工程材料第八章有色金属及其合金

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1、 C：COMPUTERC：COMMUNICATIONC：CONSUMER ELECTRONICS PRODUCTS 钛和钛合金钛和钛合金被认为是被认为是2121世纪的重要材料，它具有很世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广能远优于不锈钢，因此被广泛泛用于火箭、导弹、航天飞用于火箭、导弹、航天飞机船舶、

2、化工和通讯设备等机船舶、化工和通讯设备等钛金属腕表钛金属腕表 钛合金与人体有很好的钛合金与人体有很好的“相容性相容性”，因此可用来制造，因此可用来制造人造人造骨骨 钛合金眼镜钛合金眼镜具有记忆功能的眼镜框架具有记忆功能的眼镜框架钛合金外壳的电脑钛合金外壳的电脑 钛及钛合金具有许多优点。钛及钛合金具有许多优点。 首先是其比强度高于其它合金；首先是其比强度高于其它合金； 其次是具有较高的抗蚀性，特别是在海水和含氨介质中，抗其次是具有较高的抗蚀性，特别是在海水和含氨介质中，抗蚀性尤其突出。蚀性尤其突出。 另外，钛及钛合金的耐热性也比铝合金和镁合金高，目前实另外，钛及钛合金的耐热性也比铝合金和镁合金高

3、，目前实际应用的热强钛合金工作温度可达际应用的热强钛合金工作温度可达400500。 从从20世纪世纪50年代开始，在较短的时间内，钛工业获得了迅速年代开始，在较短的时间内，钛工业获得了迅速发展。尤其在航空航天工业中，应用范围及数量日益增长，发展。尤其在航空航天工业中，应用范围及数量日益增长，并正在迅速取代某些铝合金、镁合金及钢等制造各种构件。并正在迅速取代某些铝合金、镁合金及钢等制造各种构件。此外，钛及钛合金在机械工程、生物医学、海洋工程、化工、此外，钛及钛合金在机械工程、生物医学、海洋工程、化工、冶金、建材及一般民用工业中的应用也有逐年增长之势。冶金、建材及一般民用工业中的应用也有逐年增长之

4、势。 钛在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位钛在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位。在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起步较晚，但已取得了可观的进步。预计到步较晚，但已取得了可观的进步。预计到2010年，供国内工业生产用的年，供国内工业生产用的海绵钛产量可居世界前列。海绵钛产量可居世界前列。 我国在航空工业中应用钛合金始于我国在航空工业中应用钛合金始于20世纪世纪60年代初期。目前钛及钛合年代初期。目前钛及钛合金已广泛应用或准备应用于制造飞机上的隔热罩、整流罩、导风罩、蒙金已广泛应用或准备应用于制造

5、飞机上的隔热罩、整流罩、导风罩、蒙皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。 钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。 钛

6、在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位钛在地壳中的储量仅次于铝、铁、镁而居第四位。在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起在我国，钛的资源十分丰富，虽然开展钛及钛合金的研究与应用工作起步较晚，但已取得了可观的进步。预计到步较晚，但已取得了可观的进步。预计到2010年，供国内工业生产用的年，供国内工业生产用的海绵钛产量可居世界前列。海绵钛产量可居世界前列。 我国在航空工业中应用钛合金始于我国在航空工业中应用钛合金始于20世纪世纪60年代初期。目前钛及钛合年代初期。目前钛及钛合金已广泛应用或准备应用于制造飞机上的隔热罩、整流罩、导风罩、蒙金已广泛应用或准备应用于制造飞机上的

7、隔热罩、整流罩、导风罩、蒙皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。皮、框类、支臂构件及发动机中的压气机盘、叶片及机匣等。 钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使钛的化学性十分活泼，熔点高，冶炼制取工艺复杂且价格昂贵，这使得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，得钛及钛合金的发展与应用受到了一定限制。随着科学技术的不断进步，这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将这些问题正在不断被解决，钛及钛合金由于其所具有的优异特性，必将发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。发展成为能够得到普遍应用的重要结构材料。 按在晶格中

8、存在形式区分，杂质元素与钛可形成间隙式或置按在晶格中存在形式区分，杂质元素与钛可形成间隙式或置换式两种固溶体，杂质含量较多时，也会形成脆性化合物。换式两种固溶体，杂质含量较多时，也会形成脆性化合物。 形成间隙固溶体的形成间隙固溶体的杂质主要有氧、氮、氢及碳杂质主要有氧、氮、氢及碳等，这些杂等，这些杂质可造成严重的晶格畸变，强烈阻碍位错运动，提高硬度。质可造成严重的晶格畸变，强烈阻碍位错运动，提高硬度。另外，另外，氢的扩散能力较强，应变时效现象比较明显氢的扩散能力较强，应变时效现象比较明显，而且容，而且容易以易以TiH化合物形式析出，引起氢脆，严重损害钛的韧性。化合物形式析出，引起氢脆，严重损害

9、钛的韧性。因此，间隙式杂质对钛的塑性危害很大。因此，间隙式杂质对钛的塑性危害很大。 其合金化特点主要是加入了较多的其合金化特点主要是加入了较多的稳定元素，通稳定元素，通过水冷或空冷得到几乎全部的等轴亚稳过水冷或空冷得到几乎全部的等轴亚稳相组织相组织(稳稳定定合金则得到全部稳定合金则得到全部稳定相相)。 亚稳亚稳相通过时效处理，可分解为弥散分布的相通过时效处理，可分解为弥散分布的a、稳、稳定定或其它第二相，使合金强度有大幅度提高。在或其它第二相，使合金强度有大幅度提高。在所有类型的钛合金中，所有类型的钛合金中，这类合金的室温强度最高这类合金的室温强度最高。 具有面心立方晶格，具有面心立方晶格，无

10、同素异构转变无同素异构转变。 密度密度2.72，约为铁的三分之一，铝合金，约为铁的三分之一，铝合金 密度一般为密度一般为2.52.88之间。之间。 具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。具有良好的导电、导热性，仅次于银、铜、金。 在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大，在大气中具有优良的抗腐蚀性（与氧亲和力大， 能形成一层致密的氧化膜）。能形成一层致密的氧化膜）。 具有高塑性、较低的强度具有高塑性、较低的强度 ： L04 99.996% =45%；b=50MN/m2 与钢铁相比，铝合金具有较高的比强与钢铁相比，铝合金具有较高的比强度、比刚度，较低的密度。度、比刚度，较低的密度。机械性能对

11、比机械性能对比 低碳钢低碳钢 低合金钢低合金钢 高合金钢高合金钢 铸铁铸铁 铝合金铝合金相对密度相对密度 1.0 1.0 1.0 0.92 0.351.0 1.0 1.0 0.92 0.35相对比相对比 1.0 1.6 2.5 0.60 1.81.0 1.6 2.5 0.60 1.8强度极限强度极限相对比相对比 1.0 1.7 4.2 0.70 2.91.0 1.7 4.2 0.70 2.94.34.3屈服极限屈服极限相对比相对比 1.0 1.0 1.0 0.51 8.51.0 1.0 1.0 0.51 8.5刚度刚度三、铝合金的分类三、铝合金的分类 根据合金元素的含量和加工工艺性能根据合金元