【正文】 均為單相組織。工業(yè)用銅 鎳合金，根據(jù)其性能特點(diǎn)和用途不同分為耐蝕用白銅和電工用白銅兩類。如 B5表示含鎳量為 5%。另外，還具有優(yōu)良的冷、熱加工性能。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 在銅 鎳二元合金的基礎(chǔ)上加入其他合金元素的銅基合金，稱為特殊白銅。如 BMn3—l2表示含 wNi=3%和 wMn=12%的錳白銅。其中BZn15—20應(yīng)用最廣，有相當(dāng)好的耐蝕性和力學(xué)性能。呈美麗的銀白色。錳白銅具有高的電阻和低的電阻溫度系數(shù)。 BMn43—，又稱考銅，與康銅一樣，具有電阻高和電阻溫度系數(shù)小的特點(diǎn)。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 選擇銅合金的原則 銅及其合金的性能特點(diǎn)是：高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性、無磁性，中等強(qiáng)度、塑性優(yōu)良，較好的工藝性等，這些都是選用合金的依據(jù)。同時(shí)，由于銅的塑性高，易于做成細(xì)的導(dǎo)線及薄的板材。錫青銅的導(dǎo)電性更低，僅為 l0%，鋁青銅的導(dǎo)電能力尚可，仍不超過 35%。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 2. 力學(xué)性能 提高銅合金強(qiáng)度的途徑有合金化、冷加工及熱處理。與其他合金不同，當(dāng)銅中加入某些合金元素時(shí)，不僅其強(qiáng)度明顯提高，而塑性也同時(shí)提高。 沖壓加工后的銅合金，經(jīng)過適當(dāng)?shù)南龖?yīng)力退火 ,可以在保持較高強(qiáng)度的情況下，改善塑性，尤其可以獲得較高的彈性極限，這對(duì)于用作彈性元件是極為重要的。由于這些合金具有高的疲勞強(qiáng)度，適合制造儀表、彈簧。例如三七黃銅就具有優(yōu)良的冷沖壓性，但變形量大時(shí)，要進(jìn)行中間退火。因此，黃銅的流動(dòng)性好，形成疏松的傾向小；熔點(diǎn)低，熔煉方便。其中以含鉛合金的切削性為最好 (如易削黃銅 )；其次是具有兩相組織的銅合金 (如錫青銅及高錫青銅 )。 除此以外，銅合金能抵抗大氣及海水的腐蝕 (尤其是錫青銅 )，且色澤美麗，需鍍鉻或鍍鎳時(shí)，也不用墊層。 最后必須強(qiáng)調(diào)指出，雖然銅合金具有一系列的優(yōu)越性，但由于銅的蘊(yùn)藏量有限，銅合金材料是特別需要節(jié)約使用的材料之一。僅在無法代用的情況下才使用銅合金。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 ① 三七黃銅：抗疲勞性較高，導(dǎo)電能力為純銅的 30%，彈性極限一般，價(jià)格較低。 ③ 白銅：抗疲勞性介于黃銅和磷錫青銅之間，導(dǎo)電能力為純銅的 60%，耐蝕性最高 .彈性極限高于磷錫青銅，價(jià)格高。 銅及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 鎂及其合金 概述 鎂在地殼中的儲(chǔ)藏量極為豐富，其蘊(yùn)藏量約為 %，僅次于鋁和鐵而占第三位。 鎂為銀白色金屬，具有密排六方晶格，熔點(diǎn) 651℃ ，密度為?103kg/m3，相當(dāng)鋁的 2/3，是最輕的工程金屬。在潮濕大氣、淡水、海水及絕大多數(shù)酸、鹽溶液中易受腐蝕。 鎂的化學(xué)活性很強(qiáng)，在空氣中容易氧化，尤其在高溫，如氧化反應(yīng)放出的熱量不能及時(shí)散失，則很容易燃燒。 第 9章 有色金屬及其合金 1. 鎂的合金化 純鎂的力學(xué)性能很低，不能用來作結(jié)構(gòu)材料。 鎂合金主要的合金元素是 Al、 Zn及 Mn，它們?cè)阪V中都有溶解度的變化 (見圖 )，這就可以利用熱處理方法 (固溶處理 +時(shí)效 )使鎂合金強(qiáng)化。加入鎂合金中的 Mn，對(duì)改善耐熱性及抗蝕性具有良好作用。如以鎂合金代替鋁合金，則可減輕電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、儀表及各種附件的質(zhì)量。飛機(jī)起落架輪轂多采用鎂合金制造，就是發(fā)揮鎂合金減振性好這一特性。 ④ 抗蝕性差：使用時(shí)要采取防護(hù)措施，如氧化處理、涂漆保護(hù)等。 2) 熱處理特點(diǎn) ① 多為退火處理：鎂合金的熱處理，多為退火處理，如沖壓件的再結(jié)晶退火、鑄件的去應(yīng)力退火等。鎂合金熱處理強(qiáng)化方法與鋁合金同屬一個(gè)類型。 由于合金元素在鎂合金中擴(kuò)散過程進(jìn)行緩慢，所以當(dāng)冷卻時(shí)，化合物也不易從固溶體中析出，因此固溶處理時(shí)在空氣中冷卻也能保持固溶體不發(fā)生分解。所以鎂合金都是采用人工時(shí)效，而且保溫時(shí)間較長(zhǎng)。 5℃ )。 鎂及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 變形鎂合金 可以鍛壓成形的鎂合金，稱為變形鎂合金。常用變形鎂合金的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途見表 96。 鎂及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 航空工業(yè)上應(yīng)用較多的為 MB15合金，這是一種高強(qiáng)度變形鎂合金，屬 MgZnZr合金系。鋯加入鎂中能細(xì)化晶粒，并能改善抗蝕性。這是因?yàn)檫@類合金經(jīng)熱加工變形后，在空氣中冷卻，已相當(dāng)于固溶處理過程，因此不再進(jìn)行固溶處理。 在常用的變形鎂合金中， MB15合金具有最高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，常用來制造在室溫下承受較大負(fù)荷的零件。 鎂及其合金 第 9章 有色金屬及其合金 鑄造鎂合金 適宜鑄造成形的鎂合金，稱為鑄造鎂合金。常用鑄造鎂合金的牌號(hào)、力學(xué)性能和應(yīng)用見表 96。 ZM3合金屬于耐熱鑄造鎂合金，其常溫強(qiáng)度較低，但耐熱性較高， 可在 200℃ ～ 250℃ 長(zhǎng)期工作，短時(shí)間可使用到 300℃ 。由于其含 Al量較高，能形成較多的強(qiáng)化 相，所以可以通過固溶處理和人工時(shí)效來強(qiáng)化。 5℃ ，保溫時(shí)間一般為 12h～ 24h，保溫后在空氣中冷卻。 ZM5合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、儀表等承受較高負(fù)載的結(jié)構(gòu)件或殼體。尤其在我國(guó)，鈦的資源十分豐富。但目前鈦及其合金的加工條件復(fù)雜，成本比較昂貴，在很大程度上限制了它們的應(yīng)用。鈦的化學(xué)活性很強(qiáng)，在高溫狀態(tài)極易與氫、氧、氮、碳等元素發(fā)生作用，使鈦的表層污染。 鈦在常溫下表面極易形成氧化物和氮化物組成的致密的鈍化膜，因此使鈦在許多介質(zhì)中具有優(yōu)良的抗蝕性。 βα 第 9章 有色金屬及其合金 工業(yè)純鈦的力學(xué)性能與低碳鋼近似，具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性。鈦的屈強(qiáng)比 ( / ) 較高，一般在～ ，因此鈦材壓力加工成形時(shí)，變形抗力較大，不易變形。微量的雜質(zhì)即能使鈦的塑性、韌性急劇降低。工業(yè)純鈦和一般純金屬不同，它具有相當(dāng)高的強(qiáng)度，因此可以直接用于航空產(chǎn)品，常用來制造 350℃ 以下工作的飛機(jī)構(gòu)件，如超音速飛機(jī)的蒙皮、構(gòu)架等。 ? b?b?? 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 牌 號(hào) 狀 態(tài) 力學(xué)性能 (退火狀態(tài) ) /MPa /% m2 TA1 板材 350～ 500 30～ 40 — 棒材 350 25 TA2 板材 450～ 600 25～ 30 — 棒材 450 20 TA3 板材 550～ 700 20～ 25 — 棒材 550 15 表 97 工業(yè)純鈦的牌號(hào)和性能 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 2. 鈦的合金化 為了改善鈦的性能，在鈦中加入一定的合金元素使之合金化，創(chuàng)制出滿足不同性能要求的新合金。 1) 穩(wěn)定元素 能升高 → 轉(zhuǎn)變點(diǎn)，擴(kuò)大 相區(qū)，增大 相穩(wěn)定性的元素，主要為Al。但含 A1量過高會(huì)在合金中出現(xiàn)脆化相而急劇降低力學(xué)性能，使合金變脆，因而 A1的添加量一般不超過 7%。常作為補(bǔ)充強(qiáng)化劑，和 A1等元素共同加入鈦中。 2) 穩(wěn)定元素 能降低 → 轉(zhuǎn)變點(diǎn)，擴(kuò)大 相區(qū)，增大 相穩(wěn)定性的元素，主要為 V、 Mo、 Cr、 Mn等。并根據(jù)“多元少量”原則，對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜合金化，以獲得性能優(yōu)良的鈦合金。 αα ααααβββ β ββ 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 β 3. 鈦合金的分類 鈦合金按退火組織可分為三類。 第二類： 型鈦合金，牌號(hào)以“ TB”加序號(hào)表示。 ααα 4. 鈦合金的主要特性 鈦合金有以下幾方面引人注目的優(yōu)點(diǎn)。鈦合金的強(qiáng)度較高，一般可達(dá) 1200 MPa，和調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼相近。 (2) 熱強(qiáng)度高。目前，鈦合金已正式在 500℃ 下長(zhǎng)期工作，并向 600℃ 的溫度發(fā)展，它的耐熱性能可以和一般的耐熱鋼相媲美。由于鈦合金表面能形成一層致密、牢固的由氧化物和氮化物組成的保護(hù)膜，所以具有很好的抗蝕性能。因此，鈦及鈦合金作為一種高抗蝕性材料已在化工、造船及醫(yī)療等部門得到廣泛應(yīng)用。以飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料為例： 20世紀(jì) 50年代，某些新型飛機(jī)中鈦合金僅占機(jī)體質(zhì)量的 5%。 20世紀(jì) 70年代，美國(guó)正式服役的 YF—12A超音速飛機(jī) (M＝ 3)中，鈦合金的使用量已達(dá)機(jī)體質(zhì)量的 85%左右。但是，鈦及其合金存在一些缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到一定限制。 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 一是切削加工性能差：原因是鈦的導(dǎo)熱性差 (僅為鐵的 1/5，鋁的 1/13)，摩擦系數(shù)大，切削時(shí)容易升溫，也容易粘刀。 二是熱加工工藝性能差：原因是加熱到 600℃ 以上時(shí)，鈦及其合金極易吸收 H N O2等氣體而使其性能變脆。故熱加工工藝過程只能在真空或保護(hù)氣氛中進(jìn)行。 四是硬度較低，抗磨性較差，因此不宜用來制造承受磨損的零件。 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 常用鈦合金 常用鈦合金的牌號(hào)、性能和用途見表 98。 型鈦合金不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只進(jìn)行退火處理，因此室溫強(qiáng)度不高。由于 型鈦合金在室溫下為六方晶格，壓力加工性較差，因此其成形多采用熱壓加工。亞穩(wěn) 型鈦合金可以用熱處理 (固溶處理 +時(shí)效 )進(jìn)行強(qiáng)化，因此室溫強(qiáng)度較高。 這類合金在室溫、高溫均為體心立方晶格，壓力加工性較好。 3. + 型鈦合金 這類合金的退火組織為“ + ”，合金兼有 型及 型兩類鈦合金的優(yōu)點(diǎn)。從組織結(jié)構(gòu)看，它包含 及 相兩種固溶體；從熱處理制度看，它既可以在退火狀態(tài)下使用，又可以在固溶處理、時(shí)效狀態(tài)下使用； ααααβββ βααβββαααββββα 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 從力學(xué)性能看，它既有較高的室溫強(qiáng)度，又有較高的高溫強(qiáng)度而且塑性也比較好。 這類合金雖然可以通過固溶處理及時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化，但由于在較高溫度使用時(shí)，固溶處理并時(shí)效后的組織不如退火后的組織穩(wěn)定。 這類合金中最典型的是 TC4合金，這是一種聲名卓著的鈦合金，全世界 TC4合金的產(chǎn)量，約占鈦合金總產(chǎn)量的 60%。 鈦合金除了因?yàn)閺V泛應(yīng)用于航空、航天工業(yè)，被稱為“空中金屬”外，還由于其對(duì)海水的抗蝕能力特別強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于海洋領(lǐng)域，而被稱為“海洋金屬”。 鈦及鈦合金 第 9章 有色金屬及其合金 前蘇聯(lián)制造的“臺(tái)風(fēng)號(hào)”核潛艇，就是鈦殼核潛艇。圖 螺旋槳推進(jìn)器。軸瓦可以直接由耐磨合金制成，也可以在鋼基上澆注 (或軋制 )一層耐磨合金內(nèi)襯。 滑動(dòng)軸承是用于支承各種轉(zhuǎn)動(dòng)軸的。根據(jù)軸承的工作條件，對(duì)軸承材料提出了一定的組織、性能要求。因此寧可磨損軸瓦，這就要求軸瓦具有合適的表面性能，包括抗咬合性、親油性、嵌藏性和順應(yīng)性等。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軟的部分較快磨損呈凹陷，而硬質(zhì)點(diǎn)相應(yīng)地突出，如圖 。 第 9章 有色金屬及其合金 圖 軸承理想表面示意圖 目前軸承合金的組織特征大致歸納為以下兩類。 第二類：合金組織由較硬的基體和軟質(zhì)點(diǎn)相組成，如鋁 錫、鋁 石墨復(fù)合材料及鉛青銅，灰鑄鐵等類型的合金。例如 ZChSnSbl1—6表示鑄造錫基軸承合金，含有 wSb=11%和 wCu=6%。其組織特點(diǎn)是由軟基體加硬質(zhì)點(diǎn)組成。其暗色基體為銻溶于錫中的固溶體 (軟基體 )，白色方塊為以化合物 SnSb為基的固溶體 (硬質(zhì)點(diǎn) )。為此加入 6%Cu形成 Cu3Sn針狀物，先在溶液中析出，故可阻止相的上浮，從而消除偏析又可以起到硬質(zhì)點(diǎn)的作用。適宜用作汽車、拖拉機(jī)、汽輪機(jī)的高速軸承。 滑動(dòng)軸承合金 第 9章 有色金屬及其合金 圖 ZChSnSb11—6軸承合金的顯微組織 (100X)