金属材料的合金化原理

1、1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号一、合金钢的分类（一、合金钢的分类（1 -按化学成分分类按化学成分分类） 1按化学成分分类按化学成分分类按钢中所含合金元素的种类按钢中所含合金元素的种类，合金钢分为：，合金钢分为：锰钢、铬钢、硅钢、硅锰钢、铬锰钛钢等。锰钢、铬钢、硅钢、硅锰钢、铬锰钛钢等。按钢中合金元素总质量分数按钢中合金元素总质量分数，合金钢分为：，合金钢分为：l低低合金钢（合金钢（Me总质量分数小于总质量分数小于5%）l中中合金钢（合金钢（ Me总质量分数在总质量分数在5%10%）l高高合金钢（合金钢（ Me总质量分数大于总质量分数大于10%） 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的

2、分类、牌号Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 2按钢的用途分类按钢的用途分类 合金结构钢合金结构钢 合金结构钢还可分为工程构件合金结构钢还可分为工程构件用钢（低合金高强度结构钢）和机械制造用用钢（低合金高强度结构钢）和机械制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、钢（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢）。滚动轴承钢和超高强度钢）。 合金工具钢合金工具钢 合金工具钢还可分为刃具钢合金工具钢还可分为刃具钢（低合金刃具钢和高速钢）、量具钢和模具（低合金刃具钢和高速钢）、量具钢和模具钢（冷作模具钢和热作模具钢）。钢（冷作模具钢和热作模具钢）。 特殊

3、性能钢特殊性能钢 特殊性能钢还可分为不锈钢、特殊性能钢还可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁钢。耐热钢、耐磨钢和磁钢。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号一、合金钢的分类（一、合金钢的分类（2 -按钢的用途分类按钢的用途分类） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 3按冶金质量分类按冶金质量分类 普通低合金钢普通低合金钢：wS0.05%，wP0.045%优质低合金钢优质低合金钢：wS0.035%， wP0.035%高级优质合金钢高级优质合金钢：wS0.02% wP0.03%特高级优质合金钢特高级优质合金钢：wS0.015%， wP0.025%。 1.3 合金钢的分

4、类、牌号合金钢的分类、牌号一、合金钢的分类（一、合金钢的分类（3 -按冶金质量分类按冶金质量分类） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 4按金相组织分类按金相组织分类按退火后的组织合金钢可分为按退火后的组织合金钢可分为：l亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢亚共析钢、共析钢、过共析钢、莱氏体钢（在铸态组织中有莱氏体）。（在铸态组织中有莱氏体）。按正火后的组织合金钢可分为按正火后的组织合金钢可分为：l铁素体钢铁素体钢l珠光体钢珠光体钢l贝氏体钢贝氏体钢l马氏体钢马氏体钢l奥氏体钢奥氏体钢1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号一、合金钢的分类（一、合金钢的分类（4

5、-按金相组织分类按金相组织分类） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 按正火后的金相组织和用途特点按正火后的金相组织和用途特点l不锈钢分为不锈钢分为马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢、奥氏体型奥氏体型- -铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢及及沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢等，等，l耐热钢分为耐热钢分为马氏体型耐热钢马氏体型耐热钢、铁素体型耐热钢铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢奥氏体型耐热钢等；等；把化学成分和用途结合起来分类的方法把化学成分和用途结合起来分类的方法，如把如把不锈钢分为不锈钢分为铬不锈钢铬不锈钢、镍铬不锈

6、钢镍铬不锈钢、铬锰不锈铬锰不锈钢钢等。等。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号一、合金钢的分类（一、合金钢的分类（4 -按金相组织分类按金相组织分类） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1合金结构钢合金结构钢工程构件用钢工程构件用钢（低合金高强度结构钢）（低合金高强度结构钢） u牌号是由代表屈服点的汉语拼音字母（牌号是由代表屈服点的汉语拼音字母（Q）、）、屈服点数值、质量等级符号（屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D、E）等三个部分按顺序排列组成。如等三个部分按顺序排列组成。如Q390A。低合金高强度结构钢也分为镇静钢和特殊低合金高强度结构钢也分为镇静

7、钢和特殊镇静钢，但在牌号的组成中没有表示脱氧镇静钢，但在牌号的组成中没有表示脱氧方法的符号。方法的符号。1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（1 -合金结构钢合金结构钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 u专用工程构件结构钢还在牌号的头部（或专用工程构件结构钢还在牌号的头部（或尾部）标注出代表产品用途的符号，例如尾部）标注出代表产品用途的符号，例如l表示压力容器用钢牌号表示为表示压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；l焊接气瓶用钢牌号表示为焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；l锅炉用钢牌号表示为锅炉用钢牌号表示为“Q3

8、90g”；l桥梁用钢表示为桥梁用钢表示为“Q420q”等等。等等。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（1 -合金结构钢合金结构钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 机器零件制造用钢机器零件制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等）。合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等）。u牌号由三部分组成，即由牌号由三部分组成，即由“二位数字二位数字+元素符号元素符号+数数字字”组成。组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的万倍，元素符号表示所

9、含合金元素，后面的数字的万倍，元素符号表示所含合金元素，后面的数字表示合金元素含量的百倍。表示合金元素含量的百倍。凡合金元素质量分数小凡合金元素质量分数小于于1.5%时，编号中只标明元素符号，一般不标含量；时，编号中只标明元素符号，一般不标含量；如果合金元素平均质量分数等于或大于如果合金元素平均质量分数等于或大于1.5%、2.5%、3.5%，则在元素符号后相应标出，则在元素符号后相应标出2、3、4。1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（1 -合金结构钢合金结构钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l合金结构钢中的合金结构钢

10、中的Nb、Ti、B等元素，虽然含等元素，虽然含量很低，但属有意加入，故在钢的牌号中量很低，但属有意加入，故在钢的牌号中仍应表示出来仍应表示出来。如。如40B，其平均碳的质量分其平均碳的质量分数为数为0.4%，硼的质量分数仅为，硼的质量分数仅为0.0005% 0.0035%。l合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌号后加号后加“A”字）或特级优质钢（牌号后加字）或特级优质钢（牌号后加“E”字）。字）。1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（1 -合金结构钢合金结构钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金

11、化原理 u高碳铬轴承钢的牌号高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号在头部加符号“G”，但但不标碳含量。铬含量以千分之几计，其他合金不标碳含量。铬含量以千分之几计，其他合金元素按合金结构钢的合金含量表示。例如：平元素按合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含铬量为均含铬量为1.50%的轴承钢，其牌号表示为的轴承钢，其牌号表示为“GCr15”。u专用机器零件制造用钢专用机器零件制造用钢也要在牌号的头部（或也要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号，例如铆螺钢尾部）加上代表产品用途的符号，例如铆螺钢“ML30CrMnSi”，高级优质渗碳轴承钢高级优质渗碳轴承钢“G20CrNiMoA”等。等。 1.3 合

12、金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（1 -合金结构钢合金结构钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 2合金工具钢合金工具钢合金工具钢分为合金工具钢分为刃具钢刃具钢（低合金刃具钢和（低合金刃具钢和高速钢）、高速钢）、量具钢量具钢和和模具钢模具钢（冷作模具钢（冷作模具钢和热作模具钢）。和热作模具钢）。u牌号表示方法牌号表示方法与机器零件制造用结构钢相与机器零件制造用结构钢相似，但当其平均碳的质量分数大于似，但当其平均碳的质量分数大于1%时，时，含碳量不标出，当其平均碳的质量分数小含碳量不标出，当其平均碳的质量分数小于于1%时，则牌号前的

13、数字表示平均碳的质时，则牌号前的数字表示平均碳的质量分数的千倍。合金元素的表示方法与合量分数的千倍。合金元素的表示方法与合金结构钢相同。金结构钢相同。1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（2 -合金工具钢合金工具钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 u合金工具钢都属于高级优质钢，故不合金工具钢都属于高级优质钢，故不再在牌号后标出再在牌号后标出“A”字。如字。如l9SiCr表示平均碳的质量分数为表示平均碳的质量分数为0.9%左左右，铬、硅各为右，铬、硅各为1%左右；左右；lCr12表示平均碳的质量分数大于表示平均碳的质量分数

14、大于1%，含铬为含铬为12%左右。左右。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（2 -合金工具钢合金工具钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 必须指出的有三点必须指出的有三点：第一第一，高速工具钢与一般合金工具钢略有不，高速工具钢与一般合金工具钢略有不同，同，不论碳的平均质量分数为多少均不予不论碳的平均质量分数为多少均不予标出标出。如。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，等，l当合金成分不相同时，对高碳者牌号前冠当合金成分不相同时，对高碳者牌号前冠以以“C”字。如字。如CW6Mo5Cr4V2等。等。1.3 合金钢的分

15、类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（2 -合金工具钢合金工具钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 W6Mo5Cr4V2wC=0.80%0.90%CW6Mo5Cr4V2wC=0.95%1.05%第第二二，低铬（平均铬含量小于，低铬（平均铬含量小于1%）的合金工）的合金工具钢，在具钢，在铬含量（以千分之几计）前加数铬含量（以千分之几计）前加数字字“0”。如：平均含铬量为。如：平均含铬量为0.60%的合金的合金工具钢，其牌号表示为工具钢，其牌号表示为“Cr06”。第第三三、塑料模具钢在牌号头部加塑料模具钢在牌号头部加“SM”，牌牌号表示方法与优

16、质碳素结构钢和合金工具号表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。例如：钢相同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（2 -合金工具钢合金工具钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 3特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢特殊性能钢可分为不锈钢、耐热钢、耐磨可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁钢。钢和磁钢。u不锈钢及耐热钢牌号前的数字表示平均碳不锈钢及耐热钢牌号前的数字表示平均碳的质量分数的千倍的质量分数的千倍，合金元素的表示方法，合金元素的表示方法与其它合金钢相同。与其它合金钢相同。l当碳的质量分

17、数小于或等于当碳的质量分数小于或等于0.03%时，在牌时，在牌号前冠以号前冠以“00”，l当碳的质量分数小于或等于当碳的质量分数小于或等于0.08%时，在牌时，在牌号前冠以号前冠以“0”。1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（3 -特殊性能钢特殊性能钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 如如不锈钢不锈钢3Cr13的平均的平均wC=0.3%、wCr13%；不锈钢不锈钢0Cr19Ni9的平均的平均wC0.08%、wCr19%、wNi9%；不锈钢不锈钢00Cr19Ni11钢的平均钢的平均wC0.03%、wCr19%、wNi11%

18、。u当当wSi1.5%、wMn2%时，牌号中不予标时，牌号中不予标出。出。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（3 -特殊性能钢特殊性能钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 u特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前或特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前或后附以字母后附以字母。l铸造合金钢的牌号铸造合金钢的牌号是在一般合金钢的牌号前是在一般合金钢的牌号前加加“ZG”，常用的铸造合金钢有：常用的铸造合金钢有：ZGMn2、ZG35SiMn、ZG37SiMn2MoV、ZG40CrMnMo、ZGMn13（高锰钢或耐磨高锰钢或耐磨钢）

19、、钢）、ZG1Cr18Ni9（铸造不锈钢）等。铸造不锈钢）等。l易切削钢易切削钢Y15、Y40Mn、Y15Pb（GB/T8731-1988），），易切削非调质机械结构钢易切削非调质机械结构钢YF35V和和热锻用非调质机械结构钢热锻用非调质机械结构钢F45V（GB/T15712-1995）等。等。 1.3 合金钢的分类、牌号合金钢的分类、牌号二、合金钢的牌号（二、合金钢的牌号（3 -特殊性能钢特殊性能钢） Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理 一、有色金属材料的分类及特点一、有色金属材料的分类及特点（1

20、 -有色金属材料的分类有色金属材料的分类）1有色金属材料的分类有色金属材料的分类按其密度、熔点、在地壳中的储量、被发现按其密度、熔点、在地壳中的储量、被发现和利用的早晚、价格等因素可分为和利用的早晚、价格等因素可分为：1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l轻有色金属轻有色金属l重有色金属重有色金属l难熔金属难熔金属l稀有金属稀有金属l稀土金属稀土金属l贵金属贵金属1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理 一、有色金属材料的分类及特点一、有色金属材料的分类及特点（1 -有色金

21、属材料的分类有色金属材料的分类）按基体金属的主要成分可分为按基体金属的主要成分可分为：1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l铝合金铝合金l镁合金镁合金l钛合金钛合金l铜合金铜合金l镍基合金镍基合金l钴基合金钴基合金l锌合金锌合金l铅或锡合金铅或锡合金l锆或铪合金锆或铪合金l钽合金钽合金1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理 一、有色金属材料的分类及特点一、有色金属材料的分类及特点（1 -有色金属材料的分类有色金属材料的分类）作为结构材料使用的有色金属合金按合金作为结构材料

22、使用的有色金属合金按合金相图或成形方法可分为：相图或成形方法可分为：1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l变形加工合金变形加工合金l铸造合金铸造合金 按有色金属的特性可分为按有色金属的特性可分为：l如铝、镁、钛等金属及其合金，具有相对如铝、镁、钛等金属及其合金，具有相对密度小、比强度高的特点，为密度小、比强度高的特点，为轻质高强结轻质高强结构材料构材料；l银、铜、铝等金属及其合金，具有优良的银、铜、铝等金属及其合金，具有优良的导电、导热性能，是电气工业和仪表工业导电、导热性能，是电气工业和仪表工业不可

23、缺少的材料，为不可缺少的材料，为导电材料导电材料；一、有色金属材料的分类及特点一、有色金属材料的分类及特点（1 -有色金属材料的分类有色金属材料的分类）1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l铜、钛及其合金具有良好的抗腐蚀性能，铜、钛及其合金具有良好的抗腐蚀性能，是石油化工和航海工业所必须的优良是石油化工和航海工业所必须的优良耐蚀耐蚀材料材料；l锆及其合金是反应堆燃料元件包壳及堆芯锆及其合金是反应堆燃料元件包壳及堆芯结构用必须的材料，结构用必须的材料，核材料核材料；l钨、钼、钽、铌及其合金是制造在钨、钼

24、、钽、铌及其合金是制造在1300以上使用的高温零件及以上使用的高温零件及电真空电真空元件的理想元件的理想材料材料。 一、有色金属材料的分类及特点一、有色金属材料的分类及特点（1 -有色金属材料的分类有色金属材料的分类）1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 2有色金属材料的特点有色金属材料的特点 要求合金材料具有更高的强度，更高的韧性和更低要求合金材料具有更高的强度，更高的韧性和更低的密度。的密度。 提高合金材料的耐热性是发展航空、航天及其它许提高合金材料的耐热性是发展航空、航天及其它许多工业技术领域的要

25、求。多工业技术领域的要求。提高合金材料的耐腐蚀性能也一直是有色金属结构提高合金材料的耐腐蚀性能也一直是有色金属结构材料在使用中遇到的基本问题之一。材料在使用中遇到的基本问题之一。 此外，对于结构合金材料，要制造成零件或成品，此外，对于结构合金材料，要制造成零件或成品，还与其工艺性能（铸造性能、压力加工性能、焊接还与其工艺性能（铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理性能和切削性能等）密切相关。性能、热处理性能和切削性能等）密切相关。 一、有色金属材料的分类及特点一、有色金属材料的分类及特点（2 -有色金属材料的特点有色金属材料的特点）1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合

26、金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点Al合金的强化是以合金的强化是以Al与合金元素间形成的金与合金元素间形成的金属间化合物在属间化合物在固溶体中的溶解度变化为基础固溶体中的溶解度变化为基础的。的。n在在Al中有高的溶解度和能起显著强化作用的中有高的溶解度和能起显著强化作用的元素有元素有Zn、Mg、Cu、Si四种四种（表（表1-6）；）；nAg、Ge、Li的极限溶解度虽很大，但由于它的极限溶解度虽很大，但由于它们是稀贵金属，作们是稀贵金属，作Al合金的主要合金元素而合金的主要合金元素而大量加入是有困难的。大量加入是有困难的。

27、 二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 6n主要合金元素与主要合金元素与Al组成的二元（组成的二元（CuAl2、Mg2Si、MgZn2）和三元化合物（和三元化合物（Al2CuMg、Al2Mg3Zn3），），在在Al中的溶解度能随温度的降中的溶解度能随温度的降低而强烈地减小，故可通过热处理的办法来低而强烈地减小，故可通过热处理的办法来提高强度。能形成这种化

28、合物或强化相的合提高强度。能形成这种化合物或强化相的合金有金有Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg和和Al-Zn-Mg-Cu系，可称之为系，可称之为“热处理强热处理强化型化型Al合金合金”。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n有些合金如有些合金如Al-Mg、Al-Si和和Al-Mn等，等，加入的加入的合金元素虽然也有明显的溶解度变化，但热合金元素虽然也有明显的溶解度变化，但热处理强化

29、效果不大处理强化效果不大，只能以退火或冷作硬化，只能以退火或冷作硬化状态应用，放称之为状态应用，放称之为“非热处理强化型非热处理强化型”或或“热处理不强化型热处理不强化型”Al 合金。合金。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原

30、理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理 二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化

31、原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理n有些合金元素如有些合金元素如Cr、Mn、Zr等在等在Al中的溶中的溶解度虽然很小解度虽然很小（表（表1-6），但对，但对合金强度合金强度和和抗抗蚀性蚀性的改善作用却很明显。因为这些过渡元的改善作用却很明显。因为这些过渡元素能明显地抑制再结晶和素能明显地抑制再结晶和细化晶粒细化晶粒，有再结，有再结晶抑制剂或晶粒细化剂之称。晶抑制剂或晶粒细化剂之称。n还有些元素，它们的极限溶解度虽很低，但还有些元素，它们的极限溶解度虽很低，但加入极微量（加入极微量（0.0050.15）也能显著改变从）也能显著改变从合金

32、的形核和沉淀过程，因而能显著地提高合金的形核和沉淀过程，因而能显著地提高时效硬化效应时效硬化效应。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（1 -铝合金的合金化特点铝合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 2铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化 铝合

33、金的时效硬化现象铝合金的时效硬化现象：Cu含量位于含量位于0.15.65间的间的Al-Cu合金于合金于500的的相区进行固溶处相区进行固溶处理和淬火，则会得到均匀的过饱和理和淬火，则会得到均匀的过饱和固固溶体。溶体。这种热力学不稳定的固溶体在某一温度加热，这种热力学不稳定的固溶体在某一温度加热，则会发生分解和析出则会发生分解和析出CuAl2（相），而引起相），而引起强度明显升高。这种现象叫做时效硬化现象。强度明显升高。这种现象叫做时效硬化现象。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金

34、的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理合金系合金系沉淀的序列沉淀的序列平衡沉淀相平衡沉淀相 Al-Cu G.P.区区(圆盘圆盘)(圆盘圆盘)(CuAl2) Al-Mg-Si G.P.区区(棒状棒状)(Mg2Si) Al-Zn-Mg G.P.区区(球球形形)M(片状片状)MgZn2 Al-Mg-Cu G.P.区区(棒或

35、球棒或球)SS(Al2CuMg) Al-Ag G.P.区区(球形球形) (片状片状)(Ag2Al) Al-Li G.P.区区(球形球形)(Al3Li)1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属

36、材料的分类及合金化原理nAl-4Cu合金退火状态的强度很低，合金退火状态的强度很低，b只有只有200 MPa，则淬火状态的强度也不高，则淬火状态的强度也不高，b约约有有250MPa，但自然时效但自然时效7天后，天后，b可提高到可提高到400 MPa。 nAl合金的时效硬化能力与合金的时效硬化能力与固溶体的浓度和固溶体的浓度和时效温度有关。时效温度有关。在理论上，在理论上，固溶体的浓度固溶体的浓度愈高，时效效果也愈高，以接近极限溶解度愈高，时效效果也愈高，以接近极限溶解度的合金，强化效果最大。反之，愈低。的合金，强化效果最大。反之，愈低。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及

37、合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n分析时效硬化曲线可以发现，在时效初期分析时效硬化曲线可以发现，在时效初期强度升高很慢或不升高，这段时间叫强度升高很慢或不升高，这段时间叫“孕育孕育期期”。在孕育时间内合金的塑性很高，可

38、以。在孕育时间内合金的塑性很高，可以进行铆接、弯曲成型或矫直操作，是对生产进行铆接、弯曲成型或矫直操作，是对生产加工极为有利的现象。加工极为有利的现象。 l发生在室温的发生在室温的时效时效称之为称之为自然时效自然时效，l发生在较高温度（发生在较高温度（120）的）的时效时效称之为称之为人工时效人工时效。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n回归效应：回归效应：铝合金时效硬化效应是可逆的，自铝合金时

39、效硬化效应是可逆的，自然时效的合金迅速加热到然时效的合金迅速加热到230250短时间保温短时间保温（几十秒到几分钟），冷到室温后即变软，又（几十秒到几分钟），冷到室温后即变软，又回复到新淬火状态。这种可逆效应叫做回复到新淬火状态。这种可逆效应叫做“回归回归效应效应”。回归后的合金还能再时效，可以重复。回归后的合金还能再时效，可以重复多次。但应指出，回归操作每重复一次，都会多次。但应指出，回归操作每重复一次，都会发生一部分不可逆分解，使再时效的能力减弱。发生一部分不可逆分解，使再时效的能力减弱。n回归效应在实际生产中很有实用价值，自然时回归效应在实际生产中很有实用价值，自然时效后的铆钉塑性降低，

40、铆接困难，即可在回归效后的铆钉塑性降低，铆接困难，即可在回归处理后再铆接。处理后再铆接。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 铝合金在时效过程中的结构变化铝合金在时

41、效过程中的结构变化：n时效硬化现象是德国科学家时效硬化现象是德国科学家AWilm在在1906年发现的，但直到年发现的，但直到1919年才弄清楚是由过饱年才弄清楚是由过饱和固溶体分解引起的，在和固溶体分解引起的，在1935年发现在相年发现在相（CuAl2）析出之前还有过渡相，最后到析出之前还有过渡相，最后到1938年年Guinier和和Preston才发现了才发现了GP区。至此才区。至此才完全弄清楚过饱和固溶体的分解程序：完全弄清楚过饱和固溶体的分解程序： GP区区过渡相过渡相平衡相平衡相 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金

42、化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 nAl-Cu合金的详细分解程序：合金的详细分解程序： GP区区（CuAl2）n过饱和固溶体的缺陷结构：与合金的成分或过饱和固溶体的缺陷结构：与合金的成分或浓度有关浓度有关-空位、位错环和位错等结构缺陷，对空位、位错环和位错等结构缺陷，对GP区和沉淀相的形核和长大过程起重要作用；区和沉淀相的形核和长大过程起重要作用；nGP区的结构：区的结构：GP区是圆片状的区是圆片状的Cu原子富集原子富集区。区。GP区无独立的晶格结构，溶质原子连续地区无独立的晶格结构，溶质原子连续地

43、分布在分布在Al的晶格格点上。的晶格格点上。GP区的形状可以是片区的形状可以是片状、球状，也可以是针状；状、球状，也可以是针状；GPGP区与母相间没有区与母相间没有相界面。相界面。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n 相或相或GP（）区的结构：区的结构：Al-4Cu合金时效合金时效温度提高到温度提高到150175还能形成还能形成相或相或GP（）区（区（正方晶格正方晶格 ）。）。n相是相是Cu原

44、子在原子在GP区中有序化后形成的，是有区中有序化后形成的，是有独立晶格结构的中间沉淀相（独立晶格结构的中间沉淀相（Cu2Al5），），以以(100)Al而而与母相完全共格与母相完全共格。n沿沿c轴方向产生较大的共格应变场，在片状沉淀轴方向产生较大的共格应变场，在片状沉淀相的两侧引起较大的应变衍射衬度，使电子显微相的两侧引起较大的应变衍射衬度，使电子显微图象变成凸透镜状，失去了片状特点。这种强大图象变成凸透镜状，失去了片状特点。这种强大的共格应变场，的共格应变场，是是Al-Cu合金人工时效后强度显合金人工时效后强度显著升高的原因著升高的原因。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的

45、分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n 相的结构与相的结构与相一样，也是过渡相，其相一样，也是过渡相，其化学组成与化学组成与CuAl2相当，也是正方晶格，相当，也是正方晶格，a=0.571nm，c=0.580nm，以（以（100）面）面与母与母相部分共格相部分共格。相是高温时效产物，它的出相是高温时效产物，它的出现说明合金的强度已经降低，故又称现说明合金的强度已经降低，故又称“过时过时效效”产物。产物。n平衡相平衡相相是退火产物相是退火产物(CuA

46、l2)，具有正方具有正方晶格，晶格，a=0.6054nm，c=0.4874nm，与与Al的晶的晶格结构相差更大，格结构相差更大，与母相无共格关系与母相无共格关系，也无，也无固定的取向关系。固定的取向关系。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理二、铝合金的合金化原理二、铝合金的合金化原理（2 -铝合金的时效与组织结构变化铝合金的时效与组织结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点Mg合金的合金化原则与合金的合金化原则与Al合金大致相同，合金大致相同，固溶强化和时效硬化是主要强化手段，只是固溶强化和

47、时效硬化是主要强化手段，只是没有没有Al合金那样明显而已。因此，凡是能在合金那样明显而已。因此，凡是能在Mg中大量固溶的元素，都是强化中大量固溶的元素，都是强化Mg合金的合金的有效合金元素。有效合金元素。根据合金元素的作用特点和极限溶解度，可根据合金元素的作用特点和极限溶解度，可大致分为包晶反应类和共晶反应类两大类。大致分为包晶反应类和共晶反应类两大类。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（1 -镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l包晶反应类：包晶反应类

48、：Zr（3.8），），Mn（3.4）。）。包包晶反应型元素的主要作用是晶反应型元素的主要作用是细化晶粒细化晶粒，但也有，但也有净化合金（消除杂质净化合金（消除杂质Fe），提高抗蚀性和耐热），提高抗蚀性和耐热性的作用性的作用。 l共晶反应类：共晶反应类：uAg(15.5)，Al (12.7%)，Zn（8.4），），Li（5.7），），Th（4.5）；u稀土元素（稀土元素（RE）：）：Y（12.5），），Nd（3.6），），La（1.9），），Ce（0.85），），Pr（0.5%），混），混合合RE（以（以Ce或或La为主）为主）。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原

49、理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（1 -镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n共晶反应型元素是共晶反应型元素是高强度高强度镁合金的主要合金镁合金的主要合金元素元素，如，如Mg-Al-Zn和和Mg-Zn-Zr系合金等。系合金等。这类元素形成的这类元素形成的Mg4Al3（Mg17Al12）、）、MgZn2和和Mg23Th6等在等在Mg中有明显的溶解度中有明显的溶解度变化，是变化，是Mg合金的主要强化相，合金的主要强化相，有明显的有明显的时效硬化效应时效硬化效应。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及

50、合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（1 -镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n稀土元素也多属共晶反应型元素，不仅共晶稀土元素也多属共晶反应型元素，不仅共晶温度比温度比Mg-Al和和Mg-Zn系高，系高，Mg-RE系的系的固固溶体和稀土化合物（溶体和稀土化合物（Mg9Nd，Mg9Ce等）的等）的耐热性也高，稀土元素增强了原子间的结合耐热性也高，稀土元素增强了原子间的结合力，减小了镁原子的扩散速度，有利于抗蠕力，减小了镁原子的扩散速度，有利于抗蠕变性能，故变性能，故Mg-RE-Zr和和Mg-RE-Mn系合金是系合

51、金是耐热耐热Mg合金合金，可在，可在150250工作。工作。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（1 -镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 nRE除了提高耐热性外，还能降低液、固二态合除了提高耐热性外，还能降低液、固二态合金的氧化速度，金的氧化速度，改善铸造和变形性能改善铸造和变形性能。Nd的综的综合作用最佳，能同时提高室温和高温强化效应，合作用最佳，能同时提高室温和高温强化效应，Ce和混合和混合RE次之，有改善耐热性的作用，但次之，有改善耐热性的作用，但

52、常温强化效果很弱；常温强化效果很弱；La的效果更差，两方面都的效果更差，两方面都赶不上赶不上Nd和和Ce。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（1 -镁合金的合金化特点镁合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 2镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化不连续沉淀：不连续沉淀：Mg-Al和和Mg-Al-Zn系合金系合金缓冷试缓冷试样（空冷或油淬）样（空冷或油淬）在在150222时效，先从时效，先从晶晶界或缺陷界或缺陷部位发生部位发生不连续沉淀不连续沉淀，不经，不经GP

53、区阶段区阶段即即直接析出片状平衡相直接析出片状平衡相Mg4Al3，沿一定取向往，沿一定取向往晶粒内部生长。此时，沉淀区的基体浓度和晶晶粒内部生长。此时，沉淀区的基体浓度和晶格常数已达平衡状态，格常数已达平衡状态，未发生沉淀反应的晶粒未发生沉淀反应的晶粒内部，晶格常数和浓度保持不变内部，晶格常数和浓度保持不变。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（2 -镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 l这种片层状不连续反应结构又称珠光体型这种片层状不连续

54、反应结构又称珠光体型沉淀。其组织中的沉淀。其组织中的Mg4Al3相弥散度低，片相弥散度低，片间距大（间距大（200nm），基体浓度低，无共），基体浓度低，无共格或半共格应力场，故强化效果低格或半共格应力场，故强化效果低。l当不连续沉淀向晶内发展到一定程度后，当不连续沉淀向晶内发展到一定程度后，晶粒内部晶粒内部才能发生才能发生连续分解连续分解。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（2 -镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 连续沉淀：连续沉淀

55、：细小的片状细小的片状Mg4Al3相一边析出和相一边析出和长大，固溶体浓度和晶格常数也发生连续变化，长大，固溶体浓度和晶格常数也发生连续变化，最终达到与时效温度相适应的平衡状态。这种最终达到与时效温度相适应的平衡状态。这种沉淀的特点是基体浓度和晶格常数是连续变化沉淀的特点是基体浓度和晶格常数是连续变化的，与不连续沉淀相对应，故称的，与不连续沉淀相对应，故称连续沉淀连续沉淀。n由连续和不连续反应组织的组成，即两类组织由连续和不连续反应组织的组成，即两类组织所占比例的大小，则由合金的浓度和热处理制所占比例的大小，则由合金的浓度和热处理制度来决定。度来决定。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有

56、色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（2 -镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 Mg合金的沉淀过程较复杂合金的沉淀过程较复杂lMg-RE合金的沉淀过程合金的沉淀过程： GP区区(Mg3Ndx)(Mg3Nd)(Mg12Nd) lMg-Th合金的沉淀过程合金的沉淀过程： （Mg3Th）1（六方），（六方），2 （体心）（体心）（Mg2Th） （Mg23Th6） GP区和区和与母相完全共格，与母相完全共格，相部分共格，相部分共格，相是非相是非共格的平衡相共格的平衡相。 1.4 有色金属

57、材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（2 -镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 n六方沉淀相（六方沉淀相（Mg3Th、Mg3Nd或或Mg3X型化型化合物），具有合物），具有DO19型晶体结构，型晶体结构，与母相完与母相完全共格全共格。这种过渡相与。这种过渡相与Al-Cu合金的合金的相类相类似，经常在组元原子尺寸相差较大的合金中似，经常在组元原子尺寸相差较大的合金中出现。相对出现。相对Mg合金的强化贡献较大，在许合金的强化贡献较大，在许多多时效温度出现的峰值

58、硬度时效温度出现的峰值硬度，就与它的存在，就与它的存在有关。有关。1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（2 -镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 nDO19型结构的型结构的a轴相当于轴相当于Mg的二倍，的二倍，c轴相轴相等，等，Mg原子组成的面是低能面，只有次近邻原子组成的面是低能面，只有次近邻原子键发生改变原子键发生改变。这种结构特点表明。这种结构特点表明Mg3X相相在相当宽的温度范围内较稳定，在相当宽的温度范围内较稳定，是提高抗蠕是提高

59、抗蠕变性能的重要因素。变性能的重要因素。Mg-RE系合金工作温度系合金工作温度可达可达250，Mg-Th系合金可达系合金可达350，就是，就是与与DO19型结构型结构Mg3Nd和和Mg3Th有关。有关。 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理三、镁合金的合金化原理三、镁合金的合金化原理（2 -镁合金的沉淀过程与结构变化镁合金的沉淀过程与结构变化）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的合金化原理 1钛合金的合金化特点钛合金的合金化特点钛合金的性能由钛合金的性能由Ti与合金元素间的物理化学与合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的反应特点来决定，即由

60、形成的固溶体固溶体和和化合化合物物的特性及对的特性及对转变的影响等来决定。这转变的影响等来决定。这些影响与合金元素的些影响与合金元素的原子尺寸原子尺寸、电化学性质电化学性质（在周期表中的相对位置）、（在周期表中的相对位置）、晶格类型晶格类型和和电电子浓度子浓度等有关。作为等有关。作为Ti合金与其它有色金属合金与其它有色金属如如Al、Cu、Ni等比较，等比较，有其独有的特点有其独有的特点： 1.4 有色金属材料的分类及合金化原理有色金属材料的分类及合金化原理四、钛合金的合金化原理四、钛合金的合金化原理（1 -钛合金的合金化特点钛合金的合金化特点）Chapter 1 金属材料的合金化原理金属材料的