬度比未滲氮工件24倍倍，耐磨性和耐蝕性得到改善。滲氧可提高合金耐蝕性，耐磨性和耐蝕性得到

52、改善。滲氧可提高合金耐蝕性7-9倍，但塑性和疲勞倍，但塑性和疲勞性能降低。性能降低。4.4.常用鈦合金常用鈦合金 單相組織，性能穩(wěn)定；強度高（單相組織，性能穩(wěn)定；強度高（1200-1500MPa）、韌性好；高溫下對氧有）、韌性好；高溫下對氧有較強抵抗力；焊接性好；但成形性較差。較強抵抗力；焊接性好；但成形性較差。 再結(jié)晶溫度和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度再結(jié)晶溫度和同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度，在，在300-500具有較好熱強性，發(fā)展高具有較好熱強性，發(fā)展高溫鈦合金的基礎(chǔ)。溫鈦合金的基礎(chǔ)。 典型牌號：典型牌號：TA7(Ti-5AI-2.5Sn)，多用于制造飛機蒙皮和各種模鍛件以及特，多用于制造飛機蒙皮和各種模鍛件以及

53、特種高壓低溫容器等，是應(yīng)用最多的種高壓低溫容器等，是應(yīng)用最多的型鈦合金。型鈦合金。 雙相組織；塑性好、室溫強度高，但熱強性較差?？蔁崽幚韽娀ｋp相組織；塑性好、室溫強度高，但熱強性較差?？蔁崽幚韽娀?典型牌號：典型牌號：TC4（Ti-6AI-4V)，使用溫度范圍，使用溫度范圍400-196，綜合性能好，可，綜合性能好，可用于制造火箭發(fā)動機外殼、航空發(fā)動機壓氣機盤和葉片、以及壓力容器等。用于制造火箭發(fā)動機外殼、航空發(fā)動機壓氣機盤和葉片、以及壓力容器等。 加入大量加入大量穩(wěn)定元素，空冷或水冷可在室溫得到全穩(wěn)定元素，空冷或水冷可在室溫得到全相組織。主要特點是通相組織。主要特點是通過時效處理可大幅度

54、過時效處理可大幅度強度，是發(fā)展高強鈦合金潛力最大的合金。強度，是發(fā)展高強鈦合金潛力最大的合金。 鑄錠易偏析，性能波動大，且鑄錠易偏析，性能波動大，且穩(wěn)定元素多為稀有金屬，價格昂貴。穩(wěn)定元素多為稀有金屬，價格昂貴。 TB2合金是我國最早研制的亞穩(wěn)定合金是我國最早研制的亞穩(wěn)定相鈦合金，在固溶狀態(tài)下有良好的冷成相鈦合金，在固溶狀態(tài)下有良好的冷成形性，時效后具有高的強度和較好的塑性，主要用于壓氣機葉片、輪盤等重載形性，時效后具有高的強度和較好的塑性，主要用于壓氣機葉片、輪盤等重載荷旋轉(zhuǎn)件和飛機構(gòu)件荷旋轉(zhuǎn)件和飛機構(gòu)件.四、四、 鈦合金的發(fā)展（自學(xué)）鈦合金的發(fā)展（自學(xué)）第第3節(jié)節(jié) 銅及其合金銅及其合金一、

55、概述一、概述 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好：僅次于銀而居于第二位；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好：僅次于銀而居于第二位； 耐蝕：純銅在常溫干燥空氣中幾乎不氧化，在含耐蝕：純銅在常溫干燥空氣中幾乎不氧化，在含CO2的濕空氣中表面產(chǎn)生的濕空氣中表面產(chǎn)生 堿性碳酸鹽有保護(hù)作用，在氧化性的酸堿性碳酸鹽有保護(hù)作用，在氧化性的酸(如硝酸、濃硫酸如硝酸、濃硫酸)以及各種鹽類以及各種鹽類 (如氨鹽、氯化物、碳酸鹽等如氨鹽、氯化物、碳酸鹽等)溶液中不耐蝕；溶液中不耐蝕； 較高的強度和優(yōu)良的塑性；較高的強度和優(yōu)良的塑性； 可焊接和冷熱壓力加工成形性?？珊附雍屠錈釅毫庸こ尚涡浴?電力、化工、航空、交通和礦山等領(lǐng)域不可缺少的貴重材料。電力、化工

56、、航空、交通和礦山等領(lǐng)域不可缺少的貴重材料。二、純銅二、純銅 微量雜質(zhì)（微量雜質(zhì)（Pb、Bi、O、S、As、P等）對其力學(xué)（塑、韌、硬）與物等）對其力學(xué)（塑、韌、硬）與物理性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱）及工藝性能影響很大。理性能（導(dǎo)電、導(dǎo)熱）及工藝性能影響很大。 如如Pb、Bi與與Cu形成低熔點共晶體，加熱時破壞晶界結(jié)合，造成形成低熔點共晶體，加熱時破壞晶界結(jié)合，造成熱脆熱脆； O、S也能與也能與Cu形成共晶體，引起形成共晶體，引起冷脆冷脆；O量過高引起量過高引起 “氫病氫病”，即在，即在H2等等還原性氣氛中退火時還原性氣氛中退火時H2等滲透到銅的內(nèi)部，與銅中氧作用形成水蒸氣或等滲透到銅的內(nèi)部，與銅中氧作

57、用形成水蒸氣或CO2變脆或開裂變脆或開裂。類別 名稱 牌號 Cu/ O/ 其它雜質(zhì)總和 用途舉例 一號銅 T1 99.95 0.02 0.03 二號銅 T2 99.90 0.06 0.04 導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕器材 電線、蒸發(fā)器等 工業(yè)純銅 三號銅 T3 99.70 0.1 0.2 一般銅材，如油管等 一號無氧銅 TU1 99.97 0.002 0.028 無氧銅 二號無氧銅 TU2 99.95 0.003 0.047 耐熱導(dǎo)電器材，及電真空儀器儀表等 一號脫氧銅 TP1 99.5 0.0050.012P 0.01 0.09 磷脫氧銅 二號脫氧銅 TP2 99.6 0.0130.050P 0.01

58、 0.14 排水管、冷凝管，汽油或氣體輸送管等 銀銅 0.1 銀銅 Tag0.1 99.5 0.060.12Ag 0.1 0.2 耐熱導(dǎo)電材料 三、銅合金三、銅合金 純銅強度（純銅強度（200240MPa）、硬度低。）、硬度低。冷作硬化強度可冷作硬化強度可至至400500MPa，但，但急劇急劇；合金化可合金化可銅的性能銅的性能。 Zn、Al、Sn、Ni等在銅中可起較大等在銅中可起較大固溶強化固溶強化效果，使銅強度明顯效果，使銅強度明顯。 Be、Ti、Zr、Cr等具有等具有時效強化時效強化效果，最突出的效果，最突出的Cu-Be合金，熱處理后合金，熱處理后最高強度可達(dá)最高強度可達(dá)1400MPa。

59、過剩相強化過剩相強化在銅合金中應(yīng)用也很普遍。如黃銅和青銅中的在銅合金中應(yīng)用也很普遍。如黃銅和青銅中的CuZn、Cu31Sn3、Cu9Al4等均有較高的過剩相強化作用。等均有較高的過剩相強化作用。據(jù)化學(xué)成分據(jù)化學(xué)成分 元素。以外的其它元素為合金、青銅：以為主要合金元素以白銅為主要合金元素；黃銅：以NiZnNiZn;鑄造銅合金：變形銅合金：據(jù)成形方法據(jù)成形方法 除高錫、高鉛和高錳的專用鑄造銅合金外，大部分銅合金即可作變形合除高錫、高鉛和高錳的專用鑄造銅合金外，大部分銅合金即可作變形合金，也可作鑄造合金。金，也可作鑄造合金。 銅合金可用軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓、旋壓等方法塑性加工。銅合金可用軋制

60、、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓、旋壓等方法塑性加工。 銅合金進(jìn)行退火處理溫度一般為銅合金進(jìn)行退火處理溫度一般為400-700，成品去應(yīng)力退火溫度則為，成品去應(yīng)力退火溫度則為160-400，為防止氧化或變色，退火通常在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。，為防止氧化或變色，退火通常在保護(hù)氣氛中進(jìn)行。1.1.黃銅：黃銅：Cu-Zn合金，合金，Zn固溶強化，并可形成過剩相固溶強化，并可形成過剩相CuZn組織：組織： 相：相：Zn在在Cu中的固溶體，晶格類型同純銅，抗蝕性、塑性與純銅相似。中的固溶體，晶格類型同純銅，抗蝕性、塑性與純銅相似。 相：相：以以CuZn（電子化合物，體心立方）為基固溶體，低溫下（電子化合物，體心立方）