了解什么是合金

合金,是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目,可分为二元合金、三元合金和多元合金。两种或两种以上金属通过一定工艺均匀的融合在一起,就是合金,如,铜锌组成黄铜、铜锡组成青铜,铜镍组成白铜,不锈钢全部是含铬镍钛等金属的合金。

人类生产合金是从制作青铜器开始,世界上最早生产合金的是古巴比伦人,6000年前古巴比伦人已开始提炼青铜(红铜与锡的合金)。中国也是世界上最早研究和生产合金的国家之一,在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达;公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑。

了解什么是合金

制作合成常将两种或两种以上的金属元素或以金属为基添加其他非金属元素通过合金化工艺(熔炼、机械合金化、烧结、气相沉积等等)而形成的具有金属特性的金属材料叫做合金。但合金可能只含有一种金属元素,如钢。(钢,是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.00%之间的铁合金的统称)

这里我们需要注意,合金不是一般概念上的混合物,甚至可以是纯净物,如单一相的金属互化物合金,所添加合金元素可以形成固溶体、化合物,并产生吸热或放热反应,从而改变金属基体的性质。

合金的生成常会改善元素单质的性质,例如,钢的强度大于其主要组成元素铁。合金的物理性质,例如密度、反应性、杨氏模量、导电性和导热性可能与合金的组成元素尚有类似之处,但是合金的抗拉强度和抗剪强度却通常与组成元素的性质有很大不同。这是由于合金与单质中的原子排列有很大差异。

少量的某种元素可能会对合金的性质造成很大的影响。例如,铁磁性合金中的杂质会使合金的性质发生变化。

不同于纯净金属的是,多数合金没有固定的熔点,温度处在熔化温度范围间时,混合物为固液并存状态。因此可以说,合金的熔点比组分金属低。参见低共熔混合物。

常见的合金中,黄铜是由铜和锌的合金;青铜是锡和铜的合金,用于雕象、装饰品和教堂钟。一些国家的货币都会使用合金(如镍合金)。

物理分类

根据合金中含量较大的主要金属的名称而分类称作某某合金,如铜含量高的为铜合金,其性能主要保持铜的性能。

合金类型

(1)混合物合金(共熔混合物),当液态合金凝固时,构成合金的各组分分别结晶而成的合金,如焊锡、铋镉合金等;

(2)固熔体合金,当液态合金凝固时形成固溶体的合金,如金银合金等;

(3)金属互化物合金,各组分相互形成化合物的合金,如铜、锌组成的黄铜(β-黄铜、γ-黄铜和ε-黄铜)等。

合金的许多性能优于纯金属,故在应用材料中大多使用合金(参看铁合金、不锈钢)。

合金的通性

了解什么是合金

钛合金

各类型合金都有以下通性:

(1)多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点;

(2)硬度一般比其组分中任一金属的硬度大;(特例:钠钾合金是液态的,用于原子反应堆里的导热剂)

(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性,可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料。

(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)如在铁中掺入15%铬和9%镍得到一种耐腐蚀的不锈钢,适用于化学工业

常见合金

球墨铸铁、锰钢、不锈钢、黄铜、青铜、白铜、焊锡、硬铝、18K黄金、18K白金等等。

合金加工

【1】中碳钢:代表钢种有30、35、40、45,也有ML30、ML35、ML40、ML45,有较稳定的室温性能,用于中小结构件、紧固件、传动轴、齿轮等。

【2】锰钢:代表钢种40Mn2、50Mn2。有过热敏感性、高温回火脆性,水淬易开裂,淬透性较碳钢高。

【3】硅锰钢:代表钢种35SiMn、42SiMn。疲劳强度高,有脱碳和过热敏感性及回火脆性。用于制造中速、中高等负荷但冲击不大的齿轮、轴、转轴、连杆、蜗杆等,也可制造400℃以下紧固件。

【4】硼钢:代表钢种40B、45B、50BA、ML35B。淬透性高,综合机械性能高于碳钢,与40Cr相当用于制造截面尺寸不大的零件、紧固件等。

【5】锰硼钢:代表钢种40MnB。淬透性稍高于40Cr,高的强度、韧性及低温冲击韧性,有回火脆性。40MnB常用来代替40Cr制造大截面零件,代替40CrNi制造小件;45MnB代替40Cr、45Cr;45Mn2B代替45Cr和部份代替40CrNi、45CrNi作重要的轴,也有ML35 MnB用于紧固件生产。

【6】锰钒硼钢: 代表钢种20 MnVB 、40MnVB、。调质性能和淬透性优于40Cr,过热倾向小,有回火脆性。常用来代替40Cr、45Cr、38CrSi、42CrMo及40CrNi制造重要的调质件,也有用中小规格10.9级以下螺栓的、ML20 MnVB。

【7】锰钨硼钢:代表钢种40MnWB。良好的低温冲击性能,无回火脆性。与35CrMo、40CrNi相当,用于制造70mm以下的零件。

【8】硅锰钼钨钢: 代表钢种35SiMn2MoW。有较高的淬透性,以50%马氏体计算,水淬直径180,油淬直径100;淬裂倾向、回火脆性倾向小;具有高强度和高韧性。可代替35CrNiMoA、40CrNiMo,用于制造大截面、重负荷的轴、连杆及螺栓。

【9】硅锰钼钨钒钢:代表钢种37SiMn2MoWVA。水淬直径100,油淬直径70;良好的回火稳定性、低温冲击韧性,较高的高温强度,回火脆性也较小,用于制造大截面的轴类零件。

【10】铬钢: 以40Cr合金钢管及ML40Cr为代表。淬透性较好,水淬28-60mm,油淬15-40mm。较高的综合机械性能,良好的低温冲击韧性,低的缺口敏感性,有回火脆性。用于制造轴、连杆、齿轮及螺栓。

【11】铬硅钢: 代表钢种38CrSi。淬透性优于40Cr,强度和低温冲击较高,回火稳定性较好,回火脆性倾向较大。常用于制造30-40mm的轴、螺栓以及模数不大的齿轮。

【12】铬钼钢:代表钢种30CrMoA、42CrMo、ML30CrMo、ML42CrMo。水淬30-55mm,油淬15-40mm;高的室温机械性能和较高的高温强度,良好的低温冲击;无回火脆性。用于制造截面较大的零件,高负荷的螺栓、齿轮及500℃以下的法兰盘、螺栓;400℃以下的导管、紧固件。42CrMo淬透性较30CrMoA高,用于制造强度更高、截面更大的零件。

【13】铬锰钼钢:代表钢种40CrMnMo。油淬直径80mm,具有较高的综合机械性能,回火稳定性好。用于制造截面较大的重负荷齿轮及轴类零件。

【14】锰钼钒钢:代表钢种30Mn2MoWA。具有良好的淬透性:水淬达到150mm,心部组织为上、下贝氏体加少量马氏体;油淬70mm,心部95%以上的马氏体;良好的低温冲击韧性,低的缺口敏感性及较高的疲劳强度。用于制造80mm以下的重要件。

【15】铬锰硅钢:代表钢种30CrMnSiA。水淬40-60mm(95%的马氏体),油淬25-40mm。强度、冲击韧性高,有回火脆性。用于制造高压鼓风机叶片、阀板、离合器摩擦片、轴及齿轮等。

【16】铬镍钢: 代表钢种40CrNi和45CrNi。水淬达到40mm,油淬15-25mm;良好的综合机械性能,良好的低温冲击韧性,回火脆性倾向小。30CrNi3A淬透性较高,综合机械性能好,有白点敏感性和回火脆性。用于制造截面较大的曲轴、连杆、齿轮、轴及螺栓等。

【17】铬镍钼钢:代表钢种40CrNiMoA。具有优良的综合机械性能,低温冲击韧性高,缺口敏感性低,无回火脆性。用于制造较大的曲轴、轴、连杆、齿轮、螺栓及其它受力较大、形状复杂的零件。

【18】铬镍钼钒钢: 代表钢种45CrNiMoVA。强度高,回火稳定性好,油淬达到60mm(95%马氏体)。用于制造振动载荷下的重型汽车弹性轴及扭力轴等。

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