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铸 铁 铸铁是含碳量在2.11%以上，并含有硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。
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一、铸铁的分类 1.按碳存在的形式分类 白口铸铁：C以渗碳体为主，断口呈银白色，少用；
存在。
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2.按石墨的形态分类 普通灰铸铁： 石墨呈片状； 可锻铸铁：石墨呈团絮状； 球墨铸铁：石墨呈球状，力学性能较好；
蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状，力学性能最好； D、蠕状石墨 A、团状石墨 C、球状石墨 B、片状石墨
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3.按化学成分分类 普通铸铁： 常规元素铸铁，即普通灰铸铁、球墨铸铁、 可锻铸铁、蠕墨铸铁 合金铸铁：在普通灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合
金元素，改变性能，如耐磨铸铁、耐蚀铸铁、 耐热铸铁等；
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二、常用铸铁 1、灰铸铁 牌号：HT+三位数字，HT－灰铁，数字－最低抗拉强度。 组织：钢基体（F 、F + P 、P） + 片状石墨
如HT100，表示 b≥100MPa（直径＝30mm） 组织：钢基体（F 、F + P 、P） + 片状石墨 性能：与其它铸铁相比，力学性能差，其它性能好。 孕育铸铁：浇注前在铁水中加 Si-Fe，Si-Ca等孕育剂， 使P细化、G细而均匀，强度、塑韧性明显提高。
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灰铸铁显微组织 F基体+ 片状G F+P基体+ 片状G P基体+ 片状G ×500 分类 牌号 显微组织 基体 粗片 普通灰铸铁 HT100
较粗片 HT200 P 中等片 孕育铸铁 HT250 细 P 较细片 HT300 S 或 T 细片 HT350 HT400 灰铸铁显微组织
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灰铸铁热处理 灰铸铁热处理不能显著改善力学性能，主要消除内应力、稳定尺寸、改善切削加工性与提高铸件表面耐磨性。
去应力退火 ： 500~550℃，防止机加工、使用时变形或开裂。 高温退火 ： 850~900℃, 表面、薄壁等白口处C→G, 硬度, 切削加工性 表面淬火 ：提高导轨表面、汽缸体内壁等的耐磨性。 应用如，机床床身、导轨，汽缸体。 去应力退火工艺 高温退火工艺
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在铁水浇注前加球化剂（稀土、Mg）使石墨球化。
2、球墨铸铁 在铁水浇注前加球化剂（稀土、Mg）使石墨球化。 牌号 ：如 QT700-2 ，表示 b≥700， ≥2％ 。 组织 ：钢基体（F 、F + P 、P、 回火S、下B ) + 球状G 性能 ：强度、塑韧性明显优于灰铸铁。 （ 球状G 对基体的割裂作用小）
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球墨铸铁的热处理 1）退火 去应力退火：500 ～600℃。 低温退火：720~760℃， P→G + F ，塑韧性、切削加工性↑ 高温退火；900~950℃， P, 渗C→G + F ，塑韧性、切削加 工性↑ 2）正火： P% ↑ ，细化组织，强度、耐磨性↑ 低温正火：840~860℃， → P + F + G ，塑韧性较好。 高温正火：880~920℃， → P + G + 少量F ，强度较高。 3）调质 850~900℃油淬 + 550~600℃回火→回火S + G 4） 等温淬火 —— 840~900℃ + 300℃等温→下B+G 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件。
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3、可锻铸铁 白口铸铁经长时间石墨化退火（900－960℃）而得到。
3、可锻铸铁 白口铸铁经长时间石墨化退火（900－960℃）而得到。 牌号 ：如 KT ，表示 b≥300 ， ≥6％ 。 组织 ：钢基体 + 团絮状G 性能 ：强度、塑韧性优于HT，低于QT。
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主要缺点：退火时间长，生产过程复杂、能源消耗较大。探求快速退火新工艺，发展可锻铸铁新品种，是我国可锻铸铁的主要发展方向。
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可锻铸铁石墨化退火工艺
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用途：机床导轨、汽车发动机的缸套、活塞环等。
4、合金铸铁 (1)高磷合金铸铁 磷： %，以Fe3P化合物存在，并与铁素体或珠光体形成共晶体，以断续网状分布在珠光体基体上，形成坚硬的骨架，显著提高了铸铁的耐磨性。 Cr、Mn、V、Ti、W等：可强化和细化基体，使其强度 和韧性进一步提高。 用途：机床导轨、汽车发动机的缸套、活塞环等。
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性能： 强度和耐磨性比HT200灰口铸铁高出一倍以上，目前机床制造业中广泛应用的一种耐磨铸铁。
(2)铬钼铜合金铸铁 铬、钼可形成稳定的碳化物， 铜能促进珠光体灰口铸铁形成， 性能： 强度和耐磨性比HT200灰口铸铁高出一倍以上，目前机床制造业中广泛应用的一种耐磨铸铁。
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(3) 耐热铸铁 在高温使用其抗氧化性能符合使用要求的铸铁。 加合金元素Cr、Si、A1 等来提高铸铁的耐热性。 分为硅系、铝系、硅铝系及铬系等。 铝系脆性较大； 铬系价格较贵； 多采用硅系和硅铝系耐热铸铁； 主要用途： 制造加热炉附件，如炉底板、烟道挡板、传递链构件等。
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（ 4 ）耐蚀铸铁 方法： 耐蚀性主要指在酸、碱条件下的抗腐蚀能力。 A、加入Cr、Si、Al、铸铁表面形成保护膜。
B、加入Cr、Ni、Cu、Mo提高基体电位
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有色金属 （泛指非铁类金属及合金） 一、铝及铝合金 特点：比强度高，比刚度大（相当于高强度钢与超高强度钢）抗腐蚀性、工艺性良好、塑性好。 1、工业纯铝 熔点为660℃，面心立方晶格。具有高导电性、导热性，比重轻2.7克/厘米3。在大气中易氧化，但抗蚀性良好。 旧牌号：L1～L L 即“铝”。数字：序号，越大杂质越多。 新牌号: XXXX 1位：表示铝及铝合金组别，2位：数字或字母，表示改型情况 3、4位：纯铝时代表纯度，同一组中不同合金。
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2 铝合金的分类 （1）铝合金的分类 不可 热处理强化铝合金 变形铝合金 铸造铝合金 a a+b L+a L+b L 温度 A D 可热处理
2 铝合金的分类 （1）铝合金的分类 不可 热处理强化铝合金 变形铝合金 铸造铝合金 a a+b L+a L+b L 温度 A D 可热处理 强化铝合金 E
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铝合金分类及编号（1） 分 类 铸造铝合金 合金名称 简单铝硅合金 特殊铝硅合金 铝铜铸造合金 铝镁铸造合金 铝锌铸造合金 铝稀土铸造合金
分 类 铸造铝合金 合金名称 简单铝硅合金 特殊铝硅合金 铝铜铸造合金 铝镁铸造合金 铝锌铸造合金 铝稀土铸造合金 合金系 Al –Si Al–Si -Mg Al –Si –Cu Al-Si –Mg –Cu Al-Si –Mg –Cu –Ni Al-–Cu Al-–Mg Al –Zn Al –Re 示例 ZL102 ZL101 ZL107 ZL105，ZL110 ZL109 ZL201 ZL301 ZL401
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不可热处理强化 LF21 防锈铝 变形铝合金 LF10 硬铝 LY11 超硬铝 LC4 LD10 锻铝 LD7-1 铝合金分类及编号（2）
Al –-Mn Al-–Mg Al-Cu- Mg Al-Cu- Mg-Zn Al-–Mg -Si–Cu Al-Cu-Mg--Fe- Ni
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3、铝合金的强化 (1)固溶强化 形成有限固溶体 ，导致晶格畸变，增加位错运动的阻力。 （2）时效强化
加热到温度高于其溶解度曲线以上，快冷淬火，得到均匀的过饱和固溶体，经一段时间固溶体中沉淀析出强化相, 提高强度、硬度。由过饱和固溶体中沉淀析出强化相的过程，就是时效过程。时效过程在室温下进行，为自然时效；在某一温度下进行，为人功时效
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将图中铜质量分数为4%cu的Al-Cu合金加热到高温，得到单相固溶体，然后迅速水冷固溶或淬火处理，得到不稳定过饱和固溶体，析出第二相．过渡到稳定状态，k细小弥散的第二相能有效地强比铝合金，使强度．硬度明显升高，塑性下降．
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4 变形铝合金 （1）防锈铝合金 特点： 抗蚀好、易于加工成形和焊接。但不能热处理强化，强度较低。 用途：要求抗腐蚀及受力不大的零部件，如油管、油箱等。 合金系：Al-Mn系和Al-Mg系。
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（ 2 ）硬铝合金 特点： 具有强烈的时效硬化能力。强度高,抗蚀性和 焊接性能较差。 用途： 制造飞行器各种承力构件，如蒙皮、壁板、 桨叶、活塞及火箭上的液体燃料箱等。 合金系：A1-Cu-Mg和A1-Cu-Mn系。
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性能： 强度高于硬铝，故称超硬铝合金。 应用： 飞机结构件，如翼梁、螺旋桨叶、 起落架等。 合金系： 在硬铝的基础上再加入锌。
（3）超硬铝合金 性能： 强度高于硬铝，故称超硬铝合金。 应用： 飞机结构件，如翼梁、螺旋桨叶、 起落架等。 合金系： 在硬铝的基础上再加入锌。
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（4） 锻造铝合金 性能： 锻铝具有良好的热塑性、焊接、抗 蚀、冷加工等性能。 应用： 中等强度锻件。 合金系： 以Al-Mg-Si系为主。
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5 铸造铝合金 （1）Al-Si系合金 铝硅合金又称为硅铝明，例：ZL102 特点：这类合金具有优良的铸造性能。加入Cu、Mg、Mn等元素固溶时效强化，并通变质处理进一步提高机械性能。 变质处理：向液态金属中加入某些变质剂,以细化晶粒和改善组织，提高材料性能。
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ZL102变质处理
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（2） Al-Cu系合金. 特点：有较高的强度，适合在较高温度下工作。
（2） Al-Cu系合金 特点：有较高的强度，适合在较高温度下工作。 如ZL-201 热处理后的抗拉强度为330MPa。强度值相当于较好的灰口铸铁，比强度超过铸铜。含镍、锰的铝铜合金有较好的耐热性，工作温度可达300℃，铝铜合金用于强度要求较高，在较高温度下工作的零件，如工作温度较高的发动机活塞。
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（3） Al-Mg系合金 铝镁合金属于高强和高耐蚀性合金，化工部门、造船工业应用较多。缺点是耐热性和铸造工艺性较差。
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（4） Al-Zn系合金 这类合金的特点是具有自淬火效应，铸造成型后即可进行人工时效。由于省去了淬火工序，铸件的内应力大为减小，适于制造要求尺寸稳定性高的铸件。如仪表零件，医疗器械等。
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（5） Al-Re系合金 Re表示稀土元素。这类合金由于是以A1-Si系为基础，所以具有良好的铸造工艺性和耐热性。目前用它制作柴油机、拖拉机发动机活塞，使用寿命比一般铝合金活塞高七倍以上。
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6 铝合金的热处理 （1） 退火 A、再结晶退火：消除铝合金在冷变形过程中产生的加工硬化， 提高材料的塑性。 B、去应力退火：将零件加热到再结晶温度以下温度(约 ℃)，保温后空冷。 C、完全退火：加热温度高于该合金中化合物溶解的温度, 保温后 慢冷。 D、组织性能：塑性最大 E、变形铝合金的退火：有再结晶退火、消除应力退火和 完全退火。 F、铸铝的退火：去应力退火和完全退火，以消除铸造应 力、细化晶粒。
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（2） 淬火和时效 淬火：将铝合金加热到温度高于其溶解度曲线以上，保温 快冷。 目的：为了将高温下的固溶体固定到室温，得到均匀的过 饱和固溶体。 性能：其塑性显著增加，而强度和硬度提高不多，需经时 效处理, 才能提高强度、硬度。 原因：无晶格转变扭曲过程； 消除了脆硬强化相； 固溶强化效果不明显。
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时效：淬火后的铝合金在室温停留或加热保 温后其强度、硬度提高的现象（是第 二相从饱和固溶体中沉淀的过程）。
时效：淬火后的铝合金在室温停留或加热保 温后其强度、硬度提高的现象（是第 二相从饱和固溶体中沉淀的过程）。 250 300 350 400 1 2 3 4 5 6 (天) 200℃ 150℃ 20℃ 100 ℃ -5℃ sb (MPa) 自然时效： 在室温下进行的时效。 人工时效： 在加热情况下进行的时效。
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二、铜及铜合金 1、纯铜：呈紫红色,故又称紫铜。 密度为8900kg/m3，熔点为1083℃，面心立方晶格，具有良好的导电、导热性能(仅次于银)以及较高的塑性和耐蚀性；但强度、硬度较低，不能通过热处理强化；可退火消除冷加工引起的硬化。 工业纯铜有T1、T2、T3、T4四个牌号。 纯铜是逆磁性材料，用铜制作的仪器和机件不受外来磁场干扰；对磁性仪器、定位仪器和其他防磁器械具有重要意义。
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黄铜：以锌为主加元素的铜合金，其外观色泽呈
2、铜合金的类 黄铜：以锌为主加元素的铜合金，其外观色泽呈 金黄色,故称为黄铜。例：H62(Cu62％) 白铜：以镍为主加元素的铜合金。例：B19(Ni19%) 青铜：除镍、锌以外其它元素加入形成的铜合金。 QAl5(Al5%的Al青铜）
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3 、黄铜 1)普通黄铜 普通黄铜是铜锌二元含金。 含锌量低的普通黄铜具有良好的塑性,可通过挤压、冲压、弯曲等方法成形；
3 、黄铜 1)普通黄铜 普通黄铜是铜锌二元含金。 含锌量低的普通黄铜具有良好的塑性,可通过挤压、冲压、弯曲等方法成形； 锌含量高时,具有良好的铸造性能。 普通黄铜的牌号用“H+数字”表示, 数字表示含铜量的百分数。如H80表示含80%Cu、20%Zn的普通黄铜。
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(a) 单相黄铜 α Cu-Zn合金的显微组织 (b) 双相黄铜 α+β’
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黄铜的季裂 黄铜由于冷变形存在残余应力，当黄 铜处于潮湿大气中，海水或氨气等条件 下，易产生腐蚀开裂称其为季裂。消除季
裂的有效办法是将冷变形黄铜进行去应力 退火处理( ℃×1h)。
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2)特殊黄铜 在普通黄铜中加入Sn,Si,Pb,Fe等合金元素所组成的合金称为特殊黄铜。合金元素的作用是改善和提高黄铜的强度、铸造性能、切削性能和耐腐蚀性能等。 特殊黄铜的牌号用“ H+主加元素符号(锌除外)+铜含量百分数+主加元素含量的百分数” 表示。如HPb59一l表示含59%的铜和1%的铅、其余为锌的铅黄铜。 铸造黄铜以“ Z(铸字的汉语拼音字首)+Cu+其他元素符号+数字” 来表示。数字表示前边元素的百分含量。
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4、青铜 青铜是铜合金中综合性能最好的合金。铜与锡的合金最早称青铜，现代工业把除黄铜和白铜以外的铜合金统称为青铜，所以青铜包括锡青铜、铝青铜和铍青铜等。 青铜的代号“Q ”是“青”字的汉语拼音字首 ，后面标出主要合金元素及其含量，如QSn4-3表示Sn4%/Zn3% 的锡青铜
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（1）锡青铜 以锡为主加元素的铜合金称为锡青铜。 α相是锡在铜中的固溶体，为面心立方晶格，塑性好。β相是以
电子化合物Cu5Sn 为基的固溶体，为体心立方。工业应用锡含量一般在3％－14%。
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（2）铝青铜 铝青铜是铜与铝形成的合金。 当铝质量分数为时10%时，强度最高，塑性最低，适合于铸造成型。图中虚线为铝质量分数为800℃加热淬火后的状态。铝青铜结晶温度区间窄，因此流动好，缩孔集中，偏析小，铸件组织致密。铝青铜耐蚀性、耐磨性均优于黄铜和锡青铜。
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（3）铍青铜 铜合金。其性能与含铍量和热处 理工艺有关。随合金中铍量增加， 强度，硬度迅速增加，但铍质量分 数超过2%以后，强度增加变缓，塑
铍青铜是以铍为基本合金元素的 铜合金。其性能与含铍量和热处 理工艺有关。随合金中铍量增加， 强度，硬度迅速增加，但铍质量分 数超过2%以后，强度增加变缓，塑 性下降显著。通过固溶处理可进行 成型加工，再经时效处理可获得更 高的强度。 主要用于制造重要的弹性元 件、耐磨零件，如航海罗盘、仪 表齿轮等。
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5、白铜 以镍为主要合金元素的铜合金为白铜。普 通白铜仅含铜镍元素，特殊白铜除铜镍元 素外，还含锌、锰、铁等元素分别称其为
锌白铜、锰白铜、铁白铜等。
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三、滑动轴承合金 轴承合金受力： 滑动轴承的作用: 1、滑动轴承对材料性能的要求: （1） 耐磨，较小的摩擦系数，减少轴的磨损；
周期性交变载荷，有时伴有冲击。 滑动轴承的作用: 将轴准确地定位，并在载荷作用下支承轴颈而不被破坏。 1、滑动轴承对材料性能的要求: （1） 耐磨，较小的摩擦系数，减少轴的磨损； （2）较高的疲劳强度和抗压强度，承受巨大的周期性载荷； （3）具有足够的塑性和韧度，以抵抗冲击和振动，并改善轴 和轴瓦的磨合性能； （4）具有良好的热导性和小的热膨胀系数，以防轴瓦和轴因 强烈摩擦升温而发生咬合， （5）良好的磨合性和抗蚀性能，抵抗润滑油的侵蚀。
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2、锡基轴承合金 锡基轴承合金（锡基巴 氏合金）的化学成分 是以Sn为主，合金元素主要为Sb、Cu、Pb。
锡基轴承合金的主要优点是摩擦系数小、塑 性和热导性好及钢背的粘着性好，是优良的减 摩材料，应用于最重要的轴承上，如用来浇铸 汽轮机、发动机、压气机等巨型机器的高速轴 承。
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3、铅基轴承合金 铅基轴承合金（铅基巴氏合金）是以Pb-Sb为 基的合金，它可作为锡基轴承合金的代用品。
二元合金有密度偏析，同时颗粒太硬，基体又 太软，性能并不好，加入其它合金元素，如Sn、 Cu、Cd、As 等。 优点： 成本低，高温强度好，亲油性好，有自润滑性。 适用： 润滑较差的场合，但耐蚀性和热导性不如锡基轴承合金，对钢背的附着力也较差。
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4、铝基轴承合金 铝锡系铝基轴承合金具有疲劳强度高、耐热性 和耐磨性良好等优点，用于制造高速、重载条件 下工作的轴承。
铝锑系铝基轴承合金、用于载荷不超过20Mpa 滑动线速度不大于10m/s工作条件下的轴承。 铝石墨系轴承合金具有优良的自润滑作用和减振 作用以及耐高温性能，适用于制造活塞和机床主 轴的轴承。
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四、钛及其合金 1、工业纯钛 纯钛熔点1667℃,比重4.5g/cm3,室温下为密排六方晶格的α－Ti，882.5℃以上为体心立方晶格的β －Ti 。 纯钛强度低，但耐腐蚀性最好： 除高温、高浓度的盐酸和硫酸、干燥的氯气、氟氢酸和高浓度的磷酸等少数介质外，在大多数介质中都是耐蚀的，是制作化工容器、火箭高压容器等的极好材料。
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2、钛合金 （1）α-Ti 合金 分为：α型钛合金；β型钛合金；α＋β钛合金 。
A、 加入稳定α-Ti 的元素Al、O、N、C。铝是强化相的主要元素，加入6％以下可提高耐热性和再结晶温度。 B、不能热处理强化，只进行退火处理，室温强度中等。耐热性能较高，600℃以下具有良好的热强性和抗氧化能力。优良的焊接性能，可高温锻造进行热成型加工。
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（2）β –Ti 合金 B、室温下组织为单一的体心立方晶格，在淬火状 A、加入大量的β相稳定元素Cr、MO、V、Fe、
Ni等，确保在退火或淬火状态下为稳定的单相 β相。 B、室温下组织为单一的体心立方晶格，在淬火状 态下具有很好塑性，可以冷成形，淬火时效 后可得到高的强度。
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（3） （α+β）-Ti 合金 这类合金退火状态的组 织为α+β，可时效强 化强度高、塑性好的优 良综合力学性能，是目 前各国应用最广的钛合
金。Ti-6Al-4V（TC4） 可在－196－400℃使用。 TC4 时效后的组织： 块状α＋β基体＋针状α
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3、钛合金的热处理 （1）退火 A、消除应力退火：
消除应力退火目的是消除塑性变形、机加工及焊接过程所产生的应力，加热温度一般低于合金的再结晶温度，一般退火温度为450－650℃保温1－4h空冷。 B、再结晶退火：消除合金的加工硬化，恢复塑性，得到稳定的组织，一般温度在750－800℃保温1－3h空冷。
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C、双重退火：改善两相合金塑性，提高组织稳定性。第一次退火温度高于或接近再结晶终了温度，使再结晶充分进行又不至于晶粒长大，二次退火加热温度稍低，但保温时间较长，使β相充分地分解聚集，从而保证使用状态组织及性能稳定 。 D、真空去氢退火 消除氢脆，真空中650－850 ℃保温1－6h。
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（2）淬火＋时效处理 只有β –Ti 合金和（α+β）-Ti 合金可淬 火＋时效处理。 一般淬火温度为850－950保温15－60min，
然后水冷。500左右保温2－20h 时效。
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