第九单元 非铁金属及其合金

1、 与钢铁相比，非铁金属及其合金具有许多特殊的力学、物理和化学性能，因而成为现代工艺、国防、科学研究领域中不可缺少的工程材料。p铝、镁、钛等金属及其合金，具有的特点，在航天航空工业、汽车制造、船舶制造等方面应用十分广泛；p 银、铜、铝等金属，是电器工业和仪表工业不可缺少的材料；p 钨、钼、铌是制造在1300以上使用的的理想材料。一一. 铝及其合金铝及其合金p 铝及其合金的性能特点铝及其合金的性能特点 纯铝的密度为2.7k/cm3，大约是钢铁材料的三分之一，铝合金的密度也很小。采用各种强化手段后，铝合金的密度可以接近低合金高强度钢，因此其比强度（强度与密度之比）比一般的高强度钢高得多。 铝及其合金

2、（退火状态）的塑性很好，能通过冷、热压力加工制成各种型材，如丝、线、箔、片、棒、管等。其切削加工性能也很好。高铝合金在退火状态下加工成型后，经过适当的热处理工艺，可以达到很高的强度。铸造铝合金铸造性能优良，例如，硅铝明（一种铝硅合金）可适用于多种铸造方法。 铝的导电性和导热性好，仅次于银、铜和金，居于第四位。室温时，铝的导电能力约为铜的62%；若按单位质量材料的导电能力计算，铝的导电能力为铜的二倍。纯铝及其合金有相当好的抗大气腐蚀能力，这是因为在铝的表面生成一层致密的氧化铝薄膜，有效隔绝铝与氧的接触，阻止了铝的进一步氧化。p 1.工业纯铝工业纯铝u 密度较小，约为密度较小，约为2.7g/cm3

3、 ；面心立方晶格（；面心立方晶格（FCC）；无同素异晶）；无同素异晶转变；转变；u 导电、导热性好，仅次于银、金、铜。导电、导热性好，仅次于银、金、铜。u 极强的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面生成致密的氧化膜，极强的抗大气腐蚀能力，在空气中铝的表面生成致密的氧化膜，保护了内部金属不被腐蚀保护了内部金属不被腐蚀钝化现象。但铝不能耐酸、碱、盐的钝化现象。但铝不能耐酸、碱、盐的腐蚀；腐蚀；u 非磁性、无火花材料；非磁性、无火花材料；u 强度低，塑性好，比强度高；可通过冷变动强化提高强度、硬度；强度低，塑性好，比强度高；可通过冷变动强化提高强度、硬度；分类分类：工业纯铝：工业纯铝纯铝纯铝(99%wA

4、L99.85)和高纯铝和高纯铝(wAL99.85%)两类。两类。纯铝又分为铸造纯铝和变形铝两种。纯铝又分为铸造纯铝和变形铝两种。纯铝纯铝1）. 高纯铝高纯铝 纯度纯度 99.9399.99% ， 牌号牌号 L01、L02、L03、L04，编号越，编号越大，纯度越高。纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。大，纯度越高。纯铝主要用于科学研究及制作电容器等。 2）. 工业高纯铝工业高纯铝 纯度纯度 98.8599.9%，牌号，牌号 L0、L00 。 主要用于制作铝箔、包铝、冶炼铝合金的原料主要用于制作铝箔、包铝、冶炼铝合金的原料 3）. 工业纯铝工业纯铝 纯度纯度 98.099.0% ，牌号，牌号 L

5、1、L2、L3、L4、L5，编号越，编号越大，号越大，纯度越低。大，号越大，纯度越低。 主要用于制作电线、电缆、器皿及配制合金。主要用于制作电线、电缆、器皿及配制合金。p 2.铝合金的分类及强化铝合金的分类及强化 用于制作铝合金的用于制作铝合金的合金元素大致分为主加合金元素大致分为主加元素（硅、铜、镁、锌、元素（硅、铜、镁、锌、锰等）和辅加元素（铬、锰等）和辅加元素（铬、钛、锆等）。铝与主加钛、锆等）。铝与主加元素的二元相图一般都元素的二元相图一般都具有右图所示形式，根具有右图所示形式，根据该相图上最大溶解度据该相图上最大溶解度D点，把铝合金分为变形点，把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金。铝合

6、金和铸造铝合金。（1）铝合金的分类）铝合金的分类 成分在D点以左的合金，加热到固溶线以上时，可得到单相固溶体，塑性好，宜于进行压力加工，称为变形铝合金。1）. 变形铝变形铝合金合金 变形铝合金又分为两类： 成分在F点以左的合金，固溶体成分不随温度而变，属； 成分在DF点之间的合金，固溶体成分随温度而变，属。 2）.铸造铝铸造铝合金合金 成分在成分在D点以右的合金，由于有共晶组织存在，适于铸造，称为点以右的合金，由于有共晶组织存在，适于铸造，称为铸造铝合金。铸造铝合金中有成分随温度变化的固溶体，也能用热处铸造铝合金。铸造铝合金中有成分随温度变化的固溶体，也能用热处理强化。但距理强化。但距D点越远

7、，强化效果愈不明显。点越远，强化效果愈不明显。（2 2）. . 铝合金的强化方式铝合金的强化方式 获得高强度铝合金的主要强化方式有：获得高强度铝合金的主要强化方式有： 1) 1) 固溶强化固溶强化 2) 2) 时效（沉淀）强化时效（沉淀）强化 3) 3) 过剩相（第二相）强化过剩相（第二相）强化 4) 4) 形变强化形变强化 5) 5) 细化组织强化细化组织强化铝合金的强度可达到铝合金的强度可达到Rm=500600MPa接近普通钢 融入融入固溶体固溶体中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑性变形更加困难，从而使合金固溶体

8、的强度与硬度增加。这种通过形成固溶体使性变形更加困难，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过形成固溶体使金属强化金属强化的现象称为的现象称为固溶强化固溶强化。若合金中的第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体上，则可显著提高合金的若合金中的第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体上，则可显著提高合金的强度，称为弥散强化。如果这种微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出强度，称为弥散强化。如果这种微粒是通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出来的，则成为来的，则成为沉淀强化沉淀强化或或时效强化时效强化。这种强化的主要原因是细小弥散的微粒与位。这种强化的主要原因是细小弥散的微粒与位错的相互作用，阻碍了位

9、错的运动，从而提高了塑性变形抗力。错的相互作用，阻碍了位错的运动，从而提高了塑性变形抗力。 铝合金的强化铝合金的强化+ 合金元素合金元素固溶强化固溶强化弥散强化弥散强化热处理热处理时效、细晶p 时效强化 20世纪初叶，德国工程师A.维尔姆研究硬铝时发现，这种合金，这种现象后来被称为。这一发现在工程界引起了极大兴趣。随后人们相继发现了一些可以采用时效处理进行强化的铝合金、铜合金和铁基合金，开创了一条。 经淬火后的合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高的现象称之为，也称。这是强化的重要方法之一。 自然时效在室温下进行； 人工时效在一定温度下进行。：wCu4%的铝合金加热到相区，经过一段时间保温，获

10、得单一固溶体组织，然后淬火，使次生相（CuAl2）来不及从相中析出，从而在室温下获得过饱和固溶体过饱和固溶体，这种处理称为。经固溶处理的铝铜合金，强度和硬度并不高，（Rm=250MPa；退火后为200MPa），但放置一段时间后（45d），硬度和强度显著升高，Rm=400MPa。这种处理称为。硬度硬度时间时间固溶时效wCu4%Al-Cu合金：3 .常用铝合金常用铝合金D点以右的合金为铸造铝合金，其组织中存在共晶体，适于铸造。 铸造铝合金要求具有良好的铸造性能，为此，合金组织中应有适当数量的共晶体。铸造铝合金的合金元素含量一般高于变形铝合金。常用的铸造铝合金中，合金元素总量约为8%25%。p 1）

11、. 铸造铝合金分类Al-Si系系Al-Cu系系Al-Mg系系Al-Zn系系应用最广应用最广GB/T1173-1995新牌号：新牌号：Z（铸）（铸）+ Al + 主要合金元素符号主要合金元素符号 + 平均含量（平均含量（%）1%时不标数字时不标数字类别代号牌 号化 学 成 分，%铸造方法热处理力学性能(不低于)用 途 举 例SiCuMg其他bMPa%HB铝硅合金ZL102ZAlSi1210.013.0SBJSBJFFT2T2145155135145424350505050形状复杂的零件如飞机,仪器零件，抽水机壳体ZL104ZAlSi9Mg8.010.50.170.35Mn0.20.5JJT1T6

12、1952351.527070形状复杂零件,如电机壳体,汽缸体ZL105ZAlSi5Cu1Mg4.55.51.01.50.40.6JST5T72351750.517065形状复杂件,汽缸头,机匣,液压泵壳铸造铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途铸造铝合金的主要牌号、成分、机械性能及用途（摘自（摘自GB/T1173-1995）J金属模；金属模； S砂模；砂模；B变质处理；变质处理；F铸态铸态铝铜合金ZL201ZAlCu5MnCu4.55.3Mn 0.61.0Ti 0.150.35SST4T5295335847090温度为175零件,如内燃机汽缸头,活塞ZL203ZAlCu44.05.0JJT4T

13、5205225636070中等载荷、形状比较简单的零件铝镁ZL301ZAlMg10Mg9.511.0ST4280920大气或海水中工作,承受冲击载荷外形简单的零件,如舰船配件,氨用泵体等铝锌ZL401ZAlZn11Si7Si68Mg0.10.3Z n 913JT12451.590结构形状复杂的汽车、飞机、仪器零件，也可制造日用品J金属模；金属模； S砂模；砂模；B变质处理；变质处理；F铸态铸态 铝硅系铸造铝合金 仅含硅元素的铝硅合金（如ZL102）通常称硅铝明。铸造后几乎全部得到共晶体组织(+Si), 具有优良的铸造性能(熔点低、流动性好、收缩小)。 在一般情况下，ZL102的共晶体由粗针状硅

14、晶体和 固溶体构成, 强度和塑性都较差。 浇铸前向合金液中加入占合金重量2%3%的变质剂(常用钠盐混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以细化合金组织, 显著提高合金的强度及塑性。这种处理方法即是变质处理。 经变质处理后的组织是细小均匀的共晶体加初生 固溶体,获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较快时共晶点右移的缘故。 变质前显微组织变质前显微组织变质后显微组织变质后显微组织 硅铝明的主要缺点是铸件致密程度低，强度较低，且不能热处理强化。为了提高铝硅合金的强度可加入镁、铜以形成强化相Mg2Si、CuAl2、CuMgAl2等。这样的合金在变质处理后进行淬火时效，以提高强度，如ZL105、Z

15、L108等合金。 ZL102铸造性能很好，焊接性能也好，密度小，并有相当好的抗蚀性和耐热性，但不能时效强化，强度较低，经变质处理后, b最高不超过180 MPa。该合金仅适于制造形状复杂但强度要求不高的铸件，例如仪表、水泵壳体以及一些承受低载荷的零件。加入镁、铜的铝硅系合 金还有较好的耐热性与耐磨性，是制造内燃机活塞的合适材料 Al-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金 这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有系合金。常用代号有ZL201、ZL203等，等，主要用于制造在较高

16、温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。 Al-Cu系铸造铝合金 Al-Mg系铸造铝合金 Al-Mg系铸造铝合金系铸造铝合金 这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。常用代号为能差，耐热性低。常用代号为ZL301、ZL303等，主要用于制造外形简单、承等，主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。 Al-Zn系铸造铝合金系铸造铝合金 这类合金的铸造性

17、能好，强度较高，可自然时效强化；这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。常用代号为但密度大，耐蚀性较差。常用代号为ZL401、ZL402等，主要用于制造形状复杂受等，主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。力较小的汽车、飞机、仪器零件。 Al-Zn系铸造铝合金热处理热处理 表示表示符号符号 工艺特点工艺特点 目的和应用目的和应用 不淬火不淬火, 人工时效人工时效 T1 铸件快冷铸件快冷(金属型铸造、压铸或精密铸金属型铸造、压铸或精密铸造造)后进行时效后进行时效, 时效前并不淬火时效前并不淬火 改善切削加工性能改善切削加工性能, 提高提高表面光洁度表面光

18、洁度 退火退火 T2 退火温度一般为退火温度一般为29010, 保温保温24h 消除铸造内应力或加工硬消除铸造内应力或加工硬化化, 提高合金的塑性提高合金的塑性 淬火淬火+自然时效自然时效 T4 提高零件的强度、耐蚀性提高零件的强度、耐蚀性 淬火淬火+不完全时效不完全时效 T5 淬火后进行短时间时效淬火后进行短时间时效(时效温度较低或时间较短时效温度较低或时间较短) 得到一定的强度得到一定的强度, 保持较保持较好的塑性好的塑性 淬火淬火+人工时效人工时效 T6 时效温度较高时效温度较高(约约180), 时间较长时间较长 得到高强度得到高强度 淬火淬火+稳定回火稳定回火 T7 时效温度比时效温度

19、比T5、T6高高,接近零件的工作温度接近零件的工作温度 保持较高的组织稳定性和保持较高的组织稳定性和尺寸稳定性尺寸稳定性 淬火淬火+软化回火软化回火 T8 回火温度高于回火温度高于T7 降低硬度降低硬度、提高塑性提高塑性 铸造铝合金的热处理种类和应用铸造铝合金的热处理种类和应用的合金为变形铝合金，其特点是加热到固溶线D F以上时为单相 固溶体组织，塑性好，适于压力加工。在变形铝合金中，成分在的合金，其固溶体成分不随温度变化，不能通过热处理强化，为强化的铝合金；成分的合金，其固溶体成分随温度变化，可通过热处理强化，为的铝合金。2）. 变形铝合金及其热处理变形铝合金及其热处理变形铝合金包括： 防锈

20、铝合金 硬铝合金 超硬铝合金 锻铝合金牌号用2xxx-8xxx系列表示。第一位数字：表示主要合金元素 1-纯铝；2- Cu；3-Mn；4-Si；5-Mg；6-Mg+Si；7-Zn；8-其他 防锈铝合金中主要合金元素是。 防锈铝合金锻造退火后是单相固溶体，抗蚀性能高，塑性好。不能进行时效硬化，属于不可热处理强化的铝合金，但可冷变形，利用加工硬化提高强度。 p 防锈铝合金Al-Mn、Al-Mg LF21(Al-Mn合金合金) 抗蚀性和强度比纯铝高, 有良好的塑性和焊接性能, 但因太软而切削加工性能不良。 用于焊接件、容器、管道，或需用深延伸、弯曲等方法制造的低载荷零件、制品以及铆钉等。p 硬铝合金

21、Al-Cu-Mg系 硬铝合金为Al-Cu-Mg系合金, 另含有。它们可以进行时效强化，属于可热处理强化可热处理强化的铝合金 。 这类合金可进行时效强化，也可进行变形强化。合金中铜和镁的作用是形成强化相CuAl2（相）和CuMgAl2（S相），产生时效硬化；锰的作用是提高抗蚀性，并起一定的固溶强化作用。硬铝合金的强度、硬度高，加工性能良好，但耐蚀性低于防锈铝合金。常用的硬铝合金如2A11（LY11）、2A12（LY12）等，用于制造冲压件、模锻件和铆接件，如螺旋桨、铆钉等。 p 超硬铝合金Al-Mg-Zn-Cu系 超硬铝合金为Al-Mg-Zn-Cu系合金, 含有少量的铬和锰。牌号有LC4、LC6

22、等。锌、铜、镁与铝形成固溶体和多种复杂的第二相(例如MgZn2、Al2CuMg、AlMgZnCu等)，合金经固溶处理和人工时效后，可获得很高的强度和硬度，是强度最高的一类铝合金。 超硬铝合金多用于制造受力大的重要构件，例如飞机大梁、起落架等。飞机用座椅轨道及航空零件飞机用座椅轨道及航空零件 锻铝合金为Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。牌号有LD5、LD7、LD10等。合金的元素种类多但用量少，有良好的热塑性、铸造性能和锻造性能，并有较高的机械性能。 这类合金主要用于承受重载荷的锻件和模锻件，通常要进行固溶处理和人工时效。 p 锻铝合金Al-Mg-Si-Cu系、Al-C

23、u-Mg-Ni-Fe系 热处理可强化的变形铝合金其合金元素含量在2区范围内，通过热处理可显著提高本身的力学性能。属于这类的变形铝合金有： 1)AlCuMg系系(硬铝硬铝)2A01，2A10，2A11，2A12，2A06，2A16等。等。 2)AlCuMgZn系系(超硬铝超硬铝)7A03，7A04，7A09，7A10等。等。 3)AlCuMgSi系系(锻铝锻铝)6A02，2A50，2B50，2A70，2A80，2A90，2A14，6061，6063等。等。 热处理方式主要有淬火、自然时效、人工时效、回归处理、退火。产品的热处理状态有： T1热挤压冷却后自然时效状态； T4热挤压淬火加自然时效状态

24、； T5热挤压冷却后人工时效状态； T6热挤压淬火加人工时效状态； 0经完全退火的状态二二. 铜及其合金铜及其合金 纯铜为紫红色,常称。密度为8.96g/cm3，熔点为1083，面心立方晶格,无同素异晶转变。 纯铜导电性、导热性极佳，铜合金的导电、导热性也很好。 铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高（氧化膜的作用氧化膜的作用）。 铜是抗磁性物质。 纯铜的强度很低，具有极好的塑性，适用于压力加工成型。 p 1. 工业纯铜工业纯铜牌号 代号 含铜量 杂质/% 杂质总量/ 用 途 Bi Pb 一号铜 T1 99.95 0.002 0.005 0.05 导电材料和配高纯度合金 二号铜 T2 99.90

25、0.002 0.005 0.1 导电材料, 制作电线, 电缆等 三号铜 T3 99.70 0.002 0.01 0.3 一般用铜材, 电气开关，垫圈、铆钉、油管等 四号铜 T4 99.50 0.003 0.05 0.5 同上 紫铜加工产品的牌号、成分及用途紫铜加工产品的牌号、成分及用途p 2. 铜合金铜合金 铜合金是在纯铜中加入合金元素后制成的，常用合金元素为。由于合金元素的固溶强化及第二相强化作用，使得铜合金既提高了强度，又保持了纯铜的特性，因而在机械工业中得到了广泛应用。Zn、Al、Sn、Ni等，形成固溶体等，形成固溶体Be、Ti、Zr、Cr等的形成固溶体溶解度等的形成固溶体溶解度随温度降

26、低而剧烈减少，具有时效强化效果。随温度降低而剧烈减少，具有时效强化效果。Zn、Al、Sn等加入量超过最大溶解等加入量超过最大溶解度后，形成少量过剩相，其多为硬而脆的金属化合物，度后，形成少量过剩相，其多为硬而脆的金属化合物，提高铜合金的强度；但不能太多。提高铜合金的强度；但不能太多。 黄铜黄铜以为主要合金元素的铜合金称为黄铜。按照化学成分，黄铜分两种。 n 普通黄铜是铜锌二元合金，H + 铜含量百分数 n 复杂黄铜（特殊黄铜）含Zn以外还含有其他合金元素H+ 主加元素 + 铜含量 + 主加元素含量如：HMn58-2 铜合金的种类铜合金的种类 普通黄铜其退火组织可以是单相 或双相 + , 并分别

27、称为 黄铜(单相黄铜)和双相黄铜。 ， 相是锌溶于铜中的固溶体，塑性好，适宜冷、热加工。适于制作冷轧板材、冷拉线材、管材及形状复杂的深冲零件。 当 。在实际生产条件下，当wZn32%时，即出现+ 组织。相是以电子化合物CuZu为基的固溶体，在室温下较硬脆，但加热到456以上时，却有良好的塑性，故含有相的黄铜适宜热压力加工。广泛用来制作电器上要求导电、耐蚀及适当强度的结构件，如螺栓、螺母、垫圈、弹簧及机器中的轴套等，有商业黄铜之称。，第三种的元素的加入目的是改善黄铜的某些性能，如Sn能提高耐蚀性，Pb能提高切削加工性、Mn能提高强度、Si能提高铸造性能等。 青铜青铜 青铜原指铜锡合金，但工业上都

28、习惯称含铝、硅、铅、铍、锰等的铜基合金为青铜，所以青铜实际上包括有锡青铜、铝青铜、铍青铜，等等。代号：Q + 主加元素符号 + 主加元素含量（+ 其他元素含量） 锡青铜 锡青铜的铸造收缩率很小，可铸造形状复杂的零件。但铸件易生成分散缩孔，使密度降低，在高压下容易渗漏。锡青铜在大气、海水、淡水以及蒸气中的抗蚀性比纯铜和黄铜好，但在盐酸、硫酸和氨水中的抗蚀性较差。 锡青铜中加入少量铅，锡青铜中加入少量铅，可提高耐磨性和切削加工可提高耐磨性和切削加工性能；加入磷可提高弹性性能；加入磷可提高弹性极限、疲劳极限及耐磨性；极限、疲劳极限及耐磨性；加入锌可缩小结晶温度范加入锌可缩小结晶温度范围，改善铸造性能

29、。围，改善铸造性能。II 铝青铜 以铝为主要合金元素(含量为在5%11%)的铜合金称铝青铜。铝青铜的耐蚀性优良，在大气、海水、碳酸及大多数有机酸中的耐蚀性，均比黄铜和锡青铜高。铝青铜的耐磨性亦比黄铜和锡青铜好。 制造齿轮、轴套、蜗轮等在复杂条件下工作的高强度抗磨零件，以及弹簧和其它高耐蚀性弹性元件。III 铍青铜 以铍为基本合金元素的铜合金(铍含量1.62.5%)称铍青铜。铍青铜在淬火状态下塑性好，可进行冷变形和切削加工，制成零件经人工时效处理后，获得很高的强度和硬度： b达1200MPa1500MPa，硬度达350HB400HB, 超过其它铜合金。三三. 其他非铁金属其他非铁金属 1 . 钛

30、及钛合金钛及钛合金 钛的密度小，为4.5g/cm3,熔点高，为1668； 钛的强度相当于优质钢，比强度高，热膨胀系数很小，在加热和冷却过程中产生的热应力小； 钛的导热性差，磨擦系数大，因而切削、磨削加工性能和耐磨性能差； 钛在大气、高温气体以及中性、氧化性及海水等介质中具有极高的耐蚀性；钛在不同浓度的硝酸、铬酸以及碱溶液和大多数有机酸中也有良好的耐蚀性，但氢氟酸对钛有很大的腐蚀作用。p 纯钛的特点纯钛的特点纯钛在固态下有同素异构转变:在882.5以下为-Ti, 具有密排六方晶格，在882.5 以上直至熔点为- Ti，具有体心立方晶格。 纯钛的强度低，比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好，具有良好

31、的加工工艺性能，切削加工性能与不锈钢接近。纯钛的性能受杂质影响很大，少量杂质即可显著提高其强度。纯钛主要用于350以下工作、强度要求不高的零件，如石油化工用的热交换器、反应器，海水净化装置及舰船零部件。 p 钛合金钛合金 钛有-Ti（密排六方）和- Ti（体心立方）两种晶体结构。钛合金化的主要目的就是。工业钛合金的主要合金元素有等。 是典型的。在室温下Al在-Ti中的溶解度达7%，故有明显的固溶强化效果。Al还能提高钛合金的热稳定性和弹性模量，Ti-Al合金的密度小，所以Al是钛合金中重要的合金元素。同属，Zr在-Ti和- Ti中均能形成无限固溶体。Sn在-Ti和- Ti中的溶解度也较大，因此

32、Zr和Sn不仅能强化相，也能提高合金的抗蠕变能力，也是钛合金中的主要合金元素之一。 都是，钛中加入V、Mo都能起固溶强化作用，并能提高合金的热稳定性和蠕变抗力。 等能形成共析反应，其临界浓度比同晶元素都低，故其稳定相能力比同晶元素还大。9.3.2 钛合金钛合金p 钛合金的分类 纯钛加入合金元素形成钛合金。根据合金元素对钛同素异构转变的影响，可将其分为三类。 ，这类元素能使钛的同素异构转变温度升高，形成固溶体，如Al、C、N、B等； ，能使钛的同素异构转变温度降低，形成固溶体，如Fe、Mo、Mg、Cr、Mn、V等； ，对同素异构转变温度无显著影响，如Sn、Zr等。 ，因为铝能提高钛合金的强度、比

33、强度和再结晶温度。 工业用钛合金按其退火组织分类：钛合金TA（包括工业纯钛）钛合金TB+钛合金TCp 工业纯钛 工业纯钛按其杂质含量及机械性能不同，分为TA1、TA2、TA3三个牌号。牌号顺序数字增大，杂质含量增加，钛的强度增加，塑性降低。 工业纯钛塑性好，具有优良的焊接性能和耐蚀性能，长期工作温度可达300，可制成板材、棒材、线材等。主要用于飞机的蒙皮构件和耐蚀的化学装置，海水淡化装置等。p 型钛合金 钛中加入等稳定化元素获得 钛合金。 钛合金不能淬火强化，主要依靠，热处理只进行(变形后的消除应力退火或消除加工硬化的再结晶退火)。 典型牌号典型牌号 TA7, 成分为Ti-5Al-2.5Sn。

34、其使用温度不超过500，主要用于制造导弹的燃料罐、超音速飞机的涡轮机匣和各种模锻件等，也可用于制造超低温用的容器。p 型钛合金 钛中加入等 稳定化元素得到 钛合金。钛合金有在时效状态下，合金的组织为 相和弥散分布的细小 相粒子。 典型牌号典型牌号 TB1, 成分为Ti-3Al-8Mo-11Cr, 一般在350以下使用, 适于制造压气机叶片、轴、轮盘等重载的回转件，以及飞机构件等。p +型钛合金 钛中同时加入 稳定化元素和 稳定化元素，使相和相都得到强化而得到的（）钛合金，。热处理后强度可提高50100%。但这类合金金。但它生产过程简单，其机械性能可通过改变成分和选择热处理制度在很宽的范围内变化

35、，因此这类合金。2. 2. 镁及镁合金镁及镁合金（1 1） 纯镁纯镁 工业纯镁牌号用拼音字母工业纯镁牌号用拼音字母MM加顺序号表示。加顺序号表示。（2 2） 镁的合金化及热处理镁的合金化及热处理 1 1）. . 镁的合金化镁的合金化 2 2）. . 镁合金的热处理镁合金的热处理 镁合金常用热处理工艺包括：在铸造或锻造后直接人工时效；淬火不时效；淬火+人工时效和退火等，具体工艺规范应根据合金成分特点和性能要求而定。（3 3）. . 镁合金的分类及常用镁合金镁合金的分类及常用镁合金 1 1）. . 镁合金的分类镁合金的分类 与铝合金类似，镁合金也分为变形镁合金和铸造镁与铝合金类似，镁合金也分为变形

36、镁合金和铸造镁合金两大类，其编号方法与铝合金类似，如合金两大类，其编号方法与铝合金类似，如MB1MB1表示表示1 1号号变形镁合金，变形镁合金，ZM1ZM1表示表示1 1号铸造镁合金。如表号铸造镁合金。如表8-48-4及表及表8-58-5是常用变形和铸造镁合金力学性能。工业中常用镁合金是常用变形和铸造镁合金力学性能。工业中常用镁合金主要集中于主要集中于Mg-Al-ZnMg-Al-Zn、Mg-Zn-ZrMg-Zn-Zr、Mg-RE-ZrMg-RE-Zr、Mg-MnMg-Mn等几个合金系列。等几个合金系列。 2 2）. . 常用镁合金常用镁合金 变形镁合金：变形镁合金：Mg-MnMg-Mn系，系，

37、Mg-Al-ZnMg-Al-Zn系和系和Mg-Zn-ZrMg-Zn-Zr系系三类。三类。 Mg-MnMg-Mn系合金（系合金（MB1MB1，MB8MB8）有良好的耐蚀性和焊）有良好的耐蚀性和焊接性能，其板材用于制作蒙皮等焊接结构件，以及通过锻接性能，其板材用于制作蒙皮等焊接结构件，以及通过锻造制作外形复杂的耐蚀构件，且一般在退火状态使用；造制作外形复杂的耐蚀构件，且一般在退火状态使用； Mg-Al-ZnMg-Al-Zn系合金（系合金（MB2MB7MB2MB7）强度较高，塑性好，）强度较高，塑性好，多用于制造有中等力学性能要求的零件；而多用于制造有中等力学性能要求的零件；而Mg-Zn-ZrMg-

38、Zn-Zr系系（MB15MB15）强度最高，属高强镁合金，是在航空等工业应）强度最高，属高强镁合金，是在航空等工业应用最多的变形镁合金，使用时应进行人工时效强化。用最多的变形镁合金，使用时应进行人工时效强化。 铸造镁合金：我国八个牌号的铸造镁合金又分为高强铸造镁合金：我国八个牌号的铸造镁合金又分为高强度铸造镁合金和耐热铸造镁合金两大类。度铸造镁合金和耐热铸造镁合金两大类。（1）. 锌的性质及用途锌的性质及用途1 1）. .锌的物理性质锌的物理性质 金属锌是银白色略带蓝灰色的金属，断面有金属光泽。密金属锌是银白色略带蓝灰色的金属，断面有金属光泽。密度为度为7.14kg/m3，熔点为，熔点为419

39、.5，沸点，沸点906 。 锌在熔点附近的蒸汽压很小，液体锌蒸汽压随温度的升高锌在熔点附近的蒸汽压很小，液体锌蒸汽压随温度的升高极具增大，极具增大， 这是火法炼锌的基础。这是火法炼锌的基础。 在室温下，性较脆；在室温下，性较脆；100150时，变软，延展性很好，可时，变软，延展性很好，可压成压成0.05mm的薄片，或拉成细丝。超过的薄片，或拉成细丝。超过200后，又变脆。后，又变脆。 锌是良好很导热体和导电体。锌是良好很导热体和导电体。 3. 锌及锌合金锌及锌合金2 ）. 锌的化学性质锌的化学性质 锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成碱式锌在干燥空气或氧气中很稳定，但在潮湿空气中形成

40、碱式碳酸锌碳酸锌(ZnCO33Zn(OH)2)，这样可以保护锌进一步地被腐蚀。，这样可以保护锌进一步地被腐蚀。 熔融的锌能与铁形成化合物，可使钢铁免受腐蚀，镀锌工熔融的锌能与铁形成化合物，可使钢铁免受腐蚀，镀锌工业利用了锌的这一特点。业利用了锌的这一特点。 纯锌不溶于纯硫酸或盐酸，但锌中若有少量杂质存在则会纯锌不溶于纯硫酸或盐酸，但锌中若有少量杂质存在则会被酸所溶解。因此，一般的商品锌极易被酸所溶解，亦可溶被酸所溶解。因此，一般的商品锌极易被酸所溶解，亦可溶于碱中。于碱中。 锌的主要化合物有硫化锌，氧化锌，硫酸锌和氯化锌。锌的主要化合物有硫化锌，氧化锌，硫酸锌和氯化锌。 3 3）. . 锌的主

41、要化合物的性质锌的主要化合物的性质 ZnS ZnS是炼锌的主要原料，在自然界中以闪锌矿的形态存在。是炼锌的主要原料，在自然界中以闪锌矿的形态存在。在空气中在空气中753K下缓慢氧化，在下缓慢氧化，在873K以上时剧烈氧化。以上时剧烈氧化。ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2在在1373K下，与下，与CaO反应生成反应生成CaS和和ZnOZnS + CaO = CaS + ZnO 硫化锌在酸中可氧化分解，目前利用这一点已研究开发了高硫化锌在酸中可氧化分解，目前利用这一点已研究开发了高压氧酸浸法处理硫化锌精矿的新工艺。压氧酸浸法处理硫化锌精矿的新工艺。 ZnO 无天然矿物。无天然矿物。Z

42、nO可被可被C、CO和和H2还原，还原，其中被其中被CO还原的反应在还原的反应在1073K下十分激烈：下十分激烈： ZnO + CO = Zn(g) + CO2在在823K以上，与以上，与Fe2O3形成铁酸锌。形成铁酸锌。 ZnSO4 无天然矿物。易溶于水，比重为无天然矿物。易溶于水，比重为3.474，受热分解，在受热分解，在1123K左右温度下分解压达到左右温度下分解压达到10132.5Pa， ZnSO4 = ZnO + SO2 + 1/2O2在在973K以上温度时，易与以上温度时，易与Fe2O3生成铁酸锌，所以加速上述生成铁酸锌，所以加速上述分解反应的进行。分解反应的进行。 4）. 锌的主

43、要用途锌的主要用途 用作防腐蚀的镀层用作防腐蚀的镀层(如镀锌板如镀锌板)，广泛用于汽车、建筑、船，广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工等行业，约占锌用量的舶、轻工等行业，约占锌用量的46%。 制造铜合金材制造铜合金材(如黄铜如黄铜) 用于汽车制造和机械行业，约占用于汽车制造和机械行业，约占15%。 用于铸造锌合金用于铸造锌合金 主要为压铸件，用于汽车、轻工等行业，主要为压铸件，用于汽车、轻工等行业，约占约占15%。 用于制造氧化锌用于制造氧化锌 广泛用于橡胶、涂料、搪瓷、医药、印广泛用于橡胶、涂料、搪瓷、医药、印刷、纤维等工业，约占刷、纤维等工业，约占11%。 用于制造干电池，以锌饼、锌板形式，约占

44、用于制造干电池，以锌饼、锌板形式，约占13%。 2）.锌合金的性能与成分锌合金的性能与成分 锌合金是以锌为基加入其他元素组成的锌合金是以锌为基加入其他元素组成的合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、合金。常加的合金元素有铝、铜、镁、镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点镉、铅、钛等低温锌合金。锌合金熔点低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加低，流动性好，易熔焊，钎焊和塑性加工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收工，在大气中耐腐蚀，残废料便于回收和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时和重熔；但蠕变强度低，易发生自然时效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或效引起尺寸变化。熔融法制备，压铸或压力加工成材。按制造工艺可分为铸

45、造压力加工成材。按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金。锌合金和变形锌合金。锌合金的特点 1. 比重大。 2. 铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。 3. 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆。 4. 熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。 5. 有很好的常温机械性能和耐磨性。 6. 熔点低，在385熔化，容易压铸成型。 1. 抗蚀性差。当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，导致铸件老化而发生变形，表现为体积胀大，机械性能特别是塑性显著下降，时间长了甚至破裂。 铅、锡、镉在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界而成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条

46、件下，促成晶间电化学腐蚀。压铸件因晶间腐蚀而老化。 使用须知使用须知2. 时效作用 锌合金的组织主要由含Al和Cu的富锌固溶体和含Zn的富Al固溶体所组成，它们的溶解度随温度的下降而降低。但由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件地形状和尺寸略起变化。 3. 锌合金压铸件不宜在高温和低温（0以下）的工作环境下使用。锌合金在常温下有较好的机械性能。但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。 传统的压铸锌合金有2、3、5、7号合金，目前应用最广泛的是3号锌合金。七十年代发展了高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA

47、-27。Zamak 3: 良好的流动性和机械性能。 应用于对机械强度要求不高的铸件，如玩具、灯具、装饰品、部分电器件。 Zamak 5: 良好的流动性和好的机械性能。 应用于对机械强度有一定要求的铸件，如汽车配件、机电配件、机械零件、电器元件。 锌合金种类Zamak 2: 用于对机械性能有特殊要求、对硬度要求高、耐磨性好、尺寸精度要求一般的机械零件。 ZA8: 良好的流动性和尺寸稳定性，但流动性较差。应用于压铸尺寸小、精度和机械强度要求很高的工件，如电器件。 Superloy: 流动性最佳，应用于压铸薄壁、大尺寸、精度高、形状复杂的工件，如电器元件及其盒体。 选择哪一种锌合金，主要从三个方面来

48、考虑：1. 压铸件本身的用途，需要满足的使用性能要求。包括： （1）力学性能，抗拉强度，是材料断裂时的最大抗力； 伸长率，是材料脆性和塑性的衡量指标； 硬度，是材料表面对硬物压入或摩擦所引起的塑性变形的抗力。 （2） 工作环境状态：工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。 （3） 精度要求：能够达到的精度及尺寸稳定性。 锌合金的选择2. 工艺性能好：（1）铸造工艺； （2）机械加工工艺性； （3）表面处理工艺性。 3. 经济性好： 原材料的成本与对生产装备的要求（包括熔炼设备、压铸机、模具等），以及生产成本。 标准合金成分铝铜镁铁铅镉锡锌Zamak 23.8 4.32.7 3.30.035

49、 0.060.0200.0030.0030.001余量Zamak 33.8 4.30.0300.035 0.060.0200.0030.0030.001余量Zamak 53.8 4.30.7 1.10.035 0.060.0200.0030.0030.001余量ZA88.2 8.80.9 1.30.02 0.0350.0350.0050.0050.001余量Superloy6.6 7.23.2 3.80.0050.0200.0030.0030.001余量AcuZinc 52.8 3.35.0 6.00.025 0.050.0750.000.004 0.08%时，产生热脆、韧性下降、流动性下降。

50、 易在合金熔融状态下氧化损耗。 镁使锌合金的晶间腐蚀变成十分敏感，在温、湿环境中加速了本身的晶间腐蚀，降低机械性能，并引起铸件尺寸变化。 当锌合金中杂质元素铅、镉含量过高，工件刚压铸成型时，表面质量一切正常，但在室温下存放一段时间后（八周至几个月），表面出现鼓泡。 杂质元素铅、镉、锡 铁与铝发生反应形成Al5Fe2金属间化合物，造成铝元素的损耗并形成浮渣。 在压铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光。 增加合金的脆性。 杂质元素铁 铁元素在锌液中的溶解度是随温度增加而增加，每一次炉内锌液温度变化都将导致铁元素过饱和（当温度下降时），或不饱和（当温度上升时）。当铁元素过饱和时，处于过饱和的铁将与合金

51、中铝发生反应，结果是造成浮渣量增加。当铁元素不饱和时，合金对锌锅和鹅颈材料的腐蚀将会增强，以回到饱和状态。两种温度变化的一个共同结果是最终造成对铝元素的消耗，形成更多的浮渣。4. 4. 粉末冶金粉末冶金硬质合金刀头 粉末冶金粉末冶金是以金属粉末是以金属粉末( (或金属粉末与非金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物的混合物) )为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属为原料，通过成形、烧结或热成形制成金属制品或材料的一种冶金工艺技术。粉末冶金生产工艺与制品或材料的一种冶金工艺技术。粉末冶金生产工艺与陶瓷制品的生产工艺类似，因此人们又常常称粉末冶金陶瓷制品的生产工艺类似，因此人们又常常称粉末冶金方法

52、为方法为“金属陶瓷法金属陶瓷法”。 (1) (1) 粉末冶金材料或制品种类较多，主要有粉末冶金材料或制品种类较多，主要有: : 难熔金属及其合金（如钨、钨难熔金属及其合金（如钨、钨钼合金）；钼合金）； 组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料组元彼此不相溶、熔点十分悬殊的特殊性能材料（如钨（如钨铜合金型电触头材料）；铜合金型电触头材料）； 难熔的化合物和金属组成的各种复合材料（如硬质难熔的化合物和金属组成的各种复合材料（如硬质合金、金属陶瓷）等。合金、金属陶瓷）等。(2)(2)粉末冶金的特点：粉末冶金的特点：1）某些特殊性能材料的唯一制造方法；）某些特殊性能材料的唯一制造方法；2）可直接制出

53、尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无）可直接制出尺寸准确，表面光洁的零件，是少甚至无切削生产工艺；切削生产工艺；3 3）节约材料和加工工时，成本低。）节约材料和加工工时，成本低。 4）制品强度较低；）制品强度较低；5）流动性较差，形状受限制；）流动性较差，形状受限制；6）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；）压制成形的压强较高，制品尺寸较小；7）压模成本较高。）压模成本较高。 (3) (3) 粉末性能粉末性能 固态物质按分散程度不同分成固态物质按分散程度不同分成致密体、粉末体和胶致密体、粉末体和胶体体三类三类。 致密体或常说的固体致密体或常说的固体：粒径在粒径在l l 以上以上； 胶体微粒胶体微

54、粒： 0.1 0.1 以下以下； 粉末体或简称粉末粉末体或简称粉末：介于二者之间介于二者之间。mmm 金属粉末的性能对其金属粉末的性能对其成形和烧结过程以及制品的质量成形和烧结过程以及制品的质量都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性都有重大影响。金属粉末的性能可以用化学成分、物理性能和工艺性能来表征。能和工艺性能来表征。 1). 1). 粉末的化学成分粉末的化学成分 粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量、杂粉末的化学成分一般是指主要金属或组元的含量、杂质或夹杂质或夹杂物物的含量以及气体的含量的含量以及气体的含量。 金 属 或 合 金 粉 末 中 的 主 要 金 属 含 量 都

55、 不 能 低 于金 属 或 合 金 粉 末 中 的 主 要 金 属 含 量 都 不 能 低 于98%98% 99%99%。 粉末中的杂质主要指：粉末中的杂质主要指： 与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分，如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧等；属成分，如还原铁粉中的硅、锰、碳、硫、磷、氧等； 从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂，如二氧化从原料和粉末生产过程中带进的机械夹杂，如二氧化硅、三氧化二铝、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不溶物硅、三氧化二铝、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不溶物。 粉末表面吸附的氧、水汽和其他气体粉末表面吸附的氧

56、、水汽和其他气体（N 2、CO2）。2).2).粉末的物理性能粉末的物理性能 粉末的物理性能：粉末的物理性能：粉末颗粒大小和粒度组成、粉末颗粉末颗粒大小和粒度组成、粉末颗粒形状与结构、显微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及粒形状与结构、显微硬度、粉末比表面、粉末真密度以及粉末颗粒的晶格状态。在技术条件中，通常只规定各级粉粉末颗粒的晶格状态。在技术条件中，通常只规定各级粉末颗粒的百分含量末颗粒的百分含量粒度组成或筛分组成粒度组成或筛分组成 。 颗粒形状：颗粒形状：主要由粉末的生产方法决定，同时也与物质主要由粉末的生产方法决定，同时也与物质的分子或原子排列的结晶几何学因素有关；决定粉末工艺的分子或原

57、子排列的结晶几何学因素有关；决定粉末工艺性能。性能。 粒度组成：粒度组成：指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量，指不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量，又称粒度分布。又称粒度分布。 粉末比表面：粉末比表面：指每克粉末所具有的总表面积，通常用指每克粉末所具有的总表面积，通常用cmcm2 2/g/g或或m m2 2/g/g表示。表示。 3).3).粉末的工艺性能粉末的工艺性能 粉末的工艺性能用粉末的松装密度、粉末的工艺性能用粉末的松装密度、流动性、压缩性流动性、压缩性与成形性与成形性来表征。来表征。a.a.松装密度松装密度是指粉末试样自然地充填规定的容器时，单位是指粉末试样自然地充填规定的容器时，单

58、位体积内粉末的质量，单位为体积内粉末的质量，单位为g gcmcm3 3。b.b.流动性流动性是是50g50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为单位为s s50g50g，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗，其倒数是单位时间内流出粉末的重量，俗称为流速。称为流速。c.c.压缩性压缩性代表粉末在压制过程中被压紧的能力，通常以在代表粉末在压制过程中被压紧的能力，通常以在规定单位压力下粉末的压坯密度表示。规定单位压力下粉末的压坯密度表示。4 4）成形性）成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，通常用粉末得以成形所

59、需的最小单位压制力表示或用压坯通常用粉末得以成形所需的最小单位压制力表示或用压坯强度来表示。强度来表示。(4). (4). 粉末的制备粉末的制备 金属粉末的制取方法可分成两大类：机械法和物理化金属粉末的制取方法可分成两大类：机械法和物理化学法。学法。 机械法机械法是将原材料磨碎成粉而不改变原材料的化学成是将原材料磨碎成粉而不改变原材料的化学成分的方法。如将金属切削成粉末颗粒；把金属研磨成粉末；分的方法。如将金属切削成粉末颗粒；把金属研磨成粉末；液态金属的制粒和雾化。液态金属的制粒和雾化。 物理化学法物理化学法是在制取粉末过程中，使原材料受到化学是在制取粉末过程中，使原材料受到化学或物理的作用，

60、而使其化学成分和集聚状态发生变化的工或物理的作用，而使其化学成分和集聚状态发生变化的工艺过程。还原金属氧化物、电解水溶液或熔盐、热离解艺过程。还原金属氧化物、电解水溶液或熔盐、热离解羰羰基化合物、冷凝金属蒸汽、晶间腐蚀和电腐蚀法等。物理基化合物、冷凝金属蒸汽、晶间腐蚀和电腐蚀法等。物理化学制粉法是以还原和离解等化学反应为基础的。化学制粉法是以还原和离解等化学反应为基础的。 工业上普遍采用的有：工业上普遍采用的有：氧化物还原法、电解法、热离解氧化物还原法、电解法、热离解法、球磨法、涡旋研磨法、雾化法法、球磨法、涡旋研磨法、雾化法。 (5). (5). 粉末的成形粉末的成形 成形方法成形方法 成形