金屬材料的合金化原理

1、.,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào)一、合金鋼的分類（1 -按化學(xué)成分分類）,1按化學(xué)成分分類 按鋼中所含合金元素的種類，合金鋼分為：錳鋼、鉻鋼、硅鋼、硅錳鋼、鉻錳鈦鋼等。 按鋼中合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，合金鋼分為： 低合金鋼（Me總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%） 中合金鋼（ Me總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%10%） 高合金鋼（ Me總質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%）,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,2按鋼的用途分類 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼還可分為工程構(gòu)件用鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼）和機(jī)械制造用鋼（合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼和超高強(qiáng)度鋼）。 合金工具鋼 合金工具鋼還可分為刃具鋼（

2、低合金刃具鋼和高速鋼）、量具鋼和模具鋼（冷作模具鋼和熱作模具鋼）。 特殊性能鋼 特殊性能鋼還可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼和磁鋼。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),一、合金鋼的分類（2 -按鋼的用途分類）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,3按冶金質(zhì)量分類 普通低合金鋼：wS0.05%，wP0.045% 優(yōu)質(zhì)低合金鋼：wS0.035%， wP0.035% 高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼：wS0.02% wP0.03% 特高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金鋼：wS0.015%， wP0.025%。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),一、合金鋼的分類（3 -按冶金質(zhì)量分類）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,4按金相組織分

3、類 按退火后的組織合金鋼可分為： 亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、萊氏體鋼（在鑄態(tài)組織中有萊氏體）。 按正火后的組織合金鋼可分為： 鐵素體鋼 珠光體鋼 貝氏體鋼 馬氏體鋼 奧氏體鋼,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),一、合金鋼的分類（4 -按金相組織分類）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,按正火后的金相組織和用途特點(diǎn) 不銹鋼分為馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、奧氏體型-鐵素體型不銹鋼及沉淀硬化型不銹鋼等， 耐熱鋼分為馬氏體型耐熱鋼、鐵素體型耐熱鋼、奧氏體型耐熱鋼等； 把化學(xué)成分和用途結(jié)合起來分類的方法，如把不銹鋼分為鉻不銹鋼、鎳鉻不銹鋼、鉻錳不銹鋼等。,1.3 合金鋼的分類

4、、牌號(hào),一、合金鋼的分類（4 -按金相組織分類）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1合金結(jié)構(gòu)鋼 工程構(gòu)件用鋼（低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼） 牌號(hào)是由代表屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母（Q）、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D、E）等三個(gè)部分按順序排列組成。如Q390A。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼也分為鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼，但在牌號(hào)的組成中沒有表示脫氧方法的符號(hào)。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（1 -合金結(jié)構(gòu)鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,專用工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼還在牌號(hào)的頭部（或尾部）標(biāo)注出代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如 表示壓力容器用鋼牌號(hào)表示為“Q345R”； 焊接氣瓶用鋼

5、牌號(hào)表示為“Q295HP”； 鍋爐用鋼牌號(hào)表示為“Q390g”； 橋梁用鋼表示為“Q420q”等等。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（1 -合金結(jié)構(gòu)鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,機(jī)器零件制造用鋼（合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼和超高強(qiáng)度鋼等）。 牌號(hào)由三部分組成，即由“二位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字”組成。前面的兩位數(shù)字表示鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍，元素符號(hào)表示所含合金元素，后面的數(shù)字表示合金元素含量的百倍。凡合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%時(shí)，編號(hào)中只標(biāo)明元素符號(hào)，一般不標(biāo)含量；如果合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于或大于1.5%、2.5%、3.5%，則在元素符

6、號(hào)后相應(yīng)標(biāo)出2、3、4。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（1 -合金結(jié)構(gòu)鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,合金結(jié)構(gòu)鋼中的Nb、Ti、B等元素，雖然含量很低，但屬有意加入，故在鋼的牌號(hào)中仍應(yīng)表示出來。如40B，其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.0005% 0.0035%。 合金結(jié)構(gòu)鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（牌號(hào)后加“A”字）或特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（牌號(hào)后加“E”字）。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（1 -合金結(jié)構(gòu)鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,高碳鉻軸承鋼的牌號(hào)在頭部加符號(hào)“G”，但不標(biāo)碳含量。鉻含量以千分之幾計(jì)，其他合金

7、元素按合金結(jié)構(gòu)鋼的合金含量表示。例如：平均含鉻量為1.50%的軸承鋼，其牌號(hào)表示為“GCr15”。 專用機(jī)器零件制造用鋼也要在牌號(hào)的頭部（或尾部）加上代表產(chǎn)品用途的符號(hào)，例如鉚螺鋼“ML30CrMnSi”，高級(jí)優(yōu)質(zhì)滲碳軸承鋼“G20CrNiMoA”等。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（1 -合金結(jié)構(gòu)鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,2合金工具鋼 合金工具鋼分為刃具鋼（低合金刃具鋼和高速鋼）、量具鋼和模具鋼（冷作模具鋼和熱作模具鋼）。 牌號(hào)表示方法與機(jī)器零件制造用結(jié)構(gòu)鋼相似，但當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%時(shí)，含碳量不標(biāo)出，當(dāng)其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%時(shí)，則牌號(hào)前的

8、數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍。合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（2 -合金工具鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,合金工具鋼都屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，故不再在牌號(hào)后標(biāo)出“A”字。如 9SiCr表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%左右，鉻、硅各為1%左右； Cr12表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%，含鉻為12%左右。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（2 -合金工具鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,必須指出的有三點(diǎn)： 第一，高速工具鋼與一般合金工具鋼略有不同，不論碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少均不予標(biāo)出。如W18Cr4V、W

9、6Mo5Cr4V2等， 當(dāng)合金成分不相同時(shí)，對(duì)高碳者牌號(hào)前冠以“C”字。如CW6Mo5Cr4V2等。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（2 -合金工具鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,W6Mo5Cr4V2wC=0.80%0.90%,CW6Mo5Cr4V2wC=0.95%1.05%,.,第二，低鉻（平均鉻含量小于1%）的合金工具鋼，在鉻含量（以千分之幾計(jì)）前加數(shù)字“0”。如：平均含鉻量為0.60%的合金工具鋼，其牌號(hào)表示為“Cr06”。 第三、塑料模具鋼在牌號(hào)頭部加“SM”，牌號(hào)表示方法與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼相同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。,1.3 合金鋼

10、的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（2 -合金工具鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,3特殊性能鋼 特殊性能鋼可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼和磁鋼。 不銹鋼及耐熱鋼牌號(hào)前的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍，合金元素的表示方法與其它合金鋼相同。 當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0.03%時(shí)，在牌號(hào)前冠以“00”， 當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于0.08%時(shí)，在牌號(hào)前冠以“0”。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（3 -特殊性能鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,如 不銹鋼3Cr13的平均wC=0.3%、wCr13%； 不銹鋼0Cr19Ni9的平均wC0.08%、wCr19%

11、、wNi9%； 不銹鋼00Cr19Ni11鋼的平均wC0.03%、wCr19%、wNi11%。 當(dāng)wSi1.5%、wMn2%時(shí)，牌號(hào)中不予標(biāo)出。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（3 -特殊性能鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,特殊專用鋼，為表示鋼的用途，在牌號(hào)前或后附以字母。 鑄造合金鋼的牌號(hào)是在一般合金鋼的牌號(hào)前加“ZG”，常用的鑄造合金鋼有：ZGMn2、ZG35SiMn、ZG37SiMn2MoV、ZG40CrMnMo、ZGMn13（高錳鋼或耐磨鋼）、ZG1Cr18Ni9（鑄造不銹鋼）等。 易切削鋼Y15、Y40Mn、Y15Pb（GB/T8731-1988），

12、易切削非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼YF35V和熱鍛用非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼F45V（GB/T15712-1995）等。,1.3 合金鋼的分類、牌號(hào),二、合金鋼的牌號(hào)（3 -特殊性能鋼）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理 一、有色金屬材料的分類及特點(diǎn)（1 -有色金屬材料的分類）,1有色金屬材料的分類 按其密度、熔點(diǎn)、在地殼中的儲(chǔ)量、被發(fā)現(xiàn)和利用的早晚、價(jià)格等因素可分為：,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,輕有色金屬 重有色金屬 難熔金屬,稀有金屬 稀土金屬 貴金屬,.,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理 一、有

13、色金屬材料的分類及特點(diǎn)（1 -有色金屬材料的分類）,按基體金屬的主要成分可分為：,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,鋁合金 鎂合金 鈦合金 銅合金 鎳基合金,鈷基合金 鋅合金 鉛或錫合金 鋯或鉿合金 鉭合金,.,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理 一、有色金屬材料的分類及特點(diǎn)（1 -有色金屬材料的分類）,作為結(jié)構(gòu)材料使用的有色金屬合金按合金相圖或成形方法可分為：,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,變形加工合金,鑄造合金,.,按有色金屬的特性可分為： 如鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，具有相對(duì)密度小、比

14、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，為輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料； 銀、銅、鋁等金屬及其合金，具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，是電氣工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料，為導(dǎo)電材料；,一、有色金屬材料的分類及特點(diǎn)（1 -有色金屬材料的分類）,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,銅、鈦及其合金具有良好的抗腐蝕性能，是石油化工和航海工業(yè)所必須的優(yōu)良耐蝕材料； 鋯及其合金是反應(yīng)堆燃料元件包殼及堆芯結(jié)構(gòu)用必須的材料，核材料； 鎢、鉬、鉭、鈮及其合金是制造在1300以上使用的高溫零件及電真空元件的理想材料。,一、有色金屬材料的分類及特點(diǎn)（1 -有色金屬材料的分類）,1.4 有色金屬材料的分類及合金化

15、原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,2有色金屬材料的特點(diǎn) 要求合金材料具有更高的強(qiáng)度，更高的韌性和更低的密度。 提高合金材料的耐熱性是發(fā)展航空、航天及其它許多工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的要求。 提高合金材料的耐腐蝕性能也一直是有色金屬結(jié)構(gòu)材料在使用中遇到的基本問題之一。 此外，對(duì)于結(jié)構(gòu)合金材料，要制造成零件或成品，還與其工藝性能（鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、熱處理性能和切削性能等）密切相關(guān)。,一、有色金屬材料的分類及特點(diǎn)（2 -有色金屬材料的特點(diǎn)）,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1鋁合金的合金化特點(diǎn) Al合金的強(qiáng)化是以Al與合金元

16、素間形成的金屬間化合物在固溶體中的溶解度變化為基礎(chǔ)的。 在Al中有高的溶解度和能起顯著強(qiáng)化作用的元素有Zn、Mg、Cu、Si四種（表1-6）； Ag、Ge、Li的極限溶解度雖很大，但由于它們是稀貴金屬，作Al合金的主要合金元素而大量加入是有困難的。,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,6,.,主要合金元素與Al組成的二元（CuAl2、Mg2Si、MgZn2）和三元化合物（Al2CuMg、Al2Mg3Zn3），在Al中的溶解度能隨溫度的降低而強(qiáng)烈地減小，

17、故可通過熱處理的辦法來提高強(qiáng)度。能形成這種化合物或強(qiáng)化相的合金有Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系，可稱之為“熱處理強(qiáng)化型Al合金”。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,有些合金如Al-Mg、Al-Si和Al-Mn等，加入的合金元素雖然也有明顯的溶解度變化，但熱處理強(qiáng)化效果不大，只能以退火或冷作硬化狀態(tài)應(yīng)用，放稱之為“非熱處理強(qiáng)化型”或“熱處理不強(qiáng)化型”Al 合金。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（1 -

18、鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,.,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,.,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,.,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,1.4 有色金屬材料的分

19、類及合金化原理,.,有些合金元素如Cr、Mn、Zr等在Al中的溶解度雖然很?。ū?-6），但對(duì)合金強(qiáng)度和抗蝕性的改善作用卻很明顯。因?yàn)檫@些過渡元素能明顯地抑制再結(jié)晶和細(xì)化晶粒，有再結(jié)晶抑制劑或晶粒細(xì)化劑之稱。 還有些元素，它們的極限溶解度雖很低，但加入極微量（0.0050.15）也能顯著改變從合金的形核和沉淀過程，因而能顯著地提高時(shí)效硬化效應(yīng)。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（1 -鋁合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金

20、屬材料的合金化原理,.,2鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化 鋁合金的時(shí)效硬化現(xiàn)象：Cu含量位于0.15.65間的Al-Cu合金于500的相區(qū)進(jìn)行固溶處理和淬火，則會(huì)得到均勻的過飽和固溶體。這種熱力學(xué)不穩(wěn)定的固溶體在某一溫度加熱，則會(huì)發(fā)生分解和析出CuAl2（相），而引起強(qiáng)度明顯升高。這種現(xiàn)象叫做時(shí)效硬化現(xiàn)象。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,.,1

21、.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,.,Al-4Cu合金退火狀態(tài)的強(qiáng)度很低，b只有200 MPa，則淬火狀態(tài)的強(qiáng)度也不高，b約有250MPa，但自然時(shí)效7天后，b可提高到400 MPa。 Al合金的時(shí)效硬化能力與固溶體的濃度和時(shí)效溫度有關(guān)。在理論上，固溶體的濃度愈高，時(shí)效效果也愈高，以接近極限溶解度的合金，強(qiáng)化效果最大。反之，愈低。,1.4 有色金

22、屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,分析時(shí)效硬化曲線可以發(fā)現(xiàn)，在時(shí)效初期強(qiáng)度升高很慢或不升高，這段時(shí)間叫“孕育期”。在孕育時(shí)間內(nèi)合金的塑性很高，可以進(jìn)行鉚接、彎曲成型或矯直操作，是對(duì)生產(chǎn)加工極為有利的現(xiàn)象。,發(fā)生在室溫的時(shí)效稱之為自然時(shí)效， 發(fā)生在較高溫度（120）的時(shí)效稱之為人工時(shí)效。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2

23、-鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,回歸效應(yīng)：鋁合金時(shí)效硬化效應(yīng)是可逆的，自然時(shí)效的合金迅速加熱到230250短時(shí)間保溫（幾十秒到幾分鐘），冷到室溫后即變軟，又回復(fù)到新淬火狀態(tài)。這種可逆效應(yīng)叫做“回歸效應(yīng)”?；貧w后的合金還能再時(shí)效，可以重復(fù)多次。但應(yīng)指出，回歸操作每重復(fù)一次，都會(huì)發(fā)生一部分不可逆分解，使再時(shí)效的能力減弱。 回歸效應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中很有實(shí)用價(jià)值，自然時(shí)效后的鉚釘塑性降低，鉚接困難，即可在回歸處理后再鉚接。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原

24、理,.,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,鋁合金在時(shí)效過程中的結(jié)構(gòu)變化： 時(shí)效硬化現(xiàn)象是德國(guó)科學(xué)家AWilm在1906年發(fā)現(xiàn)的，但直到1919年才弄清楚是由過飽和固溶體分解引起的，在1935年發(fā)現(xiàn)在相（CuAl2）析出之前還有過渡相，最后到1938年Guinier和Preston才發(fā)現(xiàn)了GP區(qū)。至此才完全弄清楚過飽和固溶體的分解程序： GP區(qū)過渡相平衡相,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的

25、合金化原理,.,Al-Cu合金的詳細(xì)分解程序： GP區(qū)（CuAl2） 過飽和固溶體的缺陷結(jié)構(gòu)：與合金的成分或濃度有關(guān)-空位、位錯(cuò)環(huán)和位錯(cuò)等結(jié)構(gòu)缺陷，對(duì)GP區(qū)和沉淀相的形核和長(zhǎng)大過程起重要作用； GP區(qū)的結(jié)構(gòu)：GP區(qū)是圓片狀的Cu原子富集區(qū)。GP區(qū)無獨(dú)立的晶格結(jié)構(gòu)，溶質(zhì)原子連續(xù)地分布在Al的晶格格點(diǎn)上。GP區(qū)的形狀可以是片狀、球狀，也可以是針狀；GP區(qū)與母相間沒有相界面。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,., 相或GP（）區(qū)的結(jié)構(gòu)：Al-4Cu合金時(shí)效溫度提高到150175還能形成相或G

26、P（）區(qū)（正方晶格 ）。 相是Cu原子在GP區(qū)中有序化后形成的，是有獨(dú)立晶格結(jié)構(gòu)的中間沉淀相（Cu2Al5），以(100)Al而與母相完全共格。 沿c軸方向產(chǎn)生較大的共格應(yīng)變場(chǎng)，在片狀沉淀相的兩側(cè)引起較大的應(yīng)變衍射襯度，使電子顯微圖象變成凸透鏡狀，失去了片狀特點(diǎn)。這種強(qiáng)大的共格應(yīng)變場(chǎng)，是Al-Cu合金人工時(shí)效后強(qiáng)度顯著升高的原因。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,., 相的結(jié)構(gòu)與相一樣，也是過渡相，其化學(xué)組成與CuAl2相當(dāng)，也是正方晶格，a=0.571nm，c=0.580nm，以（1

27、00）面與母相部分共格。相是高溫時(shí)效產(chǎn)物，它的出現(xiàn)說明合金的強(qiáng)度已經(jīng)降低，故又稱“過時(shí)效”產(chǎn)物。 平衡相相是退火產(chǎn)物(CuAl2)，具有正方晶格，a=0.6054nm，c=0.4874nm，與Al的晶格結(jié)構(gòu)相差更大，與母相無共格關(guān)系，也無固定的取向關(guān)系。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,二、鋁合金的合金化原理（2 -鋁合金的時(shí)效與組織結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1鎂合金的合金化特點(diǎn) Mg合金的合金化原則與Al合金大致相同，固溶強(qiáng)化和時(shí)效硬化是主要強(qiáng)化手段，只是沒有Al合金那樣明顯而已。因此，凡是能在Mg中大量固溶的元素，都是強(qiáng)化Mg合金的有效合金元素。 根

28、據(jù)合金元素的作用特點(diǎn)和極限溶解度，可大致分為包晶反應(yīng)類和共晶反應(yīng)類兩大類。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（1 -鎂合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,包晶反應(yīng)類：Zr（3.8），Mn（3.4）。包晶反應(yīng)型元素的主要作用是細(xì)化晶粒，但也有凈化合金（消除雜質(zhì)Fe），提高抗蝕性和耐熱性的作用。 共晶反應(yīng)類： Ag(15.5)，Al (12.7%)，Zn（8.4），Li（5.7），Th（4.5）； 稀土元素（RE）：Y（12.5），Nd（3.6），La（1.9），Ce（0.85），Pr（0.5%），混合RE（以Ce或La為主）。,1.4

29、有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（1 -鎂合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,共晶反應(yīng)型元素是高強(qiáng)度鎂合金的主要合金元素，如Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr系合金等。這類元素形成的Mg4Al3（Mg17Al12）、MgZn2和Mg23Th6等在Mg中有明顯的溶解度變化，是Mg合金的主要強(qiáng)化相，有明顯的時(shí)效硬化效應(yīng)。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（1 -鎂合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,稀土元素也多屬共晶反應(yīng)型元素，不僅共晶溫度比Mg-Al和Mg-Zn系高，Mg-RE系的固溶

30、體和稀土化合物（Mg9Nd，Mg9Ce等）的耐熱性也高，稀土元素增強(qiáng)了原子間的結(jié)合力，減小了鎂原子的擴(kuò)散速度，有利于抗蠕變性能，故Mg-RE-Zr和Mg-RE-Mn系合金是耐熱Mg合金，可在150250工作。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（1 -鎂合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,RE除了提高耐熱性外，還能降低液、固二態(tài)合金的氧化速度，改善鑄造和變形性能。Nd的綜合作用最佳，能同時(shí)提高室溫和高溫強(qiáng)化效應(yīng)，Ce和混合RE次之，有改善耐熱性的作用，但常溫強(qiáng)化效果很弱；La的效果更差，兩方面都趕不上Nd和Ce。,1.4 有色金屬材料的

31、分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（1 -鎂合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,2鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化 不連續(xù)沉淀：Mg-Al和Mg-Al-Zn系合金緩冷試樣（空冷或油淬）在150222時(shí)效，先從晶界或缺陷部位發(fā)生不連續(xù)沉淀，不經(jīng)GP區(qū)階段即直接析出片狀平衡相Mg4Al3，沿一定取向往晶粒內(nèi)部生長(zhǎng)。此時(shí)，沉淀區(qū)的基體濃度和晶格常數(shù)已達(dá)平衡狀態(tài)，未發(fā)生沉淀反應(yīng)的晶粒內(nèi)部，晶格常數(shù)和濃度保持不變。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（2 -鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,這種片層狀不連

32、續(xù)反應(yīng)結(jié)構(gòu)又稱珠光體型沉淀。其組織中的Mg4Al3相彌散度低，片間距大（200nm），基體濃度低，無共格或半共格應(yīng)力場(chǎng)，故強(qiáng)化效果低。 當(dāng)不連續(xù)沉淀向晶內(nèi)發(fā)展到一定程度后，晶粒內(nèi)部才能發(fā)生連續(xù)分解。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（2 -鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,連續(xù)沉淀：細(xì)小的片狀Mg4Al3相一邊析出和長(zhǎng)大，固溶體濃度和晶格常數(shù)也發(fā)生連續(xù)變化，最終達(dá)到與時(shí)效溫度相適應(yīng)的平衡狀態(tài)。這種沉淀的特點(diǎn)是基體濃度和晶格常數(shù)是連續(xù)變化的，與不連續(xù)沉淀相對(duì)應(yīng)，故稱連續(xù)沉淀。 由連續(xù)和不連續(xù)反應(yīng)組織的組成，即兩類組織所占比例

33、的大小，則由合金的濃度和熱處理制度來決定。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（2 -鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,Mg合金的沉淀過程較復(fù)雜 Mg-RE合金的沉淀過程： GP區(qū)(Mg3Ndx)(Mg3Nd)(Mg12Nd) Mg-Th合金的沉淀過程： （Mg3Th）1（六方），2 （體心）（Mg2Th） （Mg23Th6） GP區(qū)和與母相完全共格，相部分共格，相是非共格的平衡相。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（2 -鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,

34、.,六方沉淀相（Mg3Th、Mg3Nd或Mg3X型化合物），具有DO19型晶體結(jié)構(gòu)，與母相完全共格。這種過渡相與Al-Cu合金的相類似，經(jīng)常在組元原子尺寸相差較大的合金中出現(xiàn)。相對(duì)Mg合金的強(qiáng)化貢獻(xiàn)較大，在許多時(shí)效溫度出現(xiàn)的峰值硬度，就與它的存在有關(guān)。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（2 -鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,DO19型結(jié)構(gòu)的a軸相當(dāng)于Mg的二倍，c軸相等，Mg原子組成的面是低能面，只有次近鄰原子鍵發(fā)生改變。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表明Mg3X相在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)較穩(wěn)定，是提高抗蠕變性能的重要因素。Mg-RE系合金工

35、作溫度可達(dá)250，Mg-Th系合金可達(dá)350，就是與DO19型結(jié)構(gòu)Mg3Nd和Mg3Th有關(guān)。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,三、鎂合金的合金化原理（2 -鎂合金的沉淀過程與結(jié)構(gòu)變化）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,1鈦合金的合金化特點(diǎn) 鈦合金的性能由Ti與合金元素間的物理化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)來決定，即由形成的固溶體和化合物的特性及對(duì)轉(zhuǎn)變的影響等來決定。這些影響與合金元素的原子尺寸、電化學(xué)性質(zhì)（在周期表中的相對(duì)位置）、晶格類型和電子濃度等有關(guān)。作為Ti合金與其它有色金屬如Al、Cu、Ni等比較，有其獨(dú)有的特點(diǎn)：,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（

36、1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,利用Ti的轉(zhuǎn)變，通過合金化和熱處理可以隨意得到、和+相組織； Ti是過渡族元素，有未填滿的d電子層，能同原子直徑差位于20以內(nèi)的置換式元素形成高濃度的固溶體； Ti及其合金在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熔點(diǎn)的溫度中能同O、N、H、C等間隙式雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使性能發(fā)生強(qiáng)烈的改變； Ti同其它元素能形成金屬鍵、共價(jià)鍵和離子鍵固溶體和化合物。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,Ti合金合金化的主要目的： 利用合金元素對(duì)或相的穩(wěn)定作用，來控制和相的

37、組成和性能。各種合金元素的穩(wěn)定作用又與元素的電子濃度（價(jià)電子數(shù)與原子的比值）有密切關(guān)系，一般來說，電子濃度小于4的元素能穩(wěn)定相，電子濃度大于4的元素能穩(wěn)定相，電子濃度等于4的元素，既能穩(wěn)定相，也能穩(wěn)定相。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,工業(yè)用Ti合金的主要合金元素 Ti合金中的合金元素Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si等，按其對(duì)轉(zhuǎn)變溫度的影響和在或相中的固溶度可以分為三大類。能提高相變點(diǎn)，在相中大量溶解和擴(kuò)大相區(qū)的元素叫穩(wěn)定元素；能降低相變溫度，在相中大量溶解和擴(kuò)大

38、相區(qū)的元素叫穩(wěn)定元素；對(duì)轉(zhuǎn)變溫度影響小，在和相中均能大量溶解或完全互溶的元素叫中性元素。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,按合金元素與Ti的反應(yīng)特點(diǎn)或二元狀態(tài)圖的類型，可以分成四大類： 穩(wěn)定型狀態(tài)圖：Al、Ga、Sn和間隙式元素C、N、O等與Ti形成這種狀態(tài)圖。這些元素分別屬于BB族，外層電子（S、P）數(shù)4，如Al為3S2P1，故為穩(wěn)定元素；Sn的外層電子為5S2P2=4，對(duì)相變溫度影響小，故又屬于中性元素。 全溶固溶體型狀態(tài)圖：B族的V、Nb、Ta和B族的Mo，晶格與-Ti相同，外層電子

39、數(shù)（各為d3s2和d4s2）4，是穩(wěn)定元素，能降低相變溫度，縮小相區(qū)，擴(kuò)大相區(qū)。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,圖1-44 鈦與常見元素（E）間的四種典型二元狀態(tài)圖,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,.,共析型狀態(tài)圖：形成這種狀態(tài)圖的元素是Fe、Mn、Co、Ni、Cr、Cu、Si、H等，在和相中都能溶解，但在相中的溶解度比大，并能降低相變溫度，形成共析反應(yīng)，穩(wěn)定相的能力比上述同晶型元素還大

40、。這類元素的d層電子數(shù)5，有從Ti原子取得電子形成d10穩(wěn)定殼層的傾向。合金元素d層電子數(shù)愈多，這種傾向愈大，愈容易形成化合物和同相組成共析型狀態(tài)圖。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,按相共析轉(zhuǎn)變的快慢或難易，共析型元素還可分成活性的和非活性的兩種： Cu、Si、H等非過渡族元素是活性穩(wěn)定元素，共析分解速度快，一般冷卻條件下，在室溫得不到相，但能賦予合金時(shí)效硬化能力。 Fe、Mn、Cr等過渡族元素是非活性元素，共析轉(zhuǎn)變速度極慢，在通常的冷卻條件下， 相來不及分解，在室溫只能得到 + 組織。,1.4 有色金屬材料的分類及合金化原理,四、鈦合金的合金化原理（1 -鈦合金的合金化特點(diǎn)）,Chapter 1 金屬材料的合金化原理,.,- 全溶固溶體型狀態(tài)圖：與Ti同族（B）的Zr和Hf不僅外層電子結(jié)構(gòu)完全相同（d2s2），而且有同素異晶轉(zhuǎn)變， 和相的晶格也完全相同