轻合金的组织与性能
金属材料组织和性能的关系
金属材料组织和性能的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所表达出来的性能，下面是的一篇探究金属材料组织和性能关系的，欢迎阅读查看。
金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。
金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。
相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。
金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择适宜的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。
使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。
1.1金属材料组织与力学性能之间的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所表达出来的性能。
就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种根本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好;奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高;渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大;珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间;莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。
可见不同的材料组织在性能上会有明显差异，碳含量低，它的强度和硬度就低，可是其塑性和韧性却相反。
随着碳含量的增加，材料组织中珠光体的量变多，也就使得钢的强度和硬度增加，当然塑性和韧性就会有所降低。
总的来说，不管是通过上述方法还是采用冷拉拔或热处理等方法改变金属材料的组织，都会使得原材料展现出与之前完全不同的性能。
1.2金属材料组织与物理性能之间的关系不同的金属材料是有其使用范围的，它会在不同的条件下表现出不同的物理性能，比方钢在1538。
C时会由固体状态向液体状态转变。
导热性是金属材料重要的物理性能，金属材料导热性比非金属好，金属中导热性最好的莫过于银，但在实际生产中我们会选择性价比更高的铜或铝来做原材料。
Al和Ti含量对激光熔炼AlxNbTiyV轻质高熵合金组织与性能的影响
第 1 期第 137-145 页材料工程Vol.52Jan. 2024Journal of Materials EngineeringNo.1pp.137-145第 52 卷2024 年 1 月Al 和Ti 含量对激光熔炼Al x NbTi y V 轻质高熵合金组织与性能的影响Effect of Al and Ti content on microstructure and properties of laser melting Al x NbTi y V lightweight high entropy alloy李子兴1，2，朱言言1，2，3*，程序1，2，3，张言嵩2，4，高红卫1，2，霍海鑫1，2（1 北京航空航天大学 前沿科学技术创新研究院，北京 100191；2 北京航空航天大学 大型金属构件增材制造国家工程实验室，北京 100191；3 北京航空航天大学 宁波创新研究院，浙江 宁波 315800；4 北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191）LI Zixing 1，2，ZHU Yanyan 1，2，3*，CHENG Xu 1，2，3，ZHANG Yansong 2，4，GAO Hongwei 1，2，HUO Haixin 1，2（1 Research Institute for Frontier Science ，Beihang University ，Beijing100191，China ；2 National Engineering Laboratory of AdditiveManufacturing for Large Metallic Components ，Beihang University ，Beijing 100191，China ；3 Ningbo Institute of Technology ，Beihang University ，Ningbo 315800，Zhejiang ，China ；4 School of Materials Science and Engineering ，Beihang University ，Beijing 100191，China ）摘要：轻质高熵合金在结构材料轻量化方面显示出巨大的应用价值，激光熔炼和激光增材制造技术因其极端冶金条件，为高熵合金研制提供了新思路。
高强度轻合金
高强度轻合金1．锂与超轻合金锂是最轻的金属，利用这一特性，可制成超轻合金材料。
例如，目前大量生产的锂镁合金，其密度为1.3～1.6克/厘米3，只有铝的一半，和聚氯乙烯塑料差不多，但强度却很大，塑性也很好。
这种超轻合金材料还有很强的耐冲击力、抗腐蚀力和防止高速辐射粒子穿透的能力。
它可用来制作宇宙飞船上的热防护舱和人造卫星、导弹弹头的包覆材料。
美国的阿吉纳—D末级制动火箭使用锂镁合金后，其重量减少了23千克，而火箭每减少1千克自重，可节省燃料费用数万美元。
美国麦道公司的科研人员研制出一种铝锂合金材料，可使未来的喷气式飞机重量减轻20％。
2．尖端金属——铍金属铍的密度低、弹性模量大，说明引起其单位面积应变所需的力大，其弹性模量比常用的几种轻质材料如钛合金、铝合金、不锈钢均高出6倍。
因此，它在需要精确导航的导弹及潜艇的惯性导航中获得应用。
铍的热学性能良好，具有高熔点、高比热、高热导率、高热容量。
由于铍的热容量高，它的吸热能力强，具有良好的热膨胀适应性，当温度升高或降低时，其机械性能变化慢。
铍的热容量为铝的2.5倍，钛的4.5倍，因此铍可用来直接吸热。
在卫星、宇宙飞船、航天飞机重返大气时，同空气高速度摩擦而产生大量热，容易烧毁，若用铍来做防热外套非常适合。
高抛光的铍用于卫星等的红外观测光学镜中。
在金属中，铍的透X射线的能力最强，有“金属玻璃”之称，比铝强20倍。
在扩音系统中，由于音速较快，扩音器的共振频率越高，高音区能听到的声音的范围就越大。
铍的声音传播速度是12500米/秒，比其他金属都快，而声速为330米/秒，因此铍可作优质的扩音器振动片。
铍还是原子能工业之宝，它是一种效率很高的能提供大量中子炮弹的中子源。
铍的粉末和镭盐的混合物可用作最简单的中子源，每秒能产生几十万个中于。
中子轰击原子核，原子核分裂释放出巨大能量，同时产生新的中子。
铍不仅能散射中子，还能改变中子的运动方向，并降低中子的速度，以达到最有效的连锁反应。
低合金钢标准
低合金钢标准低合金钢是一种含有少量合金元素的钢铁材料，通常是指含有合金元素总量在5%以下的钢。
在工业生产和建筑领域，低合金钢被广泛应用于制造各种结构件和零部件。
为了确保低合金钢产品的质量和性能，各国都制定了相应的低合金钢标准，以规范其化学成分、机械性能、工艺要求等方面的要求。
一、化学成分。
低合金钢的化学成分是其性能的重要基础。
通常情况下，低合金钢中的合金元素主要包括铬、镍、钼、钒等。
各国的低合金钢标准对于合金元素的含量都有严格的要求，以确保低合金钢的强度、韧性、耐磨性等性能达到标准要求。
二、机械性能。
低合金钢的机械性能是指其在受力作用下所表现出的性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性等。
低合金钢标准对于这些机械性能都有详细的规定，以确保低合金钢在使用过程中能够承受相应的载荷并保持稳定的性能表现。
三、工艺要求。
低合金钢的生产工艺对其最终的质量和性能也有着重要影响。
低合金钢标准通常会对其生产工艺包括热处理、轧制、淬火、退火等方面的要求进行规定，以确保低合金钢在生产过程中能够得到适当的处理，从而获得符合标准要求的最终产品。
四、其他要求。
除了化学成分、机械性能、工艺要求外，低合金钢标准还会对产品的外观质量、尺寸偏差、表面缺陷、包装要求等方面进行规定。
这些规定旨在确保低合金钢产品在交付和使用过程中能够满足用户的各项要求，并保证产品的质量稳定和可靠。
总结。
低合金钢标准是对低合金钢产品质量和性能的保障，也是对生产企业的管理和生产水平的考核。
遵循低合金钢标准，能够有效地提高产品质量，满足用户需求，促进低合金钢产品的应用和推广，推动相关行业的发展和进步。
因此，各生产企业和相关行业应当严格遵循低合金钢标准，不断提升生产工艺和管理水平，为提高产品质量和市场竞争力做出努力。
轻金属的特性及应用
轻金属的特性及应用
轻金属是指密度低于5g/cm3的金属，如铝、镁、钛、锂等。
它们具有许多独特的性质，因此得到了广泛的应用。
首先，轻金属的密度低，这就意味着它们比同等体积的其他金属更轻。
例如，铝的密度只有2.7g/cm3，比钢铁的密度低3倍。
这使它们成为一种理想的结构材料，能够减少应力和负荷，从而提高强度和刚度。
轻金属还能减少运输成本和能源消耗，在飞机、汽车、火箭等载具中广泛使用。
此外，轻金属具有优异的导电和导热性能。
铝的导电率和导热率都很高，这使它被广泛应用于制造电线电缆和散热器。
镁和钛也具有良好的导电和导热性能，这使它们成为一种极具潜力的选项，可以替代传统的金属材料。
其次，轻金属具有优异的耐腐蚀性能。
铝能够形成一层紧密的氧化层，可以防止空气和水的侵蚀。
因此，铝被广泛应用于建筑材料、汽车、飞机等。
此外，镁、钛也具有抗腐蚀性能，能够在恶劣环境下使用。
最后，轻金属还具有其他独特的性质。
例如，镁具有非常轻的重量、良好的吸震性能，在制造运动器材、手机等方面有着广泛的应用。
锂是一种非常轻的金属，用于制造锂电池，成为了一种极其重要的新型能源。
综上所述，轻金属是一种非常有用的金属材料，具有许多独特的性质。
它们是制
造轻质、高可靠性、高强度的机械零件、电子器件等的理想材料。
随着科技的不断发展，轻金属的应用将会越来越广泛。
轻合金材料
轻合金材料轻合金材料是一种重要的功能性材料，具有较低的密度和较高的强度和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
本文将就轻合金材料的特性、应用及未来发展进行探讨。
轻合金材料是由两种或两种以上金属元素组成的合金，具有比普通金属低密度的特点。
常见的轻合金材料包括铝合金、镁合金和钛合金等。
相比于传统的钢材和铸铁，轻合金材料具有更轻的重量，这使得使用轻合金材料制造的产品更加节省能源，并提供更高的运行效率。
此外，轻合金材料还具有较高的强度和耐磨性能，使其在一些极端工作环境下具备更好的表现。
轻合金材料在航空航天领域中具有广泛应用。
航空器的结构材料要求具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点，轻合金材料能够满足这些要求。
例如，部分飞机的外壳和结构骨架采用铝合金材料制造，能够显著减轻飞机的整体重量，提高燃油效率。
此外，轻合金材料还可以制造航天器中的发动机、燃料箱和导弹等部件，用于增加载荷和提高工作性能。
汽车工业也是轻合金材料的重要应用领域。
随着汽车工业的快速发展，轻量化已成为汽车设计的重要趋势。
轻合金材料在汽车制造中呈现出较好的应用前景。
例如，铝合金材料在汽车车身和引擎部件的使用，可以大大降低车辆的重量，提高燃料效率和行驶性能。
同时，轻合金材料还具有良好的可塑性和可加工性，能够满足设计师的多样化需求，使汽车的外观和功能得到更好的发挥。
此外，轻合金材料还在电子、建筑和体育器材等领域得到广泛应用。
例如，轻合金材料可以制造电子设备中的外壳，提供较好的电磁屏蔽性能和导热性能，保证电子器件的正常工作。
在建筑领域，轻合金材料可以用于制造外墙和屋顶装饰材料，减轻建筑负荷，提高建筑物的安全性能。
在体育器材领域，轻合金材料可以制造高强度、轻量化的运动器材，提供更好的操控性能和舒适感。
未来，随着科学技术的不断进步，轻合金材料的研究和应用前景将更为广阔。
一方面，将不断提升轻合金材料的强度和耐腐蚀性能，以满足更高要求的应用场景。
低合金钢全面分解
低合金钢全面分解低合金钢是一种含有少量合金元素（通常小于5%）的钢材，由于添加了合金元素，低合金钢相比于普通碳钢具有更好的性能和用途。
下面将对低合金钢的牌号、化学成分、性能和用途进行详细介绍。
一、牌号：低合金钢的牌号有很多种，常见的有15CrMo、20CrMo、35CrMo、42CrMo等。
每个牌号代表着不同的化学成分和性能特点。
二、化学成分：低合金钢的化学成分主要由碳、硅、锰、磷、硫、铬、钼等元素组成。
其中，合金元素的含量较低，但它们的添加可以显著改变钢材的性能。
三、性能：1.机械性能：低合金钢具有很高的强度和硬度，通常比普通碳钢更耐用。
同时，低合金钢还具有良好的可塑性和韧性，不易产生断裂。
2.抗蚀性：通过添加合金元素，低合金钢具有更好的抗蚀性能，能够在潮湿、腐蚀性环境下工作，并且不易生锈。
3.焊接性能：低合金钢具有良好的焊接性能，能够通过各种焊接方法进行连接，方便加工和制造。
四、用途：1.低合金钢常用于制造机械零件和构件，如汽车零部件、飞机零件、船舶零件等。
其高强度和硬度可以提供更好的支撑和承载能力。
2.低合金钢也常用于制造工具和刀具，如刀片、冲压模具等。
由于其硬度较高，可以在高负荷和高温环境下保持稳定的性能。
3.低合金钢还常用于制造石油和天然气开采设备，如钻杆、液压缸等。
其良好的抗蚀性和耐磨性能可以适应苛刻的工作环境。
4.另外，低合金钢还可以用于制造建筑材料、电力设备、化工设备等，其高强度和良好的可塑性能够满足各种使用要求。
综上所述，低合金钢是一种性能优异的钢材，具有高强度、耐蚀、耐磨和良好的可塑性等特点，广泛应用于各个领域。
不同的牌号和化学成分可以满足不同的需求，成为现代工业中不可或缺的材料之一。
镁铝合金的性能及应用
耐腐蚀性
镁铝合金在电子电器领域中也需要具有良好的耐 腐蚀性，以保证电子产品的稳定性和可靠性。
其他领域应用（如建筑、医疗等）
建筑领域
镁铝合金可用于制造建筑门窗、幕墙、装饰材料等部 件，具有质轻、美观、耐腐蚀等优点。
连接技术
研究适用于镁铝合金的高效、可靠的连接技术， 如搅拌摩擦焊、激光焊等，以满足复杂结构件的 制造需求。
表面处理技术
开发先进的表面处理技术，如微弧氧化、化学转 化膜等，提高镁铝合金的耐蚀性和装饰性。
镁铝合金在环保和可持续发展方面的前景
环保性能
镁铝合金具有良好的可回收性和再利用性，符合环保和可持续发展的要求。未来，随着环保意识 的提高和政策的推动，镁铝合金的应用将更加广泛。
导热性
镁铝合金具有良好的导热性能，可用 于制造航空航天器的散热器和热交换 器等部件。
耐腐蚀性
镁铝合金具有良好的耐腐蚀性，能够抵抗 大气、海水等环境的侵蚀，适用于制造航 空航天器的外部构件和内部装饰件。
汽车工业领域应用
轻量化
随着汽车轻量化的趋势，镁铝合 金被广泛应用于汽车车身、发动 机、传动系统等部件的制造，以 降低汽车质量、提高燃油经济性。
镁铝合金在大气环境中能够形成一层致密的氧化膜，有效防止内部金属进一步被氧化，因此具有较好 的耐大气腐蚀性能。
耐化学腐蚀
镁铝合金对于一些常见的化学介质如酸、碱、盐等也具有一定的耐腐蚀性，但强酸强碱环境下耐腐蚀 性较差。
03 镁铝合金的机械性能
抗拉强度与屈服点
抗拉强度
镁铝合金具有较高的抗拉强度，能够承受较 大的拉伸载荷而不发生断裂。这使得镁铝合 金在需要承受拉伸应力的结构件中得到广泛 应用。
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（2） θ"相是Cu原子在GP区中有序化后形成（也有人认为是GP区重排）， 是Cu和Al混合交替层，有独立的晶体结构（Cu2Al5，正方结构）， 与基体共格。
θ"相结构与基体已有差别，因此与GP相产生更大的共格应变（更与CuAl2相当（有人认为Cu2Al3.6），也是正方结构，与基体部分共格， 是该系合金中第一种能在光学显微镜下观察到的产物。
Cu原子富集区（约含90％Cu）；无独立的晶格结构（与基体的结构相同）；与基体共 格，界面能小；形状可能是片状、球状和针状，主要取决于共格应变能（组元原子半径 差）；是合金中能用X射线测出的原子偏聚区。
均匀固溶体
GP区（Cu原子富集）
碟
形
针
G
状
P
G
区
P
区
球 形 G P 区
形成原因： G.P区的形核呈均匀分布，其形核率与晶体中非均匀分布的位 错无关，而完全依赖于淬火所保留下来的空位浓度（因为溶质原子可借助 于空位进行迁移）。凡是能增加空位浓度的因素均能促进G.P区的形成。 例如：固溶温度越高，冷却速度越快，则淬火后固溶体保留的空位就越多，
铝合金
强化元素：铜、镁、锌、锰、硅和稀土等
按铝合金所处相图的位置分类： 铝合金:形变铝合金、铸造铝合金
形变铝合金： 相图中D点以左的部分。该类铝合金加热 至固溶线FD以上时能形成单 相α固溶体，塑性好，适用于压力加工成形。 不能热处理强化的形变铝合金：相图中F点 以左的部分，组织为单相 固溶体，且其溶解度不随温度而变 化，无法进行热处理强化； 可热处理强化的形变铝合金： 相图中F和D之间的形变铝合金，固 溶体的溶解度随着温度而显著变 化，可进行热处理强化。 铸造铝合金：相图中D点以右的部分，有 共晶铝合金、亚共晶铝合金和过共晶铝合 金之分。
1. Zn、Cu、Mg和Si四种元素与Al形成二元（CuAl2、 Mg2Si、MgZn2）和三元（Al2CuMg、Al2Mg3Zn3）化合 物，在Al中的溶解度随温度的降低而剧烈地减少，能通过 热处理强化，称为可热处理强化型Al合金；
2. Al－Mg、Al－Si、Al－Mn二元合金，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态应用，称为不可热处理强化 型Al合金；
铝合金的时效过程及组织
现以Al-Cu合金为例分析，Al-Cu合金的分解过 程为：
<2→GP区→ （1） GP区
1938年，A.Guinier和G.D.Prestor各自独立用X射线结构分析 方法发现：Al－Cu合金单晶体自然时效时在基体的{100}面上 发生了铜原子偏聚，构成了富铜的圆盘形片（约含铜90％）即 G.P区。G.P区的形状与尺寸：在电子显微镜下呈圆盘状，直 径约 5～ 10nm，厚约0.4～0.6nm，数量约1014～1016/cm3
3. Cr、Mn、Zr等元素的溶解度虽小，但对合金的耐热 和耐蚀性改善有明显作用，因为这些过渡族元素能明显地 抑制再结晶和细化晶粒 。
铝合金的强化
1、固溶强化 2、时效强化（析出强化、沉淀强化）
淬火后的铝合金，在室温停留或加热保温 后，在析出第二相过程中造成性能（如强度、 硬度等）变化的现象，称为时效。
有利于增加G.P区的数量并使其尺寸减小。 1由于GP区与基体间没有相界面（完全共格），界面能极小，形核功也小， 因此在空位的帮助下在很低的温度即能迅速形成；
2作为GP区晶核的微小偏聚区，数量非常大，形成速度极高，但只有长大 到一定尺寸才能成为GP区； 3偏聚区的长大需要原子扩散迁移，因此以溶质原子的扩散速度可估计GP 区的形成速度。
（1）过饱和固溶体的分解虽可分几个阶段，但并不是截然分开的，只能说在一定温度 和时间内以某一阶段为主。 如：Al-4Cu合金
在130 ℃以下时效以形成GP区为主；
在150－175 ℃间时效以θ"为主；
在225－250 ℃间时效以θ'为主；
高于300 ℃时效以θ为主。
同一温度，时效不同时间也可得到不同组织。如在 130 ℃时效，不超过5天以GP区为主；10天以θ"为主，还 能生成一部分θ'相；超过100天则完全由θ'相组成。
轻合金的优点
高的比强度和比刚度 优良的耐高低温性能 耐腐蚀 适应空间环境 寿命和安全
1.1铝及铝合金的组织与性能
1） Fe与Si总是同时存在，因此 Fe和Si在 工业纯铝中基本呈三元化合物存在，出现 FeAl3或游离Si的机会很少；
2）当Fe>Si时形成富Fe的化合物α （Al12Fe3Si），而Si>Fe时形成富Si的化 合物β（Al9Fe2Si2）。二者都是脆性化合 物，但α相呈骨架状或团块状，而β相呈粗 大的针状，故后者对塑性的危害更大。
θ'是高温时效产物，对硬化有一定贡献，但最大硬化发生在θ"数量处于最大值时，当 θ"质点逐渐长大时，其数量逐渐减少，共格应变逐渐降低，合金逐渐软化（过时效）。
（4） 平衡相θ（ CuAl2）是退火产物 ，具有正方 结构， 与Al的晶格结构差别更大，与基体无共格关 系。
θ相与基体无共格关系，因此共格应变消失，同时随着其粗化，数量减少，相 邻颗粒间的平均距离增大，合金软化而远离其峰值强度状态。
铝合金的时效过程及组织
时效硬化现象 1906年，德国Wilm A发现时效硬化现象； 1919年，弄清楚是由α过饱和固溶体分解 引起的； 1935年，发现在平衡相析出前还有过渡相； 1938年，Guinier和Preston发现GP区。 至此，完全弄清过饱和固溶体α'的分解过 程为： <2→GP区→过渡相→平衡相
轻合金的组织与性能
轻合金概述
• 轻金属是指密度小于3.50g/cm3的金属材料 。 铝 和 镁 的 密 度 分 别 为 2.70g/cm3 和 1.74g/cm3，故以铝和镁 为基的合金被称为 轻金属合金或轻合金。钛的密度 为 4.50g/cm3，现在也将其归类于轻金属。 一般地说，轻合金的强度和刚度都比结构钢 小。但它们的密度小，比强度(强度/密度)和 比刚度(弹性模量/密度)都比较大，与结构钢 ，甚至与超高强度钢相 当，所以与超高强度 钢一起在航空工业中得到广泛应用，以减轻 飞机结构重量，提高运载能力和速度。