常用的合金

劉欣宜

◎鋼鐵◎

鋼鐵是鐵與C、Si、Mn、P、S以及少量的其他元素所組成的合金。其中除Fe外，C的含量對鋼鐵的機(jī)械性能起著主要作用，故統(tǒng)稱為鐵碳合金。它是工程技術(shù)中最重要、用量最大的金屬材料。

按含碳量不同，鐵碳合金分為鋼與生鐵兩大類，鋼是含碳量為0.03%～2%的鐵碳合金。碳鋼是最常用的普通鋼，冶煉方便，加工容易，價(jià)格低廉，而且在多數(shù)情況下能滿足使用要求，所以應(yīng)用十分普遍。按含碳量不同，碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。隨含碳量升高，碳鋼的硬度增加、韌性下降。合金鋼又叫特種鋼，在碳鋼的基礎(chǔ)上加入一種或多種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而具有一些特殊性能，如高硬度、高耐磨性、高韌性、耐腐蝕性等。經(jīng)常加入鋼中的合金元素有Si、W、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等。我國合金鋼的資源相當(dāng)豐富，除Cr、Co不足，Mn品位較低外，W、Mo、V、Ti和稀土金屬儲(chǔ)量都很高。21世紀(jì)初，合金鋼在鋼的總產(chǎn)量中的比例將有大幅度增長。

含碳量2%～4.3%的鐵碳合金稱生鐵。生鐵硬而脆，但耐壓耐磨。根據(jù)生鐵中碳存在的形態(tài)不同又可分為白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。白口鐵中碳以Fe3C形態(tài)分布，斷口呈銀白色，質(zhì)硬而脆，不能進(jìn)行機(jī)械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。碳以片狀石墨形態(tài)分布的稱灰口鐵，斷口呈銀灰色，易切削，易鑄，耐磨。若碳以球狀石墨分布則稱球墨鑄鐵，其機(jī)械性能、加工性能接近于鋼。在鑄鐵中加入特種合金元素可得特種鑄鐵，如加入Cr，耐磨性可大幅度提高，在特種條件下有十分重要的應(yīng)用。

◎鋁合金◎

鋁是分布較廣的元素，在地殼中含量僅次于氧和硅，是金屬中含量最高的。純鋁密度較低，為2.7 g/cm3，有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性（僅次于Au、Ag、Cu），延展性好、塑性高，可進(jìn)行各種機(jī)械加工。鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣中迅速氧化形成一層致密、牢固的氧化膜，因而具有良好的耐蝕性。但純鋁的強(qiáng)度低，只有通過合金化才能得到可作結(jié)構(gòu)材料使用的各種鋁合金。

鋁合金的突出特點(diǎn)是密度小、強(qiáng)度高。鋁中加入Mn、Mg形成的Al-Mn、Al-Mg合金具有很好的耐蝕性，良好的塑性和較高的強(qiáng)度，稱為防銹鋁合金，用于制造油箱、容器、管道、鉚釘?shù)取Ｓ蹭X合金的強(qiáng)度較防銹鋁合金高，但防蝕性能有所下降，這類合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近開發(fā)的高強(qiáng)度硬鋁，強(qiáng)度進(jìn)一步提高，而密度比普通硬鋁減小15%，且能擠壓成型，可用作摩托車骨架和輪圈等構(gòu)件。Al-Li合金可制作飛機(jī)零件和承受載重的高級運(yùn)動(dòng)器材。

目前高強(qiáng)度鋁合金廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、艦艇和載重汽車等，可增加它們的載重量以及提高運(yùn)行速度，并具有抗海水侵蝕，避磁性等特點(diǎn)。

◎銅合金◎

純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，有極好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性僅次于銀而居金屬的第二位。銅具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和耐蝕性能，是優(yōu)良的電工用金屬材料。

工業(yè)中廣泛使用的銅合金有黃銅、青銅和白銅等。

Cu與Zn的合金稱黃銅，其中Cu占60%～90%、Zn占40%～10%，有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，可用作各種儀器零件。再如在黃銅中加入少量Sn，稱為海軍黃銅，具有很好的抗海水腐蝕的能力。在黃銅中加入少量的有潤滑作用的Pb，可用作滑動(dòng)軸承材料。

青銅是人類使用歷史最久的金屬材料，它是Cu、Sn合金。錫的加入明顯地提高了銅的強(qiáng)度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強(qiáng)，因此錫青銅常用于制造齒輪等耐磨零部件和耐蝕配件。Sn較貴，目前已大量用Al、Si、Mn來代替Sn而得到一系列青銅合金。鋁青銅的耐蝕性比錫青銅還好。鈹青銅是強(qiáng)度最高的銅合金，它無磁性又有優(yōu)異的抗腐蝕性能，是可與鋼相競爭的彈簧材料。

白銅是Cu-Ni合金，有優(yōu)異的耐蝕性和高的電阻，故可用作苛刻腐蝕條件下工作的零部件和電阻器的材料。