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銅和銅基合金,擁有想要的物理性質的組合,此合來自由以來就使用到各式各樣應用上。最常見銅合金是以鋅作為置換式不純物的黃銅(brass),鋅為其主要 合金元素。此相具有FCC體結構,而α銅相對柔軟、具延性和易於冷加工。在室溫黃銅合金具高鋅含量並含α和β′相。β′相是有序BCC晶體結構且比α相更 強硬;結果,α+β′合金通常是熱加工。黃銅合金的某些常見應用包括服裝飾物、彈砲外殼、自動散熱片、音樂裝備、電子封裝和錢幣等。
青銅(bronze)是銅和數種其它元素包括錫、鋁、矽和鎳的合金。這些合金比黃銅強硬,它們也具高度的抗蝕性。最常見可析出硬化的銅合金是斂銅。它們擁 有極優性質的組合:抗拉強度有140Mpa(200,000 psi)那樣高,有極佳電和耐蝕性質,當適當潤滑有極佳耐磨耗性;它們可以用鑄造、熱加工或冷加工。藉著析出硬化熱處理可獲得高強獎。
(二)鋁及其合金
鋁及其合金之相對低密度,高電和熱傳導率,在某些環境包括大氣下之抗蝕性為其特性。許多此類合金藉著其高低展性而易於成形;鋁的主要限制是其熔點[660℃(1220℉)],此限制了它使用的最高溫度。
鋁的機械強度可藉著附加工和藉合金化而加強之;然而,兩種製程都有減少蝕性的傾向。主要合金元素包括銅、鎂、矽、錳和鋅。非熱處理型的合金只含單相,其強度的增加是靠固溶強化來達成。其它可熱處理(能夠析出硬化)者是添加合金元素的結果。
最近的注意重點在於鋁合金和低密度金屬(如鎂和鈦)做為運輸工具的工程材料,以有效減少燈料消耗。這些材料的重要特性是比強度(specific strength),它是以抗拉強度-比重之比值來定量。甚至這些金屬中合金其抗拉強度比高密度材料(像鋼)差,在重量基礎上來說它將能承受大的負載。
(一)鎂及其合金
或許鎂最傲人的特性是它的密度1.7g/cm3,是所有結構材料中最低者;因此,其合金用在輕重量上是一重要考量(例如,航空器零件)。鎂具HPC結晶構 造,是相對柔軟材料,並具有低彈性模數:在室溫、鎂及其合金難於變形;結果,大部份製造是靠鑄造或在200到350℃(400到650℉)之間行熱加工。 鎂合金也分為鑄造或鍛造類,其中有些是可熱處理的,鋁、鋅、錳和有些稀有元素是主要合金元素。這些合金常用在航容器和飛彈應用,以及使用在行李架和各式自 動零件的應用上(例如:飛輪、舵外殼體和離合器及傳送器外殼)。
(二)鈦及其合金
鈦及其合金係相對新的工程材料它擁有非凡的性質組合。純金屬具有相對低密度(4.5g/cm3),高熔點(3035℉),以及107Gpa(15.5× 106 psi)的彈性模數,鈦合金相當強:並有突出的比強度。除此之外,此合金有高延展性和易於鍛造和機械加工。
鈦主要限制是在高溫與其它材料的化學反應性。此性質迫使鈦合金需發展非傳統的精煉、熔融和鑄造技術;結果,鈦合金是十分昂貴的。它們通常用在飛機結構、航空器,以及用在石油和化學工業。
(三)耐高溫金屬
有極高熔點的金屬歸類為耐高溫金屬。屬於這一類金屬包括鈮(N)、鉬(Mo)、鎢(W)和鉭(Ta)。熔融溫度範圍介於鈮的2468℃(4474℉)和金 屬最高熔合的鎢3410℃(6170℉)。鉭和鉬加入不銹鋼中成為合金元素可改善其耐蝕性。鉬合金被用為擠製模和航空器的結構零件;自熱燈絲、x光管和焊 極使用鎢合金。鉭對於溫度低於150℃的所有環境幾乎不產生化學浸蝕,因而鉭常用於需要耐蝕材料的應用上。
(四)超合金
超合金具有最佳的性質組合。大部份用在航空器渦輪機零件,這些材料之分類係根據合金中主要金屬,金屬可能是鈷、鎳或鐵。其它合金元素包括耐高溫金屬(Nb,Mo,W,Ta)、鉻和鈦。除了渦輪機應用外,這些合金也用在核能反應器及石化工業設備上。
(五)貴重金屬
貴重金屬是一群具有共同物理特性的輕元素。它們很昂貴(貴重)同時性質上很優異或重要(貴重)-例如,柔軟性、延展性和耐熱特性。這些貴重金屬是銀、金、白金鉑、銠、釕、銥和鋨;前三個是最常見而廣泛用在手飾。
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