工程材料學(xué)第7章 有色金屬及其合金

1、第七章 有色金屬及其合金,有色金屬及其合金具有鋼鐵材料所沒(méi)有的許多特殊的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的金屬材料。它們的種類(lèi)很多，本章僅就機(jī)械、儀器、飛機(jī)制造等工業(yè)中廣泛使用的鋁、銅作一些基本的介紹。,第七章 有色金屬及其合金,鋁合金扳狀拋物面天線(xiàn),1. 比重小、比強(qiáng)度高 純鋁的比重只有 2.7，僅為鐵的1/3。合金的比重也很小，采用各種強(qiáng)化手段后，鋁合金可以達(dá)到與低合金高強(qiáng)鋼相近的強(qiáng)度，因此比強(qiáng)度要比

2、一般高強(qiáng)鋼高得多。 2. 優(yōu)良的物理、化學(xué)性能 鋁的導(dǎo)電性好。僅次于銀、銅和金。在室溫時(shí)的導(dǎo)電率約為銅的64％。 鋁資源豐富，成本較低。鋁及鋁合金有相當(dāng)好的抗大氣腐蝕能力。其磁 化率極低，接近于非鐵磁性材料。,第一節(jié) 鋁及鋁合金,一.特性,3. 加工性能良好 鋁及鋁合金（退火狀態(tài)）的塑性很好，可以冷成形。切削性能也很好。超高強(qiáng)鋁合金成形后經(jīng)熱處理，可達(dá)到很高的強(qiáng)度。鑄造鋁合金的鑄造性能極好

3、。 鋁及鋁合金在電器工程、航空及宇航工收、一般機(jī)械和輕工業(yè)中都有廣泛的用途。,工業(yè)鋁合金型材,純鋁中含有鐵、硅、銅、鋅等雜質(zhì)元素，使性能略微降低。純鋁材料按純度可分為三類(lèi):1.工業(yè)純鋁 純度為98.0~99.0%，牌號(hào)有L1, L2 . L3. L4. L5等，編號(hào)越大，純度越低。工業(yè)純鋁可制作電線(xiàn)、電纜、器皿及配制合金。2.工業(yè)高純鋁 純度為98.85~99.9%，牌號(hào)有LG1,LG2等，用于制作鋁箔、冶煉鋁合金的原

4、料。3.高純鋁 純度為99.93~99.99%，牌號(hào)有LG3,LG4,LG5等，編號(hào)越大，純度越高。高純鋁主要用于科學(xué)研究及制作電容器等。純鋁的強(qiáng)度很低,不能作為結(jié)構(gòu)材料使用,二. 純鋁,鋁中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度、并保持良好的加工性能。許多鋁合金不僅可通過(guò)冷變形提高強(qiáng)度，而且可用熱處理來(lái)大幅度地改善性能，因此鋁合金可用于制造承受較大載荷的機(jī)械零件構(gòu)件 1．鋁合金的時(shí)效 1）固溶處理 將成分位于相圖中

5、D-F之間的合金加熱到α相區(qū)，經(jīng)保溫獲得單相α固溶體后迅速水冷，可在室溫得到過(guò)飽和的α固溶體，這種處理方式稱(chēng)固溶處理。這種組織是不穩(wěn)定的有分解出強(qiáng)化相過(guò)度到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。硬化曲線(xiàn)如圖,三. 鋁合金,2）時(shí)效硬化在室溫下放置或低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯升高.這種現(xiàn)象為時(shí)效或時(shí)效硬化.在室溫下進(jìn)行的稱(chēng)自然時(shí)效；在加熱條件下進(jìn)行的稱(chēng)人工時(shí)效.例如:含4%Cu的Al-Cu合金(圖)，加熱到500℃并保溫一段時(shí)間后，在水中快冷時(shí)來(lái)不及析出

6、.合金獲得過(guò)飽和的α固溶體組織、其強(qiáng)度為 250MPa. 若在室溫下放置，隨著時(shí)間的延續(xù),強(qiáng)度逐漸提高，經(jīng)1~5天后,可400MPa.圖示出該合金的自然時(shí)效曲線(xiàn),3）時(shí)效發(fā)生的條件 能在高溫形成均勻的固溶體，并且固溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨溫度的降低而顯著降低4）時(shí)效規(guī)律 圖為其在不同溫度下的時(shí)效曲線(xiàn).可以看出：(1)時(shí)效溫度越高,強(qiáng)度峰值越低,強(qiáng)化效果越小;(2)時(shí)效溫度越高,時(shí)效速度越快,強(qiáng)度峰值出現(xiàn)所需時(shí)間越短;

7、(3)低溫使固溶處理獲得的過(guò)飽和固溶體保持相對(duì)的穩(wěn)定性,抑制時(shí)效的進(jìn)行.,5）回歸現(xiàn)象 自然時(shí)效后的鋁合金,在230~250℃短時(shí)間(幾秒至幾分鐘)加熱后，快速水冷至室溫時(shí)，可以重新變軟,如再在室溫下放置，則又能發(fā)生正常的自然時(shí)效.這種現(xiàn)象稱(chēng)為回歸。一切能時(shí)效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象.自然時(shí)效后的鋁合金在反復(fù)回歸處理和再時(shí)效時(shí)強(qiáng)度有所降低. 回歸現(xiàn)象在實(shí)際生產(chǎn)中意義: 時(shí)效后的鋁合金可在回歸處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行

8、各種冷變形.例如：利用這種現(xiàn)象，可隨時(shí)進(jìn)行飛機(jī)的鉚接和修理等.,兩類(lèi)： 變形鋁合金：成分低于D的合金，加熱時(shí)能形成固溶體組織，塑性較好.適于變形加工，稱(chēng)為變形鋁合金.變形鋁合金中成分低于F的合金，因不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，稱(chēng)為不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金;成分位于F-D之間的合金，可進(jìn)行固溶時(shí)效強(qiáng)化，稱(chēng)為可熱處理強(qiáng)化的鋁合金. 鑄造鋁合金：成分高于D的合金，由于冷卻時(shí)有共晶反應(yīng)發(fā)生，流動(dòng)性較好，適于鑄造生產(chǎn)，稱(chēng)為鑄造鋁合金.,,,2

9、 鋁合金的分類(lèi),變形鋁合金:防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金、鍛鋁合金.主要的牌號(hào)、化學(xué)成分與機(jī)械性能見(jiàn)表. 1.防銹鋁合金 防銹鋁合金主要是Al-Mn-Mg ? 錳的主要作用是提高抗蝕能力，并起固溶強(qiáng)化作用。 ? 鎂 亦有固溶強(qiáng)化作用，同時(shí)降低比重。 ? 防銹鋁合金鍛造退火后是單相固溶體，抗蝕性能高，塑性好。這類(lèi)合金不能進(jìn)行時(shí)效硬化，屬于不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，但可冷變形，利用加工硬化提高強(qiáng)度。,四.變形

10、鋁合金,LF21(Al-Mn合金)：抗蝕性和強(qiáng)度均比純鋁高，并有良好的塑性和焊接性能，但因太軟而切削加工性能不良.主要用于焊接件、容器、管道，或需用深延伸、彎曲等方法制造的低載荷零件、制品以及鉚釘?shù)? LF5、LF11(Al-Mg合金)：比重比純鋁小，強(qiáng)度比Al-Mn合金高，具有高的抗蝕性和塑性，焊接性能良好，但切削加工性能差.主要用于焊接容器、管道，以及承受中等載荷的零件及制品，也可用作鉚釘.,2.硬鋁合金 見(jiàn)表 硬

11、鋁合金為Al-Cu-Mg系合金，另含有少量錳.它們可以進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化.屬于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金.亦可進(jìn)行形變強(qiáng)化.合金中的Cu、Mg可形成強(qiáng)化相；Mn主要提高抗蝕性，并起一定固溶強(qiáng)化作用.因其析出傾向小，不參與時(shí)效過(guò)程；少量鈦或硼可細(xì)化晶粒，提高合金強(qiáng)度.,,a. 低合金硬鋁 例如LY1，LY10等，Mg，Cu含量較低，塑性好，強(qiáng)度低。采用固溶處理和自然時(shí)效提高強(qiáng)度和硬度，時(shí)效速度較慢.主要用于制作鉚鉚釘，常稱(chēng)鉚釘硬鋁. b. 標(biāo)準(zhǔn)

12、硬鋁 例如LY11等，合金元素含量中等，強(qiáng)度和塑性屬中等水平.退火后變形加工性能良好，時(shí)效后切削加工性能也較好.主要用于軋材、鍛材、沖壓件和螺旋漿葉片及大型鉚釘?shù)戎匾慵? c.高合金硬鋁 例如LY12、LY6等，合金元素含量較多，強(qiáng)度和硬度較高，塑性及加工性能較差.用于制作航空模鍛件和重要的銷(xiāo)、軸等零件.,硬鋁合金的不足：1）抗蝕性差： 特別是在海水等環(huán)境中.因?yàn)楹辖鹬泻休^高的銅，而含銅固溶體和化合物的電極電位

13、比晶粒邊界高，會(huì)促進(jìn)晶間的腐蝕，所以需要防護(hù)的硬鋁材料的外部，都要包一層高純度鋁，作成包鋁硬鋁材料.但包鋁硬鋁材料熱處理后強(qiáng)度比未包鋁者低.2）固溶處理的加熱溫度范圍很窄： 例如LY11的固溶化溫度為505~510℃，L12為495~503℃低于以上范圍時(shí)，固溶體過(guò)飽和度不足，不能獲得最大的時(shí)效效果，超過(guò)以上范圍時(shí)，容易發(fā)生晶界熔化.所以溫度必須嚴(yán)格控制.,3.超硬鋁合金,超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金，并含有少

14、量的鉻和錳.牌號(hào)有LC4、LC6等.鋅、銅、鎂與鋁形成固溶體和第二相(例如AlMgZnCu2）等，合金經(jīng)固溶處理和人工時(shí)效后，可獲得很高的強(qiáng)度和硬度，所以它們是強(qiáng)度最高的一類(lèi)鋁合金.但這類(lèi)合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快.用包鋁法可提高抗蝕性.超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等.,,,,4.鍛鋁合金 鍛鋁合金為A1-Mg-Si-Cu或AL-Cu-Mg-Ni-Fe系合金.牌號(hào)有LD5、LD7、LD10

15、等.合金的元素種類(lèi)多但用量少，有良好的熱塑性、鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機(jī)械性能.這類(lèi)合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件，通常要進(jìn)行固溶處理和人工時(shí)效.,各類(lèi)鑄造鋁合金的牌號(hào)、成分、機(jī)械性能及用途見(jiàn)表. (1) Al-Si 鑄造鋁合金(硅鋁明) Al-Si合金相圖如圖 ①簡(jiǎn)單硅鋁明 ZL102(含10%~13%Si) 鑄造后幾乎全部得到共晶體組織(α+Si), 具有優(yōu)良

16、 的鑄造性能(熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、收縮小). 在一般情況下，ZL102的共晶體由粗針狀硅晶體和α固溶體構(gòu)成,強(qiáng)度和塑性都較差. 澆鑄前向合金液中加入占合金重量2%~3%的變質(zhì)劑(常用鈉鹽混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以細(xì)化合金組織, 顯著提高合金的強(qiáng)度及塑性,這種處理方法即是變質(zhì)處理.,五. 鑄造鋁合金,經(jīng)變質(zhì)處理后的組織是細(xì)小均勻的共晶體(α+Si)+初生α固溶體（如圖）,獲得亞共晶組

17、織是由于加入鈉鹽后，鑄造冷卻較快時(shí)共晶點(diǎn)右移的緣故. ZL102鑄造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相當(dāng)好的抗蝕性和耐熱性，但不能時(shí)效強(qiáng)化，強(qiáng)度較低，經(jīng)變質(zhì)處理后, σb最高不超過(guò)180MPa.    僅適于制造形狀復(fù)雜但強(qiáng)度要求不高的鑄件，例如儀表、水泵殼體以及一些承受低載荷的零件.,未變質(zhì)處理,變質(zhì)處理,② 特殊硅鋁明  為了提高硅鋁明的強(qiáng)度，在合金中加入一些能

18、形成強(qiáng)化相CuAl2(θ相)、Mg2Si(β相)、Al2CuMg(s相)的Cu、Mg等元素，以獲得能進(jìn)行時(shí)效硬化的特殊硅鋁明.這樣的合金也可進(jìn)行變質(zhì)處理. ●ZL101和ZL104   含有少量Mg，能生成Mg2Si相，除變質(zhì)處理外，還可進(jìn)行淬火及人工時(shí)效處理. ZL104的熱處理工藝為: 530~540℃加熱，保溫5h, 在熱水中淬火，然后在170℃~80℃時(shí)效6~7h. 經(jīng)熱處理后，合金

19、的強(qiáng)度σb可達(dá)200~230MPa. 制造低強(qiáng)度的、形狀復(fù)雜的鑄件，例如電動(dòng)機(jī)殼體、氣缸體以及一些承受低載荷的零件等.,(2)Al-Cu鑄造鋁合金 Al-Cu合金的強(qiáng)度較高，耐熱性好，但鑄造性能不好，有熱裂和疏松傾向，耐蝕性較差. ZL201的室溫強(qiáng)度、塑性比較好，可制作在300℃以下工作的零件，常用于鑄造內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞等零件。ZL202塑性較低，多用于高溫下不受沖擊的零件，ZL203經(jīng)淬火時(shí)效后，強(qiáng)度較高，可作結(jié)構(gòu)材

20、料，鑄造承受中等載荷和形狀較簡(jiǎn)單的零件.,(3)Al-Mg鑄造鋁合金,Al-Mg合金(ZL301、ZL302)強(qiáng)度高，比重小(為2.55)，有良好的耐蝕性，但鑄造性能不好。耐熱性低。這類(lèi)合金可進(jìn)行時(shí)效處理，通常采用自然時(shí)效，多用于制造承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)中工作的、外形不太復(fù)雜的零件，例如艦船配件等。,(4)Al-Zn鑄造鋁合金 Al-Zn合金(ZL401、ZL402)價(jià)格便宜，鑄造件能優(yōu)良，經(jīng)變質(zhì)處理和時(shí)效處理后強(qiáng)度較高，

21、但抗蝕性差，熱裂傾向大，常用于制造拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)零件及形狀復(fù)雜的儀器元件，也可用于制造日用品. 鑄造鋁合金的鑄件形狀較復(fù)雜，組織較粗大，并有嚴(yán)重偏析.因此與變形鋁合金熱處理相比，淬火溫度應(yīng)高些，保溫時(shí)間要長(zhǎng)些，以使粗大析出物盡量溶解，并使固溶體成分均勻化.淬火一般用水冷卻，且多采用人工時(shí)效.,一.特性 1.優(yōu)異的物理、化學(xué)性能 純銅導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性極佳，銅合金的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性也很好.銅及銅合金對(duì)大氣和水的抗蝕能力很

22、高.銅是抗磁性物質(zhì). 2.良好的加工性能 銅及其某些合金塑性很好，容易冷、熱成形；鑄造銅合金有很好的鑄造性能.,第二節(jié) 銅及銅合金,3.某些特殊機(jī)械性能 優(yōu)良的減摩性和耐磨性（如青銅及部分黃銅），高 的彈性極限和疲勞極限(如鐵青銅等). 4.色澤美觀 銅及銅合金在電氣工業(yè)，儀表工業(yè)，造船工業(yè)及機(jī)械制造工業(yè)部門(mén)中獲得了廣泛的應(yīng)用,但銅的儲(chǔ)量較小，價(jià)格較貴，屬于應(yīng)節(jié)約使用的材料，只有在特殊需要的情況下，例如

23、要求特殊的磁性、耐蝕性、加工性能、機(jī)械性能以及特殊的外觀等條件下才考慮使用.,二.純銅,純銅呈紫紅色，主要用于制作電導(dǎo)體及配制合金. 根據(jù)雜質(zhì)含量的不同，工業(yè)純銅分為四種：T1，T2，T3，T4.編號(hào)越大，純度越低.工業(yè)純銅的牌號(hào)，成分及用途見(jiàn)表. 除工業(yè)純銅外，還有一類(lèi)無(wú)氧銅，其氧含量極低小于0.003%.牌號(hào)有TU1，TU2，主要用于制作電真空器件及高導(dǎo)電性導(dǎo)線(xiàn).這種導(dǎo)線(xiàn)能抗氫的作用，不發(fā)生氫脆.純銅的強(qiáng)度低

24、，不宜用作結(jié)構(gòu)材料.,純銅管,三.銅合金,銅中加入合金元素后，可獲得較高的強(qiáng)度，同時(shí)保持純銅的某些優(yōu)良性能.一般銅合金分黃銅，青銅和白銅三大類(lèi).1.黃銅 以鋅為主要合金元素的銅合金成為黃銅，按照化學(xué)成分，黃銅分普通黃銅和復(fù)雜黃銅兩種.,黃 銅,（1）普通黃銅 普通黃銅是銅鋅二元合金，相圖見(jiàn)圖. 黃銅的鋅含量對(duì)機(jī)械性能的影響: 在30-32％以下，隨鋅含量的增加強(qiáng)度和延伸率升高；過(guò)32％后，組織中出現(xiàn)βˊ

25、相，塑性開(kāi)始下降，但少量βˊ相的存在對(duì)強(qiáng)度無(wú)壞影響，合金強(qiáng)度仍然很高。鋅含量高于45％以后，組織全部為βˊ 相，強(qiáng)度急劇下降，塑性繼續(xù)降低。銅鋅合金的顯微組織,黃銅不僅有良好的變形加工性能，而且有優(yōu)良的鑄造性能.由于結(jié)晶溫度間隔很小，它的流動(dòng)很好，易形成集中縮孔，鑄件組織致密，偏析傾向較小. 黃銅的耐蝕性比較好，與純銅接近.但鋅含量>7％(持別是>20%后)的冷加工黃銅，由于有殘余應(yīng)力存在，在潮濕的大氣或海水中，持別是在含

26、有氨的環(huán)境中，容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，使黃銅開(kāi)裂.這種現(xiàn)象叫做應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或“季裂”.所以冷加工后的黃銅應(yīng)進(jìn)行低溫退火(250~300℃度加熱保1~3小時(shí))以消除內(nèi)應(yīng)力，或加入適量的錫、硅、鋁、錳、鎳等元素來(lái)顯著降低對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性.,常用單相黃銅的牌號(hào)有H80、H70、H68等.“H”為“黃銅”，數(shù)字表示平均銅含量.由于塑性很好，這類(lèi)黃銅適于制作冷軋板材、冷拉線(xiàn)材、管材及形狀復(fù)雜的深沖零件。雙相黃銅的牌號(hào)有H62、H59等，因可進(jìn)行熱

27、變形,通常熱軋成棒材、板材.這類(lèi)黃銅也可鑄造.普通黃銅的牌號(hào)，成分，性能和用途見(jiàn)表.,黃銅制品,（2）復(fù)雜黃銅,復(fù)雜黃銅 為了獲得更高的強(qiáng)度、抗蝕性和良好的鑄造性能，在銅鋅合金中加入鋁、鐵、硅、錳、鎳等元素，形成各種復(fù)雜黃銅：鉛黃銅、錫黃銅、鋁黃銅、硅黃銅、錳黃銅、鐵黃銅及鎳黃銅等.編號(hào)方法：H+主加元素符號(hào)+銅含量+主加元素含量.例如HPb60-1，表示平均成分為60％Cu、1％Pb、其余為鋅的鉛黃銅.鑄造黃銅則在編號(hào)前加“Z”字

28、.復(fù)雜黃銅分壓力加工黃銅和鑄造黃銅兩類(lèi).,,a.鉛黃銅 鉛改善切削加工性能，提高耐磨性，對(duì)強(qiáng)度影響不大，略微降低塑性.壓力加工鉛黃銅主要用于要求良好切削性能及耐磨性能的零件(如鐘表零件等)，鑄造鉛黃銅可制作鈾瓦和襯套. b.錫黃銅 錫顯著提高黃銅在海洋大大氣和海水中的抗蝕性，并使強(qiáng)度有所提高.壓力加工錫黃銅廣泛用于制造海船零件.,c.鋁黃銅 鋁提高黃銅的強(qiáng)度和硬度(但使塑件降低)，改善在大氣中的抗蝕性.鋁黃銅可制作海

29、船零件及其它機(jī)器的耐蝕零件.鋁黃銅中加入適量的鎳、錳、鐵后，還可得到高強(qiáng)度、高耐蝕性的復(fù)雜黃銅，用于制造大型蝸桿，海船用螺旋漿等重要零件. d.硅黃銅 硅顯著提高黃銅的機(jī)械性能、耐磨性和耐蝕性.硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進(jìn)行焊接和切削加工.主要用于制造船舶及化工機(jī)械零件. e.錳黃銅 錳提高黃銅的強(qiáng)度但不降低塑性，也能提高在海水及過(guò)熱蒸氣中 的抗蝕性.錳黃銅常用于制造海船零件及軸承等耐磨件.,f.鐵黃銅 黃銅中加入鐵

30、，同時(shí)加入少量錳，可提高再結(jié)晶溫度和細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能，使其具有高的韌性和耐磨性，并在大氣和海水中有優(yōu)良的抗蝕性，因而可制造受摩擦及海水腐蝕的零件. g. 鎳黃銅 鎳提高黃銅的再結(jié)晶溫室并細(xì)化其晶敞，改善機(jī)械性能和抗蝕性.降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)型傾向.鎳黃銅的熱加工性能良好，在造船和電機(jī)制造工業(yè)中廣泛應(yīng)用. 部分復(fù)雜黃銅加工產(chǎn)品的牌號(hào)、成分、機(jī)械性能及用途,2．青銅,青銅：青銅原指銅錫合金，但工業(yè)上都習(xí)慣稱(chēng)含鋁、硅、鉛、鈹、

31、錳等的銅基合金為青銅，所以青銅實(shí)際上包括有錫青銅、鋁青銅、鈹青銅，等等.青銅也可分為壓力加工青銅和鑄造青銅兩類(lèi).,青銅工藝品,編號(hào)方法：Q+主加元素符號(hào)+主加元素含量+其它元素含量?！癚”為“青銅”.例如，QSn4-3表爾含4％Sn.3%Zn，其余為Cu的錫青銅.鑄造青銅是在編外前加“Z”字. 部分青銅加工產(chǎn)品的牌號(hào)、成分、機(jī)械性能及用途,(1)錫青銅以錫為主要合金元素的銅基合金稱(chēng)錫青銅.Cu-Sn合金相圖.,?α相是錫溶于銅中的

32、固溶體，具有面心立方晶格，塑性良好，容易冷、熱變形.? β相是以電子化合物Cu5Sn為基的固溶體，具有體心立方品格，在高溫下塑性很好，可熱變形.β相在586℃度發(fā)生共析分解，形成(α+γ)共析體.? γ是一電子化合物Cu3Sn為基的固溶體，在520℃發(fā)生共析分解，形成(α+δ)共析體.,? δ相是以電子化合物Cu31Sn8為基的固溶體，具有復(fù)雜立方晶格.在350℃，δ相發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)椤拨?ε〕共析體.但在實(shí)際生產(chǎn)條件下，δ相的

33、分解極困難，一般得不到(α+ε)共析體，只能得到(α+δ)共析體.δ相極硬和脆，不能塑性變形，因此含較多δ相的銅錫合金在室溫下進(jìn)行冷變形是非常困難的,錫原子在銅中的擴(kuò)散比較困難，生產(chǎn)條件下的銅錫合金的組織，與平衡狀態(tài)的相差很遠(yuǎn).在一般鑄造狀態(tài)下，只有含低于5~6%Sn的錫青銅能獲得a單相組織。大于5~6％Sn時(shí)，組織中出現(xiàn)(α+δ)共析體.銅錫合金的結(jié)晶溫度范圍較大，α相常呈枝晶狀，并發(fā)生枝晶偏析.,錫(Sn) 對(duì)鑄態(tài)時(shí)機(jī)械性能的影響錫

34、含量較少時(shí)，錫含量的增加使強(qiáng)度和塑性增大.錫含量大于6-7％后，合金中出現(xiàn)硬脆的δ相，塑性急劇下降，但強(qiáng)度繼續(xù)增高.當(dāng)含量大于20％后，大量的δ相使強(qiáng)度顯著下降，合金變得很硬而脆，無(wú)使用價(jià)值.工業(yè)中使用的錫青銅，錫含量大多在3-14％之間.錫含量小于5％的錫青銅適于冷加工使用；錫含過(guò)為5-7％的錫青銅適于熱加工；錫含量大干10％的錫青銅適于鑄造。,錫青銅的鑄造收縮率很小，可鑄造形狀復(fù)雜的零件.但鑄件易生成分散縮孔，使密度降低，在高壓下容

35、易滲漏. 錫青銅在大氣、海水、淡水以及蒸氣中的抗蝕性比純銅和黃銅好，但在鹽酸、硫酸和氨水中的抗蝕性較差. 錫青銅中加入少量鉛，可提高耐磨性和切削加工性能. 加入磷可提高彈性極限、疲勞極限及耐磨性. 加入鋅可縮小結(jié)晶溫度范圍，改善鑄造性能. 錫青銅在造船、化工、機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛應(yīng)用，主要制造軸承、軸套等耐磨零件和彈簧等彈性元件，以及抗蝕、抗磁零件等.,(2)鋁青銅 以鋁為主要合金元素的銅合金稱(chēng)鋁青銅.Cu-Al

36、合金相圖見(jiàn)圖.α相是鋁在銅中的固溶體，具有面心立方晶格，強(qiáng)度較高，塑性良好，可以進(jìn)行冷、熱變形.β相是以電子化合物Cu3Al為基的固溶體，為體心立方晶格，在565℃度時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)； β—(α+γ2),γ2相是以電子化合物Cu9Al4為基的固溶體，為復(fù)雜立正方晶格，極硬且脆.在實(shí)際鑄造條件下，鋁含量為8-9％的合金，由于冷卻速度較快β-α轉(zhuǎn)變不完全，部分β相被保留，并隨后發(fā)生共析反應(yīng)，所以組織中常有部分(α+γ2)共析體.,,鋁青銅的耐

37、蝕性?xún)?yōu)良，在大氣、海水、碳酸及大多數(shù)有機(jī)酸中的耐蝕性，均比黃銅和錫青銅高。鋁青銅的耐磨性亦比黃銅和錫青銅好。 主要用于制造齒輪、軸套、蝸輪等在復(fù)雜條件下工作的高強(qiáng)度抗磨零件，以及彈簧和其它高耐蝕性彈性元件,(3)鈹青銅,以鈹為基本合金元素的銅合金 (鈹含量1.7~2.5%)稱(chēng)鈹青銅.右圖為銅鈹合金相圖.鈹溶于鋼中形成a固溶體.鈹在銅中的溶解度隨溫度變化很大．在866℃度時(shí)最大溶解度為2.7％，而在室溫下僅為0.2％，因此鈹青銅能發(fā)生時(shí)

38、效硬化.,特點(diǎn)： a）能通過(guò)熱處理強(qiáng)化，有很高的強(qiáng)度、硬度、疲勞極限和彈性極限，而且耐蝕、耐磨、無(wú)磁性，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性好 b）受沖擊無(wú)火化 c）冷熱加工性能好，鑄造性能也好應(yīng)用： a）高級(jí)精密彈性零件及特殊要求的耐磨零件 b）高速、高溫、高壓零件 c）防爆合金，如煉油廠常用的防爆工具,3．白銅,白銅：以鎳為主要合金元素的銅合金稱(chēng)為白銅. 主要有普通白銅、鋁白銅和錳白銅等。普通白銅僅含銅和鎳.特點(diǎn)：具有很高的耐蝕

39、性，電阻率高，優(yōu)良的冷、熱加工性. 應(yīng)用：廣泛用于制造船舶、精密儀器、儀表、化工機(jī)械及醫(yī)療器械中的關(guān)鍵零件.,白銅管,編號(hào)：B+鎳的平均含量.“B”為“白銅”.例如，B19表示含19％Ni的普通白銅. 常用白銅的牌號(hào)、成分、機(jī)械性能和用途見(jiàn)表.,作業(yè)及思考題,1 根據(jù)二元鋁合金一般相圖，說(shuō)明鋁合金是如何分類(lèi)的？2 什么是鋁合金熱處理強(qiáng)化方法？簡(jiǎn)述其強(qiáng)化機(jī)理？3 變形鋁合金分為哪幾類(lèi)？主要性能特點(diǎn)是什么？4 如何提高ZL1

40、02的力學(xué)性能？5 試述Cn-Zn(黃銅）的主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用？（為什么黃銅H62的強(qiáng)度高而塑性低？黃銅H68的塑性卻比H62好？,返回,鈦是化學(xué)活潑性極高的金屬，呈灰白色 鈦及鈦合金具有重量輕、比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕以及良好低溫韌性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)資源豐富，所以有著廣泛應(yīng)用前景。但目前鈦及鈦合金的加工條件復(fù)雜，成本較昂貴，在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。鈦及鈦合金見(jiàn)表,第三節(jié) 鈦及鈦合金,一、純鈦   

41、1. 純鈦性能密度?。?.5g/cm3），熔點(diǎn)高（1 688℃）， 熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性差。純鈦塑性好（δ=40%、ψ=60%） 、強(qiáng)度、硬度低（σb= 290MPa、100HBW)。鈦的成形性、焊接性和切削加工性良好，可制成細(xì)絲和薄片。鈦在大氣和海水中有優(yōu)良的耐蝕性，在硫酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉等介質(zhì)中都很穩(wěn)定。鈦與氧、氮形成致密的保護(hù)膜，因此在大氣、高溫氣體及許多腐蝕性介質(zhì)中有良好的耐蝕性。鈦的抗氧化能力優(yōu)于大多數(shù)奧氏體不

42、銹鋼,2. 晶體結(jié)構(gòu) 鈦具有同素異晶轉(zhuǎn)變。 鈦在固態(tài)有兩種結(jié)構(gòu)： ? 882.5℃以上直到熔點(diǎn)為體心立方晶格, 稱(chēng) β-Ti。 ? 882.5℃以下為密排六方晶格, 稱(chēng) α-Ti 。    冷卻時(shí)在882.5℃發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變:            

43、0;  β-Ti → α-Ti,3. 牌號(hào)及用途 TA0、 TA1、TA2、TA3四種。編號(hào)越大雜質(zhì)越多。 用途：純鈦可制作在350℃以下工作的、強(qiáng)度要求不高的零件和沖壓件，如石油化工用的熱交換器、反應(yīng)器、海水凈化裝置及艦船零部件。,純鈦筆記本電腦外殼,二、鈦合金     合金元素溶入α-Ti 中, 形成α固溶體, 溶入β-Ti 中形成β固溶體。  

44、0;  α穩(wěn)定化元素鋁、碳、氮、氧、硼等使同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度升高。     β穩(wěn)定化元素鐵、鉬、鎂、鉻、錳、釩等使同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度下降。 合金元素對(duì)鈦同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度的影響,,鈦泵,,,鈦合金分類(lèi)根據(jù)使用狀態(tài)的組織，分為三類(lèi)： α鈦合金、 β鈦合金（α＋β）鈦

45、合金。牌號(hào)分別以TA、TB、TC加數(shù)字(序號(hào)）來(lái)表示,1. α鈦合金 鈦中加入鋁、硼等α穩(wěn)定化元素獲得α鈦合金。α鈦合金的室溫強(qiáng)度低于β鈦合金和（α＋β）鈦合金，但高溫(500 ℃～600 ℃)強(qiáng)度比它們的高，并且組織穩(wěn)定，抗氧化性和抗蠕變性好，焊接性能也很好。α鈦合金不能淬火強(qiáng)化，主要依靠固溶強(qiáng)化，熱處理只進(jìn)行退火(變形后的消除應(yīng)力退火或消除加工硬化的再結(jié)晶退火)。  牌號(hào)有：TA4、TA5、TA6、TA

46、7、TA8等 。典型牌號(hào)是TA7，成分為T(mén)i-5Al-2.5Sn。其使用溫度不超過(guò)500 ℃，主要用于制造導(dǎo)彈的燃料罐、超音速飛機(jī)的渦機(jī)扎匣等。,2. β鈦合金     鈦中加入鉬、鉻、釩等β穩(wěn)定化元素得到β鈦合金。    β鈦合金有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的沖壓性能，并可通過(guò)淬火和 時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化。在時(shí)效狀態(tài)下，合金的組織為β相和彌散分 布的細(xì)小α相

47、粒子。     ? 牌號(hào)有TB1、TB2、TB3等 。 ? 典型牌號(hào)是TB1，成分為T(mén)i-3Al-13V-11Cr, 一般在350℃以下使用, 適于制造壓氣機(jī)葉片、軸、輪盤(pán)等重載的回轉(zhuǎn)件，以及飛機(jī)構(gòu)件等。,3. （α＋β）鈦合金     鈦中通常加入β穩(wěn)定化元素、大多數(shù)還加入α穩(wěn)定化元素。所得到的（α＋β）鈦合金。塑性很好，容易鍛造、壓延和沖壓，并可通過(guò)淬火和時(shí)

48、效進(jìn)行強(qiáng)化。熱處理后強(qiáng)度可提高50%～100%。 牌號(hào)有TC1、TC2···TC10。,典型牌號(hào)是TC4，成分為T(mén)i-6Al-4V，經(jīng)淬火及時(shí)效處理后，顯微組織為塊狀α＋β＋針狀α。其中針狀α是時(shí)效過(guò)程中從β相析出的。     強(qiáng)度高，塑性好，在400 ℃時(shí)組織穩(wěn)定，蠕變強(qiáng)度較高，低溫時(shí)有良好的韌性，并有良好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕的能力。