工程材料学 有色金属

1、1 铝及铝合金铝及铝合金 铜及铜合金铜及铜合金 钛及钛合金钛及钛合金 （有色金属）（有色金属） 2 黑色金属材料黑色金属材料 钢铁材料。钢铁材料。 有色金属有色金属 非铁金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材料。非铁金属材料是指钢铁材料以外的各种金属材料。 有色金属的许多特殊性能有色金属的许多特殊性能 比强度高比强度高 导电性或导热性好导电性或导热性好 耐腐蚀性及耐热性耐腐蚀性及耐热性 有着钢铁材料无法替代的性能，在机电、仪表、特别是航海、有着钢铁材料无法替代的性能，在机电、仪表、特别是航海、 航空、航天等工业中具有重要的作用。生产中常用的有铝、航空、航天等工业中具有重要的作用。生产中常用的有铝

2、、 铜、钛、镁、锌等金属及其合金。铜、钛、镁、锌等金属及其合金。 3 一、工业纯铝一、工业纯铝 1 1性能特点性能特点 比重小比重小、比强度高比强度高 铝的铝的密度密度( (比重比重) )为为2.7g/cm2.7g/cm3 3，仅仅为钢的为钢的 三分之一，铝合金经处理后，单位质量材料能承受的载荷三分之一，铝合金经处理后，单位质量材料能承受的载荷 远大于高强度钢。远大于高强度钢。 优良的物理、化学性能优良的物理、化学性能 铝的导电性和导热性仅次于铝的导电性和导热性仅次于AgAg、CuCu、 AuAu，但单位重量的导电能力却是铜的，但单位重量的导电能力却是铜的200200。铝表面可生成。铝表面可生

3、成 致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、致密的氧化膜，可以有效的抵抗大气腐蚀，但不耐酸、碱、 盐液腐蚀。铝为非铁磁性材料。盐液腐蚀。铝为非铁磁性材料。 良好的加工性能良好的加工性能 强度不高强度不高(b b8080100MPa)100MPa)，塑性很好，塑性很好 (35354040 8080),),熔点低熔点低(Tm=660)(Tm=660)。冷变形、。冷变形、 切削、铸造、焊接都比较容易。切削、铸造、焊接都比较容易。 4 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 高纯铝高纯铝 L01L01、L02L02、L03L03、L04 L04 纯度为纯度为99.93%99.93%到到99.9

4、9699.996，编，编 号越大纯度越高。主要用来制作号越大纯度越高。主要用来制作铝箔铝箔、电容器电容器、科研材料科研材料。 2 2纯铝的牌号和用途纯铝的牌号和用途 工业纯铝工业纯铝 L1L1、L2L2、L3L3、L4L4、L5L5，纯度从，纯度从99%99%9898，编号越大编号越大 纯度越低纯度越低。主要用来制作。主要用来制作电线电线、电缆电缆、器皿器皿等。纯铝的强度等。纯铝的强度 较低，一般不用来制作机械构件。较低，一般不用来制作机械构件。 按按GB/T8063GB/T806319941994对铸造纯铝规定为对铸造纯铝规定为ZAl99.5ZAl99.5，数字表，数字表 示铝含量的百分数。

5、示铝含量的百分数。 按按GB/T16474GB/T1647419961996对变形纯铝规定为对变形纯铝规定为1A931A93，数字表示，数字表示 铝含量的百分数铝含量的百分数99.9399.93中小数点后的数字。中小数点后的数字。 5 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 基本特性基本特性 纯铝固态无同素异晶转变纯铝固态无同素异晶转变，无法象钢那样相变热处，无法象钢那样相变热处 理，用理，用冷加工强化冷加工强化，断裂强度，断裂强度 b b可达可达150150250MPa250MPa，但塑性，但塑性 的牺牲较大。在铝中加入的牺牲较大。在铝中加入CuCu、MgMg、MnMn、SiSi等元素，可以采用

6、热等元素，可以采用热 处理方法处理方法时效来强化时效来强化。 时效强化的基本过程时效强化的基本过程 以以 4 4CuCuAlAl合金为例。合金为例。 将合金加热到将合金加热到 550550，CuCu全部全部 溶解到溶解到AlAl中，快速冷却中，快速冷却( (淬火淬火) ) 得到过饱和固溶体，这时合金得到过饱和固溶体，这时合金 的强度的强度b b可以达到约可以达到约250MPa250MPa。 6 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 l过饱和固溶体室温放置过饱和固溶体室温放置4 45 5后，固溶体中有细小的后，固溶体中有细小的AlAl CuCu化合物化合物析出，获得高硬度，阻碍铝的塑性变形，析出，

7、获得高硬度，阻碍铝的塑性变形，b b上上 升到约升到约 400400420MPa420MPa。时间延长，材料的强度和硬度提高。时间延长，材料的强度和硬度提高 的现象称为的现象称为“时效硬化时效硬化”。放置在室温下，材料自己发生。放置在室温下，材料自己发生 时效的过程称为时效的过程称为“自然时效自然时效”。在。在CuCuAlAl合金中，超过合金中，超过 5 5 天天之后，材料强度进一步变化就不很明显了。之后，材料强度进一步变化就不很明显了。 l过饱和固溶体进行加热，时效的温度提高，在过饱和固溶体进行加热，时效的温度提高，在130130大约大约 经过经过1010小时小时, ,就能达到最高的硬度。这

8、种人为加热来加快就能达到最高的硬度。这种人为加热来加快 的时效过程称为的时效过程称为“人工时效人工时效”。加热温度过高，化合物长。加热温度过高，化合物长 大，数量减少，强化效果下降，所以这种铝合金不宜用于大，数量减少，强化效果下降，所以这种铝合金不宜用于 较高的温度。较高的温度。 7 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达到的最时效温度越高，达到最高硬度所用时间越短，能达到的最 高硬度值也越低，常用人工时效工艺为高硬度值也越低，常用人工时效工艺为130130约约1010小时，小时，在达在达 到最高硬度的前沿。到最高硬度的前沿。 8 第一节第一节 铝及铝

9、合金铝及铝合金 1. 1. 铸造铝合金铸造铝合金 牌号牌号 ZLxxxZLxxx表示，表示，ZLZL为铸铝，后为三位数字，第一个数字表为铸铝，后为三位数字，第一个数字表 示合金类型，即主合金元素示合金类型，即主合金元素( (1 1Si 2Si 2Cu 3Cu 3Mg 4Mg 4ZnZn 等等) )，后两位的顺序号表示其它合金元素，对应不同的化学，后两位的顺序号表示其它合金元素，对应不同的化学 成分，但在这里没有钢那样明显。各自的成分和性能特点成分，但在这里没有钢那样明显。各自的成分和性能特点 查相关手册。查相关手册。 主要用途主要用途 铸造铝合金用于制造铸造铝合金用于制造形状复杂的零件形状复杂

10、的零件， 例如仪表、内燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质例如仪表、内燃机活塞、飞机等壳体零件。主要利用质 轻、比强度高的特点。轻、比强度高的特点。 处理特点处理特点 铸造中采用铸造中采用钠盐钠盐变质处理变质处理来细化晶粒。事后进行来细化晶粒。事后进行 均匀化、时效强化等处理。均匀化、时效强化等处理。 9 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 10 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 2. 2. 形变铝合金形变铝合金 由冶金厂进行处理并加工成各种型材，包括铝板、铝带、由冶金厂进行处理并加工成各种型材，包括铝板、铝带、 铝棒、线材、管材、角铝和各种异型材等，通常使用厂家不必铝棒、线材、管材、角铝和

11、各种异型材等，通常使用厂家不必 在进行材质处理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特在进行材质处理。由于在合金中加入的合金元素不同，性能特 点也各不相同。常见的形变铝合金有：点也各不相同。常见的形变铝合金有： 防锈铝防锈铝 牌号牌号LFxxLFxx 主要在于进一步主要在于进一步提高对大气的腐蚀提高对大气的腐蚀，常用，常用 来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品等。来制造航空油箱、油管、以及器皿、日用品、门窗装饰品等。 GB/T1647GB/T1647 5-19965-1996 GB3190-GB3190- 8282 抗拉强度抗拉强度 3A213A21LF21LF21 Al-MnA

12、l-Mn190MPa190MPa 5A025A02LF2LF2Al-MgAl-Mg230MPa230MPa 5A065A06LF6LF6Al-MgAl-Mg320MPa320MPa 11 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 2. 2. 形变铝合金形变铝合金 硬铝硬铝 牌号牌号LYxxLYxx，Al-Cu-MgAl-Cu-Mg合金。合金。 主要进一步提高其强度和硬主要进一步提高其强度和硬 度，制造飞机的大梁和蒙皮、度，制造飞机的大梁和蒙皮、 机械构件等。机械构件等。 GB/T1647GB/T1647 5-19965-1996 GB3190-GB3190- 8282 抗拉强度抗拉强度 2A012A

13、01LY1LY1Al-Cu-MgAl-Cu-Mg 2A112A11LY11LY11420MPa420MPa 2A122A12LY12LY12475MPa475MPa 超硬铝超硬铝 牌号牌号LCxxLCxx，Al-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si合合 金。主要有高其强度和硬度，金。主要有高其强度和硬度， 这时的这时的b b可达到可达到680MPa680MPa， 高于优质碳速结构钢，主要高于优质碳速结构钢，主要 用来用来制造飞机上受力大制造飞机上受力大的零的零 件。件。 GB/T1647GB/T1647 5-19965-1996 GB3190-GB3190- 8282 抗拉强度抗拉强度 7A

14、047A04LC4LC4Al-Cu-Al-Cu- Mg-ZnMg-Zn 600MPa600MPa 7A097A09LC9LC9660MPa660MPa 12 第一节第一节 铝及铝合金铝及铝合金 2. 2. 形变铝合金形变铝合金 锻铝锻铝 牌号牌号LDxxLDxx，通常为，通常为Al-Cu-Mg-SiAl-Cu-Mg-Si合金。强度合金。强度b b400400 500MPa500MPa，塑性较好，可以锻造成型，用来制造一些复杂的结构，塑性较好，可以锻造成型，用来制造一些复杂的结构 零件。零件。 GB/T1647GB/T1647 5-19965-1996 GB3190-GB3190- 8282 抗

15、拉强度抗拉强度 2A502A50LD5LD5Al-Cu-Al-Cu- Mg-SiMg-Si 420MPa420MPa 2B502B50LD6LD6340MPa340MPa 2A142A14LD14LD14480MPa480MPa 形变铝合金的具体成分和性能指标参数参看教材附表。形变铝合金的具体成分和性能指标参数参看教材附表。 13 纯铜的纯铜的比重比重8.9g/cm8.9g/cm3 3，熔点熔点10831083，为面心立方晶格，无，为面心立方晶格，无 同素异晶转变。铜是人类用得最早的金属材料同素异晶转变。铜是人类用得最早的金属材料。 1 1铜及其合金的性能特点铜及其合金的性能特点 1)1)优异

16、的优异的导电性导电性和和导热性导热性； 2)2)对大气、水有良好的对大气、水有良好的耐腐蚀性耐腐蚀性； 3)3)良好的良好的加工性能加工性能，可以冷、热变形成型，可以铸造成，可以冷、热变形成型，可以铸造成 型，便于切削加工；型，便于切削加工； 4)4)强度不高强度不高( (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) )；但构成的一些合金有好的；但构成的一些合金有好的 减摩性减摩性、耐磨性耐磨性，有些有高的，有些有高的弹性极限弹性极限和和疲劳极限疲劳极限； 5)5)外表色泽美观。外表色泽美观。

17、 14 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 成分成分 铜为主体铜为主体 + + 为杂质，其中常见元素为杂质，其中常见元素 有有PbPb、BiBi、O O、S S、P P等，它们降低了材料等，它们降低了材料 的导电、导热性能的导电、导热性能, ,特别是高温或低温下特别是高温或低温下 明显降低了材料的塑性。明显降低了材料的塑性。 牌号牌号 T1T1T4 T4 铜含量为铜含量为99.9599.9599.599.5。纯铜有。纯铜有玫瑰红色玫瑰红色，表面，表面 形成氧化膜后呈紫色，故一般称为形成氧化膜后呈紫色，故一般称为紫铜紫铜。 T1 T1 99.95% 99.95% T2 T2 99.90% 99.

18、90% T3 T3 99.70% 99.70% T4 T4 99.5%99.5% 用途用途 T1T1、T2T2用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、用于电工导体材料，制作电线、电缆、电气开关、 导电垫圈、螺杆等。导电垫圈、螺杆等。T3T3、T4T4为一般用铜材，制作油管、油嘴为一般用铜材，制作油管、油嘴 等。等。 用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到用于真空电气元件的纯铜，还需要经过还原气氛保护熔炼得到 的无氧铜，以及用的无氧铜，以及用P P或或MnMn进行脱氧铜。进行脱氧铜。 15 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 ZnZn对黄铜性能的影响对黄铜性能的影响 明显改善

19、其力学性能明显改善其力学性能，随，随ZnZn含量增加，强度和塑性都提高。含量增加，强度和塑性都提高。 当当ZnZn到到30303232时，时，达到最大值达到最大值(10(10) )；当；当ZnZn到到4545时，时， 强度强度b b达到最大值达到最大值( (约约650MPa)650MPa)，工业用黄铜中，工业用黄铜中ZnZn的含量一的含量一 般在般在4545以下。以下。 具有良好的铸造性能具有良好的铸造性能，特别是，特别是ZnZn含量含量1010和和3838时，铸时，铸 造的缩孔集中，铸件的致密都高。造的缩孔集中，铸件的致密都高。 具有良好的耐腐蚀行具有良好的耐腐蚀行，特别是在大气、海水中。，

20、特别是在大气、海水中。 Zn Zn在在CuCu中固溶度高，中固溶度高，Cu-ZnCu-Zn合金称为黄铜合金称为黄铜. .颜色淡黄色。颜色淡黄色。 16 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 17 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 常用黄铜常用黄铜 1 1单相黄铜单相黄铜 组织为单一的组织为单一的相相 牌号有牌号有H96H96、H90H90、H85H85、H80H80、H75H75、H70H70、H68H68。数字为数字为CuCu的含的含 量量，其余为，其余为ZnZn。用来制作散热器的管道、叶片，奖章和装饰品，。用来制作散热器的管道、叶片，奖章和装饰品， 深冲压类弹巧等。深冲压类弹巧等。 2 2

21、双相黄铜双相黄铜 组织为组织为两相两相 是以电子化合物是以电子化合物CuZnCuZn为基的固溶体为基的固溶体，体心立方晶格，高温塑，体心立方晶格，高温塑 性好，低于性好，低于456456时为有序化转变成时为有序化转变成，塑性明显下降。，塑性明显下降。 两相黄铜的牌号有两相黄铜的牌号有H62H62、H59H59，其强度高于单相黄铜，但塑性低，其强度高于单相黄铜，但塑性低 于单相黄铜，使用状态为生产厂的铸件或冶金厂高温轧制的邦、于单相黄铜，使用状态为生产厂的铸件或冶金厂高温轧制的邦、 板等型材。常用来制造铆钉、螺帽、垫圈等电气零件。板等型材。常用来制造铆钉、螺帽、垫圈等电气零件。 18 第二节第二

22、节 铜及铜合金铜及铜合金 常用黄铜常用黄铜 3 3特殊黄铜特殊黄铜 在在CuCuZnZn黄铜的基础上加入黄铜的基础上加入SnSn、PbPb、AlAl、SiSi、 MnMn等元素，改变相应的性能。等元素，改变相应的性能。 牌号牌号 HMxxHMxxx x，元素符号为，元素符号为ZnZn以外的主元素，第一部分数字为以外的主元素，第一部分数字为 含铜量，第二部分数字为含铜量，第二部分数字为ZnZn外的主元素量，余量为外的主元素量，余量为ZnZn。 例例 如：如： H HP Pb b64-264-2表示含铜量为表示含铜量为64%64%，含铅，含铅2%2%，其余为锌的黄铜。，其余为锌的黄铜。 用途用途

23、品种繁多，如铅黄铜品种繁多，如铅黄铜H HPbPb64-264-2钟表或汽车用钟表或汽车用一般零件；一般零件； 铝黄铜铝黄铜HAl77-2HAl77-2制作齿轮、涡轮、衬套、螺旋桨的耐腐蚀零件等制作齿轮、涡轮、衬套、螺旋桨的耐腐蚀零件等 等。等。 19 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 白铜是白铜是CuCuNiNi系系合金，以及合金，以及Cu-Ni-ZnCu-Ni-Zn、Cu-Ni-MnCu-Ni-Mn系合金系合金 l不仅有较好的不仅有较好的强度强度和优良的和优良的塑性塑性，可以进行，可以进行冷、热变冷、热变 形形加工，而且加工，而且耐腐蚀性耐腐蚀性很好。很好。 l主要用来制造蒸气和海水环境

24、中工作的精密仪器、仪主要用来制造蒸气和海水环境中工作的精密仪器、仪 表零件、化工机械零件及医疗器械等。表零件、化工机械零件及医疗器械等。 l含锰量较高的白铜可用来制作含锰量较高的白铜可用来制作热电偶丝热电偶丝及及变阻器变阻器，另，另 一典型用途就是镶牙和制作奖牌。一典型用途就是镶牙和制作奖牌。 20 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 1 1锡青铜锡青铜 除黄铜除黄铜(Cu(CuZn)Zn)、白铜、白铜(Cu(CuNi)Ni)外其余的铜合金的总称。外其余的铜合金的总称。 牌号牌号 QMxxQMxxx x，其中，其中 Q Q表示青铜，元素符号为主元素，第一部表示青铜，元素符号为主元素，第一部 分

25、数字为主合金元素的含量，第二部分数字为其它合金元素的分数字为主合金元素的含量，第二部分数字为其它合金元素的 含量。对铸造青铜在前面加字母含量。对铸造青铜在前面加字母Z Z。 人类最早使用的金属材料，古代人类最早使用的金属材料，古代 剑、镜、鼎都用锡青铜铸造成。剑、镜、鼎都用锡青铜铸造成。 为为fccfcc，适合冷热加工；，适合冷热加工；为为 电子化合物电子化合物CuCu5 5SnSn为基的固溶体为基的固溶体 (bcc)(bcc)，塑性好；低温是形成，塑性好；低温是形成 相，再转为相，再转为相；相；相是以电子相是以电子 化合物化合物 CuCu31 31Sn Sn8 8为基的固溶体，为基的固溶体，

26、 系复杂立方晶格，硬而脆。系复杂立方晶格，硬而脆。 21 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 1 1锡青铜锡青铜 l锡青铜表面易形成锡青铜表面易形成CuCu2 2O O及及CuCOCuCO3 3* *Cu(OH)Cu(OH)2 2构成的致密薄膜，对大构成的致密薄膜，对大 气、海水、碱性溶液有由于黄铜的耐腐蚀能力，强度、硬度也气、海水、碱性溶液有由于黄铜的耐腐蚀能力，强度、硬度也 比黄铜高，但易被比黄铜高，但易被氨水氨水和和酸性酸性介质浸蚀。介质浸蚀。 l含锡量较高的锡青铜在铸造时含锡量较高的锡青铜在铸造时树枝结晶非常严重树枝结晶非常严重，流动性小，流动性小， 形成大量的分散缩孔，对型腔的填充性

27、好，但铸件的致密度差，形成大量的分散缩孔，对型腔的填充性好，但铸件的致密度差， 容器在高压下会渗漏。如容器在高压下会渗漏。如QSn10-1(10%Sn-1%Pb)QSn10-1(10%Sn-1%Pb)主要用来制作减主要用来制作减 磨零件，磨零件，轴承、轴套、涡轮、丝杆螺母轴承、轴套、涡轮、丝杆螺母等。等。 l含锡量较低的青铜有好的塑性，可以进行压力加工，得到较高含锡量较低的青铜有好的塑性，可以进行压力加工，得到较高 强度、硬度，强度、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160HB1

28、60HB，用，用来制作来制作弹性元件弹性元件，化工，化工管道配件和管道配件和耐蚀耐磨零件，耐蚀耐磨零件， 以及一些以及一些抗磁零件。抗磁零件。 22 第二节第二节 铜及铜合金铜及铜合金 2 2铝青铜铝青铜 含铝含铝1010左右的合金左右的合金具有强度高（具有强度高（400400500MPa500MPa），结晶温度范），结晶温度范 围小，铸件致密，具有高的耐大气、海水、碳酸腐蚀能力，同围小，铸件致密，具有高的耐大气、海水、碳酸腐蚀能力，同 时具有耐磨损、耐寒冷、冲击时无火花等特点。例如时具有耐磨损、耐寒冷、冲击时无火花等特点。例如QAl9QAl9 4(9%Al-4%Fe-Cu)4(9%Al-4%

29、Fe-Cu)用来制作用来制作齿轮、涡轮、衬套、螺旋桨的耐腐蚀齿轮、涡轮、衬套、螺旋桨的耐腐蚀 零件等。零件等。 3.3.铍青铜铍青铜 QBe2(2%Be-0.4%Ni-Cu),QBe2(2%Be-0.4%Ni-Cu),含铍青铜热处理后，可以获得很高的力含铍青铜热处理后，可以获得很高的力 学性能学性能,(,(b b120012001400MPa1400MPa，2 24 4，HB330HB330400)400)，铍，铍 青铜不仅强度、硬度、弹性、耐磨性高，而且抗蚀性、导热性、青铜不仅强度、硬度、弹性、耐磨性高，而且抗蚀性、导热性、 导电性、耐寒性也非常好，并且无磁性、冲击无火花。铍青铜导电性、耐寒

30、性也非常好，并且无磁性、冲击无火花。铍青铜 主要用于制作重要弹簧，弹性元件、钟表、仪器零件和防爆工主要用于制作重要弹簧，弹性元件、钟表、仪器零件和防爆工 具等等，可惜的是具等等，可惜的是价格太贵价格太贵而妨碍了在工业中的大量硬应用。而妨碍了在工业中的大量硬应用。 23 一、性能特点一、性能特点 1)1)密度小密度小( (4.5g/cm4.5g/cm3 3) )、熔点高、熔点高( (16681668) )，强度相当于优，强度相当于优 质钢，比强度高，是好的热强合金材料。质钢，比强度高，是好的热强合金材料。 2)2)热膨胀系数小，加热时热应力小。热膨胀系数小，加热时热应力小。 3)3)导热性差、摩

31、擦系数大，切削加工困难。导热性差、摩擦系数大，切削加工困难。 4)4)对大气、高温气体、氧化性海水具有对大气、高温气体、氧化性海水具有极高的耐腐蚀性极高的耐腐蚀性， 对硝酸、铬酸、碱液、有机酸也具有良好的耐蚀性，对硝酸、铬酸、碱液、有机酸也具有良好的耐蚀性， 但不耐但不耐氢氟酸氢氟酸腐蚀。腐蚀。 24 第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 高纯高纯TiTi的强度并不高，仅的强度并不高，仅250250290MPa290MPa，随着杂质含量的增，随着杂质含量的增 加，钛的强度增加，而塑性下降。含有少量杂质的工业纯钛的加，钛的强度增加，而塑性下降。含有少量杂质的工业纯钛的 抗拉强度达抗拉强度达5505

32、50700MPa700MPa，经过冷塑性变形可明显提高其强度。，经过冷塑性变形可明显提高其强度。 4040的冷变形可以使工业纯钛的抗拉强度从的冷变形可以使工业纯钛的抗拉强度从588MPa588MPa提高到提高到 784MPa784MPa，再结晶退火温度一般为，再结晶退火温度一般为600600700700。工业纯钛可以用工业纯钛可以用 来制作飞机的蒙皮和隔热板等来制作飞机的蒙皮和隔热板等。 纯纯TiTi在固态下具有在固态下具有同素异晶转变同素异晶转变，在，在882.5882.5以下时为以下时为- TiTi，具有，具有chpchp；在；在882.5882.5以上至熔点为以上至熔点为-Ti-Ti，具

33、有，具有bccbcc。合金。合金 元素的加入一方面对元素的加入一方面对TiTi可以达到固溶强化的效果，同时也是提可以达到固溶强化的效果，同时也是提 高钛合金抗高钛合金抗蠕变蠕变的能力；另一方面，不同元素对的能力；另一方面，不同元素对同素异晶转变同素异晶转变 温度的影响趋势不同，缩小温度的影响趋势不同，缩小区的为区的为稳定元素，降低转变温稳定元素，降低转变温 度的为度的为稳定元素，当其数量增加时在室温下分别可以单一的稳定元素，当其数量增加时在室温下分别可以单一的 相、单一的相、单一的相、或两相共存。相、或两相共存。相的强度高于相的强度高于相，而相，而 相的塑性较高相的塑性较高，但使用温度有一定的

34、限制，高温下会发生从，但使用温度有一定的限制，高温下会发生从 相向相向相的相变。相的相变。 25 第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 1 1钛合金钛合金 lAlAl是稳定是稳定钛合金的主要元素，一般含量在钛合金的主要元素，一般含量在4 46%6%左右左右。 可以加入可以加入SnSn、CuCu、ZrZr来进一步提高固溶强化的效果。来进一步提高固溶强化的效果。 l工业用工业用钛合金牌号为钛合金牌号为TA4TA4TA8TA8，数值高表示强度升高，数值高表示强度升高， 强度可达强度可达1000MPa1000MPa，使用温度相应可提高，塑性递减。，使用温度相应可提高，塑性递减。 如如: TA8: TA8

35、的成分为的成分为TiTi（4.54.55.5%5.5%）Al-Al-（2.02.03.0%3.0%） Sn-Sn-（2.52.53.5%Cu3.5%Cu）- -（1.01.01.5%1.5%）ZrZr，比强度高，制作，比强度高，制作 大半径的飞机蒙皮；大半径的飞机蒙皮；500500以下长期工作以下长期工作的发动机压气机的发动机压气机 盘、叶片、外壳、排其管道、框架等；利用好的塑性特点盘、叶片、外壳、排其管道、框架等；利用好的塑性特点 用来制作超低温容器用来制作超低温容器 26 第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 2 2钛合金钛合金 l含少量铝含少量铝(2.5(2.53.55%Al)3.55%A

36、l)的钛合金中，加入较多的的钛合金中，加入较多的CrCr、MoMo、V V 来稳定来稳定相，在水冷或空气冷却条件下，相，在水冷或空气冷却条件下，相全部保留到室温。相全部保留到室温。 此外当加入量超过固溶量时，弥散析出相也有强化作用。此外当加入量超过固溶量时，弥散析出相也有强化作用。 l钛合金是一种高强度钛合金，钛合金是一种高强度钛合金，b b可达可达137213721470MPa1470MPa，这时，这时 还有还有7 71010的延伸率的延伸率 ( (优于优于60Si2Mn60Si2Mn淬火淬火460460回火的性能回火的性能) )。 l现用现用钛合金：钛合金：TB1 (Ti-3Al-8Mo-

37、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%。 多以板材和棒材供应，主要用来制作飞机列国零件、螺栓、铆多以板材和棒材供应，主要用来制作飞机列国零件、螺栓、铆 钉等紧固件。但这种合金的密度大、弹性模量低、热稳定性差，钉等紧固件。但这种合金的密度大、弹性模量低、热稳定性差， 工作温度一般不超过工作温度一般不超过200200。 27 第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 3 3钛合金钛合金 l同时加入

38、了同时加入了稳定元素和稳定元素和稳定元素，两个相都得到强稳定元素，两个相都得到强 化。良好的综合力学性能，即强度较高，塑性良好。焊接化。良好的综合力学性能，即强度较高，塑性良好。焊接 性能不及性能不及钛合金，两相混合的钛合金的生产工艺较为简钛合金，两相混合的钛合金的生产工艺较为简 单，可以用热处理来调整两相的比例来改变性能。单，可以用热处理来调整两相的比例来改变性能。 l牌号牌号 TCTC1 1TCTC1010， b b 600 60010501050MPaMPa，数字高，强度高，数字高，强度高， 塑性相差不大塑性相差不大，9%9%。 28 第三节第三节 钛及钛合金钛及钛合金 热处理的概念热处理的概念 从高温到低温有从高温到低温有bccbcc向向hcphcp的相变，不同的元素的相变，不同的元素 在在和和钛中的溶解度也不相同，与钢类似。钛中的溶解度也不相同，与钢类似。 退火退火 缓慢冷却得到平衡的单或两相组织。缓慢冷却得到平衡的单或两相组织。 淬火淬火 快速冷却快速冷却 1)1)从从向向相变以切变方式形成马氏体；相变以切变方式形成马氏体； 2)2)可溶入可溶入相而在相而在相中溶解度较小的合金元素可以形成过饱相中溶解度较小的合金元素可以形成过饱 和固溶体；和固溶体； 3)3)淬火使淬火使相量少时的析出过程被抑制，增加相量少时