《合金》文字素材1（人教版选修1）

1、“记忆”合金对一般人来说，合金是一种异常坚硬的、能传热善导电的物质。可是，令人不可思议的是，镍和钛的合金居然跟人一样，具有记忆功能。而且它的记忆力很强，经过很长时间，重复上万次都准确无误。人们是怎么发现镍钛合金的这个“特异功能”的呢？在1958年时，美国的海军军需实验室要进行一次实验，实验中需要一种镍钛合金材料；于是秤学家们找到了一根弯弯曲曲的镍钛缆绳，他们先把缆绳加热，然后冷却下来，把它拉成直线，做成需要的合金材料。然而，奇怪的是，在实验中，当人们给这种镍钛合金材料加热时，它又变得弯弯曲曲的，跟它原来的形状一模一样。这引起了人们的兴趣，这次人们先把缆绳弯成了圆形，变冷后又把它拉成直线，再次加

2、热，它又自动地变成了圆形。人们这才知道镍钛合金还有这么好的记忆功能。镍钛合金的这种记忆功能有很多用途。比如，用它制成的机器人的胳膊会随着温度的变化，上下左右转动，显得十分逼真，就好像机器人真有感觉似的。镍钛合金在医疗上也有想象不出的作用。例如，把镍钛合金丝制成直径很小的弹簧形，使它在体温条件下，把自己的外形记住。然后再把它拉直，通过一根小导管，在X光照射的情况下，慢馒插入动脉内。导管中的镍钛合金丝在体温的刺激下，慢慢地会变成弹簧形，就像在动脉血管的内壁形成了一层衬套，从而能防止动脉内壁过薄而带来的危险。在服装业中，镍钛合金也有用武之地。在制造妇女使用的文胸时，如果用镍钛合金取代钢丝支架，就能大

3、大延长文胸的使用寿命。制造商根据每个妇女乳房的大小和需要，制造出在各种体温条件下的特定产品，这种产品即使经过多次的洗涤晾晒，只要一碰到记忆中的体温时，很快就能恢复原来的形状。铝合金以铝为基加入其他元素组成的合金。纯铝的导电、导热和耐蚀性能良好，主要用作导电、导热材料，但强度低，不宜作结构材料。铝可与许多化学元素形成合金以改善性能。铝合金比重轻，比强度接近合金钢，比刚度超过钢，塑性好，铸造和可切削性也较好，适宜制造重量轻的结构部件，因此成为航空工业不可缺少的材料，在交通运输、建筑、轻工、化工、仪表机械等部门，在家用器具方面也得到广泛应用。铝及某些铝合金用阳极氧化等法处理，通过着色工艺，生成各种颜

4、色，广泛作包装、装饰材料使用。表1 几种典型的变形铝合金的成分和性能 表2 几种典型铸造铝合金成分和性能 镁合金1.镁合金的发展镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，但与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，镁合金的应用也还很有限。目前，镁合金的产量只有铝合金的1。镁合金作为结构应用的最大用途是铸件，其中90以上是压铸件14。限制镁合金广泛应用的主要问题是：由于镁元素极为活泼，镁合金在熔炼和加工过程中极容易氧化燃烧，因此，镁合金的生产难度很大；镁合金的生产技术还不成熟和完善，特别是镁合金成形技术有待进一步发展；镁合金的耐蚀性较差；现有工业镁合金的高温强度、蠕变性能较低，限制了镁合

5、金在高温（150350）场合的应用；镁合金的常温力学性能，特别是强度和塑韧性有待进一步提高；镁合金的合金系列相对很少，变形镁合金的研究开发严重滞后，不能适应不同应用场合的要求1419。镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。镁合金按合金组元不同主要有Mg-Al-Zn-Mn系（Az）、Mg-Al -Mn系（AM）和Mg-Al-Si-Mn系（As）、Mg-Al-RE系（AE）、Mg-Zn-Zr n（ZK）、Mg-Zn-RE系（）等合金。常用铸造镁合金的牌号及性能见表2,14。表5为常见变形镁合金的化学成分及基本特性2,20。我国具有丰富的镁资源，原镁产能、产量和出口均居世界首位。在镁和镁合金的研究和应

6、用领域，我国与欧美等发达国家之间的差距还相当大'一方面，我国的原镁质量差，镁合金锭的质量也不尽如人意，出口缺乏竞争力，作为结构材料应用的镁在国内的消耗量又很少，只能作为初级原料低价出口，属典型的资源出口型工业，目前，国内的镁冶金企业大都处于亏损或面临倒闭；另一方面，我国对镁合金的研究和应用更显薄弱。因此，如何利用我国的镁资源优势，将镁的资源优势转变为技术、经济优势，促进国民经济发展、增强我国镁衍业的国际竞争力，是摆在我们面前的迫切任务24。2.镁合金的新进展（1）耐热镁合金。耐热性差是阻碍镁合金广泛应用的主要原因之一，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能大幅度下降，使它难以作为关键零件（

7、如发动机零件）材料在汽车等工业中得到更广泛的应用。己开发的耐热镁合金中所采用的合金元素主要有稀土元素（RE）和硅（Si）。稀土是用来提高镁合金耐热性能的重要元素。含稀土的镁合金QE22和WE54具有与铝合金相当的高温强度，但是稀土合金的高成本是其被广泛应用的一大阻碍18。Mg-Al-Si（AS）系合金是德国大众汽车公司开发的压铸镁合金。175时，AS41合金的蠕变强度明显高于AZ91和AM60合金。但是，AS系镁合金由于在凝固过程中会形成粗大的汉字状Mg2Si相，损害了铸造性能和机械性能。研究发现，微量Ca的添加能够改善汉字状Mg2si相的形态，细化Mg2si颗粒，握高AS系列镁合金的组织和性

8、能18。从20世纪80年代以来，国外致力于利用·来提高镁合金的高温抗拉强度和蠕变性能。最近美国开发的ZAC8506（Mg-8Zn-5Al-0.6Ca），以及加拿大研究的Mg-5Al-0.8Ca等镁合金，其抗拉强度和蠕变性能都较好。2001年，日本东北大学井上明久等采用快速凝固法制成的具有100200nm晶粒尺寸的高强镁合金Mg-2at% Y-1at% Zn，其强度为超级铝合金的3倍，还具有超塑性、高耐热性和高耐蚀性。（2）耐蚀镁合金。镁合金的耐蚀性问题可通过两个方面来解决：严格限制镁合金中的Fe、Cu、i等杂质元素的含量。例如，高纯AZ91HP镁合金在盐雾试验中的耐蚀性大约是AZ91

9、C的100倍，超过了压铸铝合金A380，比低碳钢还好得多。对镁合金进行表面处理。根据不同的耐蚀性要求，可选择化学表面处理、阳极氧化处理、有机物涂覆、电镀、化学镀、热喷涂等方法处理。例如，经化学镀的镁合金，其耐蚀性超过了不锈钢2。（3）阻燃镁合金。镁合金在熔炼浇铸过程中容易发生剧烈的氧化燃烷。实践证明，熔剂保护法和SF6、SO2、CO2、Ar等气体保护法是行之有效的阻燃方法，但它们在应用中会产生严重的环境污染，并使得合金性能降低，设备投资增大。 纯镁中加钙能够大大提高镁液的抗氧化燃烧能力，但是由于添加大量钙会严重恶化镁合金的机械性能，使这一方法无法应用于生产实践。铰可以阻止镁合金进一步氧化，但是

10、铰含量过高时，会引起晶粒粗化和增大热裂倾向。最近，上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心通过同时加人几种元素，开发了一种阻燃性能和力学性能均良好的轿车用阻燃镁合金，成功地进行了轿车变速箱壳盖的工业试验，并生产出了手机壳体、3壳体等电子产品外壳15。（）高强高韧镁合金。现有镁合金的常温强度和塑韧性均有待进一步提高。在g-n和g-合金中加人Ca、Zr可显著细化晶粒，提高其抗拉强度和屈服强度1；加人Ag和Th能够提高Mg-RE-Zr合金的力学性能，如含Ag的QE22A合金具有高室温拉伸性能和抗蠕变性能，已广泛用作飞机、导弹的优质铸件；通过快速凝固粉末冶金、高挤压比及等通道角挤（ECAE）等方法，

11、可使镁合金的晶粒处理得很细，从而获得高强度、高塑性甚至超塑性16,19。（5）变形镁合金。虽然目前铸造镁合金产品用量大于变形镁合金，但经变形的镁合金材料可获得更高的强度，更好的延展性及更多样化的力学性能，可以满足不同场合结构件的使用要求。因此，开发变形合金，是其未来更长远的发展趋势20。新型变形镁合金及其成型工艺的开发，已受到国内外材料工作者的高度重视。美国成功研制了各种系列的变形镁合金产品，如通过挤压热处理后的ZK60高强变形镁合金，其强度及断裂韧性可相当于时效状态的Al7075或Al7475合金，而采用快速凝固（RS）粉末冶金（PM）热挤压工艺开发的Mg-Al-Zn系EA55RS变形镁合金

12、，成为迄今报道的性能最佳的镁合金，其性能不但大大超过常规镁合金，比强度甚至超过7075铝合金，且具有超塑性（300，436），腐蚀速率与2024-T6铝合金相当，还可同时加人SiCp等增强相，成为先进镁合金材料的典范。日本1999年开发出超高强度的IM Mg-Y系变形镁合金材料，以及可以冷压加工的镁合金板材。英国开发出Mg-Al-B挤压镁合金，用于Magnox核反应堆燃料罐。以色列最近也研制出用于航天飞行器上的兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金，法国和俄罗斯开发了鱼雷动力源变形镁合金阳极薄板材料。（6）镁合金成形技术。镁合金成形分为变形和铸造两种方法21,22，当前主要使用铸造成形工艺。压

13、铸是应用最广的镁合金成形方法。近年来发展起来的镁合金压铸新技术有真空压铸和充氧压铸，前者已成功生产出AM60B镁合金汽车轮毅和方向盘，后者也己开始用于生产汽车上的镁合金零件。镁合金半固态触变铸造（Thixo-Molding）成形新技术，近年来受到美国、日本和加拿大等国家的重视。与传统的压铸相比，触变铸造法无需熔炼、浇注及气体保护，生产过程更加清洁、安全和节能。目前已研制出镁合金半固态触变铸造用压铸机，到1998年底，全世界已有超过100台机器投人运行，约有40种标准镁合金半固态产品用于汽车、电子和其他消费品。但相对来说，半固态铸造镁合金材料的选择性小，目前应用的只有AZ91D合金，需要进一步发

14、展适用于半固态铸造的镁合金系。其他正在发展的镁合金铸造成形新技术有镁合金消失模铸造、挤压铸造低压铸造结合法、挤压铸造-流变铸造结合法和真空倾转法差压铸造等。合金钢合金钢也叫特种钢。在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同特殊性能，如强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀，以及其他许多优良性能。例如，钨钢、锰钢硬度很大，可以制造金属加工工具、拖拉机履带和车轴等；锰硅钢韧性特别强，可以制造弹簧片、弹簧圈；钼钢能抗高温，可以制造飞机的曲轴、特别硬的工具等；钨铬钢（又叫高速钢）的硬度大，韧性很强，可以做机床刀具和模具；镍铬钢抗蚀性强，不易氧化，是一种不锈

15、钢，可以制造化工生产上用的耐酸塔、医疗器械、日常用具等。铅合金以铅为基加入其他元素组成的合金。按照性能和用途，铅合金可分为耐蚀合金、电池合金、焊料合金、印刷合金、轴承合金和模具合金等。铅合金主要用于化工防蚀、射线防护，制作电池板和电缆套。铅合金表面在腐蚀过程中产生氧化物、硫化物或其他复盐化合物覆膜，有阻止氧化、硫化、溶解或挥发等作用，所以在空气、硫酸、淡水和海水中都有很好的耐蚀性。铅合金如含有不固溶于铅或形成第二相的铋、镁、锌等杂质，则耐蚀性会降低；加入碲、硒可消除杂质铋对耐蚀性的有害影响。在含铋的铅合金中加入锑和碲，可细化晶粒组织，增加强度，抑制铋的有害作用，改善耐蚀性。铅合金熔点低（在32

16、7以下）、流动性好，凝固收缩率小，熔损少，重熔时成分变化小，可铸造形状复杂、轮廓清晰的器件，广泛应用于铸造铅字和制作模型等。铅锡锑合金用于印刷工业上已有五百多年的历史。制作模型和铸字用的铅合金，所含的锑起提高硬度和强度、降低凝固收缩率的作用；所含的锡起提高流动性和轮廓清晰度的作用。利用熔点低的铅合金作模型材料，制作工艺简便，且有一定的使用寿命，对产品更改及模型翻新非常便利。铅合金的变形抗力小，铸锭不需加热即可用轧制、挤压等工艺制成板材、带材、管材、棒材和线材，且不需中间退火处理。铅合金的抗拉强度为37kgf/mm2，比大多数其他金属合金低得多。锑是用于强化基体的重要元素之一，仅部分固溶于铅，既

17、可用于固溶强化，又能用于时效强化；但如果含量过高，会使铅合金的韧性和耐蚀性变坏。从综合性能考虑，铅合金用于制作化工设备、管道等耐蚀构件时，以含锑6%左右为宜；用于制作连接构件时，以含锑8%10%为好。铅锑合金加入少量的铜、砷、银、钙、碲等，可增加强度，称为硬铅。由于铅合金的剪切、蠕变强度低，在一定的载荷和滚动切变作用下，铅合金易于变形并减薄成为箔状；且铅合金的自润性、磨合性和减震性好，噪声小，因而是良好的轴承合金。铅基轴承合金和锡基轴承合金统称为巴氏合金，可制作高载荷的机车轴承。含砷高达2.5%3%的铅合金，适于制作高载荷、高转速、抗温升的重型机器轴承。铅合金具有不易被X和射线穿透的特性，可作放射性工作的防护材料。铅合金的烟尘有毒，熔铸时要有良好的防护措施。合金的应用 假设你是当年的古希腊士兵，你在战场上就常常得把手里的青铜剑扳直。但青铜比铜已是一大改进，铜更容易弯曲。大多数金属强度低，很软，但两种软金属合在一起就会成为一种较硬的金属叫作合金。青铜是铜和锡的合金。改变金属的配比和成分，合金的性质就会改变。多数合金由两种或两种以上金属合成，但有些合金含非金属元素，如碳。使用最广的这类合金是钢。最早的合金6000年前人们发现铜和锡合在一起会更硬些。这种合金称作青铜。青铜被广泛使用了许多年，因而这一时期称作