合金

铝合金、镁合金、钛合金的分类与应用兴湘材控华摩西一、铝合金的分类与应用1、铝的基本特性与应用范围铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为26.9815。铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为2.7g/cm3，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用，下表列出了铝的基本特性及主要应用领域。2、铝及铝合金的分类纯铝比较软，富有延展性，易于塑性成形。如果根据各种不同的用途，要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能，可以在纯铝中添加各种合金元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。铝合金可加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材(变形铝合金)，也可加工成铸件、压铸件等铸造材(铸造铝合金)。二、镁合金的分类与应用1、镁合金－分类、牌号铸造镁合金：ZM＋顺序号表示。ZM1、ZM2、ZM7、ZM8：Mg-Al-Zn系ZM5：Mg-Zn-Zr系：较高的强度，良好的塑性和铸造工艺性能，耐热性较差，主要用于制造150℃以下工作的飞机、导弹、发动机中承受较高载荷的结构件或壳体。ZM3、ZM4和ZM6：Mg-RE-Zr系。良好铸造性能、常温强度和塑性较低、耐热性较高，主要用于制造250℃以下工作的高气密零件。铸造镁合金中合金元素含量高于变形镁合金，以保证液态合金具有较低的熔点，较高的流动性和较少的缩松缺陷等。如果还需要通过热处理对镁合金进一步强化，那么所选择的合金元素还应该在镁基体中具有较高的固溶度，而且这一固溶度还会随着温度的改变而发生明显的变化，并在时效过程中能够形成强化效果显著的第二相。铝在α-Mg中的固溶度在室温时大约只有2％，升至共晶温度436℃时则高达12.1％，因此压铸AZ91HP合金具备了一定的时效强化能力，其强度有可能通过固溶和时效的方法得到进一步的提高。2、镁合金－热处理铸造和变形镁合金均可进行退火(T2)、时效(T1)、淬火(T4)和人工时效（T6，T61)，规范和应用范围与铸造铝合金基本相同，只是镁合金的扩散速度，淬火敏感性低。镁合金可用静止或流动的空气淬火，也有时用热水淬火(如T61)，强度比空冷的T6高。绝大多数镁合金对自然时效不敏感，淬火后在室温能长期保持淬火状态，即使人工时效，时效温度也要比铝合金高（达175-250℃）。镁合金加热时的氧化倾向比铝合金高，为了防止燃烧，加热炉应保持中性气氛或通人SO2气体。3、镁及镁合金的应用航空航天工业、军工领域、交通领域（包括汽车工业、飞机工业、摩托车工业、自行车工业等）、3C领域等。镁合金的特点可满足于航空航天等高科技领域对轻质材料吸噪、减震、防辐射的要求，可大大改善飞行器的气体动力学性能和明显减轻结构重量。从20世纪40年代开始，镁合金首先在航空航天部门得到了优先应用。B-36重型轰炸机每架用4086kg镁合金簿板；洛克希德F-80喷气式歼击机镁板机翼，使结构零件从47758个减少到16050个；“大力神”火箭使用了600kg的变形镁合金；“季斯卡维列尔”卫星中使用了675kg的变形镁合金；直径约1米的“维热尔”火箭壳体是用镁合金挤压管材制造的。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件：一个型号的飞机最多选用了300-400项镁合金构件；一个零件的重量最重近300kg；一个构件的最大尺寸达2m多。在军工方面需要镁合金板材以提高结构件强度,减轻装备重量,提高武器命中率。4、企业的实际应用重庆长安集团公司：完成了JL462Q发动机变速器上、下壳体用镁合金替代铝合金的产品试制，已形成年产1500t汽车变速器压铸的生产能力。2003年底，变速器上下壳体、箱体延伸体和缸罩等7个零件已批量装车，并通过了小批量装车试验，目前正在进行批量生产前的最后中批量装车考核中；此外，该公司还打算用镁合金取代更多的零部件，如方向盘、座椅内架等，逐步使每辆车用量达到20Kg。一汽集团：试制成功了气门室罩盖、变速箱盖、发动机油喷等镁合金压铸件，其中气门室罩盖已通过装车试验。东风汽车公司：以镁合金变速箱上盖的产业化应用为重点突破对象，完成了10万次规范的台架试验，并顺利通过考核；同时对已装车的真空助力器中间隔板、左右脚踏步的应用情况调查表明其应用效果良好。三、钛合金的分类与应用1、钛的特性（1）钛存在两种同素异构体α及β。α-Ti在882℃以下稳定，具有h.c.P.结构。β-Ti稳定于882℃～熔点1678℃，具有体心立方结构。（2）钛的体积质量小（4.51g／cm3），比强度高，熔点高，塑性好，虽然其强度随温度升高而下降，但其比强度高的特性仍可保持到550～600℃。与高强合金相比，相同强度水平可降低重量40％以上，因此在宇航上有巨大应用潜力。3）具有优良的耐蚀性，在室温下就能很快生成一层具有极好保护性的钝化层（TiO2）。它仅有纳米尺度，室温下长大极慢。许多介质中，钛的耐蚀性极高；但在还原性介质中差一些，不过可以通过合金化改善。（4）钛的低温性能很好，在液氮温度下仍有良好的机械性能，强度高而仍保持有良好的塑性及韧性。（5）弹性模量较低（120GP），约为铁的54％。（6）导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比铁低4.5倍，使用时易产生温度梯度及热应力，不过，线胀系数低可补偿因导热系数低带来的热应力问题。2、钛合金分类1．α-钛合金显微组织是α相组织，含有α相稳定元素及一些中性强化元素。纯钛是一个典型的α-钛合金，α-钛合金中的主要元素是铝、锆、锡等。当加入少量β相稳定元素时，可以得到近。α-钛合金，显微组织上除α相基体外，还有少量β相。典型的钛合金有Ti-8Al-1Mo-1V,,IMI685（Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si）等。2．α＋β铁合金含有较多的α相稳定元素和β相稳定元素，具有α十β相混合组织结构。这些相的金相形态和数量依成分、热加工变形和热处理方式而异。这类合金可经处理得到很高的强度水平，典型例子有Ti-6Al-4V（IMI318）合金和IMI550（Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.5Si）。Ti--6Al-4V合金至今仍是使用最广泛的钛合金。3．β-钛合金和近β钛合金（leanβtypealloy）这类合金含有大量的β相稳定元素，多数还含有铝、锆、锡等元素。β-钛合金的室温强度可达到α+β钛合金水平，但具有更佳的工艺性能，不过其高温强度比不上α+β合金。近β钛合金显微组织也是由α+β两相组成，但是α强化相分布于β相基体之上。相的形态、分布、尺寸与热加工、热处理密切相关。典型的β钛合金如Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al（Ti-15.3）合金，典型的近β钛合金如Ti-10V-2Fe-3Al（Ti－10.2.3）合金。3、主要合金元素与相的形成现有钛合金中的主要合全元素有钒、钼、铌、铬、铜、锰、铝、锆、锡及钽等．可以分为三类：第一类是α相稳定元素，能提高α相→β相转变温度。铝是最常见的、最有效的α相强化元素，能有效提高低温和高温（550℃以下）的强度，同时铝的密度小，因此铝是钛合金中的一个基本合金元素。第二类合金元素（锡、锆）等能有效强化α相，它们在α-Ti和β-Ti中均有大的固溶度，但对α相→β相相变温度影响较小，故有中性强化元素之称。它们的强化作用也可保持到较高温度。