金属材料的合金化原理.ppt

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1、1.3 合金钢的分类、牌号一、合金钢的分类（1-按化学成分分类）,1按化学成分分类按钢中所含合金元素的种类，合金钢分为：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，合金钢分为：低合金钢（Me总质量分数小于5%）中合金钢（Me总质量分数在5%10%）高合金钢（Me总质量分数大于10%）,1.3 合金钢的分类、牌号,Chapter 1 金属材料的合金化原理,2按钢的用途分类 合金结构钢 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）。合金工具钢 合金工具钢还可分为刃具钢（低合金刃具钢和高速钢）、量

2、具钢和模具钢（冷作模具钢和热作模具钢）。特殊性能钢 特殊性能钢还可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁钢。,1.3 合金钢的分类、牌号,一、合金钢的分类（2-按钢的用途分类）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,3按冶金质量分类 普通低合金钢：wS0.05%，wP0.045%优质低合金钢：wS0.035%，wP0.035%高级优质合金钢：wS0.02%wP0.03%特高级优质合金钢：wS0.015%，wP0.025%。,1.3 合金钢的分类、牌号,一、合金钢的分类（3-按冶金质量分类）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,4按金相组织分类按退火后的组织合金钢可分为：亚共析钢、共析钢、过共

3、析钢、莱氏体钢（在铸态组织中有莱氏体）。按正火后的组织合金钢可分为：铁素体钢珠光体钢贝氏体钢马氏体钢奥氏体钢,1.3 合金钢的分类、牌号,一、合金钢的分类（4-按金相组织分类）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,按正火后的金相组织和用途特点不锈钢分为马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥氏体型-铁素体型不锈钢及沉淀硬化型不锈钢等，耐热钢分为马氏体型耐热钢、铁素体型耐热钢、奥氏体型耐热钢等；把化学成分和用途结合起来分类的方法，如把不锈钢分为铬不锈钢、镍铬不锈钢、铬锰不锈钢等。,1.3 合金钢的分类、牌号,一、合金钢的分类（4-按金相组织分类）,Chapter 1 金属材料的合

4、金化原理,1合金结构钢工程构件用钢（低合金高强度结构钢）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（A、B、C、D、E）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镇静钢，但在牌号的组成中没有表示脱氧方法的符号。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（1-合金结构钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,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，例如表示压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；焊接气瓶用钢牌号表示为“Q295HP”；锅炉用钢牌号表示为“Q390g”；桥梁用钢表示为“Q420q”等等。,1

5、.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（1-合金结构钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,机器零件制造用钢（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）。牌号由三部分组成，即由“二位数字+元素符号+数字”组成。前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的万倍，元素符号表示所含合金元素，后面的数字表示合金元素含量的百倍。凡合金元素质量分数小于1.5%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1.5%、2.5%、3.5%，则在元素符号后相应标出2、3、4。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（1-合金结构钢）,Chapter 1 金

6、属材料的合金化原理,合金结构钢中的Nb、Ti、B等元素，虽然含量很低，但属有意加入，故在钢的牌号中仍应表示出来。如40B，其平均碳的质量分数为0.4%，硼的质量分数仅为0.0005%0.0035%。合金结构钢都是优质钢、高级优质钢（牌号后加“A”字）或特级优质钢（牌号后加“E”字）。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（1-合金结构钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,高碳铬轴承钢的牌号在头部加符号“G”，但不标碳含量。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：平均含铬量为1.50%的轴承钢，其牌号表示为“GCr15”。专用机器零件制造用钢也要在牌号

7、的头部（或尾部）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“G20CrNiMoA”等。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（1-合金结构钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,2合金工具钢合金工具钢分为刃具钢（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）。牌号表示方法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1%时，含碳量不标出，当其平均碳的质量分数小于1%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金结构钢相同。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（2-合金工具钢）,Cha

8、pter 1 金属材料的合金化原理,合金工具钢都属于高级优质钢，故不再在牌号后标出“A”字。如9SiCr表示平均碳的质量分数为0.9%左右，铬、硅各为1%左右；Cr12表示平均碳的质量分数大于1%，含铬为12%左右。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（2-合金工具钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,必须指出的有三点：第一，高速工具钢与一般合金工具钢略有不同，不论碳的平均质量分数为多少均不予标出。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，当合金成分不相同时，对高碳者牌号前冠以“C”字。如CW6Mo5Cr4V2等。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（2-合金工具

9、钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,W6Mo5Cr4V2wC=0.80%0.90%,CW6Mo5Cr4V2wC=0.95%1.05%,第二，低铬（平均铬含量小于1%）的合金工具钢，在铬含量（以千分之几计）前加数字“0”。如：平均含铬量为0.60%的合金工具钢，其牌号表示为“Cr06”。第三、塑料模具钢在牌号头部加“SM”，牌号表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。例如：SM45、SM3Cr2Mo。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（2-合金工具钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,3特殊性能钢 特殊性能钢可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢和磁钢。不锈钢及耐热钢牌

10、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其它合金钢相同。当碳的质量分数小于或等于0.03%时，在牌号前冠以“00”，当碳的质量分数小于或等于0.08%时，在牌号前冠以“0”。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（3-特殊性能钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,如不锈钢3Cr13的平均wC=0.3%、wCr13%；不锈钢0Cr19Ni9的平均wC0.08%、wCr19%、wNi9%；不锈钢00Cr19Ni11钢的平均wC0.03%、wCr19%、wNi11%。当wSi1.5%、wMn2%时，牌号中不予标出。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（3

11、-特殊性能钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,特殊专用钢，为表示钢的用途，在牌号前或后附以字母。铸造合金钢的牌号是在一般合金钢的牌号前加“ZG”，常用的铸造合金钢有：ZGMn2、ZG35SiMn、ZG37SiMn2MoV、ZG40CrMnMo、ZGMn13（高锰钢或耐磨钢）、ZG1Cr18Ni9（铸造不锈钢）等。易切削钢Y15、Y40Mn、Y15Pb（GB/T8731-1988），易切削非调质机械结构钢YF35V和热锻用非调质机械结构钢F45V（GB/T15712-1995）等。,1.3 合金钢的分类、牌号,二、合金钢的牌号（3-特殊性能钢）,Chapter 1 金属材料的合金化原

12、理,1.4 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（1-有色金属材料的分类）,1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,Chapter 1 金属材料的合金化原理,轻有色金属重有色金属难熔金属,稀有金属稀土金属贵金属,1.4 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（1-有色金属材料的分类）,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,Chapter 1 金属材料的合金化原理,铝合金镁合金钛合金铜合金镍基合金,钴基合金锌合金铅或锡合金锆或铪

13、合金钽合金,1.4 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（1-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,Chapter 1 金属材料的合金化原理,变形加工合金,铸造合金,按有色金属的特性可分为：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，为轻质高强结构材料；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不可缺少的材料，为导电材料；,一、有色金属材料的分类及特点（1-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,Chapter 1 金属

14、材料的合金化原理,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耐蚀材料；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，核材料；钨、钼、钽、铌及其合金是制造在1300以上使用的高温零件及电真空元件的理想材料。,一、有色金属材料的分类及特点（1-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,Chapter 1 金属材料的合金化原理,2有色金属材料的特点 要求合金材料具有更高的强度，更高的韧性和更低的密度。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求。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。此外，

15、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（2-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,Chapter 1 金属材料的合金化原理,1铝合金的合金化特点Al合金的强化是以Al与合金元素间形成的金属间化合物在固溶体中的溶解度变化为基础的。在Al中有高的溶解度和能起显著强化作用的元素有Zn、Mg、Cu、Si四种（表1-6）；Ag、Ge、Li的极限溶解度虽很大，但由于它们是稀贵金属，作Al合金的主要合金元素而大量加入是有困难的。,二、铝合金的合金化原理（1-铝合金的合金化

16、特点）,1.4 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,Chapter 1 金属材料的合金化原理,6,主要合金元素与Al组成的二元（CuAl2、Mg2Si、MgZn2）和三元化合物（Al2CuMg、Al2Mg3Zn3），在Al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提高强度。能形成这种化合物或强化相的合金有Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系，可称之为“热处理强化型Al合金”。,1.4 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（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1

17、金属材料的合金化原理,有些合金如Al-Mg、Al-Si和Al-Mn等，加入的合金元素虽然也有明显的溶解度变化，但热处理强化效果不大，只能以退火或冷作硬化状态应用，放称之为“非热处理强化型”或“热处理不强化型”Al 合金。,1.4 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（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,二、铝合金的合金化原理（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 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,二、铝合金的合金化原理（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,1.4 有色金属材料的

18、分类及合金化原理,二、铝合金的合金化原理（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 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,二、铝合金的合金化原理（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 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,有些合金元素如Cr、Mn、Zr等在Al中的溶解度虽然很小（表1-6），但对合金强度和抗蚀性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细化晶粒，有再结晶抑制剂或晶粒细化剂之称。还有些元素，它们的极限溶解度虽很低，但加入极微量（0.0050.15）也能显著改变从合金的形核和沉淀过程，因而能显著地提高时效硬化

19、效应。,1.4 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（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 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,二、铝合金的合金化原理（1-铝合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,2铝合金的时效与组织结构变化 铝合金的时效硬化现象：Cu含量位于0.15.65间的Al-Cu合金于500的相区进行固溶处理和淬火，则会得到均匀的过饱和固溶体。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CuAl2（相），而引起强度明显升高。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,二、铝

20、合金的合金化原理（2-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,二、铝合金的合金化原理（2-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,1.4 有色金属材料的分类及合金化原理,1.4 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（2-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,二、铝合金的合金化原理（2-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,1.4 有色金属材料的分类及合金化原理,Al-4Cu合金退火状态的强度很低，b只有200 MPa，则淬火状态的强度也不高，b约

21、有250MPa，但自然时效7天后，b可提高到400 MPa。Al合金的时效硬化能力与固溶体的浓度和时效温度有关。在理论上，固溶体的浓度愈高，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。,1.4 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（2-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,1.4 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（2-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,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“孕育期”。在孕育时间内合金的塑性很高，可以

22、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。,发生在室温的时效称之为自然时效，发生在较高温度（120）的时效称之为人工时效。,1.4 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（2-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,回归效应：铝合金时效硬化效应是可逆的，自然时效的合金迅速加热到230250短时间保温（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“回归效应”。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，都会发生一部分不可逆分解，使再时效的能力减弱。回归效应在实际生产中很有实用价值，

23、自然时效后的铆钉塑性降低，铆接困难，即可在回归处理后再铆接。,1.4 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（2-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,1.4 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（2-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,铝合金在时效过程中的结构变化：时效硬化现象是德国科学家AWilm在1906年发现的，但直到1919年才弄清楚是由过饱和固溶体分解引起的，在1935年发现在相（CuAl2）析出之前还有过渡相，最后到1938年Guinier和Preston才发现了GP区。至此才

24、完全弄清楚过饱和固溶体的分解程序：GP区过渡相平衡相,1.4 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（2-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,Al-Cu合金的详细分解程序：GP区（CuAl2）过饱和固溶体的缺陷结构：与合金的成分或浓度有关-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；GP区的结构：GP区是圆片状的Cu原子富集区。GP区无独立的晶格结构，溶质原子连续地分布在Al的晶格格点上。GP区的形状可以是片状、球状，也可以是针状；GP区与母相间没有相界面。,1.4 有色金属材料的分类及合金化原理,二、铝合金的合

25、金化原理（2-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,相或GP（）区的结构：Al-4Cu合金时效温度提高到150175还能形成相或GP（）区（正方晶格）。相是Cu原子在GP区中有序化后形成的，是有独立晶格结构的中间沉淀相（Cu2Al5），以(100)Al而与母相完全共格。沿c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，是Al-Cu合金人工时效后强度显著升高的原因。,1.4 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（2-铝合金的时效与组织结构变化）,Chapt

26、er 1 金属材料的合金化原理,相的结构与相一样，也是过渡相，其化学组成与CuAl2相当，也是正方晶格，a=0.571nm，c=0.580nm，以（100）面与母相部分共格。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“过时效”产物。平衡相相是退火产物(CuAl2)，具有正方晶格，a=0.6054nm，c=0.4874nm，与Al的晶格结构相差更大，与母相无共格关系，也无固定的取向关系。,1.4 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（2-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,1镁合金的合金化特点Mg合金的合金化原则与Al合金大致相

27、同，固溶强化和时效硬化是主要强化手段，只是没有Al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Mg合金的有效合金元素。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。,1.4 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（1-镁合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,包晶反应类：Zr（3.8），Mn（3.4）。包晶反应型元素的主要作用是细化晶粒，但也有净化合金（消除杂质Fe），提高抗蚀性和耐热性的作用。共晶反应类：Ag(15.5)，Al(12.7%)，Zn（8.4），Li（5.7），Th（4.5）；稀土元素（RE）：

28、Y（12.5），Nd（3.6），La（1.9），Ce（0.85），Pr（0.5%），混合RE（以Ce或La为主）。,1.4 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（1-镁合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,共晶反应型元素是高强度镁合金的主要合金元素，如Mg-Al-Zn和Mg-Zn-Zr系合金等。这类元素形成的Mg4Al3（Mg17Al12）、MgZn2和Mg23Th6等在Mg中有明显的溶解度变化，是Mg合金的主要强化相，有明显的时效硬化效应。,1.4 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（1-镁合金的合金化特点）,Chapter 1

29、金属材料的合金化原理,稀土元素也多属共晶反应型元素，不仅共晶温度比Mg-Al和Mg-Zn系高，Mg-RE系的固溶体和稀土化合物（Mg9Nd，Mg9Ce等）的耐热性也高，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，有利于抗蠕变性能，故Mg-RE-Zr和Mg-RE-Mn系合金是耐热Mg合金，可在150250工作。,1.4 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（1-镁合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,RE除了提高耐热性外，还能降低液、固二态合金的氧化速度，改善铸造和变形性能。Nd的综合作用最佳，能同时提高室温和高温强化效应，Ce和混合RE次之，

30、有改善耐热性的作用，但常温强化效果很弱；La的效果更差，两方面都赶不上Nd和Ce。,1.4 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（1-镁合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,2镁合金的沉淀过程与结构变化不连续沉淀：Mg-Al和Mg-Al-Zn系合金缓冷试样（空冷或油淬）在150222时效，先从晶界或缺陷部位发生不连续沉淀，不经GP区阶段即直接析出片状平衡相Mg4Al3，沿一定取向往晶粒内部生长。此时，沉淀区的基体浓度和晶格常数已达平衡状态，未发生沉淀反应的晶粒内部，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,三、镁合金的合金化原理

31、（2-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,这种片层状不连续反应结构又称珠光体型沉淀。其组织中的Mg4Al3相弥散度低，片间距大（200nm），基体浓度低，无共格或半共格应力场，故强化效果低。当不连续沉淀向晶内发展到一定程度后，晶粒内部才能发生连续分解。,1.4 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（2-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,连续沉淀：细小的片状Mg4Al3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，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的，

32、与不连续沉淀相对应，故称连续沉淀。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度来决定。,1.4 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（2-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,Mg合金的沉淀过程较复杂Mg-RE合金的沉淀过程：GP区(Mg3Ndx)(Mg3Nd)(Mg12Nd)Mg-Th合金的沉淀过程：（Mg3Th）1（六方），2（体心）（Mg2Th）（Mg23Th6）GP区和与母相完全共格，相部分共格，相是非共格的平衡相。,1.4 有色金属材料的分类及合金化原理,三、镁合金的合金化原理（2-镁合金的沉淀

33、过程与结构变化）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,六方沉淀相（Mg3Th、Mg3Nd或Mg3X型化合物），具有DO19型晶体结构，与母相完全共格。这种过渡相与Al-Cu合金的相类似，经常在组元原子尺寸相差较大的合金中出现。相对Mg合金的强化贡献较大，在许多时效温度出现的峰值硬度，就与它的存在有关。,1.4 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（2-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,DO19型结构的a轴相当于Mg的二倍，c轴相等，Mg原子组成的面是低能面，只有次近邻原子键发生改变。这种结构特点表明Mg3X相在相当宽的温度范围内较稳

34、定，是提高抗蠕变性能的重要因素。Mg-RE系合金工作温度可达250，Mg-Th系合金可达350，就是与DO19型结构Mg3Nd和Mg3Th有关。,1.4 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（2-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,1钛合金的合金化特点钛合金的性能由Ti与合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性及对转变的影响等来决定。这些影响与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni等比较，有其独有的特点：,1.4 有色金属材料的

35、分类及合金化原理,四、钛合金的合金化原理（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,利用Ti的转变，通过合金化和热处理可以随意得到、和+相组织；Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于20以内的置换式元素形成高浓度的固溶体；Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变；Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。,1.4 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（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,Ti合金合金化的主要目的：利用合金元素对或相的

36、稳定作用，来控制和相的组成和性能。各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定相，电子浓度大于4的元素能稳定相，电子浓度等于4的元素，既能稳定相，也能稳定相。,1.4 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（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,工业用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，按其对转变温度的影响和在或相中的固溶度可以分为三大类。能提高相变点，在相中大量溶解和扩大相区的元素叫稳定元素；能降低相变温度，在相中

37、大量溶解和扩大相区的元素叫稳定元素；对转变温度影响小，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 有色金属材料的分类及合金化原理,四、钛合金的合金化原理（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,按合金元素与Ti的反应特点或二元状态图的类型，可以分成四大类：稳定型状态图：Al、Ga、Sn和间隙式元素C、N、O等与Ti形成这种状态图。这些元素分别属于BB族，外层电子（S、P）数4，如Al为3S2P1，故为稳定元素；Sn的外层电子为5S2P2=4，对相变温度影响小，故又属于中性元素。全溶固溶体型状态图：B族的V、Nb、Ta和B族的Mo，晶格与-Ti相同，外层

38、电子数（各为d3s2和d4s2）4，是稳定元素，能降低相变温度，缩小相区，扩大相区。,1.4 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（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,图1-44 钛与常见元素（E）间的四种典型二元状态图,1.4 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,四、钛合金的合金化原理（1-钛合金的合金化特点）,共析型状态图：形成这种状态图的元素是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，并能降低相变温度，形成共析反应，稳定相的能力比上述同晶型元素还大。这类元

39、素的d层电子数5，有从Ti原子取得电子形成d10稳定壳层的倾向。合金元素d层电子数愈多，这种倾向愈大，愈容易形成化合物和同相组成共析型状态图。,1.4 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（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,按相共析转变的快慢或难易，共析型元素还可分成活性的和非活性的两种：Cu、Si、H等非过渡族元素是活性稳定元素，共析分解速度快，一般冷却条件下，在室温得不到相，但能赋予合金时效硬化能力。Fe、Mn、Cr等过渡族元素是非活性元素，共析转变速度极慢，在通常的冷却条件下，相来不及分解，在室温只能得到+组织。,1.4 有色金属材料的

40、分类及合金化原理,四、钛合金的合金化原理（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,-全溶固溶体型状态图：与Ti同族（B）的Zr和Hf不仅外层电子结构完全相同（d2s2），而且有同素异晶转变，和相的晶格也完全相同，故与Ti能形成完全互溶的和固溶体，和Sn一样，同属中性元素。Zr能强化相，在工业合金中已得到广泛的应用，但Hf的密度高（13.28103kg/m3），而且稀少，还未得到实际应用。综上所述，Ti的合金化就是以合金元素的上述作用规律为指导原则，根据实际需要，合理地控制元素的种类和加入量，以得到预期的组织、性能和工艺特性。,1.4 有色金属材料的分类及合金化原理,

41、四、钛合金的合金化原理（1-钛合金的合金化特点）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,2钛合金的固态相变纯Ti的转变，是体心立方晶格向密排六方晶格的转变，但Ti合金因合金系、浓度和热处理条件不同，还会出现一系列复杂的相变过程。这些相变可归纳为两大类，即淬火相变：，q，r回火相变：(，r)+a+,1.4 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（2-钛合金的固态相变）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,马氏体转变稳定型Ti合金自相区淬火，会发生无扩散的马氏体转变，生成过饱和固溶体(马氏体)。如果合金的浓度高，马氏体转变点Ms降低到室温以下，相将被冻结到室温。这种相称“

42、残留相”或“过冷相”，用r表示。,1.4 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（2-钛合金的固态相变）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,值得说明的是，当合金的相稳定元素含量少，转变阻力小，相可由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种马氏体称“六方马氏体”，用“”表示。如果相稳定元素含量高，转变阻力大，不能直接转变成六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种马氏体称“斜方马氏体”，用“”表示。,1.4 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（2-钛合金的固态相变）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,Ti合金的马氏体转变如图1-45所示，与相的浓度和转

43、变温度有密切关系。马氏体转变温度Ms是随合金元素含量的增加而降低；当淬火温度降低到一定温度，淬火到室温相也不发生马氏体转变。,1.4 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（2-钛合金的固态相变）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,马氏体的形态与合金的浓度和Ms高低有关。六方马氏体有两种形态：合金元素含量低，马氏体转变温度Ms高时，形成板条状马氏体。这种六方马氏体有大量的位错，基本上没有孪晶，是单晶马氏体。合金元素含量高，Ms点降低，形成针状或锯齿形马氏体，这种六方马氏体有高的位错密度和层错，还有大量孪晶，是孪晶马氏体。,1.4 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（2-钛合金的固态相变）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,斜方马氏体，合金元素含量高，Ms点低，马氏体针更细，可以看到更密集的孪晶。必须指出，Ti合金的马氏体是置换型过饱和固溶体，与钢的间隙式马氏体不同，强度和硬度只比相略高些，强化作用不明显。当出现斜方马氏体时，强度和硬度特别是屈服强度反而略有降低。,1.4 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（2-钛合金的固态相变）,Chapter 1 金属材料的合金化原理,