第三章二元合金及其相圖

1、第八章有色金屬及合金,通常把鐵及其合金（鋼、鑄鐵）稱為黑色金屬材料，而把非鐵金屬及其合金稱為有色金屬材料。與黑色金屬相比，有色金屬具有許多優(yōu)良特性，例如鋁、鎂、鈦及其合金具有密度小，比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在飛機(jī)，汽車制造等工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛；又如銀、銅、鋁及其合金的導(dǎo)電性導(dǎo)熱性好，是電器，儀表工業(yè)不可缺少的材料。雖然有色金屬 使用量少，在機(jī)械制造業(yè)中僅占4.5%左右，但它是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料。,主要用途：電線、電纜,4、抗大氣腐蝕好，

2、其表面有一層致密的氧化膜。,3、面心立方晶格，強(qiáng)度低（σb=80-100MPa）， 塑性好（ψ=80%），可以通過壓力加工成各種型材，與其面心立方晶體有關(guān)。,2、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，僅次于銀、銅、金居第四位。,特性： 1、熔點(diǎn)低，比重小。熔點(diǎn)為660.4 ℃ 密度 2.72,第一節(jié) 鋁及其合金一、工業(yè)純鋁,牌號：工業(yè)純鋁牌號有 L1 L2 …….. L7 數(shù)字大純度低 高純鋁

3、 L01 L02 ……L04 數(shù)字大純度高。,二、鋁合金及 強(qiáng)化方法 （一）概述,1、合金化 在純鋁中加入Si 、Cu、Mg、Zn、Mn等元素，經(jīng)熱處理可使強(qiáng)度比純鋁提高3－4倍。,2、鋁合金狀態(tài)圖（一般式） 共同特點(diǎn)是：基本相都是鋁基 ? 固溶體和 ? ＋ ? 共晶體。其中 ? 為固溶體或化合物。,3、鋁合金的分類及特性 根據(jù)加工工藝特性和合金元素含量

4、可分為兩大類。即，變形鋁合金和 鑄造鋁合金。 變形鋁合金：具有良好的塑性，可進(jìn)行鍛造、軋制、擠壓等壓力加工。 鑄造鋁合金：流動(dòng)性好，宜鑄造，不宜壓力加工。,鋁合金一般相圖,1、熱處理強(qiáng)化 強(qiáng)化方法：固溶處理－時(shí)效強(qiáng)化。,固溶處理：將合金加熱到溶解度曲線以上某一溫度，得到單一的固溶體組織，然后在水中迅速冷卻，使第二相來不及析出，形成過飽和固溶體。這種處理的方法稱固溶處理。,時(shí)效強(qiáng)化：固溶處理

5、的合金在較低溫度下隨時(shí)間的延長發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象(強(qiáng)度和硬度上升）稱時(shí)效硬化或時(shí)效強(qiáng)化。,（二）鋁合金強(qiáng)化方法,自然失效：在室溫下進(jìn)行的時(shí)效稱自然時(shí)效（強(qiáng)度可以達(dá)到400 MN/m2）， 人工失效：在加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效（100－200ºC）。 人工時(shí)效的效果不如自然時(shí)效效果好，但時(shí)間短。,例：含4％Cu的鋁合金，固溶強(qiáng)化后強(qiáng)度為250MPa自然失效后（4－5天）達(dá)到400MPa。,強(qiáng)化機(jī)

6、理： 在鋁的 過飽和 ? 固溶體晶格內(nèi)形成溶質(zhì)原子富集區(qū)及鋁化物且與 ? 固溶體保持共格關(guān)系，使得晶格嚴(yán)重畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，提高了合金的強(qiáng)度。,2、對變形鋁合金通過冷變形加工硬化，使強(qiáng)度提高。,3、固溶強(qiáng)化 合金元素溶入鋁晶格中形成有限固溶體，使合金強(qiáng)度提高。如硅銅鎂錳等。,4、加入變質(zhì)劑，進(jìn)行變質(zhì)處理—細(xì)晶強(qiáng)化。 例：Al－Si鑄造合金，澆鑄前加入2－3％鈉鹽混合物（2/3NaF + 1/3NaCl-變質(zhì)劑）

7、，結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生大量晶核，獲得細(xì)晶粒，合金的強(qiáng)度和塑性都得以提高。,,鋁硅合金變質(zhì)處理前,鋁硅合金變質(zhì)處理后,特點(diǎn)：合金元素少，熱處理強(qiáng)化不起作用，只能用加工硬化的方法強(qiáng)化。,三、常用鋁合金鋁合金分為兩大類：變形鋁合金、鑄造鋁合金,（一）變形鋁合金變形鋁合金按其性能和用途分為：防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛鋁合金。,1、防銹 鋁 主要合金元素：Mn ， Mg 常用牌號：LF5、LF11、LF21等

8、 L－鋁 F－防銹 數(shù)字－順序號,用途：制造油箱、油管等。,用途：制造鉚釘、螺旋槳葉片等。,3、超硬鋁合金,特點(diǎn)：可用熱處理時(shí)效強(qiáng)化，也可冷變形加工硬化。,2 、硬鋁合金,主要合金元素：Cu － Mg,常用牌號： LY1、 LY11等。 L－鋁 Y－硬 數(shù)字－順序號,主要合金元素：Zn－ Mg－ C

9、u,常用牌號: LC4 LC6 L－鋁 C－超硬 數(shù)字－順序號,特點(diǎn)：這類鋁合金是經(jīng)固溶處理和時(shí)效硬化后強(qiáng)度最高的一種鋁合金。,用途：制造飛機(jī)大梁、蒙皮等。,特點(diǎn)：具有良好的鍛造成型性，可固溶處理+人工時(shí)效強(qiáng)化。,用途：制造直升飛機(jī)的葉片、航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。,4. 鍛鋁合金,主要合金元素：Mg－Si－Cu, Cu－Mg－Ni,常用牌

10、號：LD5 LD7 L－鋁 D－鍛造 數(shù)字－順序號,四、鑄造鋁合金,用途：鑄造鋁合金主要用于制造重要的形狀復(fù)雜的鋁合金零件，例如汽車、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞等。,合金系：Al－Si Al－Cu Al－Mg Al－Zn,牌號表示方法：字母“ZL”＋三位數(shù)字 ZL－鑄鋁;

11、 第一位數(shù)字表示合金類別 1－表示鋁硅系， 2－表示鋁銅系 3－表示鋁鎂系， 4－表示鋁鋅系 第 二、三位數(shù)字表示順序號。

12、 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。,特點(diǎn)：鑄造性能好（Al-Cu合金差）,1、工業(yè)純銅 （又稱紫銅） 物理性能：密度為8.93g/cm3 ，熔點(diǎn)為1083 ℃，呈面心立方晶格，表現(xiàn)出優(yōu)異的冷、熱壓力加工性能，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好 。強(qiáng)度低，不能作為結(jié)構(gòu)材料使用。 應(yīng)用：電線、電纜,第二節(jié) 銅及合金,2、黃銅：

13、 化學(xué)成分：主要元素是銅和鋅。含鋅量0－50％。呈淡黃色。,性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高（比鋁合金高）；耐磨性和耐海水腐蝕性好，都優(yōu)于鋁合金和碳鋼。,黃銅,,普通黃銅 Cu－Zn合金， H59、H62 、H70等 H－黃銅 數(shù)字－Cu% 應(yīng)用：水管、油管、散熱器等。,特殊黃銅 普通黃銅基礎(chǔ)上加入Al Mn Pb

14、Si 進(jìn)一步提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性和 耐蝕性。 牌號：HPb59-1 表示含鉛黃銅， Cu%=59 Pb%=1 應(yīng)用：制造船舶、化工中的高強(qiáng)耐

15、 蝕零件鐘表、機(jī)械的軸瓦耐 磨零 件等,分類、牌號及應(yīng)用：,3、青銅 主要成分： Cu-Sn合金，應(yīng)用最早合金。近代又發(fā)展了含Al、Si、Be、Mn、Pb的銅合金，習(xí)慣上也都稱為青銅。,特性：具有極高的耐磨性并耐蝕性好。,牌號：Q+元素符號＋含量

16、 QSn4-3 QAl5 ZQSn10-5 等 （3％Zn） （5％Pb）,應(yīng)用：耐磨件如齒輪、軸套、蝸輪，儀器上的彈 簧，耐磨和抗磁零件,理想的軸承合金的組織應(yīng)是軟基體上均勻分布著硬質(zhì)點(diǎn)。軟的基體被磨損下凹，可貯存潤滑油并形成連續(xù)的油膜；硬質(zhì)點(diǎn)則凸起來支撐軸頸，使軸承和軸頸的實(shí)際接觸面積小，減小摩

17、擦。如圖示：,第三節(jié) 滑動(dòng)軸承合金 用于制造滑動(dòng)軸承及其內(nèi)襯的合金,一、性能要求,1、要求軸承合金必須具有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 2、足夠的塑性和韌性。 3、低的摩擦系數(shù) 4、良好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。,二、分類及主要成分 錫基軸承合金 Sn+銻（Sb）和銅 鉛基軸承合金 Pb+Sb+Sn+Cu 還有銅基軸承合金

18、、鋁基、等,四、工業(yè)中常用的軸承合金 工業(yè)上稱巴氏合金（巴比特合金）（錫基和鉛基軸承合金） 錫銻合金 ZchSnSb11-6 鉛銻合金 ZChPbSb16-16-2 (16%Sb, 16%Sn,

19、 2%Cu),三、牌號表示方法：ZCh+基本元素符號＋主加元素符號＋含量＋輔加元素平均含量 例：ZChSnSb11-6 ZCh－鑄造軸承 Sn－基本元素是錫 Sb11－銻含量為11％ 6－銅含量6％,軟基體是Sb溶于Sn形成的固溶體呈暗黑色； 硬質(zhì)點(diǎn)是SnSb,β相呈白方塊,用途：澆注大型機(jī)器的軸瓦，如氣輪機(jī)

20、發(fā)動(dòng)機(jī)等高速軸瓦。巴氏合金熔點(diǎn)和強(qiáng)度均較低，承受不了大的壓力，生產(chǎn)上常用離心澆注法將它們鑲鑄在08F鋼軸瓦上，制成所謂“雙金屬”軸承。,以鋁銅合金為例,，獲得過飽和的α固溶體。其強(qiáng)度可以達(dá)到250MN/m2。時(shí)效強(qiáng)化：固溶處理的合金隨時(shí)間的延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象稱時(shí)效硬化或時(shí)效強(qiáng)化。例如：固溶處理的合金，如果在室溫放置4-5,例如4%Cu的鋁合金加熱到α相區(qū) 中某一溫度，經(jīng)過一段時(shí)間保溫，使獲得單一的α固溶體組織，然后投入水中快速

21、淬火，使次生相CuAl2 來不及從α中析出,第八章 結(jié) 束,時(shí)效過程：分四個(gè)階段：,第一階段，形成GP[1]區(qū)，溶質(zhì)原子的富集，引起晶格畸變，位錯(cuò)受阻，強(qiáng)度提高。,第二階段，形成GP[11]，Gp區(qū)有序化,隨著原子的進(jìn)一步富集，原子有序的排列起來，成分結(jié)構(gòu)接近CuAl2，稱θ“，與母相共格，引起晶格進(jìn)一步畸變，位錯(cuò)進(jìn)一步受阻，強(qiáng)度進(jìn)一步提高。,第三階段，形成過渡相θ′，溶質(zhì)原子繼續(xù)富集，化學(xué)成分逐漸達(dá)到CuAl2的

22、化學(xué)成分，部分與母相脫離共格聯(lián)系，晶格畸變減輕，對位錯(cuò)阻礙減少，合金趨向軟化。,第四階段，θ相形成與長大，形成穩(wěn)定的CuAl2。與母相完全脫離共格聯(lián)系，晶格畸變大為減輕，強(qiáng)化效果顯著減弱，合金發(fā)生軟化，這種現(xiàn)象稱“過時(shí)效“。,實(shí)際上，時(shí)效過程不一定全部包括以上四個(gè)階段，自然時(shí)效只有一二階段，人工時(shí)效只能觀察到三、四階段。,二、鈦及其合金,純鈦是灰白色輕金屬，密度為4.507g/cm3, 熔點(diǎn)為1668 ℃鈦在固態(tài)下有兩種晶體結(jié)構(gòu)，88