材料科学与人类文明-第5章金属材料简介课件VIP

第五章

常用结构材料简介第五章

常用结构材料简介金属材料金属材料金属材料简介钢铁碳素钢合金钢金属材料黑色金属材料有色金属材料灰口铸铁球墨铸铁……白口铸铁Cu、

Al、Ti、Mg合金碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢金属材料简介钢铁碳素钢合金钢金属材料黑色金属材料有色金属材料碳素钢成分(GB/T13304-91)合金元素CrMnMoNiSiTiWV最大含量／wt.％0.301.000.050.300.500.050.100.04按成分分类低碳钢中碳钢高碳钢普通质量钢优质钢高级优质钢wc0.25%wc＝0.25-0.60%wc>0.60%wS0.050%wP0.045%wS0.035%wP0.035%wS0.020%wP0.030%按用途分类碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢碳素钢成分(GB/T13304-91)合金元素CrMnMo碳素结构钢牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b脱氧方法：Ｆ—沸腾钢；b—半镇静钢质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ屈屈服点s主要牌号及应用牌号Q195Q215Q235Q255Q275主要应用举例受载荷较小的钢丝、开口销、钉子、拉杆、焊接件铆钉、短轴、拉杆、垫圈、渗碳件、焊接件连杆、螺栓、螺母、轴类支架、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、焊接件轴类、吊钩、型钢轴、齿轮wc＝0.06-0.38%常用热处理：一般不热处理，直接使用碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢Q235-AFA级沸腾钢碳素结构钢牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b脱氧方法：Ｆ—沸腾钢；b—半优质碳素结构钢牌号：45平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢加Mn表示含Mn量较高。主要牌号、性能及应用牌号08F、1015、20、25（碳素渗碳钢）30、35、40、45、50（碳素调质钢）55、60、65、65Mn（碳素弹簧钢）性能特点强度低、塑性好强度较低、塑性韧性较好渗碳后获得表面硬度高、心部韧性好的零件强度、塑性、韧性配合较好经调质后可获得优良的综合力学性能强度高、塑性低淬火中温回火处理后有较好的弹性应用举例冷冲压件、焊接件负载不大的轴、销、齿轮、垫片及渗碳件轴类、齿轮、紧固件、要求不高的表面淬火件简单的耐磨件、简单的弹簧、钢丝绳等wc＝0.05-0.75%常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢随含C量提高，强度增大，塑性降低性能调节方法：渗碳、回火钢合金钢优质碳素结构钢牌号：45平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸碳素工具钢牌号：T10A碳平均含碳量的千分数。数字后加A表示高级优质碳素工具钢wc＝0.65-1.35%常用热处理：球化退火、淬火、低温回火主要牌号：T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13性能特点：热处理后，硬度、耐磨性高；塑性、韧性低；淬透性差主要应用：小截面刃具、模具碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢T8MnA，含C%=0.8%、含Mn、高级P、S含量低于一般优质碳素工具钢碳素工具钢牌号：T10A碳平均含碳量的千分数。数字后加A表示铸造碳钢牌号：ZG200-400铸钢sbwc＝0.15-0.60%主要牌号：ZG200-400,ZG230-450,ZG270-500,ZG310-570,ZG340-640主要应用：形状复杂、力学性能要求高、铸铁难以满足的零件碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢铸造碳钢牌号：ZG200-400铸钢sbwc＝0.15-合金钢主要合金元素Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn合金元素的主要作用细化晶粒固溶强化（形成合金渗碳体或特殊碳化物）提高淬透性提高回火稳定性获得室温奥氏体（奥氏体不锈钢）合金钢主要合金元素合金钢调质钢机器结构钢工程结构钢渗碳钢合金结构钢合金工具钢低合金结构钢锅炉用钢造船用钢刃具钢弹簧钢轴承钢易切削钢耐候钢模具钢量具钢高强度钢耐蚀钢耐热钢特殊性能钢耐磨钢碳素钢钢合金钢合金钢调质钢机器结构钢工程结构钢渗碳钢合金结构钢合金工具钢低工程结构钢成分特点低含碳量（wc<0.2%）

根据不同要求添加合金元素，总量<3%用途建筑、船舶、桥梁、运输工具、高压容器、军工性能要求一定的综合力学性能和屈强比良好的压力加工和焊接性能耐侯性和耐冷脆性级别300MPa350MPa400MPa450MPa500MPa650MPa牌号12Mn09MnNb16Mn12MnPRe16MnNb10MnNbRe14MnVTiRe15MnVN14MnMoVBRe18MnMoNb14CrMnMoVB用途船舶、低压锅炉、容器、油罐桥梁、车辆船舶、桥梁、车辆、大型容器、大型钢结构、起重机械建筑结构、船舶、化工容器桥梁、起重机港口工程结构、造船、石油井架桥梁、高压容器、电站设备、大型船舶大型焊接结构、大桥、造船、车辆中温高压容器(<500C)锅炉、化工、石油的高压厚壁容器(<500C)中温高压容器(400~560C)我国几种低合金高强度钢的用途机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢工程结构钢成分特点用途性能要求级别300MPa350MPa4调质钢成分特点中含碳量（wc=0.30~0.50%）

添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性，固溶强化添加少量Mo、W、V等细化晶粒，提高回火稳定性用途轴、杆类零件、齿轮、链条等性能要求优良的综合力学性能良好的淬透性牌号40Cr40MnB35CrMo40CrNi40CrNiMoA40CrMnMo45CrNiMoVA用途轴类、连杆螺栓、进气阀、重要齿轮中小截面调质件大截面齿轮、重型传动轴、大电机主轴强度高、韧性好的零件，如轴、齿轮、链条大截面受冲击零件，如偏心轴、曲轴大截面重负荷齿轮、轴高强度高弹性零件，如车辆扭力轴常用合金调质钢的牌号及其用途(轴)主要热处理：淬火+高温回火机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢调质钢成分特点用途性能要求牌号40Cr40MnB35CrMo渗碳钢成分特点低含碳量(wc=0.10~0.25%)

添加Cr、Ni、Mn、B增加淬透性，固溶强化添加少量Mo、W、V、Ti等形成稳定碳化物，细化晶粒用途轴、齿轮、蜗杆、活塞销等性能要求

表面良好的耐磨性高强度、高硬度

心部良好的韧性牌号20CrMnTi20MnTiB20Cr2Ni418Cr2Ni4WA20CrMn20Mn220Cr用途广泛用于汽车、拖拉机工业30mm直径以下的高速、中重载冲击磨损件，如变速箱齿轮汽车拖拉机上小截面、中等负荷齿轮传动齿轮、轴、万向叉大齿轮、花键轴、曲轴齿轮、轴、蜗杆、活塞销、摩擦轮小齿轮、小活塞销小齿轮、小轴、活塞销常用合金渗碳钢的牌号及其用途（齿轮）主要热处理：渗碳+淬火+低温回火机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢渗碳钢成分特点用途性能要求牌号20CrMnTi20MnTiB弹簧钢成分特点中含碳量（wc=0.50~0.70%）

添加Cr、V、Mn、Si增加淬透性，固溶强化，提高回火稳定性用途弹簧性能要求

高弹性极限和屈强比

高疲劳强度良好的综合力学性能牌号65Mn60Si2Mn55CrMnA60Si2CrVA50CrVA30W4Cr2VA用途大尺寸的各种弹簧车辆板簧、螺旋弹簧、安全阀用弹簧，低于250C耐热弹簧大尺寸板簧、螺旋弹簧高载荷耐冲击弹簧、工作温度低于250C耐热弹簧大截面高应力螺旋弹簧，低于300C耐热弹簧500C下工作弹簧、锅炉安全阀用弹簧常用合金弹簧钢的牌号及其用途主要热处理：淬火+中温回火，获得回火索氏体组织。表面喷丸强化机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢弹簧钢成分特点用途性能要求牌号65Mn60Si2Mn55Cr轴承钢成分特点高含碳量（wc=0.90~1.10%）

添加Cr（wCr=0.50～1.65%）提高淬透性，细化碳化物用途轴承的滚珠、滚针、套圈，某些工具、量具、模具性能要求

高硬度、高耐磨性高接触疲劳强度和弹性极限良好的综合力学性能牌号GCr9GCr15GSiMnVGSiMnMoVGCr6GCr15SiMn用途较小尺寸轴承件大型机械轴承，高耐磨、高疲劳轴承汽车、拖拉机、轧钢机用轴承汽车、拖拉机、轧钢机用轴承小尺寸轴承件大型机械轴承，高耐磨、高疲劳轴承常用滚动轴承钢的牌号及其用途主要热处理：正火、球化退火、不完全淬火+低温回火、冷处理机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢轴承钢成分特点用途性能要求牌号GCr9GCr15GSiMnV轴承钢金相内含碳化物轴承钢金相内含碳化物合金工具钢分类合金刃具钢合金模具钢合金量具钢低速刃具钢高速钢冷作模具钢热作模具钢性能要求

高硬度高耐磨性高红硬性适当的强度、韧性

高强度、高硬度高耐磨性足够的韧性

高强度、高硬度高耐磨性足够的韧性

抗热疲劳性、抗氧化性、导热性

高强度、高硬度高耐磨性；

组织稳定性最终热处理及组织淬火+低温回火M’+合金碳化物+’淬火＋560C三次回火M’+合金碳化物+’淬火+低温回火M’+合金碳化物+’淬火+高温回火S’或T’淬火+低温回火+深冷处理M’主要钢种举例9SiCr,8MnSi,Cr06,Cr2,W,9Cr2W18Cr4VW6Mo5Cr4V2Cr12MoV,Cr12,CrWMn,9Mn2V,Cr4W2MoV,6W6Mo5Cr4V5CrNiMo,5CrMnMo,3Cr2W8V,4Cr5MoSiV,5Cr4W5Mo2V9SiCr,CrWMn,GCr15,T10A,T12A说明：含碳量用千分数表示，wc>1.0%时不标注。高速钢不标注含碳量合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢刃具钢模具钢量具钢合金工具钢分合金刃具钢合金模具钢工具钢金相T7(碳素工具钢)

经球化退火高速钢铸态工具钢金相T7(碳素工具钢)高速钢铸态特殊性能钢超高强度钢耐磨钢易削钢耐热钢耐蚀钢性能要求

高强度合适的塑性高疲劳强度一定的冲击韧性和断裂韧性

承受严重冲击和摩擦

良好切削性

热强性抗氧化性

耐腐蚀主要种类或成分特点低合金中碳马氏体型中合金低碳马氏体型中合金中碳二次硬化型高合金超低碳马氏体时效钢高锰铸钢(受冲击后表面产生加工硬化)提高S、P含量加S、Se、Te等改变非金属夹杂物的组成加Pb形成金属夹杂奥氏体耐热钢铁素体耐热钢马氏体耐热钢珠光体耐热钢奥氏体不锈钢铁素体不锈钢马氏体不锈钢主要钢种举例30CrMnSiNi2A40Cr5MoSiV1(H13)25Si2Mn2CrNiMoVANi25Ti2AlNbZGMn8ZGMn13Y12、Y20、Y40Mn、YP40、Y35S、Y40CrS、YP12CrNi,YP30CrMo1Cr18Ni9Ti1Cr171Cr131Cr11MoV1Cr18Ni9Ti1Cr171Cr13,2Cr133Cr13,4Cr13合金结构钢合金工具钢高强度钢耐蚀钢耐热钢特殊性能钢耐磨钢碳素钢钢合金钢易切削钢特殊性能钢超高强度钢耐磨钢易削钢耐热钢耐蚀钢性高强度承受不锈钢金相奥氏体不锈钢马氏体不锈钢不锈钢金相奥氏体不锈钢马氏体不锈钢铸铁分类、特点及应用分类成分/wt.%组织性能应用牌号灰口铸铁C:2.5-4.0Si:1.0-3.0Mn:0.5-1.2S:<0.15P:<0.12

抗拉强度低、压缩强度高塑性、韧性低减摩、减震性好缺口敏感性好机床床身，发动机缸体，箱体，阀体，泵体等HT100HT150HT200HT250HT300HT350球墨铸铁C:3.6-3.9Si:2.0-2.8Mn:0.3-0.6S:<0.07P:<0.10

具有灰铁基本性能抗拉强度高、屈服强度高

有一定塑性、韧性

疲劳强度较高曲轴，连杆，凸轮轴，飞轮，机器底座，汽缸等QT400-18QT450-10QT500-7QT700-2QT900-2蠕墨铸铁C:3.5-3.9Si:2.2-2.8Mn:0.4-0.8S:<0.10P:<0.10

介于灰铁和球铁之间

导热性，铸造性能，切削加工性能好制动盘，排气管，汽缸盖，活塞环等RuT200RuT300RuT340RuT380RuT420其它铸铁：可锻铸铁，冷硬铸铁，耐磨铸铁，耐热铸铁，耐蚀铸铁铸铁分类、特点及应用分类成分/wt.%组织性能应白口铁、灰口铁、球墨铸铁球状石墨片状石墨渗碳体白口铁、灰口铁、球墨铸铁球状石墨片状石墨渗碳体紫铜纯铜(紫铜)FCC=8.94g/cm3Tm=1083C性能特点塑性好，可进行各种冷热加工导电、导热、耐腐蚀无磁性强度低，b=230-240MPa牌号应用举例纯铜T1T2导电、导热、耐腐蚀器件，如电线、雷管等。T3电器开关、铆钉等无氧铜TU1TU2电真空器件脱氧铜TP1TP2汽油、气体冷凝管等焊接用铜材紫铜纯铜(紫铜)性能特点牌号应用举例纯铜T1T2导电、黄铜

Cu-Zn基合金，wZn=0~50wt%

易加工成形良好的机械性能耐大气、海水腐蚀色泽美丽，价格低廉普通黄铜特殊黄铜铸造黄铜牌号H96、H90、H80、H68、H65、H62、H59HSn90-1、HSn62-1HAl60-1-1、HMn58-2、HPb63-3ZCuZn38、ZCuZn40Mn2、ZCuZn38Al2、ZCuZn33Pb2应用举例散热器、冷凝器管道、电器、机器零件、垫圈、弹簧、螺钉等船舶零件、海水中工作的高强度零件、弱电工业用零件等一般结构耐腐蚀零件、海水中工作的管配件、电机仪表用压铸件、机械、电子、仪器配件等黄铜Cu-Zn基合金，wZn=0~50wt%普通黄铜青铜

以Zn、Ni外的其他元素作为主要合金元素的Cu合金锡青铜：QSn4-3,QSn7-0.2

具有高强度、耐磨性和弹性

适用于制造弹性元件、滑动轴承、齿轮及艺术品铝青铜：QAl9-4,QAl10-4-4

价格低，是重要的结构材料适用于制造齿轮、轴套等零件铍青铜：QBe2,QBe1.7

高强度、高弹性、高疲劳强度；良好的耐磨性、抗腐蚀、导电导热无冲击火花可以时效强化，是优良的弹性材料可制造高级精密弹簧、膜片、轴承、齿轮等青铜以Zn、Ni外的其他元素作为主要合金元素的Cu合金锡铝合金纯铝银白色，2.7g/cm3，FCC，Tm=660.24C

强度低，导电导热性优良，仅次于Ag、Cu

主要用于制造电线、电缆铝合金主要合金元素有Si、Cu、Mg、Zn、Mn

一般用作结构材料铝合金纯铝铝合金的时效Al-Cu合金的时效序列固溶处理后：Al(Cu)过饱和固溶体时效序列：Al(Cu)G.P.区’’’欠时效时效峰值过时效G.P.区’经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高，称之为时效，或时效硬化实质是第二相Al2Cu从过饱和固溶体中沉淀的过程富铜区。铜原子在(100)晶面上偏聚，呈圆片状正方结构，’在(001)面上与基体铝共格平衡相Al2Cu正方结构，完全脱离母相，丧失了与基体的共格关系，合金硬度、强度下降铝合金的时效Al-Cu合金的时效序列欠时效铝合金应用铝合金功放面板铝合金发动机压气机叶轮铝合金散热器铝合金支架铝铰链铝合金型材铝锂合金模锻件铝合金应用铝合金功放面板铝合金发动机压气机叶轮铝合金散热器铝钛及钛合金纯钛

4.54g/cm3，Tm=1668C

室温~882.5C:HCP(-Ti)

882.5C~熔点:BCC(-Ti)

强度低，韧性、塑性好钛合金主要应用航空、航天、机械、医疗、化工Ti-2CuTi-6Al-4V钛及钛合金纯钛钛合金主要应用Ti-2CuTi-6Al-4以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等为代表的高强钛合金减轻了结构重量，提高了战机作战性能飞机钛合金接头飞机活动腹鳍前接头飞机承力框异型筒状零件超高强钛合金钛合金机翼接头钛合金应用以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等为代表形状记忆合金（SMA）

形状记忆材料是指具有—定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料；形状记忆合金是形状记忆材料中的一种,形状记忆材料包括合金，复合材料及有机高分子材料。形状记忆合金（SMA）

形状记忆材料是指具有—定初始形状的材形状记忆合金特征材料在较低温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某数值，材料会自动恢复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆。

合金材料恢复形状所需的刺激源通常为热源，故也称为热致形状记忆合金。形状记忆合金特征材料在较低温度下受外力而变形，当外力去除后，形状记忆合金的记忆特点一次记忆（单程）：材科加热恢复原形状后，再改变温度，物体不再改变形状。可逆记忆（双程）：物体不但能记忆高温的形状，而且能记忆低温的形状，当温度在高低温之间反复变化时，物体的形状也自动反应在两种形状间变化。全方位记忆（全程）：除具有可逆记忆特点外，当温度比较低时，物体的形状向与高温形状相反的方向变化。一般加热时的回复力比冷却时回复力大很多。形状记忆合金的记忆特点一次记忆（单程）：单程、双程及全程记忆效应示意图单程、双程及全程记忆效应示意图形状记忆合金材料Ti-Ni系合金铜系合金：eg:Cu-Zn,Cu-Zn-Al,Au-Cu-Zn铁系合金：eg:Fe-Pt,Fe-Mn-Si

特点弯曲量大，塑性高在记忆温度以上恢复以前形状目前性能最佳的形状记忆合金进入实用阶段形状记忆合金材料Ti-Ni系合金目前性能最佳的形状记忆合金进形状记忆合金的应用月面天线略图（1）在军事和航天工业方面的应用形状记忆合金的应用月面天线略图（1）在军事和航天工业方面的应

（2）在工程方面的应用形状记忆合金管接口（2）在工程方面的应用形状记忆合金管接口Advantages形状记忆合金作紧固件、连接件的优势：①夹紧力大，接触密封可靠．避免了由于焊接而产生的冶金缺陷；②适于不易焊接的接头；③金属与塑料等不同材料可以通过这种连接件连成一体；④安装时不需要熟练的技术。

Advantages形状记忆合金作紧固件、连接件的优势：①

（3）在医疗方面的应用记忆型NiTi牙弓丝（3）在医疗方面的应用记忆型NiTi牙弓丝Examples形状记忆合金套管连接的铝合金假肢形状记忆合金制成的血液过滤器Examples形状记忆合金套管连接的铝合金假肢形状记忆合金Examples镍钛诺尔热机的结构J（4）形状记忆式热发动机Examples镍钛诺尔热机的结构J（4）形状记忆式热发动机自控元件原理（5）其它应用自控元件原理（5）其它应用4.4SMA双程CuZnAl记忆合金弹簧

4.4SMA双程CuZnAl记忆合金弹簧4.4SMA双程CuZnAl记忆合金花4.4SMA双程CuZnAl记忆合金花ExamplesTiNi记忆合金眼镜架超弹性耐腐蚀性重量轻ExamplesTiNi记忆合金眼镜架超弹性超耐热合金定义能在700～1200℃高温下仍能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料通称超耐热合金。超耐热合金

一般说，金属的熔点越高，其可使用的温度限度越高。

高熔点材料就一定是超耐热材料吗？超耐热合金定义超耐热合金一般说，金属的熔点越高，其可使用的对高温材料的要求

1.必要条件：高熔点2.在高温下有优良的抗腐蚀性3.在高温下有较高的强度和韧性高熔点金属第Ⅴ副族、第Ⅵ副族、第Ⅶ副族耐热合金：Ⅴ－Ⅶ副族元素和第Ⅷ族元素形成的合金对高温材料的要求

1.必要条件：高熔点高熔点金属第Ⅴ材料科学与人类文明-第5章金属材料简介课件Example航空燃起轮机中使用的高温合金示意图1——压气机叶片2——燃烧室3——涡轮盘4——涡轮叶片主要部件占发动机重量70％由超耐热合金构成燃烧室、涡轮盘和涡轮叶片用耐高温的Ni-Co基合金制造高压氧涡轮泵和高压氢涡轮泵上的叶片，都是高Cr-Co-W基耐高温合金Example航空燃起轮机中使用的高温合金示意图1——压气机铁基超耐热合金基于奥氏体不锈钢，含一定量的铬，镍等元素中温（600～800℃）条件下使用，抗氧化性较差，高温强度不足镍基超耐热合金：应用最广镍含量一般>50%在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力钴基超耐热合金:受限于钴资源的短缺含钴量40～65％的奥氏体高温合金在730～1100℃下，具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。超耐热合金的分类铁基超耐热合金超耐热合金的分类超低温对材料的特殊要求常温以下直至绝对零度的较大温度范围低温沸点天然气：-163℃液氮：-195.8℃液氢：-253℃液氦：-269℃超低温合金超低温对材料的特殊要求常温以下直至绝对零度的较大温度范围低温1.防止低温脆性2.需要具备低温下的热性能低温合金膨胀系数尽可能小3.必须是非磁性合金超低温技术多在磁场下利用带有磁性的合金，在构件中就会由于产生电磁力的作用而造成对磁场的不良影响超低温材料的要求1.防止低温脆性超低温材料的要求超低温合金的研究高锰奥氏体钢——专门开发的超低温合金。即使在液氦温度下也具有良好的强度和延伸率热膨胀系数特别小缺点：机械加工性不佳，耐冲击性也较差。铁锰铝新合金钢——把铁镍铬不锈钢中的镍和铬分别由锰和铝取代而制得低温下强度、韧性都十分优异

常温下良好的加工性。超低温合金的研究高锰奥氏体钢——专门开发的超低温合金。超塑性合金

超塑性合金现象金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延伸现象。超塑性合金

超塑性合金现象金属在某一小的应力状态下，可以延材料科学与人类文明-第5章金属材料简介课件57超塑性的概念一般说来，如果材料的延伸率超过100％，就可称为超塑性。凡具有能超过100％延伸率的材料，则称之为超塑性材料。现代已知的超塑性材料之延伸率最大可超过1000％，有的甚至可达2000％57超塑性的概念一般说来，如果材料的延伸率超过100％，就可58纳米铜的室温超塑性58纳米铜的室温超塑性59在不同温度下ZnAl22的拉伸变形(250℃时延率)59在不同温度下ZnAl22的拉伸变形(250℃时延率)60Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率60Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率超塑性合金类别合金种类：锌基合金：巨大的无颈缩延伸率；低蠕变强度，冲压加工性能差，不适宜做结构材料，用于不需切削的简单零件铝基合金：综合力学性能较差，室温脆性大镍基合金超塑性钢钛基合金超塑性合金类别合金种类：实用超塑性合金1、锌合金：是最早的超塑性合金，其蠕变强度低，难于加工成板材，冲压加工性能差，不宜作结构材料.用于一般不需切削的简单零件。如Zn-22Al的成型温度为250-270℃，压力为0.39-1.37MPa。Zn-22Al合金的超塑性拉伸试样实用超塑性合金1、锌合金：是最早的超塑性合金，其蠕变强度低，2、铝合金：超塑性铝合金可加工成复杂形状部件，强度可达686MPa，使用温度可达150℃。如Al-6Cu-0.42Zr、Al-5Ca-5Zn等超塑性温度为300-600℃，在3×10-2/秒的应变速率下可达408%变形率。

超塑性变形Al-Li合金件传统方式变形铝合金件2、铝合金：超塑性铝合金可加工成复杂形状部件，强度可达6863、镍合金：镍基高温合金由于高温强度高，难以锻造成型。利用超塑性作精密锻造，锻造压力小，节约材料和加工费，制品均匀性好。与叶片一体的涡轮盘的超塑性成型(快速凝固粉末的热挤压坯料两步成型)3、镍合金：镍基高温合金由于高温强度高，难以锻造成型。利用超4、超塑性钢:

将超塑性用于钢方面，还未完全达到商品化程度。近年来研究的IN-744Y超塑性不锈钢，具有铁素体和奥氏体两相细晶组织，如果把含碳量控制在0.03%,可产生几倍的伸长率。碳素钢的超塑性基础研究正在进行,其中含碳1.25%的碳钢在650-700℃的加工温度下,取得400%的伸长率。超高碳钢的超塑性变形（变形量1100%）4、超塑性钢:将超塑性用于钢方面，还未完全达到商品化程度。5、超塑性钛合金：以Ti-6Al-4V为代表，其伸长率可达2000%。5、超塑性钛合金：以Ti-6Al-4V为代表，其伸长率可达2高变形能力的应用超塑性加工可制备复杂零件，成型零件尺寸精度高。缺点是加工速度慢，效率低固相粘结能力的应用超塑性合金与另一金属压合时，其微细晶粒可以顺利地填充满微小凸起的空间，使两种材料间的粘结能力大大提高。利用这一点可轧合多层材料、包复材料和制造各种复合材料，获得多种优良性能的材料减振能力的应用-合金在超塑性温度下具有使振动迅速衰减的性质，因此可将超塑性合金直接制成零件以满足不同温度下的减振需要。超塑性合金的应用高变形能力的应用超塑性合金的应用超塑性成形实例轮胎架装饰用人工石面超塑性成形实例轮胎架装饰用人工石面国外SPF/DB制品国外SPF/DB制品F-15E机身在SPF/DB前后的比较SPF/DBProvidedPartReduction726PartDetailsEliminated10,000FewerFastners前后F-15E机身在SPF/DB前后的比较SPF/DBProv氢能：-除核燃料外发热值最高的，是汽油的3倍，焦炭的4.5倍-燃烧产物最干净-来源丰富，若能从水中制取氢，取之不尽用之不竭。

储氢合金

氢能使用的问题：储存和运输。储氢技术室氢能利用走上实用化，规模化的关键。

传统储氢方法：-高压钢瓶(氢气瓶）。缺点：储存氢气容积小，还有爆炸危险-储存液态氢，将气态氢降到-253C。缺点：储存箱体积庞大，需要极好的绝热装置。氢能：储氢合金

氢能使用的问题：氢气储存与储氢合金

储氢合金——在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、储存和释放氢气的合金材料储氢合金

储氢合金的单位体积储氢密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍氢气储存与储氢合金储氢合金

储氢合金的单位体积储氢密度，一个金属原子能与两个、三个甚至更多的氢原子结合，生成稳定的金属氢化物，同时放出热量。将其稍稍加热，氢化物又会发生分解，将吸收的氢释放出来，同时吸收热量。储氢原理一个金属原子能与两个、三个甚至更多的氢原子结合，生成稳定的金合金的吸氢反应机理H2传质化学吸附氢的解离H22Had表面迁移吸附的氢转化为吸收氢HadHabs

氢在α相的稀固溶体中扩散

α相转变为氢化物（β相） Habs(α)Habs(β)氢在β相中扩散。合金的吸氢反应机理H2传质氢原子在合金晶格中形成固溶体氢原子在合金晶格中形成固溶体储氢合金种类稀土系储氢合金：最好的储氢合金，应用最为广泛。最典型的LaNi5。钛系储氢合金：具有储氢容量高，循环寿命长等优点，是目前研究开发热点。eg:TiMn,TiCr,TiFe镁系储氢合金：密度小，储氢容量高，价格低廉。eg:Mg2Ni储氢合金种类稀土系储氢合金：最好的储氢合金，应用最为广泛。贮氢容器

重量轻、体积小——氢以金属氢化物形式存在于贮氢合金之中，密度比相同湿度、压力条件下的气态氢大1000倍；节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施，安全性能好，无爆炸危险Application贮氢容器

贮氢合金制作的贮氢装置贮氢容器重量轻、体积小——氢以金属氢化物形式存在于贮氢合金Example在高压容器中装入贮氢合金的

“混合贮氢容器”混合贮氢容器Example在高压容器中装入贮氢合金的

“混合贮氢容器”混中国首座为燃料电池汽车服务的加氢站是上海安亭国际汽车城。安亭加氢站主要为使用燃料电池的轿车和公交车提供压缩氢气。氢燃料电池车的尾气排放几乎为零，能显著改善城市空气质量。中国首座为燃料电池汽车服务的加氢站是上海安亭国际汽车城。安非晶态金属材料（金属玻璃）

非晶态是指原子呈长程无序的状态。具有非晶态结构的合金称为非晶态合金，非晶态合金又称金属玻璃

被称为“魔鬼金属”非晶态金属是对高温金属熔体以每秒10万摄氏度的超急冷方法使其凝固而来不及结晶所形成的。非晶态金属材料（金属玻璃）非晶态是指原子呈长程无序Performance&use非晶态金属材料的性能与用途

（1）高强度高韧性的力学性能用途：非晶态合金的高强度、高硬度和高韧性可以被利用制做轮胎、传送带、水泥制品及高压管道的增强纤维。Performance&use非晶态金属材料的性能与用途（2）高导磁、低铁损的软磁性能易于磁化；磁导率、饱和磁感应强度高；矫顽力低、损耗小，是理想的软磁材料（在外磁场作用下容易被磁化）

目前比较成熟的非晶态软磁合金主要有铁基，铁一镍基和钴基三大类。用途：金属玻璃在磁性材料方面的应用主要是作为变压器材料、磁头材料、磁屏蔽材料、磁致伸缩材料等。（2）高导磁、低铁损的软磁性能用途：软磁材料 硬磁材料软磁材料 硬磁材料（3）耐强酸、强碱腐蚀的化学特性不存在第二相，组织均匀其无序结构中不存在晶界，位错等缺陷本身活性很高，能够在表面迅速形成均匀的钝化膜，阻止内部进一步腐蚀。目前对耐蚀性能研究较多的是铁基、镍基、钴基非晶态合金，其中大都含有铬。用途：制造耐腐蚀管道、电池的电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化工用的催化剂、污水处理系统中的零件等（3）耐强酸、强碱腐蚀的化学特性非晶态合金的主要特性和应用主要特性实际应用材料高强度、高韧性结构加强材料高电阻率、低温度系数高电阻材料、精密电阻合金材料高导磁率、低矫顽力磁分离、磁屏蔽、磁头、磁芯材料高磁感、低损耗功率变压器、磁芯材料高耐蚀性刀具材料、电极材料、表面保持材料恒体积、恒弹性不胀钢材料、恒弹性合金材料超导电性超导材料高磁致伸缩应变仪、延迟线、磁致伸缩振子材料高磁能积永磁薄膜材料非晶态合金的主要特性和应用主要特性实际应用材料高强度、高韧性第五章

常用结构材料简介第五章

常用结构材料简介金属材料金属材料金属材料简介钢铁碳素钢合金钢金属材料黑色金属材料有色金属材料灰口铸铁球墨铸铁……白口铸铁Cu、

Al、Ti、Mg合金碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢金属材料简介钢铁碳素钢合金钢金属材料黑色金属材料有色金属材料碳素钢成分(GB/T13304-91)合金元素CrMnMoNiSiTiWV最大含量／wt.％0.301.000.050.300.500.050.100.04按成分分类低碳钢中碳钢高碳钢普通质量钢优质钢高级优质钢wc0.25%wc＝0.25-0.60%wc>0.60%wS0.050%wP0.045%wS0.035%wP0.035%wS0.020%wP0.030%按用途分类碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢碳素钢成分(GB/T13304-91)合金元素CrMnMo碳素结构钢牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b脱氧方法：Ｆ—沸腾钢；b—半镇静钢质量等级：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ屈屈服点s主要牌号及应用牌号Q195Q215Q235Q255Q275主要应用举例受载荷较小的钢丝、开口销、钉子、拉杆、焊接件铆钉、短轴、拉杆、垫圈、渗碳件、焊接件连杆、螺栓、螺母、轴类支架、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、焊接件轴类、吊钩、型钢轴、齿轮wc＝0.06-0.38%常用热处理：一般不热处理，直接使用碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢Q235-AFA级沸腾钢碳素结构钢牌号：Ｑ２３５-Ｂ·b脱氧方法：Ｆ—沸腾钢；b—半优质碳素结构钢牌号：45平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢加Mn表示含Mn量较高。主要牌号、性能及应用牌号08F、1015、20、25（碳素渗碳钢）30、35、40、45、50（碳素调质钢）55、60、65、65Mn（碳素弹簧钢）性能特点强度低、塑性好强度较低、塑性韧性较好渗碳后获得表面硬度高、心部韧性好的零件强度、塑性、韧性配合较好经调质后可获得优良的综合力学性能强度高、塑性低淬火中温回火处理后有较好的弹性应用举例冷冲压件、焊接件负载不大的轴、销、齿轮、垫片及渗碳件轴类、齿轮、紧固件、要求不高的表面淬火件简单的耐磨件、简单的弹簧、钢丝绳等wc＝0.05-0.75%常用热处理：正火、调质、淬火、回火、渗碳碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢随含C量提高，强度增大，塑性降低性能调节方法：渗碳、回火钢合金钢优质碳素结构钢牌号：45平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸碳素工具钢牌号：T10A碳平均含碳量的千分数。数字后加A表示高级优质碳素工具钢wc＝0.65-1.35%常用热处理：球化退火、淬火、低温回火主要牌号：T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13性能特点：热处理后，硬度、耐磨性高；塑性、韧性低；淬透性差主要应用：小截面刃具、模具碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢T8MnA，含C%=0.8%、含Mn、高级P、S含量低于一般优质碳素工具钢碳素工具钢牌号：T10A碳平均含碳量的千分数。数字后加A表示铸造碳钢牌号：ZG200-400铸钢sbwc＝0.15-0.60%主要牌号：ZG200-400,ZG230-450,ZG270-500,ZG310-570,ZG340-640主要应用：形状复杂、力学性能要求高、铸铁难以满足的零件碳素钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢铸造碳钢牌号：ZG200-400铸钢sbwc＝0.15-合金钢主要合金元素Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn合金元素的主要作用细化晶粒固溶强化（形成合金渗碳体或特殊碳化物）提高淬透性提高回火稳定性获得室温奥氏体（奥氏体不锈钢）合金钢主要合金元素合金钢调质钢机器结构钢工程结构钢渗碳钢合金结构钢合金工具钢低合金结构钢锅炉用钢造船用钢刃具钢弹簧钢轴承钢易切削钢耐候钢模具钢量具钢高强度钢耐蚀钢耐热钢特殊性能钢耐磨钢碳素钢钢合金钢合金钢调质钢机器结构钢工程结构钢渗碳钢合金结构钢合金工具钢低工程结构钢成分特点低含碳量（wc<0.2%）

根据不同要求添加合金元素，总量<3%用途建筑、船舶、桥梁、运输工具、高压容器、军工性能要求一定的综合力学性能和屈强比良好的压力加工和焊接性能耐侯性和耐冷脆性级别300MPa350MPa400MPa450MPa500MPa650MPa牌号12Mn09MnNb16Mn12MnPRe16MnNb10MnNbRe14MnVTiRe15MnVN14MnMoVBRe18MnMoNb14CrMnMoVB用途船舶、低压锅炉、容器、油罐桥梁、车辆船舶、桥梁、车辆、大型容器、大型钢结构、起重机械建筑结构、船舶、化工容器桥梁、起重机港口工程结构、造船、石油井架桥梁、高压容器、电站设备、大型船舶大型焊接结构、大桥、造船、车辆中温高压容器(<500C)锅炉、化工、石油的高压厚壁容器(<500C)中温高压容器(400~560C)我国几种低合金高强度钢的用途机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢工程结构钢成分特点用途性能要求级别300MPa350MPa4调质钢成分特点中含碳量（wc=0.30~0.50%）

添加Cr、Ni、Mn、Si增加淬透性，固溶强化添加少量Mo、W、V等细化晶粒，提高回火稳定性用途轴、杆类零件、齿轮、链条等性能要求优良的综合力学性能良好的淬透性牌号40Cr40MnB35CrMo40CrNi40CrNiMoA40CrMnMo45CrNiMoVA用途轴类、连杆螺栓、进气阀、重要齿轮中小截面调质件大截面齿轮、重型传动轴、大电机主轴强度高、韧性好的零件，如轴、齿轮、链条大截面受冲击零件，如偏心轴、曲轴大截面重负荷齿轮、轴高强度高弹性零件，如车辆扭力轴常用合金调质钢的牌号及其用途(轴)主要热处理：淬火+高温回火机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢调质钢成分特点用途性能要求牌号40Cr40MnB35CrMo渗碳钢成分特点低含碳量(wc=0.10~0.25%)

添加Cr、Ni、Mn、B增加淬透性，固溶强化添加少量Mo、W、V、Ti等形成稳定碳化物，细化晶粒用途轴、齿轮、蜗杆、活塞销等性能要求

表面良好的耐磨性高强度、高硬度

心部良好的韧性牌号20CrMnTi20MnTiB20Cr2Ni418Cr2Ni4WA20CrMn20Mn220Cr用途广泛用于汽车、拖拉机工业30mm直径以下的高速、中重载冲击磨损件，如变速箱齿轮汽车拖拉机上小截面、中等负荷齿轮传动齿轮、轴、万向叉大齿轮、花键轴、曲轴齿轮、轴、蜗杆、活塞销、摩擦轮小齿轮、小活塞销小齿轮、小轴、活塞销常用合金渗碳钢的牌号及其用途（齿轮）主要热处理：渗碳+淬火+低温回火机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢渗碳钢成分特点用途性能要求牌号20CrMnTi20MnTiB弹簧钢成分特点中含碳量（wc=0.50~0.70%）

添加Cr、V、Mn、Si增加淬透性，固溶强化，提高回火稳定性用途弹簧性能要求

高弹性极限和屈强比

高疲劳强度良好的综合力学性能牌号65Mn60Si2Mn55CrMnA60Si2CrVA50CrVA30W4Cr2VA用途大尺寸的各种弹簧车辆板簧、螺旋弹簧、安全阀用弹簧，低于250C耐热弹簧大尺寸板簧、螺旋弹簧高载荷耐冲击弹簧、工作温度低于250C耐热弹簧大截面高应力螺旋弹簧，低于300C耐热弹簧500C下工作弹簧、锅炉安全阀用弹簧常用合金弹簧钢的牌号及其用途主要热处理：淬火+中温回火，获得回火索氏体组织。表面喷丸强化机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢弹簧钢成分特点用途性能要求牌号65Mn60Si2Mn55Cr轴承钢成分特点高含碳量（wc=0.90~1.10%）

添加Cr（wCr=0.50～1.65%）提高淬透性，细化碳化物用途轴承的滚珠、滚针、套圈，某些工具、量具、模具性能要求

高硬度、高耐磨性高接触疲劳强度和弹性极限良好的综合力学性能牌号GCr9GCr15GSiMnVGSiMnMoVGCr6GCr15SiMn用途较小尺寸轴承件大型机械轴承，高耐磨、高疲劳轴承汽车、拖拉机、轧钢机用轴承汽车、拖拉机、轧钢机用轴承小尺寸轴承件大型机械轴承，高耐磨、高疲劳轴承常用滚动轴承钢的牌号及其用途主要热处理：正火、球化退火、不完全淬火+低温回火、冷处理机器结构钢工程结构钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢轴承钢成分特点用途性能要求牌号GCr9GCr15GSiMnV轴承钢金相内含碳化物轴承钢金相内含碳化物合金工具钢分类合金刃具钢合金模具钢合金量具钢低速刃具钢高速钢冷作模具钢热作模具钢性能要求

高硬度高耐磨性高红硬性适当的强度、韧性

高强度、高硬度高耐磨性足够的韧性

高强度、高硬度高耐磨性足够的韧性

抗热疲劳性、抗氧化性、导热性

高强度、高硬度高耐磨性；

组织稳定性最终热处理及组织淬火+低温回火M’+合金碳化物+’淬火＋560C三次回火M’+合金碳化物+’淬火+低温回火M’+合金碳化物+’淬火+高温回火S’或T’淬火+低温回火+深冷处理M’主要钢种举例9SiCr,8MnSi,Cr06,Cr2,W,9Cr2W18Cr4VW6Mo5Cr4V2Cr12MoV,Cr12,CrWMn,9Mn2V,Cr4W2MoV,6W6Mo5Cr4V5CrNiMo,5CrMnMo,3Cr2W8V,4Cr5MoSiV,5Cr4W5Mo2V9SiCr,CrWMn,GCr15,T10A,T12A说明：含碳量用千分数表示，wc>1.0%时不标注。高速钢不标注含碳量合金结构钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢刃具钢模具钢量具钢合金工具钢分合金刃具钢合金模具钢工具钢金相T7(碳素工具钢)

经球化退火高速钢铸态工具钢金相T7(碳素工具钢)高速钢铸态特殊性能钢超高强度钢耐磨钢易削钢耐热钢耐蚀钢性能要求

高强度合适的塑性高疲劳强度一定的冲击韧性和断裂韧性

承受严重冲击和摩擦

良好切削性

热强性抗氧化性

耐腐蚀主要种类或成分特点低合金中碳马氏体型中合金低碳马氏体型中合金中碳二次硬化型高合金超低碳马氏体时效钢高锰铸钢(受冲击后表面产生加工硬化)提高S、P含量加S、Se、Te等改变非金属夹杂物的组成加Pb形成金属夹杂奥氏体耐热钢铁素体耐热钢马氏体耐热钢珠光体耐热钢奥氏体不锈钢铁素体不锈钢马氏体不锈钢主要钢种举例30CrMnSiNi2A40Cr5MoSiV1(H13)25Si2Mn2CrNiMoVANi25Ti2AlNbZGMn8ZGMn13Y12、Y20、Y40Mn、YP40、Y35S、Y40CrS、YP12CrNi,YP30CrMo1Cr18Ni9Ti1Cr171Cr131Cr11MoV1Cr18Ni9Ti1Cr171Cr13,2Cr133Cr13,4Cr13合金结构钢合金工具钢高强度钢耐蚀钢耐热钢特殊性能钢耐磨钢碳素钢钢合金钢易切削钢特殊性能钢超高强度钢耐磨钢易削钢耐热钢耐蚀钢性高强度承受不锈钢金相奥氏体不锈钢马氏体不锈钢不锈钢金相奥氏体不锈钢马氏体不锈钢铸铁分类、特点及应用分类成分/wt.%组织性能应用牌号灰口铸铁C:2.5-4.0Si:1.0-3.0Mn:0.5-1.2S:<0.15P:<0.12

抗拉强度低、压缩强度高塑性、韧性低减摩、减震性好缺口敏感性好机床床身，发动机缸体，箱体，阀体，泵体等HT100HT150HT200HT250HT300HT350球墨铸铁C:3.6-3.9Si:2.0-2.8Mn:0.3-0.6S:<0.07P:<0.10

具有灰铁基本性能抗拉强度高、屈服强度高

有一定塑性、韧性

疲劳强度较高曲轴，连杆，凸轮轴，飞轮，机器底座，汽缸等QT400-18QT450-10QT500-7QT700-2QT900-2蠕墨铸铁C:3.5-3.9Si:2.2-2.8Mn:0.4-0.8S:<0.10P:<0.10

介于灰铁和球铁之间

导热性，铸造性能，切削加工性能好制动盘，排气管，汽缸盖，活塞环等RuT200RuT300RuT340RuT380RuT420其它铸铁：可锻铸铁，冷硬铸铁，耐磨铸铁，耐热铸铁，耐蚀铸铁铸铁分类、特点及应用分类成分/wt.%组织性能应白口铁、灰口铁、球墨铸铁球状石墨片状石墨渗碳体白口铁、灰口铁、球墨铸铁球状石墨片状石墨渗碳体紫铜纯铜(紫铜)FCC=8.94g/cm3Tm=1083C性能特点塑性好，可进行各种冷热加工导电、导热、耐腐蚀无磁性强度低，b=230-240MPa牌号应用举例纯铜T1T2导电、导热、耐腐蚀器件，如电线、雷管等。T3电器开关、铆钉等无氧铜TU1TU2电真空器件脱氧铜TP1TP2汽油、气体冷凝管等焊接用铜材紫铜纯铜(紫铜)性能特点牌号应用举例纯铜T1T2导电、黄铜

Cu-Zn基合金，wZn=0~50wt%

易加工成形良好的机械性能耐大气、海水腐蚀色泽美丽，价格低廉普通黄铜特殊黄铜铸造黄铜牌号H96、H90、H80、H68、H65、H62、H59HSn90-1、HSn62-1HAl60-1-1、HMn58-2、HPb63-3ZCuZn38、ZCuZn40Mn2、ZCuZn38Al2、ZCuZn33Pb2应用举例散热器、冷凝器管道、电器、机器零件、垫圈、弹簧、螺钉等船舶零件、海水中工作的高强度零件、弱电工业用零件等一般结构耐腐蚀零件、海水中工作的管配件、电机仪表用压铸件、机械、电子、仪器配件等黄铜Cu-Zn基合金，wZn=0~50wt%普通黄铜青铜

以Zn、Ni外的其他元素作为主要合金元素的Cu合金锡青铜：QSn4-3,QSn7-0.2

具有高强度、耐磨性和弹性

适用于制造弹性元件、滑动轴承、齿轮及艺术品铝青铜：QAl9-4,QAl10-4-4

价格低，是重要的结构材料适用于制造齿轮、轴套等零件铍青铜：QBe2,QBe1.7

高强度、高弹性、高疲劳强度；良好的耐磨性、抗腐蚀、导电导热无冲击火花可以时效强化，是优良的弹性材料可制造高级精密弹簧、膜片、轴承、齿轮等青铜以Zn、Ni外的其他元素作为主要合金元素的Cu合金锡铝合金纯铝银白色，2.7g/cm3，FCC，Tm=660.24C

强度低，导电导热性优良，仅次于Ag、Cu

主要用于制造电线、电缆铝合金主要合金元素有Si、Cu、Mg、Zn、Mn

一般用作结构材料铝合金纯铝铝合金的时效Al-Cu合金的时效序列固溶处理后：Al(Cu)过饱和固溶体时效序列：Al(Cu)G.P.区’’’欠时效时效峰值过时效G.P.区’经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高，称之为时效，或时效硬化实质是第二相Al2Cu从过饱和固溶体中沉淀的过程富铜区。铜原子在(100)晶面上偏聚，呈圆片状正方结构，’在(001)面上与基体铝共格平衡相Al2Cu正方结构，完全脱离母相，丧失了与基体的共格关系，合金硬度、强度下降铝合金的时效Al-Cu合金的时效序列欠时效铝合金应用铝合金功放面板铝合金发动机压气机叶轮铝合金散热器铝合金支架铝铰链铝合金型材铝锂合金模锻件铝合金应用铝合金功放面板铝合金发动机压气机叶轮铝合金散热器铝钛及钛合金纯钛

4.54g/cm3，Tm=1668C

室温~882.5C:HCP(-Ti)

882.5C~熔点:BCC(-Ti)

强度低，韧性、塑性好钛合金主要应用航空、航天、机械、医疗、化工Ti-2CuTi-6Al-4V钛及钛合金纯钛钛合金主要应用Ti-2CuTi-6Al-4以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等为代表的高强钛合金减轻了结构重量，提高了战机作战性能飞机钛合金接头飞机活动腹鳍前接头飞机承力框异型筒状零件超高强钛合金钛合金机翼接头钛合金应用以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等为代表形状记忆合金（SMA）

形状记忆材料是指具有—定初始形状的材料经形变并固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料；形状记忆合金是形状记忆材料中的一种,形状记忆材料包括合金，复合材料及有机高分子材料。形状记忆合金（SMA）

形状记忆材料是指具有—定初始形状的材形状记忆合金特征材料在较低温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状，但当温度上升到某数值，材料会自动恢复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆。

合金材料恢复形状所需的刺激源通常为热源，故也称为热致形状记忆合金。形状记忆合金特征材料在较低温度下受外力而变形，当外力去除后，形状记忆合金的记忆特点一次记忆（单程）：材科加热恢复原形状后，再改变温度，物体不再改变形状。可逆记忆（双程）：物体不但能记忆高温的形状，而且能记忆低温的形状，当温度在高低温之间反复变化时，物体的形状也自动反应在两种形状间变化。全方位记忆（全程）：除具有可逆记忆特点外，当温度比较低时，物体的形状向与高温形状相反的方向变化。一般加热时的回复力比冷却时回复力大很多。形状记忆合金的记忆特点一次记忆（单程）：单程、双程及全程记忆效应示意图单程、双程及全程记忆效应示意图形状记忆合金材料Ti-Ni系合金铜系合金：eg:Cu-Zn,Cu-Zn-Al,Au-Cu-Zn铁系合金：eg:Fe-Pt,Fe-Mn-Si

特点弯曲量大，塑性高在记忆温度以上恢复以前形状目前性能最佳的形状记忆合金进入实用阶段形状记忆合金材料Ti-Ni系合金目前性能最佳的形状记忆合金进形状记忆合金的应用月面天线略图（1）在军事和航天工业方面的应用形状记忆合金的应用月面天线略图（1）在军事和航天工业方面的应

（2）在工程方面的应用形状记忆合金管接口（2）在工程方面的应用形状记忆合金管接口Advantages形状记忆合金作紧固件、连接件的优势：①夹紧力大，接触密封可靠．避免了由于焊接而产生的冶金缺陷；②适于不易焊接的接头；③金属与塑料等不同材料可以通过这种连接件连成一体；④安装时不需要熟练的技术。

Advantages形状记忆合金作紧固件、连接件的优势：①

（3）在医疗方面的应用记忆型NiTi牙弓丝（3）在医疗方面的应用记忆型NiTi牙弓丝Examples形状记忆合金套管连接的铝合金假肢形状记忆合金制成的血液过滤器Examples形状记忆合金套管连接的铝合金假肢形状记忆合金Examples镍钛诺尔热机的结构J（4）形状记忆式热发动机Examples镍钛诺尔热机的结构J（4）形状记忆式热发动机自控元件原理（5）其它应用自控元件原理（5）其它应用4.4SMA双程CuZnAl记忆合金弹簧

4.4SMA双程CuZnAl记忆合金弹簧4.4SMA双程CuZnAl记忆合金花4.4SMA双程CuZnAl记忆合金花ExamplesTiNi记忆合金眼镜架超弹性耐腐蚀性重量轻ExamplesTiNi记忆合金眼镜架超弹性超耐热合金定义能在700～1200℃高温下仍能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料通称超耐热合金。超耐热合金

一般说，金属的熔点越高，其可使用的温度限度越高。

高熔点材料就一定是超耐热材料吗？超耐热合金定义超耐热合金一般说，金属的熔点越高，其可使用的对高温材料的要求

1.必要条件：高熔点2.在高温下有优良的抗腐蚀性3.在高温下有较高的强度和韧性高熔点金属第Ⅴ副族、第Ⅵ副族、第Ⅶ副族耐热合金：Ⅴ－Ⅶ副族元素和第Ⅷ族元素形成的合金对高温材料的要求

1.必要条件：高熔点高熔点金属第Ⅴ材料科学与人类文明-第5章金属材料简介课件Example航空燃起轮机中使用的高温合金示意图1——压气机叶片2——燃烧室3——涡轮盘4——涡轮叶片主要部件占发动机重量70％由超耐热合金构成燃烧室、涡轮盘和涡轮叶片用耐高温的Ni-Co基合金制造高压氧涡轮泵和高压氢涡轮泵上的叶片，都是高Cr-Co-W基耐高温合金Example航空燃起轮机中使用的高温合金示意图1——压气机铁基超耐热合金基于奥氏体不锈钢，含一定量的铬，镍等元素中温（600～800℃）条件下使用，抗氧化性较差，高温强度不足镍基超耐热合金：应用最广镍含量一般>50%在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力钴基超耐热合金:受限于钴资源的短缺含钴量40～65％的奥氏体高温合金在730～1100℃下，具有一定的高温强度、良好的抗热腐蚀和抗氧化能力。超耐热合金的分类铁基超耐热合金超耐热合金的分类超低温对材料的特殊要求常温以下直至绝对零度的较大温度范围低温沸点天然气：-163℃液氮：-195.8℃液氢：-253℃液氦：-269℃超低温合金超低温对材料的特殊要求常温以下直至绝对零度的较大温度范围低温1.防止低温脆性2.需要具备低温下的热性能低温合金膨胀系数尽可能小3.必须是非磁性合金超低温技术多在磁场下利用带有磁性的合金，在构件中就会由于产生电磁力的作用而造成对磁场的不良影响超低温材料的要求1.防止低温脆性超低温材料的要求超低温合金的研究高锰奥氏体钢——专门开发的超低温合金。即使在液氦温度下也具有良好的强度和延伸率热膨胀系数特别小缺点：机械加工性不佳，耐冲击性也较差。铁锰铝新合金钢——把铁镍铬不锈钢中的镍和铬分别由锰和铝取代而制得低温下强度、韧性都十分优异

常温下良好的加工性。超低温合金的研究高锰奥氏体钢——专门开发的超低温合金。超塑性合金

超塑性合金现象金属在某一小的应力状态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延伸现象。超塑性合金

超塑性合金现象金属在某一小的应力状态下，可以延材料科学与人类文明-第5章金属材料简介课件142超塑性的概念一般说来，如果材料的延伸率超过100％，就可称为超塑性。凡具有能超过100％延伸率的材料，则称之为超塑性材料。现代已知的超塑性材料之延伸率最大可超过1000％，有的甚至可达2000％57超塑性的概念一般说来，如果材料的延伸率超过100％，就可143纳米铜的室温超塑性58纳米铜的室温超塑性144在不同温度下ZnAl22的拉伸变形(250℃时延率)59在不同温度下ZnAl22的拉伸变形(250℃时延率)145Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率60Bi-44Sn挤压材料在慢速拉伸下出现异常大的延伸率超塑性合金类别合金种类：锌基合金：巨大的无颈缩延伸率；低蠕变强度，冲压加工性能差，不适宜做结构材料，用于不需切削的简单零件铝基合金：综合力学性能较差，室温脆性大镍基合金超塑性钢钛基合金超塑性合金类别合金种类：实用超塑性合金1、锌合金：是最早的超塑性合金，其蠕变强度低，难于加工成板材，冲压加工性能差，不宜作结构材料.用于一般不需切削的简单零件。如Zn-22Al的成型温度为250-270℃，压力为0.39-1.37MPa。Zn-22Al合金的超塑性拉伸试样实用超塑性合金1、锌合金：是最早的超塑性合金，其蠕变强度低，2、铝合金：超塑性铝合金可加工成复杂形状部件，强度可达686MPa，使用温度可达150℃。如Al-6Cu-0.42Zr、Al-5Ca-5Zn等超塑性温度为300-600℃，在3×10-2/秒的应变速率下可达408%变形率。

超塑性变形Al-Li合金件传统方式变形铝合金件2、铝合金：超塑性铝合金可加工成复杂形状部件，强度可达6863、镍合金：镍基高温合金由于高温强度高，难以锻造成型。利用超塑性作精密锻造，锻造压力小，节约材料和加工费，制品均匀性好。与叶片一体的涡轮盘的超塑性成型(快速凝固粉末的热挤压坯料