金屬一般分為兩大類：一類為黑色金屬，包括鐵、鉻、錳；另一類為有色金屬，包括除鐵、鉻、錳以外的所有金屬。

有色金屬具有許多優(yōu)良的性能，如密度小、比強度大、比模量高、耐熱、耐腐蝕以及良好的導電性和導熱性。同時許多有色金屬又是制造各種上等合金鋼和耐熱鋼所必需的合金元素，因此有色金屬在金屬材料中占有重要韻地位，是現(xiàn)代航天、航空、原子能、計算機、電子、汽車、船舶、石油化工等工業(yè)必不可少的材料。例如，鋁、鎂、鈦等金屬及其合金，以密度小、比強度與比模量高的特性而在運載火箭、衛(wèi)星、飛機、汽車、船舶上獲得廣泛應用，是制造其中許多結構件和零、部件的主要材料；再如，銀、銅、鋁等有色金屬，導電性和導熱性優(yōu)良，是電力、電器工業(yè)和儀表工業(yè)不可缺少的材料；又如，銅和鈦具有良好的抗蝕性，是石油化工和航海工業(yè)所必需的優(yōu)良耐蝕材料。

本章主要介紹目前工程上應用廣泛的鋁、鎂、銅、鈦及其合金和鎳基合金，重點討論這些材料的合金化和熱處理原理，以及典型金屬和合金的成分、組織、性能及相互關系、工藝特性與實際應用，并簡單介紹這些有色金屬材料的新近發(fā)展。

1. 鋁及鋁合金

鋁是地殼中蘊藏量*多的金屬元素，其總儲量約占地殼重量的7．45％。鋁及鋁合金的產(chǎn)量在金屬材料中僅次于鋼鐵材料而居**位。

1.1.純鋁

1.1.1. 純鋁性能和優(yōu)點：

(1) 鋁很輕，它的比重為2.7。鋁經(jīng)常作為各種輕質結構材料。
(2) 導電性和導熱性較好，僅次于銀、銅和金，居第四位。
(3) 塑性好(Ψ=80%)可通過冷或熱的壓力加工制成各種型材；如絲、線、箔，片、棒等這種特性與鍋具有面心立方品格結構有關。
(4) 抗大氣腐蝕性能好，因為在鋁的麥面能生成一層**密的氧化鋁薄膜，隔絕鋁和氧的接觸，而阻止鋁表面的進一步氧化。
(5) 強度很低，45MPa，冷變形加工硬化后強度可提高到100Mpa。

1.1.2. 純鋁編號

L+順序號組成。

我國工業(yè)純鋁的牌號是依其雜質的限量來編制的，如L1、L2、L3等，數(shù)字越小純度越高。高純鋁用L0，L00表示，其后所附順序數(shù)字愈大，其純度愈高，如L04的含鋁量不小于99.996%。

1.1.3. 純鋁用途

電線，容器，日用炊具，鋁基合金。

1.2.鋁的合金化

純鋁強度低，*常加入合金元素有

Cu：固溶強化和沉淀強化。
Mg：固溶強化，抗腐蝕。含量大沉淀強化。
Si：過剩相強化。
Mn：抗腐蝕。
Zn：固溶強化，抗腐蝕。
Li：降低合金元素密度，提高彈性模量。

微量合金元素：Ti,Zr,Cr,V：組織細化強化。

1.3.鋁合金分類

根據(jù)合金成分和生產(chǎn)工藝，將工業(yè)用鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。

變形鋁合金：鋁合金鑄錠經(jīng)熱變形或冷變形加工后再使用，有良好的成形性能。

鑄造鋁合金：直接澆鑄成形，有良好的鑄造性能。

D’和D是兩類合金的分界線。

溶質成分低于D點合金，加熱至固溶線以上溫度可以得到均勻的單相a固溶體，塑性好，變形鋁合金。成為位于D’右的合金，有共晶組織，適于作鑄造鋁合金。

變形鋁合金又分為可熱處理強化和不可熱處理強化，溶質成分位于F點以左的合金，其固溶體成分不隨溫度而變化，不能借助于時效處理強化，稱為不可熱處理強化的鋁合金。溶質成分位于FD之間的合金，其固溶體成分隨溫度發(fā)生變化，可進行時效沉淀強化處理，稱為可熱處理強化的鋁合金。

1.4.鋁合金的熱處理

鋁合金在使用前一般需經(jīng)熱處理，主要工藝方法有退火，淬火和時效。

時效與時效時間外，還受到時效溫度，淬火溫度，淬火冷卻速度和淬火轉移時間以及合金中空位、位錯等晶體缺陷的影響。

強化相：θ相CuAl2
β相Mg2Si
S相Al2CuMg
W相Al2CuMgSi
T相Mg3Zn3Al2
η相Mg2Zn

時效強化過程：

第1階段：形成溶質原子(銅)的富集區(qū)——GP[I]區(qū)。隨著GP[I]區(qū)的形成，將引起以鋁為基的α固溶體的嚴懲畸變，使位錯運動受到阻礙，提高了例金的強度。

第2階段：GP區(qū)有序化——GP[II]區(qū)。隨著時間的延續(xù)，溶質原子(銅)繼續(xù)向GP[I]區(qū)擴散富集并有序化而形成GP[II]區(qū)。GP[II]區(qū)的化學d成分接近CuAl2具有正方晶格，常用θ''表示。與形成GP[I]區(qū)相比，形成GP[II]區(qū)，將引起以鋁為基的α固溶體的更嚴重的畸變，使位錯運動受到更大的阻礙，從而進一步提高了例合金的強度。
第3階段：溶質原子(銅)繼續(xù)富集，以及θ'相的形成。隨著時間的延續(xù)，銅原子繼續(xù)富集，在第2階段中所形成的θ''將逐漸達到的CuAl2化學成分，并部分地與母相α固溶體的晶格脫離聯(lián)系，而形成一種過渡相——θ'。隨著θ'相的形成，α固溶體的晶格畸變將減輕，對位錯的阻礙亦將減少，于是合金向軟化。

第4階段，穩(wěn)定的θ相的形成與長大。時效過程的*后階段是形成穩(wěn)定的θ相。在此階段，θ相與母相α相固溶體的晶格完全脫離聯(lián)系，使α固溶體的晶畸變大為減輕，時效所產(chǎn)生的強化效果便顯著減弱，合金發(fā)生軟化，這種現(xiàn)象稱為“過時效”。

1.4.1. 變形鋁合金的熱處理特點

變形鋁合金中除防銹鋁外，硬鋁、超硬鋁和鍛鋁均可進行時效強化熱處理，根據(jù)強化相不同，*佳的強化效果工藝條件也不同。

1.4.2. 鑄造鋁合金的熱處理特點

鑄造鋁合金熱處理的目的是改善鑄件的組織和穩(wěn)定尺寸，同時改善切削性能。

與變形鋁合金相比，其熱處理有兩個特點：

(1) 固溶處理和時效處理保溫時間長；
(2) 淬火液的溫度要求較高，以避免開裂。

1.5.變形鋁合金

1.5.1. 防銹鋁LF Al-Mn系，Al-Mg系
1.5.2. 硬鋁LY 與防銹鋁相比，多了Cu，強化，腐蝕性變差
1.5.3. 超硬鋁LC T相和η相 強化作用
1.5.4. 鍛鋁LD 熱塑性好
1.5.5. 鋁鋰合金 質輕

1.6.鑄鋁ZL

鑄造性好，可鑄出復雜形狀，抗腐蝕性好，切削加工性好。

(1)鋁硅系鑄鋁合金
(2) 鋁銅系鑄鋁合金
(3) 鋁鎂系鑄鋁合金
(4) 鋁稀土系鑄鋁合金
(5) 鋁鋅系鑄鋁合金

2. 鎂及鎂合金

鎂是地殼中含量第3的金屬元素。

2.1.純鎂

質輕 ：密度為1.74g/cm3
抗腐蝕性差 ：在空氣中易氧化
強度低 ：不作結構材料
塑性差：延伸率僅為10%左右

2.2.鎂合金

強化途徑：固溶強化，時效強化，細晶強化和過剩相強化。

加入合金元素：Al,Zn,Mn,Zr及稀土元素。

鎂合金分為變形鎂合金和鑄造鎂合金。

變形鎂合金：MB1，MB2-MB8，MB15。Mg-Zn系，Mg-Al-Zn系，Mg-Zn-Zr系。

鑄造鎂合金：ZM。

高強度鑄造鎂合金和耐熱鑄造鎂合金。

熱處理特點：

(1) 組織粗大，淬火加熱溫度低
(2) 合金元素在鎂中擴散速度慢，淬火加熱時間長
(3) 易產(chǎn)生不平衡組織，淬火加熱速度不宜過快。
(4) 人工時效，析出沉淀相速度快。
(5) 鎂氧化傾向大，爐內要有保護氣氛。

3. 銅及銅合金

3.1.純銅(紫銅 )

(1)導電導熱性好
(2)抗腐蝕性
(3)強度低，塑性好。
(4)優(yōu)良加工性和焊接性能。
(5)牌號：T1(>99.95%)，T2，T3，T4

3.2.銅合金

強化途徑：固溶強化，時效強化和過剩相強化。

主要加入合金元素：Zn,Al,Sn,Mn,Ni。

根據(jù)化學成分分三類：

黃銅：鋅為主要元素。

黃銅性能有三個特點：

(1) 強度和延伸率與其中的含鋅量有密切關系。圖
(2) 黃銅的鑄造性能好。
(3) 黃銅的抗蝕性好。

青銅：除鋅和鎳的其它元素為主要合金元素。

白銅：鎳為主要元素

4. 鈦及鈦合金

含量居第4位，因熔點高，化學性質活潑，冶煉困難，未能作為結構材料使用。

抗腐蝕性 好。

4.1.鈦的合金化

(1)擴大α相區(qū)
(2)擴大β相區(qū)

4.2.鈦合金分類

根據(jù)鈦合金在退火狀態(tài)下的相組成，將其分為a型和B型和(a+B)型。

以TA，TB，TC表示。

α型 ：主加元素為Al，其次是Sn,Zr。具有高溫穩(wěn)定性。
β型 ：主加元素Mo,V,Mn,Cr,Fe。具有高強度。
(a+β)型 ：介于兩種之間