金属材料学（全套课件263P）

第三章镁合金第一节镁及其合金的特点及牌号镁及其合金的一般特点优点：密度小（纯Mg1.7103kg/m3） 比强度高（强度比铝合金低一般在400MPa以下）抗震能力高切削加工性和抛光性能好缺点：抗蚀性差（在潮湿大气、海水、盐溶液中抗蚀差；但在氢氟酸、铬酸、碱、矿物油中抗蚀性较好）熔铸困难冷变形困难（六方金属）通常铸造和热加工后使用铸造Mg合金的用量比变形Mg合金的用量大

二、纯镁密度1.7g/cm3，熔点651℃，密排六方金属，原子直径3.196Å，无同素异构转变，电导率（是Cu的37％），顺磁性（磁化率比Al小，为75），弹性模量45GPa（比铝小）

（弹性模量小，在外力作用下能产生较大的变形，在冲击载荷作用下， 能吸收较大的冲击功，可制造承受冲击载荷的零件。）

Mg的强度与纯Al差不多，但屈服强度和塑性比Al低， 这是Mg及多数Mg合金的一个缺点。机械性能b（MPa）0.2（MPa）HB铸态变形态1152002590

8.011.5

3036（压力加工后性能具有明显的方向性）•Mg具有很高的化学活泼性，在室温下表面形成氧化镁薄膜•由于氧化镁很脆而且不如氧化铝致密，故镁在潮湿空气中，特别在盐水中的抗蚀性很差。•但Mg在氢氟酸水溶液和碱类以及石油产品中具有较高的抗蚀性。•用途：制造镁合金，其它合金添加元素，烟火工业、化学、石油部门三、牌号1、我国牌号

镁合金牌号用汉语拼音加阿拉伯数字表示纯Mg：Mg－1（一号镁）含Mg99.95

Mg－2（二号镁）含Mg99.92 Mg－3（三号镁）含Mg99.85

杂质：Ni、Fe、Cu、Si、Sn（纯Mg一般不用于加工产品）Mg合金：ZMx（铸造Mg合金），MBx（变形Mg合金）

例：ZM14.5Zn、0.75Zr ZM24.25Zn、0.75Zr、1.2RE ZM50.5Zn、0.33Mn、8.25Al

例：MB11.3－2.5Mn MB23.0－4.0Al、0.2－0.8Zn、0.15－0.5Mn MB81.5－25Mn、0.15－0.35Ce MB155.0－6.0Zn、0.3－0.9Zr字母代表元素字母代表元素AAl铝MMn锰BBi铋NNi镍CCu铜PPb铅DCd镉QAg银ERE稀土RCr铬FFe铁SSi硅HTh钍TSn锡KZr锆YSb锑LLi锂ZZn锌2、美国牌号用英文字母和阿拉伯数字表示，前两个字母表示主要合金化元素，接着的两位数字分别表示前两个字母所代表元素的百分含量（重量百分数），后缀A、B、C等表示在标准成分范围内成分有所变化，但字母X表示实验合金。例如：AZ91表示Mg-9Al-1Zn中国镁合金牌号与美国镁合金牌号对比四、状态符号镁合金常用的热处理类型T1：铸造或加工变形后，不再单独固溶处理，直接人工时效工艺简单，也有强化效果，特别对Mg-Zn系合金，因晶粒易长大，重新加热晶粒粗化，时效后的综合性能反而不如T1T2：为消除铸件残余应力及变形合金的冷作硬化而进行的退火处理ZM5350℃2.5hT4：淬火处理（空冷），可以提高合金的抗拉强度和延伸率ZM5常用T4T6：淬火（空冷）+人工时效，目的提高合金的屈服强度，但塑性相应有所降低。T6主要应用于Mg-Al-Zn及Mg-RE-Zr系，高锌的Mg-Zn-Zr系为充分发挥时效强化效果，也可以选用T6T61：热水淬火+人工时效，可提高时效强化效果。特别是对冷却速度敏感性较高的Mg-RE-Zr合金，如M10（Mg-2.5Nd-0.7Zr-0.4Zn）第二节镁合金的合金化•镁合金的合金化原理与铝合金十分相似•主要利用固溶强化和时效强化提高合金的常温和高温性能。•除此以外，也要考虑合金元素对抗腐蚀性和工艺性的影响。•镁合金一个重要缺点就是晶粒粗大和分布不均匀•因此，晶粒细化是Mg合金化必须考虑的重要问题之一。向镁合金中加入的元素大致可以分三类：包晶反应类：Zr（3.8％极限溶解度）Mn（3.4％极限溶解度）在Mg－Al系中，特定温度下，形成MnAl4起晶核作用。这类元素的主要作用：细化晶粒，提高抗蚀性和耐热性。共晶反应类：Ag（15.5％），Zn(8.4%)，Al(12.7%) Li(5.7%)

Th(4.5%)提高抗蠕变性能这类元素的主要作用： 形成金属间化合物，且在Mg中有明显的溶解度变 化，产生时效硬化效应，因此，这类元素是高强 镁合金的主要添加元素。稀土类：（多是共晶型元素）Y（12.5％），Nd（3.6％），

La（1.9％），Ce（0.85％）这类元素的主要作用：提高耐热性

（增加Mg原子结合力，减小原子扩散速度）含有稀土的固溶体和稀土化合物中原子扩散速度慢，因此耐热性高镁合金化合物的熔点目前实际应用的镁合金，无论是变形还是铸造合金都是集中在以下几个合金系：Mg-Al-Zn高强MB2（3.5Al），MB3（4.2Al），ZM5（0.2Al）Mg-Zn-Zr高强ZM1（4.5Zn），MB15（5.5Zn）Mg-RE-（Zr、Zn、Mn）耐热ZM3（3.2混合稀土、Zn、Zr），MB8（2Mn、0.2Ce）镁合金的分类•变形镁合金的合金化程度比铸造镁合金低（以利于塑性变形）杂质的含量也低。•含高铝的变形镁合金有明显的应力腐蚀开裂倾向。•Mn虽然可以提高耐热性，但对铸造性能有不利的影响，故铸造镁合金中一般避免添加这类元素•在Mg-RE-Zr系中，Zr的主要作用仍为细化晶粒，另外，Zr在镁合金熔炼过程中对杂质有净化作用，故可改善合金的抗蚀性。•在Mg-RE-Mn系中，Mn有一定的固溶强化效果，同时降低合金的原子扩散能力，提高耐热性，并有增加合金抗蚀性的作用。第三节铸造镁合金1、高强铸造镁合金Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr系较高的室温强度，较好的铸造性能耐热性差，工作温度一般不超过150℃⑴Mg-Al-ZnAl：形成主要强化相Mg17Al12（或Mg4Al3）Zn：在Mg-Al的基础上加Zn，提高屈服强度， 增加合金元素的固溶度，提高热处理强化效果， 但当Zn大于1％时，增加形成显微缩松和热裂的倾向Mn：改善抗蚀性Mg-Al-Zn系应用最广的合金是ZM5（与AZ81A相近）

ZM5的成份：（Mg-8Al-0.5Zn-0.3Mn） 平衡组织：+Mg17Al12（Mg4Al3）强化相ZM5：强度高（b＝250MPa、0.2＝95MPa）、塑性好、易于铸造、可热处理强化（可在在自然时效和人工时效状态下使用）。自然时效和人工时效的b基本相同，人工时效屈服强度高，塑性低（有不连续分解），要求组织稳定时，采用人工时效。例如：发动机内的镁合金零件（工作温度高，要求组织稳定）采用T6状态。飞机零件采用T4状态ZM5：T4状态b＝250MPa、0.2＝95MPa用途：制造飞机发动机零件，摩托车的曲轴箱。⑵Mg-Zn-Zr系与Mg-Al-Zn比Mg-Zn-Zr有较高的b和0.2（0.2明显高）Zn：形成主要强化相MgZn2Zr：细化晶粒，改善抗蚀性ZM1（Mg-4.5Zn-0.7Zr）强度比Mg-Al-Zn高，铸造性较差，热裂倾向高，焊接性较差，可热处理强化。T1态b＝280MPa、0.2＝170MPaT1：不经淬火，直接在175℃时效30h，或在190℃时效16h•单纯Mg-Zn-Zr合金，铸造性能差，氧化和热裂倾向比Mg-Al-Zn高， 为改善上述缺点向ZM1中加稀土。•ZM1+0.71.7Ce＝ZM2加入Ce，形成Mg9Ce，以离异共晶形式分布于晶界上，因而改善了热裂倾向和疏松倾向，加入RE越多，共晶量越高，铸造性能越好，但过多的RE会从固溶体中夺取大量的Zn，降低时效后的强度和塑性。•ZM2：有较高的高温瞬时强度，在150200℃有良好的抗•蠕变性能。•适于铸造在150200℃工作的发动机匣，整流舱和电机壳•T1处理325℃(5－8h)时效，0.2＝150MPa•ZM2可代替ZM5使用。第四节变形用镁合金一般在300500℃进行挤压、轧制和模压加工，许多铸造合金系可作变形合金，只不过，合金元素含量低些，杂质含量控制的较严些。变形镁合金的一个特点是各向异性明显。应用：在欧洲，变形Mg合金主要生产锻件和挤压件； 在美国，变形Mg合金也以板材的形式使用。一、高强变形镁合金Mg-Mn（Ce）→Mg-Al-Zn→Mg-Zn-Zr→b增大工作温度不超过150℃最早的变形Mg合金是Mg-1.5Mn，现在已经被废弃了，少量Ce细化晶粒⑴Mg-Mn系（两个合金）不可热处理强化MB1（1.3－2.5Mn）MB8（1.5－2.5Mn、0.15－0.35Ce）Ce：细化晶粒，抑制形成孪晶，有利于屈服强度（特别是压缩屈服强度）的提高，加Ce后，适用于加工承受纵向弯曲负荷的结构件，Ce还提高耐热性。MB1和MB8：工艺塑性好，SCC倾向小，容易焊接，应用较多退火状态使用：MB1退火组织+（Mn）MB1340400℃4h，空冷（b＝170MPa，0.2＝90MPa）工作温度不能超过150℃；MB8280320℃2.5h，空冷,可在200℃以下长期工作；应用：板材：飞机蒙皮，壁板及内部零件；模锻件：制作外型复杂的构件管材：汽油润滑油系统等要求抗蚀的管路⑵Mg-Al-Zn系工业用变形镁合金大部分属于Mg-Al-Zn系自MB2到MB7五个合金是按Al（或加Zn）含量的增加顺序编排的，组织性能变化特点与铸造Mg-Al-Zn合金基体相同；该系合金工艺塑性良好，合金成分均匀性差，变形后易出带状（即Mg17Al12相呈 纤维状分布），抗蚀性一般尚好，稍有SCC倾向。MB2、MB3是该系合金中合金化程度最低的两个合金（Al<5％，Zn1％，少量Mn）， 不能热处理强化，退火态使用MB2MB3280350℃3－5h空冷250280℃0.5h空冷MB2和MB3：工艺塑性良好，适于加工各种板、棒和锻件；

SCC倾向低；MB2焊接性很好。MB2MB3

退火薄板b＝240MPa，0.2＝130MPa，＝12％； 退火薄板b＝250MPa，0.2＝150MPa，＝12％；适用于中载荷工作温度150℃以下，飞行器壳体。⑶Mg-Zn-Zr系

只有一个牌号MB15：（5－6Zn）、（0.3－0.9）Zr、0.1Mn

抗拉强度和屈服强度显著超过其它国产变形Mg合金， 热裂倾向大，不宜焊接。MB15：可热处理强化（有两种处理工艺）

第一种：挤压或锻造（300－400℃热加工）后 直接进行人工时效（150－170℃时效） 第二种：淬火+人工时效（淬火温度高，晶粒长大，塑性差）

500－525℃淬火，150－170℃时效

（高温加热主要是让Zr质点溶入基体，实际上在400℃时Mg、Zn就已溶入基体） 以上两种处理所得的强度差不多，但第二种处理塑性低，实际生产中都采用第一种热处理规范

MB15挤压棒材，人工时效（510℃淬火，160℃时效）

b＝320MPa，0.2＝250MPa主要用于制作受力较大的（非焊接）零件，机翼长桁，翼肋，摇臂

二、耐热变形镁合金采用Mg-RE（Nd）和Mg-Th系两大类

苏联：牌号（MA11）Mg-4Nd-2Mn工作温度，250℃

挤压件，锻件，模锻件美国：牌号（HM21）Mg-2Th-0.6Mn工作温度，350℃板材，锻件三、Mg-Li系超轻镁合金该系合金比重为1.3～1.6（含4－10％Li，合金密度为1.3－1.65，b＝200～320MPa），比一般镁合金轻15～25％，比铝合金轻50％。属于超轻合金材料，它具有良好的冷、热轧性能。近年来，各国对Mg-Li系超轻镁合金的研究与开发都非常重视，苏联研制的超轻镁合金有：MA21、MA18、ИMB1。美国有：LA141A、LA91A、LAZ933A。用Mg-Li合金压延材料制成的构件大大地减轻了重量。超轻镁合金材料是需要进一步研究的课题之一，它将促使航空、航天工业及新技术的迅速发展。第四章铜及其合金铜及其合金是人类应用最早最广泛的一种金属,

它有引人注目的三大特点：

高的电导率和导热率 易成形（包括变形和铸造） 良好的耐蚀性越王勾践青铜剑,剑长55.7cm，湖北江陵出土北宋第一节铜及其合金的分类与牌号一、纯铜的分类与牌号1、分类 由于脱氧方法和含氧量的不同，工业纯铜分三大类：工业纯铜（韧铜）含氧（0.02％～0.1％）脱氧铜含氧（≤0.01％，用P、Mn脱氧）无氧铜含氧（0.001％～0.003％，

在真空或保护气氛下熔炼）2、牌号工业纯铜T加顺序号（顺序号增加纯度降低）， 如T1、T2、T3、T4脱氧铜无氧铜TU加顺序号，如TU1、TU2TU加脱氧剂化学元素符号，如TUP、TUMn

铜的最高纯度：99.999％ 铜的主要杂质：O、Bi、Pb、S名称牌号Cu％O％P或Mn％韧铜T199.950.02T299.900.06T399.700.1T499.50.1无氧铜TU199.970.003TU299.950.003脱氧铜TUP99.950.010.04％PTUMn99.60.1～0.4％Mn二、铜合金的分类与牌号1、我国铜合金的分类和牌号：

除纯铜外，按化学成分铜合金分为黄铜、青铜和白铜三大类： （1）黄铜Cu-Zn合金

黄铜的牌号以字母H开头，字母后附以数字表示Cu百分含量

例如：H68（68%Cu、32%Zn）

普通黄铜（简单黄铜）

单纯的Cu-Zn二元合金

特殊黄铜（复杂黄铜）

在Cu-Zn二元合金的基础上再加入其它合金元素 若再加入一种元素，则在H后加该元素符号， 并在Cu含量后划短横线，再写出该元素的含量。例如HPb59-1（59%Cu、40%Zn、1%Pb）若再更多种元素时，

只在后面依次划短横线并依次写出各元素的含量 例如HFe59-1-1(59%Cu、39%Zn、1%Fe、0.7%Mn)（2）白铜Cu-Ni合金白铜的牌号以字母B开头，字母后附以数字表示Ni百分含量例如：B30（70%Cu、30%Ni）若再加入其它元素，表示方法与特殊黄铜一样例如：BAl6-1.5(铝白铜6%Ni、1.5%Al、余量为Cu)（3）青铜除以Zn和Ni为主加元素以外的铜合金为青铜最主要的青铜Cu-SnCu-AlCu-Be青铜牌号以字母Q开头，后附主加元素的化学元素符号及其含量例如：QAl7(7%Al)若再加入其它元素，则在其后划短横线，再写出添加元素的百分含量例如：QSn6.5-0.4(锡磷青铜6.5%Sn、0.4%P)（4）铸造铜合金在上述铜合金牌号前加Z即为铸造铜合金

ZHPb59-1和HPb59-1杂质含量稍有不同

ZH62和H62前者杂质总和1.5%，后者杂质总和0.5%状态：R－热加工，M－退火，C－淬火，CZ－淬火自然时效，CS淬火人工时效，CY－淬火后冷轧，Y－硬化，T－特硬2、美国铜合金牌号美国铜业发展协会（CDA）表示法：用三位数字表示例如：411（锡黄铜），678（铝黄铜）第一位数表示合金系4表示Cu-Zn-Sn系合金，6表示Cu-Al系、Cu-Si系、特殊Cu-Zn系合金第二、三位数表示合金编号美国材料与试验协会（ASTM）表示法以字母C开头后接5位数字表示例如：C21000（普通黄铜），C34200（铅黄铜），C41100（锡黄铜）第一位数表示合金系2为Cu-Zn系合金3为Cu-Zn-Pb系合金4为Cu-Zn-Sn系合金第二、三位数表示合金编号第四、五位数为00状态

O－退火态

为了满足力学性能要求退火，经退火而获得的材料状态

OS－退火态

为了满足标准规定特殊晶粒度要求，经退火而获得的材料状态M－制造状态，H－冷加工状态，HR－拉制冷加工，并消除应力状态，T－热处理状态，HT－有序强化状态，W－焊接管状态。σMPa

bσMPa

0.2δ%ψ%HB24070507545第二节纯铜一、纯铜的性质1、物性熔点1083℃；密度8.9×103kg/m3；面心立方晶格a=0.36076nm；电阻率17.4nΩm(毫微欧姆米)；无磁性；弹性模量（E）105000～137000MPa（20℃）2、力性3、化学性质在清洁的干燥空气中不受腐蚀。若空气中含有SO2、H2S、CO2和Cl2时，Cu的表面形成一薄层青绿色铜锈，成分为：CuSO4·3Cu(OH)2，CuCO3·Cu(OH)2和CuCl2·3Cu(OH)2在淡水、海水和大多数工业用水中很稳定。在上述介质中受腐蚀程度与其中的氧化剂（O2和CO2）有关。Cu的标准电极电位为0.34V，比H高，不能置换酸溶液中的H。Cu在大多数非氧化性酸（无空气和O2，如HCl）和有机酸（如醋酸）中很稳定。Cu在氧化性酸（如硝酸、硫酸）中迅速溶解。二、各类纯铜的特点及用途按脱氧方法和含氧量工业纯铜分三类：韧铜、无氧铜、脱氧铜1、韧铜成材率高凝固时收缩小，铸锭顶面基本不留凹陷，不必切头，整个锭可热轧，凝固时不收缩的原因是产生了密度较低的Cu2O,部分地补偿了体积收缩大量冷加工时可能有困难，Cu2O的出现降低冲击韧性冷变形对铜的导电性影响不大,冷加工是强化导电材料比较满意的方法.纯铜在500～600℃出现“中温脆性”，目前认为是由于低熔点金属Pb、Bi与Cu形成低熔点共晶分布晶界造成，当温度更高时，Pb和Bi又溶入Cu的晶粒内，因此脆性又消失。易产生氢病由于氧含量高（出现Cu2O），不能在高温还原性气氛中加热退火氢病：所谓氢病就是含氧铜在还原性气氛（如含H2、CO、CH4等气氛介质）中退火时发生自动变脆或开裂现象。Cu2O+H2=2Cu+H2O；Cu2O+CO=2Cu+CO2计算表明：100克含0.01％氧的铜， 在氢气介质中退火能生成14毫升的蒸汽韧铜、无氧铜、脱氧铜的硬度相近；韧铜和无氧铜的强度和电阻率相同；韧铜中的氧形成了Cu2O不影响导电率磷脱氧铜的导电率比韧铜和无氧铜低15％。韧铜主要用于线坯：T1、T2（含氧0.02～0.06％），用作导电、导热、耐蚀器材如：电线电缆、导电螺钉、爆破用雷管、化工用蒸发器T3、T4（含氧0.1％），用作一般铜材如：电器开关、垫片、油管无氧铜主要特点：高导电、高塑性、低温冲击韧性高、无氢病，广泛应用于电子真空仪器中与玻璃封焊的导线。脱氧铜：TUP：工艺性能好（焊接性和冷弯性好）一般无氢病，可在还原气氛中加热使用，但不能在氧化气氛中加热使用。以管、板、带材应用于各种管、冷凝器、蒸发器，这种铜用于制管比用于导电方面更广泛，常作焊接结构铜材。TUMn：软化温度比纯铜高，受热不易变形，能保持足够的尺寸稳定性，有良好的工艺性能，一般无氢病。以线材应用纯铜强度不高：σb＝230～240MPaHB＝40～50δ＝50％冷作硬化：σb＝400～500MPaHB＝100～120δ＝2％合金化原理主要固溶强化，少数时效强化固溶强化：主要元素Zn、Ni、Sn、Al、Mnσb＝650MPa时效强化：主要元素Be、（AlTi）（NiAl）σb＝1400MPa第三节黄铜（brass）黄铜是Cu和Zn的合金，含Zn量低于50％，是使用最广泛的铜基合金一、特点良好的机械性能（退火态，σb＝250～350MPa）易加工成形（黄铜常以成形性优良而著称）对大气和海水有良好的抗蚀性价格低廉、色泽美丽单相黄铜不但保持了铜的好的抗蚀性和成形性，还有较高的强度。二、Cu-Zn系合金的组织常用的黄铜室温平衡态可能有两个基本相，α相和β相。α相：Zn溶于Cu的固溶体，塑性好，适于冷热压力加工。β相：是以电子化合物CuZn为基的有序固溶体，bcc结构，电子浓度3／2，此化合物在456℃存在有序－无序转变：456℃以下，β′相，有序电子化合物，较硬脆。456℃以上，β相，无序电子化合物，在高温塑性好。β相发生的有序化对其显微组织无影响，但使合金塑性明显降低。三、Zn含量对黄铜性能的影响另外，Zn的加入降低Cu的导电性、导热性和密度，提高线膨胀系数杂质的影响★对塑性的影响Bi、Pb、Sb、As、P都降低黄铜的塑性热加工脆性原因是杂质形成低熔点化合物分布于晶界。影响最明显的是Bi和Pb，控制Bi≤0.002％，Pb≤0.03％冷加工脆性原因是杂质形成脆硬化合物分布于晶界。影响明显的是Sb、As、P，控制Sb和P分别≤0.01％，As≤0.03％★对抗蚀性的影响微量As（0.02～0.03％）能提高黄铜的抗蚀性，阻止脱Zn，Si（1.0～1.5％）能降低黄铜对季裂的敏感性。其它元素的影响Fe：对黄铜有利，能改善铸锭组织，提高强度又不损害塑性，因此，α黄铜Fe允许到0.1％，β黄铜允许到0.2％稀土（RE）：是黄铜有效的变质剂，如：H70加入0.013％RE，能与Pb、Bi形成难熔化合物（Pb2Ce、Bi2Ce），消除热脆性，改善塑性加工性能，提高生产率。四、黄铜的腐蚀问题黄铜的腐蚀主要是脱Zn和SCC脱锌：尽可能使用低Zn黄铜（Zn>15％，易脱Zn），加0.02～0.03％As可防止脱Zn。SCC：解决SCC最好的办法是去应力退火。黄铜的季裂（seasoncracking）：黄铜零件（特别是含Zn高的）以冷加工成形时，由于有残余内应力存在，在氨气、湿气、海水作用下，容易发生SCC现象，称为黄铜的季裂。解决办法：去应力退火、喷丸或滚压使表面产生压应力，或加As。五、黄铜的热处理普通黄铜不能热处理强化，

黄铜的主要热处理是退火：1、再结晶退火600～700℃2、去应力退火200～300℃3、光亮退火：铜及其合金在热轧过程易氧化，为了防止氧化，提高工件表面质量，需要保护气氛或真空退火，即光亮退火。保护气氛有水蒸汽、分解氨、氮气、干氢、部分燃烧的煤气。Zn>15％的黄铜不能光亮退火（脱Zn），可采用高压退火。

六、各类黄铜的特点和应用1、单相α黄铜（冷加工用）抗蚀性和室温塑性好，有一定强度塑性最好的是H70、H68，H70也称三七黄铜或弹壳黄铜软态σb＝320MPa，δ％＝53，硬态强度可提高一倍。用于枪、炮弹壳，光学仪器中管套零件和复杂形状的冲压件。2、双相（α＋β′）黄铜强度高、热塑性好、切削加工性好、价格便宜。H59也称六四黄铜或蒙茨黄铜，软态σb＝320MPa，δ％＝53，一般都热轧成棒材、板材，然后切削加工制成零件。3、H62商业黄铜应用最广，适于冷热加工七、特殊黄铜普通黄铜的弹性极限低、强度低，提高的办法是增加Zn，但增加Zn合金变脆、抗蚀性变坏。因此要加入其它元素提高合金性能。在二元Cu-Zn合金基础上加入一种或数种其它合金元素形成的铜合金称特殊黄铜，σb＝350～550MPa，通常加入的元素：Al、Ni、Sn、Mn、Fe、Si、Pb目的：提高机械性能、抗蚀性、抗磨性、切削性1、铝黄铜提高黄铜的强度、硬度和耐蚀性HAl72-2用于海船及海滨热电站用冷凝管及其它耐蚀件。2、镍黄铜Ni主要提高黄铜的综合机械性能和耐蚀性例如：HNi65-5用于：压力表管、造纸网、海船用冷凝管最常用的是在Al黄铜中再加Ni，进一步提高强度和抗海水腐蚀性例如：HAl59-3-2同时加入Al和Ni使合金有时效强化能力HAl59-3-2800℃淬火，400℃回火，HB提高1003、锡黄酮Sn主要提高耐蚀性广泛用于船舶零件，有海军黄铜之称HSn62-1船舶零件，适于与海水、汽油接触的零件HSn70-14、铅黄铜Pb提高黄铜的耐磨性和切削加工性，便宜。HPb59-1有易切黄铜之称。多以：棒、管、板、带等大量应用于机械制造工业，供切削加工各种零件。钟表零件，电器插座，龙头，螺钉，螺帽。5、铁黄铜Fe细化晶粒，提高机械性能Fe常与Mn同时加入，HFe59-1-1（0.65Mn，0.25Al，0.5Sn）6、锰黄铜Mn提高机械性能，耐热性。同时提高在海水、氯化物和过热蒸汽中的耐蚀性。HMn58-2船舶制造，精密电器制造HMn55-3-1可以铸造海船用重型零件，如：螺旋桨，鱼雷发射管，泵叶，涡轮叶片。7、硅黄铜Si提高机械性能，耐蚀性，铸造流动性。HSi80-3在制造船舶零部件时，可代替锡黄铜，以降低成本第四节青铜（bronze）共同特点：强度高、弹性好、耐蚀、耐磨一、锡青铜1、特点：耐蚀性比黄铜和纯铜好，强度与黄铜相近（σb＝300～450MPa），弹性大于黄铜，导电比黄铜差，铸件体积收缩率小，焊接性好，无磁、冲击无火花、无冷脆现象2、Cu-Sn合金的组织在富铜侧，由高温到低温可能发生一系列反应：798℃：L＋αβ（β电子化合物，3／2，立方，Cu5Sn）755℃：L＋βγ（γ以电子化合物Cu31Sn8(21/13)为基的固溶体）586℃：βα＋γ520℃：γα＋δ（δ以电子化合物Cu31Sn8(21/13)为基的固溶体）350℃：δα＋（以电子化合物Cu3Sn为基的固溶体）3、Cu-Sn合金的机械性能工业用锡青铜含Sn3～14％，随Sn增加合金强度增大。变形合金含Sn<7％，当Sn>7％时，出现δ，合金脆。铸造合金含Sn可达10～14％4、铸造性和抗蚀性铸造性：分散缩孔、线收缩小、致密性差，易出现反偏析。抗蚀性：表面生成由Cu2O及2CuCO3·Cu（CH）2构成的致密薄膜，在大气、海水、碱性溶液和其它无机盐抗蚀，在酸性溶液中不耐蚀。5、合金元素的作用

实际上Sn青铜都要加入一些合金元素，如P、Zn、Pb

P：熔炼时脱氧，防止SnO2， 有效提高弹性和疲劳极限。

QSn6.5－0.4锡磷青铜是有名的弹性材料ZQSn10－1轴承合金，δ及Cu3P硬质点Zn：改善机械性能，缩小结晶温度间隔， 提高流动性和致密度。Pb：提高切削、耐磨性6、用途含8％Sn以下的锡青铜，制造仪表上要求耐蚀、耐磨的零件，弹性零件、抗磁零件、以及机器中的轴承、轴套。冷加工强化后去应力退火， 强度高、弹性好，还有塑性二、铝青铜Cu-Al合金Al<12％1、特点：与黄铜和锡青铜相比，有更高的机械性能、耐蚀性、耐热性和耐磨性σb＝380～700MPa，前者QAl5，后者QAl10-4-4（Fe、Ni）但铸造性和焊接性差。2、Al含量与组织特征

是以Cu3Al为基的固溶体（bcc结构）在565℃发生共析分解

α＋2

（2为以Cu9Al4为基的固溶体，复杂立方）快冷时发生马氏体转变（－密排六方结构）稍快冷：1（1－有序固溶体，复杂立方）

过冷到520℃：1；过冷到325℃：在450℃以下：1相互转变，形状记忆合金Cu14.5Al4.4Ni当Al超过7～8％时，由950℃淬火就可得到少量（马氏体）共析温度，Cu中最多能溶9.8％Al当Al≥10％时，铝青铜有明显的热处理强化效应主要是淬火马氏体的贡献3、Al含量与性能的关系机械性能：随Al含量增加，强度和塑性都增加Al含量超过8％，延伸率急剧下降Al含量超过11％，不仅塑性降低，强度也降低。耐蚀性：在海水、大气、碳酸、大多数有机酸中抗蚀性 比黄铜和锡青铜好，在过热蒸汽中抗蚀性差。4、添加元素的影响Fe：形成细的FeAl3，提高耐磨，细化晶粒Mn：强化α，提高强度不降低塑性Ni：提高耐热、耐蚀和机械性能（特别是σ0.2）5、应用含5～8％Al（单相）

塑性优良，适于冷热压力加工， 常以压力加工产品使用。QAl5 QAl7海船零件 抗蚀弹性元件含9～11％Al[α+（α＋2）]

强度较高，不能冷塑性加工 常用于制造强度及耐磨性要求较高的摩擦零件。

齿轮、蜗轮、轴承三、铍青铜含Be小于2.5％的铜合金1、特点 淬火后，极高的强度（1300MPa）、硬度、 疲劳极限和弹性极限

耐蚀、耐磨、无磁、导电、导热、 冲击无火花2、组织在605℃发生：1α+21是以电子化合物CuBe为基的无序固溶体（bcc）2是以电子化合物CuBe为基的有序固溶体（bcc）有些相图中1和2这两个相区是相通的3、铍青铜的时效αGP或222强度最大时是时效到GP－2之间时CuBe合金淬火后不能自然时效，可以方便地进行拉拔、轧制等冷加工。2相有沿晶不连续分解的倾向，加少量Ni可抑制2相不连续分解，Co也有此作用。4、典型合金QBe2（Cu-2Be-0.4Ni）热处理：780℃×20min,WQ，320℃×2h时效σb＝1150～1300MPa，δ＝2％5、应用QBe2：制造重要弹簧、弹性元件、耐磨件，高速、高压、高温下工作的轴承。第五节白铜Ni加入到Cu中的作用：提高机械性能和抗蚀性； 提高电阻和热电势。

一、结构白铜（耐蚀）1、特点： 高的抗蚀性和机械性能（耐热、耐寒） 适于制造高温和强腐蚀介质中工作的零件。2、典型合金：B19；B30（工作温度可达400℃）二、电工白铜1、特点：中等的电阻、高的热电势小的电阻温度系数2、应用：电阻器，热电偶及其补偿导线，精密测量仪器用的电子材料。3、简单白铜

B0.6铂－铂铑补偿导线B16铂－金，鈀－铂补偿导线4、锰白铜

BMn40-1.5（康铜）

BMn43-0.5（考铜）

BMn3-12（锰铜）第五章镍及其合金第一节纯镍一、性能1、物性熔点1455℃；密度8.9×103kg/m3；弹性模量（E）200000MPa；面心立方晶格a=0.36076nm；无同素异晶转变；导电率是Cu的25％；铁磁性（居里点358℃）。2、机械性能σb=400～500MPa（强度高）；δ>50％（塑性好）3、化学性能大气中的抗蚀性极高，对碱和盐有非常好的抗蚀性对酸的抗蚀性稍差。牌号N2N4N6N7N8NY1NY2NY3Ni＋Co99.9899.999.599.39999.799.499二、牌号

用字母N代表，后附数字表示等级（数字越大，纯度 越低）电镀用阳极Ni和电真空用纯Ni分别在子母N的后和 前附以Y和D例如：N2二号镍

NY2二号阳极镍

DN电真空用镍

Ni+Co不小于99.98Ni+Co不小于99.4 Ni+Co不小于99.35三纯Ni的主要杂质（C,O,S）

C－析出石墨（冷脆）；

S－形成低熔点化合物（Ni3S2热脆）；

O－大于0.024%时（800－900℃）产生 氢病，沿晶界发生裂纹。四、纯Ni的用途

1、供电镀；2、熔炼合金；3、电子工业第二节镍合金的分类及牌号一、分类1、电工用镍合金；2、耐蚀结构用合金；3、高温合金二、牌号1、电工用镍合金及耐蚀结构用合金

以字母N开头，后附主加元素的元素符号及含量百分数。 再加入其它元素： 只在后面写出元素的百分数，不标元素符号。 例如：NCr20（20％Cr）NCu28-2.5-1.5（28％Cu，2.5％Fe，1.5％Mn）牌号1J×2J×3J×4J×5J×6J×7J×合金软磁变形永磁弹性膨胀双金属精密电阻热电偶另外我国冶标还有一套精密合金牌号：YB758－，精密合金牌号，数字加J（精），后附数字例：1J1－1号软磁合金；4J29－29号膨胀合金2、耐热高温合金高温合金的类：按基体元素分：镍基、铁基、钴基高温合金按制备工艺分：变形、铸造、粉末冶金高温合金中国高温合金牌号的命名：根据合金的成形、强化类型和基体元素，采用汉语拼音字母作前缀，后接四位阿拉伯数字表示。变形高温合金以GH开头，后接第一位数表示分类，1和2－铁基或铁-镍基高温合金，3和4－镍基高温合金，5和6－钴基高温合金，其中1、3、5为固溶强化型合金，2、4、6为沉淀强化型合金，第二、三、四位数表示合金牌号，

如：GH4033镍基沉淀强化型变形高温合金。铸造高温合金用K作前缀，后接三位阿拉伯数字，第一位为分类号（同变形合金），后两位为合金牌号。国外高温合金牌号 按各开发生产厂家的注册商标命名合金牌号

Inconel Nimonic Udimet

注册商家

IncoAlloysInternational,Inc.MondNickelCompany SpecialMetalInc.第三节电工用镍合金一、加热电阻特点：高电阻、电阻温度系数小、耐热、抗氧化常用：NCr20，单相固溶体， 可在1000～1100℃长期工作。塑性低加工困难，加Fe可改善加工性，但降低抗氧化性。Cr对抗氧化性的影响：Ni的表面是NiO，当加少量Cr时，Cr进入NiO破坏了它的保护作用（defectoxide）。当Cr含量达到20％时，表面膜就由坚固致密的Cr3O2所代替，当Cr含量在20～30％时，氧化速率常数要比纯Ni小5倍。为了细化晶粒，防止晶粒长大，进一步提高抗氧化性，加少量Ca（钙）、Ce（铈）、Th（钍）、Zr（鋯），可使工作寿命提高5～8倍。NiCr二元合金相图（在Ni2Cr产生有序结构，但形成速度很慢）Fe－Cr－Al合金电阻丝（代替NCr20）Fe－30Cr－5Al－0.15C，可在1300℃工作，价格便宜，加工变形更困难，晶粒易长大， 特别是使用一段时间后变脆。二、高电阻精密合金数值大于1Ωmm2/m的电阻为高电阻优点：高电阻、更低的电阻温度系数、抗蚀（抗氧化性好）、耐磨。电阻系数ρ=1.2～1.4Ωmm2/m，电阻温度系数α=±20×10－6／℃，对Cu热电势E0～100≤20毫伏／℃，使用温度范围-60～125℃。缺点：焊接性比锰铜（BMn3-12）差，必须选择合适的焊料及工艺。与锰铜合金相比，Ni-Cr精密电阻有以下特点：工作温度范围宽，（在较大温度范围，电阻温度系数接近常数）具有较大的电阻率，ρ=1.3～1.4×10－6欧·米而锰铜的电阻率，ρ=45×10－8欧·米但长期工作稳定性和焊接性不如锰铜合金在Ni-20Cr合金（6J20）的基础上， 添加少量Al、Fe、Cu、Mn、Si等元素，

提高电阻和耐磨性例如：6J22（Ni-20Cr-3Al-2Mn-2.5Fe）

Al提高电阻、降低电阻温度系数。

6J23（Ni-20Cr-3Al-2Cu）卡玛合金伊文合金

用于：高欧姆标准电阻，精密绕线电位器， 微型精密电阻，高温应变电阻。典型的精密电阻合金是卡玛合金（6J22）

900℃退火，快冷，550℃回火保温4～5h， 电阻率1.33×10－6欧姆米， 电阻温度系数α=±5～20×10－6／℃， 对Cu的热电势ECu<2.0μV/℃,

工作温度为20～100℃。三、热电偶用合金

特点：高的电阻、热电势和耐热性正极：NCr10（无磁）负极：NAl2-2-1（Ni-2Al－2Mn-1Si） 目前用NSi2.5（有磁性）

NSi2.5更经济，在氧化气氛中有更高的热电势稳定性。 例如：NSi2.5在900℃经3000小时，电势变化小于0.02毫伏。 而NAl2-2-1在同样条件下，热电势变化达0.21毫伏。使用短期测量可达1200℃，氧化性和中性介质中，可在900℃以下长期使用，在还原性介质中，最好测500℃以下的温度。100℃500℃1000℃镍铬－考铜EA-26.95毫伏40.15毫伏镍铬－镍铝EU-24.10毫伏20.65毫伏41.27毫伏铂铑－铂LB-30.64毫伏4.22毫伏9.56毫伏几种热电偶的电势NCr10、NAl2-2-1、NSi2.5合金中，均含少量的Co（约0.3～1.2％）加Co的目的：主要：增加热电势的稳定性， 防止长期工作后热电势变化。另外：提高电阻和抗氧化能力。四、电真空用Ni合金制造各种电子管的阴极、阳极、栅极、支架和外壳。电真空用镍合金按特性可分为：氧化物阴极芯和电真空结构用两大类。1、氧化物阴极芯加入对碱金属氧化物（氧化钡）还原作用强而且还能显著提高纯Ni高温强度的合金元素。如：Si、Mg、Ca、Sr、Zr、Ti、Tb、Ta、W、Al、Re和RE。

不许加入挥发性高的Zn和Mn如：NSi0.19及NMg0.1合金2、电真空结构用Ni合金NMn3和NMn5制造电子管栅极和各种发动机火花电嘴NCu40-2-1具有较高的室温和高温强度、抗蚀、易加工、无磁性。是制造行波管和其它电子管的良好结构材料。加少量Al、Be、Si等元素（形成Ni3Al、NiBe、Ni3Si），可时效强化。800～900℃淬火，500℃时效σb=1300MPa，δ=20％应用：石油精炼工业的机械、化工、造船、医疗器材。第四节耐蚀结构用镍合金MonelMetal“孟奈尔”合金典型牌号：NCu28－2.5－1.5（Fe，Mn）特点：极高的抗蚀性（抗酸、抗碱）

高的强度、塑性和耐热性 单相固溶体充分退火：σb=450～500MPa，δ=35％500℃以上工作机械性能开始降低第五节镍基耐热合金（高温合金）高温合金:

能在600℃以上高温抗氧化或耐腐蚀,并能 在一定应力作用下长期工作的一类金属材料。

因其合金化程度高,在英、美等国 称之为超合金（Superalloy）

高温合金既是航空发动机热端部件、航天发动机高温部件的关键材料，又是工业燃气轮机和能源、化工等工业部门的高温耐蚀、耐磨部件材料，因此是国防建设和经济建设不可缺少的一类重要材料。

航空发动机的发展要求不断提高发动机涡轮前温度，以增大推力，为此，发动机热端使用的材料成了关键因素。按基体元素分：镍基、铁基、钴基高温合金按制备工艺分：变形、铸造、粉末冶金高温合金高温合金中应用最广的是镍基高温合金，其原因如下：镍基高温合金中可溶解较多的合金元素，且能保持较好的组织稳定性。可形成共格有序的A3B型金属间化合物［γˊ（Ni3（AlTi））］作为强化相，使合金得到有效强化，获得比Fe基和钴基高温合金更高的高温强度。含Cr的Ni基合金具有比Fe基合金更好的抗氧化性和抗燃气腐蚀能力。其中Cr主要起抗氧化和抗燃气腐蚀作用。从上个世纪三十年代后期，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型发动机的需 要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时 期。40年代初，英国首先生产出镍基合金Nimonic75（Ni-20Cr-0.4Ti）40年代中期，美国生产出Inconel40年代末期，苏联生产出镍基高温合金50年代末期，中国生产出镍基高温合金喷气式发动机（王磊教授提供）原理:是将空气吸入，与燃油混合，点火，爆炸膨胀后的空气向后喷出，其反作用力则推动飞机向前。下图的发动机剖面图里，一个个压气风扇从进气口中吸入空气，并且一级一级的压缩空气，使空气更好的参与燃烧。风扇后面橙红色的空腔是燃烧室，空气和油料的混和气体在这里被点燃，燃烧膨胀向后喷出，推动最后两个风扇旋转，最后排出发动机外。而最后两个风扇和前面的压气风扇安装在同一条中轴上，因此会带动压气风扇继续吸入空气，从而完成了一个工作循环。涡轮喷气式发动机（王磊教授提供）原理：基本与喷气原理相同，具有加速快、设计简便等优点。但如果要 让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比， 这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和降低 油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命 弱点。一、Ni基高温合金的合金化原理合金化主要是为了提高抗氧化性和高温强度1、耐蚀和抗氧化性的提高提高抗氧化性的主要元素是CrCr含量低时，表面形成一种缺陷型氧化物“defectoxide”(非化学计量)，氧在这种氧化物中扩散比在纯NiO中容易，这时随Cr含量的增加抗氧化性下降。Cr含量达到20％时，表面形成粘附性很好又致密的Cr3O2，氧化速度降低，抗氧化性提高。2、高温强度和抗蠕变性的提高（镍基高温合金强化的基本手段）（1）第二相强化（γ´相的沉淀）（或粉末法）形成γ´相的主要合金元素是Al、Tiγ´相本身有两个特点：▼晶格与基体相同，界面能低，不易吞并长大，高的高温稳定性。▼在800℃以下本身的强度随温度升高而升高（2）固溶强化作用最强的是W、Mo、Cr（3）晶界强化阻碍晶粒长大和晶界滑动的元素C、B、Zr、Ce二、Ni基高温合金的典型组织及其合金元素的作用典型组织：合金化的奥氏体基体（γ），弥散分布于基体及合理地分布于晶界的强化相。GH4199合金元素的作用

最基本的合金元素是：Cr、Al、TiCr：主要起抗氧化、抗燃气腐蚀作用。Al和Ti：形成A3B型金属间化合物（γˊ）， 使合金有时效强化能力。除Cr、Al、Ti以外，Ni基高温合金中常常还加入的元素：W、Mo、Co、Nb、Ta、V、C、B、Zr、Mg、Ce、HfW和Mo：是最强的固溶强化元素（Ni中加W和Mo熔点升高）Co：高强Ni基合金中往往含10～20％Co，其作用如下：固溶强化（Co降低基体的层错能，而合金的蠕变速率与层错能的n次方成正比）改变γ／γˊ的溶解度变曲线，增加γˊ的数量。改善塑性及热加工性。减少碳化物的析出。Nb和Ta：铌和钽与碳有很大亲和力， 形成稳定NbC和TaC能有效细化晶粒。 铌的另一个重要作用是在某些含铁合金中 能形成γ〞－Ni3Nb， 它在700℃以下对强度贡献远大于γˊ， 是涡轮盘材料中有名的强化相。V:改善合金热加工性。C、B、Zr、Mg、Ce、Hf：

起着巨大的晶界强化作用。

三、典型镍基高温合金最简单的镍基高温合金：GH30：Ni-20Cr-（AlTi）少量0.15Al0.25Ti基本固溶强化型GH32：Ni-20Cr-（AlTi）0.7Al2.5Ti

可时效强化GH33：Ni-20Cr-（AlTi）-0.01B0.7Al2.5Ti

强化晶界复杂的镍基高温合金：GH419919Cr-9.9W-5.1Mo-22Al-1.3Ti-0.004C长期稳定使用温度700℃用于制造发动机叶片、喷嘴。目前的研究使其向800℃的使用温度努力。GH586与GH4199的最大差别是含9％Co制造涡轮盘高温合金叶片定向凝固合金叶片单晶高温合金叶片第六章钛及其合金过去钛被称为稀有金属，最近又有人把它归类为轻金属。钛及其合金是第二次世界大战之后，由于航空及航天技术的迫切需要才发展起来的新材料。钛工业开始于1948年。钛合金的突出优点：重量轻、强度高、高低温性能好、耐蚀、比强高（所有结构材料中最高）最高抗拉强度可达1800～2000MPa优秀的耐蚀性（在大气、海水）工作温度范围宽1）耐热钛合金工作温度可达500℃，目前已突破600℃2）低温钛合金在-253℃仍保持良好的塑性。 特殊的物理、化学和生物性能和特殊的技术功能（超导、记忆、储氢）钛合金的缺点：导热性、切削加工性差冶炼加工困难，成本高飞机飞行高度为20km，马赫数为3时，飞机机翼前缘蒙皮温度将高达240～315℃。导弹飞行时，当马赫数为4～5时，导弹表面温度高至450℃。

第一节工业纯钛一纯钛的性质（一）物性熔点1670℃（1668±10）沸点3535℃密度4.5103kg/m3导电率是Cu的3.6％比电阻（25℃）（42～55）10-6W×cm顺磁性磁化率1875弹性模量112500MPa是Fe的弹性模量的一半左右导热系数（25℃）0.042～0.047cal/s.cm.℃热膨胀系数（25℃）8.510-6/℃比热（0～500℃）0.125～0.140cal/g.℃有同素异晶转变：

882℃以上（β--Ti）体心立方晶格

882℃以下（α--Ti）密排六方晶格％Ti99.9599.899.699.599.4HV90145165195225（二）力学性能高纯钛的强度不高，塑性很好。σb＝240MPa；σ0.2＝145MPa；δ％＝55；ψ％＝75微量的O、N、C可强烈提高纯钛的硬度，明显降低其塑性钛的纯度与硬度的关系

纯钛室温是密排六方晶格，但纯钛在室温下还有这样高的塑性对密排六方晶格金属来说是罕见的。原因是其c/a比值小（<1.633）。c/a比值小可有如下现象：使孪生面增加（在几个晶面上都能形成孪生）。因而，当钛塑性变形时，较易出现孪生，这种重新取向使新的滑移系活化。使得基面之外的其它晶面具有较大的晶面间距。与密排六方元素Zn不同，除基面以外它还有多个滑移面，有利于滑移。（三）钛的化学性能钛的化学性质很活泼液体钛几乎同二氧化钍即ThO2以外的所有坩埚材料起反应，因此只能用真空自耗电弧炉进行熔炼和铸造。在550℃以下的空气中，抗氧化表面形成致密氧化膜，与基体结合紧密防止基体继续氧化，起到良好的保护作用。在550℃以上的空气中，不抗氧化氧能迅速透过氧化膜继续氧化，因此钛的工作温度不能超过550℃钛在海水中的抗蚀性：比铝合金、不锈钢、镍合金还好。HF、H2SO4、HCl、正磷酸和某些热的有机酸对钛的腐蚀作用较强（其中HF的作用最强）Ti容易吸氢纯钛腐蚀的突出特点是：不发生局部腐蚀和晶间腐蚀，一般为均匀腐蚀。

二常见杂质的影响

O、N、C、H、Fe、Si这些元素与钛形成间隙或置换固溶体，过量时形成脆性化合物。对于机械性能影响最大的是N和O，它们强烈提高钛的强度（硬 度），明显降低塑性，其原因如下：由于形成间隙固溶体，（1）发生晶格畸变阻碍位错运动；（2）是钛的c轴增大较多，a轴增大较少，造成c/a增大，

使滑移系减少，失去良好的塑性。

Brown58年总结出一个各元素含量对布氏硬度影响的关系式:布氏硬度=196+158％N％Fe+45％O+20％C+57第二节钛合金的合金化原理一钛的合金化目前国内外生产的钛合金中常用的合金元素有：Al.Sn.Zr.V.Mo.Mn.Fe.Cr.Cu.Si钛合金合金化的主要目的：由于钛与铝、铜等金属不同，它的固态有一个同素异晶转变a、固溶强化；b、利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α或β的组成，获得预期的性能。固溶强化：形成高浓度固溶体。细晶和第二相强化：利用钛的αβ同素异晶转变，通过合金化和热处理，可以随意得到不同尺寸、形态和分布的a和b相的组织，以得到预期的性能。二钛合金中合金元素的分类按对αβ转变温度的影响和在α及β中固溶度可大致将合金化元素分成三大类。（一）α稳定元素：在α中有较大的溶解度，是强化α相的主要组元。提高αβ温度，扩大α相区。α稳定元素包括：Al.Ga还有C.O.N，其中只有铝在配制合金时得到广泛应用。铝的应用：Al对α固溶体的固溶强化效果最显著，每增加1％铝，b增加50MPa,但当铝大于6％以后，合金中出现α2（Ti3Al）相，使合金塑性降低。Al可以提高α＋β型合金的时效能力，改善抗氧化性能，减小合金的密度，提高弹性模量。

（二）β稳定元素在β－Ti中有较大的溶解度，是强化β相的主要元 素，降低αβ温度同晶型与β无限互溶Mo.V.Nb.Ta.W

共析型与β有限互溶

Fe.Mn.Co. Cr.Ni.Cu.Si在同样含量时共析型元素的固溶强化效果大于同晶型元素。在常用的β稳定元素中，V最轻（密度6.1），无共析反应。Mo的强化效果比V高。（Mo的密度10.22）（三）中性元素在α和β中均有很大溶解度，对αβ温度影响不大。主要有Sn.Zr.Hf(铪)作用“固溶强化”Zr的密度（6.5），Hf的密度（13.28）钛合金的合金化原则目前钛的合金化发展趋势是向高成分、多元合金方向发展。主要是多元固溶强化，有时配合时效弥散强化。第三节钛合金的相变一β稳定元素含量与合金组织的关系随β稳定元素含量的增加，室温的平衡组织可以是：α，α+β，βTATBTC二钛合金的马氏体相变由于纯钛有αβ转变，快冷也不能抑制这种相变， 在较小的过冷度下即可发生，钛合金也具有αβ转变。

当冷却速度很快时，原子来不及扩散，高温的β相就以一种非扩散的切变形式发生晶格改组，即βα′，这就是钛合金中的马氏体相变。临界浓度Ck和临界温度Tc（亚稳定β）Ck：当β相中β同晶元素浓度增加到此浓度时，Ms点降到室温以下，β相不再发生马氏体相变。（形成亚稳βr）Tc:任何成分的钛合金加热低于或等于此温度，淬火不形成马氏体。α׳和α״两种马氏体当β稳定元素少时βα׳

六方马氏体原子短程移动，切变距离稍大些。β稳定元素更少时，Ms高，马氏体是块状，电镜下呈条状β稳定元素稍多时，Ms稍低，形成针状组织当β稳定元素多时（晶格转变阻力较大）βα״

斜方马氏体原子短程移动，切变距离更小些，（马氏体针更细）值得注意的是：钛合金的马氏体不像钢的马氏体那样能强烈提高合金的强度和硬度。钛合金中的马氏体（α׳

）的硬度只稍高于α固溶体的硬度，对合金只有较小的强化作用。当合金中出现α״马氏体时，强度、硬度（特别是屈服强度）甚至显著下降。（其原因不详）钛合金和钢马氏体的区别：钛合金的马氏体是置换式过饱和固溶体。（强化作用小）钢中的马氏体是间隙式过饱和固溶体。（强化作用大）三ω相的形成过渡族β稳定元素含量达到一定范围（在Ck附近），自高温b相区淬火形成ωq相。过渡族β稳定元素含量达到一定范围（在Ck附近），淬火获得的亚稳β，在随后的低温时效（-500℃）过程中将出现ωα相。有些实验结果表明亚稳β在经受压缩变形时也会出现ω相。（二）ω相的一般特点：淬火形成的ωq无扩散型（六方晶格，c/a＝0.613）： （是β稳定元素在a－Ti中的过饱和固溶体）与母相保持一定位向关系，维持其共格界面不产生表面浮凸伴随负的体积效应尺寸小、弥散度高（直径约50～100埃）时效（200～500℃）过程中βωα的转变将伴随有成分的改变，

ω相内的溶质元素浓度下降，而剩余β相则被富化， 即第二组元浓度提高。ω相硬而脆，使合金硬度、弹性模量提高，但塑性急剧降低。

认为W相是钛合金的有害组织，淬火和回火都避开它的形成区间， 加铝抑制W形成。ω相与一般马氏体产物不同点：

不存在表面浮凸，淬火ω相生核率高，密度大，尺寸小，分布均匀等， 属于一种特殊的切变型相变。四亚稳定相的分解淬火得到的α׳、α״

、ω和βr都是不稳定的，回火时发生分解。分解过程很复杂，但分解的最终产物是α+β。通过亚稳相的分解，在一定条件下可以获得弥散的（α+β）相使合金强化（弥散强化）。这就是钛合金淬火时效强化的基本原理。马氏体的分解300～400℃开始分解400～500℃可获得弥散的（α+β）的混合物。马氏体的分解要经过许多中间阶段才能分解为平衡 的α+β（Ti－β同晶系合金）或α+TixMy（

Ti－β共析型合金）。X射线结构分析发现，在不同成分及状态的合金中 斜方与马氏体α〞的分解有下列四种类型的中间过 渡阶段：开始是从α〞中析出β相（非平衡成分）因而α〞所含β稳定元素贫化，转变为α′，再转变为α。α〞→β亚+α〞贫→β亚+α′→α+β开始是从α〞中析出α相因而α〞所含β稳定化元素富化，转变为β相（非平衡成分）α〞→α+α〞富→α+β亚→α+β亚稳定β相的分解亚稳定βr的分解：

加热温度低时，合金元素发生偏聚（形成无数溶质贫化的显微区及其相邻的溶质原子富化的显微区）。然后β贫化区（β稳定元素贫化）析出Wα或α′相，并分解为平衡的α+β。第四节钛合金的分类与牌号钛合金按退火组织可分为α、α+β、β三大类。分别在钛字的拼音字母“T”后附以A.B.C和数字加以区别其中A、B、C为英文字母，本身无任何意义，T为汉语拼音工业纯钛(Ti－Al）a型钛合金α型β型

TATBTA0－TA3TA4－TA6TA4－TA8TB1、TB2α+β型TCTC1－TC10

第五节钛合金的热处理一退火 退火的目的：消除内应力，提高塑性，保证一定的机械性能，稳定组织去应力退火：

消除内应力防止SCC在再结晶温度以下450～650℃之间工厂退火：

冶金工厂出厂产品常用的退火700～800℃

强度较高（但塑性和断裂韧性没有再结晶退火和双 重退火好）组织处于再结晶开始或部分再结晶。再结晶退火：消除加工硬化，提高塑性，稳定组织。800℃左右双重退火：改善两相合金的塑性、断裂韧性和稳定组织，采用双重退火。工艺为两次加热空冷。第一次加热温度高于或接近再结晶中了温度， 使再结晶（α再结晶）充分进