合金:含有一種或多種金屬元素的金屬材料-中文百科頻道

概述

我們常将兩種或兩種以上的金屬元素或以金屬為基添加其他非金屬元素通過合金化工藝（熔煉、機械合金化、燒結、氣相沉積等等）而形成的具有金屬特性的金屬材料叫做合金。但合金可能隻含有一種金屬元素，如鋼。（鋼，是對含碳量質量百分比介于0.02%至2.00%之間的鐵合金的統稱）

這裡我們需要注意，合金不是一般概念上的混合物，甚至可以是純淨物，如單一相的金屬互化物合金，所添加合金元素可以形成固溶體、化合物，并産生吸熱或放熱反應，從而改變金屬基體的性質。

合金的生成常會改善元素單質的性質，例如，鋼的強度大于其主要組成元素鐵。合金的物理性質，例如密度、反應性、楊氏模量、導電性和導熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的抗拉強度和抗剪強度卻通常與組成元素的性質有很大不同。這是由于合金與單質中的原子排列有很大差異。

少量的某種元素可能會對合金的性質造成很大的影響。例如，鐵磁性合金中的雜質會使合金的性質發生變化。

不同于純淨金屬的是，多數合金沒有固定的熔點，溫度處在熔化溫度範圍間時，混合物為固液并存狀态。因此可以說，合金的熔點比組分金屬低。參見低共熔混合物。

常見的合金中，黃銅是由銅和鋅的合金；青銅是錫和銅的合金，用于雕象、裝飾品和教堂鐘。一些國家的貨币都會使用合金（如鎳合金）。

物理分類

根據合金中含量較大的主要金屬的名稱而分類稱作某某合金,如銅含量高的為銅合金,其性能主要保持銅的性能。

合金類型

(1)混合物合金（共熔混合物），當液态合金凝固時，構成合金的各組分分别結晶而成的合金，如焊錫、铋镉合金等；

(2)固熔體合金，當液态合金凝固時形成固溶體的合金，如金銀合金等；

(3)金屬互化物合金，各組分相互形成化合物的合金，如銅、鋅組成的黃銅（β-黃銅、γ-黃銅和ε-黃銅）等。

合金的許多性能優于純金屬，故在應用材料中大多使用合金(參看鐵合金、不鏽鋼)。

合金的通性

各類型合金都有以下通性：

(1)多數合金熔點低于其組分中任一種組成金屬的熔點；

(2)硬度一般比其組分中任一金屬的硬度大；（特例：鈉鉀合金是液态的，用于原子反應堆裡的導熱劑）

(3)合金的導電性和導熱性低于任一組分金屬。利用合金的這一特性，可以制造高電阻和高熱阻材料。還可制造有特殊性能的材料。

(4)有的抗腐蝕能力強(如不鏽鋼)如在鐵中摻入15%鉻和9%鎳得到一種耐腐蝕的不鏽鋼，适用于化學工業

特性

(1)、多數合金熔點低于其組分中任一種組成金屬的熔點。

(2)、硬度比其組分中任一金屬的硬度大。

(3)、合金的導電性和導熱性低于任一組分金屬。利用合金的這一特性，可以制造高電阻和高熱阻材料。還可制造有特殊性能的材料，如在鐵中摻入15％鉻和9％鎳得到一種耐腐蝕的不鏽鋼，适用于化學工業。

(4)、有的抗腐蝕能力強(如不鏽鋼)。

鐵合金

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的含量對鋼鐵的機械性能起着主要作用，故統稱為鐵碳合金。它是工程技術中最重要、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、價格低廉，而且在多數情況下能滿足使用要求，所以應用十分普遍。按含碳量不同，碳鋼又分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。随含碳量升高，碳鋼的硬度增加、韌性下降。合金鋼又叫特種鋼，在碳鋼的基礎上加入一種或多種合金元素，使鋼的組織結構和性能發生變化，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，等等。經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豐富，除Cr、Co不足，Mn品位較低外，W、Mo、V、Ti和稀土金屬儲量都很高。21世紀初，合金鋼在鋼的總産量中的比例将有大幅度增長。

含碳量2%～4.3%的鐵碳合金稱生鐵。生鐵硬而脆，但耐壓耐磨。根據生鐵中碳存在的形态不同又可分為白口鐵、灰口鐵和球墨鑄鐵。白口鐵中碳以Fe3C形态分布，斷口呈銀白色，質硬而脆，不能進行機械加工，是煉鋼的原料，故又稱煉鋼生鐵。碳以片狀石墨形态分布的稱灰口鐵，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用。

鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于鋼鐵冶煉。在鋼鐵工業中一般還把所有煉鋼用的中間合金，不論含鐵與否（如矽鈣合金），都稱為“鐵合金”。習慣上還把某些純金屬添加劑及氧化物添加劑也包括在内。

鐵合金一般用作：

①、脫氧劑。在煉鋼過程中脫除鋼水中的氧，某些鐵合金還可脫除鋼中的其他雜質如硫、氮等。

②、合金添加劑。按鋼種成分要求，添加合金元素到鋼内以改善鋼的性能。

③、孕育劑在鑄鐵澆鑄前加進鐵水中，改善鑄件的結晶組織。

此外，還用作以金屬熱還原法生産其他鐵合金和有色金屬的還原劑；有色合金的合金添加劑；還少量用于化學工業和其他工業。

【冶煉】

鐵合金的主體元素一般熔點較高，或者它的氧化物難于還原，難于煉出純金屬，若與鐵在一起則較易還原冶煉。在鋼鐵冶煉中使用鐵合金,其中含鐵非但無害,而因為易熔于鋼水反較有利。因此，煉鋼過程中脫氧和添加合金,大多以鐵合金的形式加入。鐵合金一般很脆,不能作為金屬材料使用。

用坩埚冶煉低品位鐵合金是1860年左右開始的。後來發展了用高爐煉錳鐵和含矽12％以下的矽鐵。1890～1910年間在法國開始用電弧爐生産鐵合金。穆瓦桑(H.Moissan)曾用電弧爐對難還原元素進行系統試驗，埃魯(P.L.T.H□roult)應用于工業生産,當時都用焦炭和木炭作還原劑還原有關礦石，産品大多是高碳的。1920年以後，為了滿足優質鋼和不鏽鋼發展的需要，開始生産低碳鐵合金的新階段。一方面，在戈爾德施米特(K.Goldschmidt)1898年提出的鋁熱法制取金屬的工藝基礎上，發展出用鋁熱法冶煉一些不含碳的鐵合金和純金屬；另一方面研制出在電爐中氧化含矽合金的脫矽精煉法。由于鋁熱法生産費用太高，脫矽精煉法得到了較多的應用。直到現在中碳、低碳、微碳鉻鐵，中碳、低碳錳鐵，金屬錳大多仍用此法精煉。精煉鉻鐵的熱兌法即把液态的礦石、石灰熔體與矽鉻合金,通過熱兌混合加速反應,是脫矽精煉法的進一步發展。此外也用電解法生産純淨的合金添加劑（如金屬錳），并采用真空脫碳法生産含碳極低的超微碳鉻鐵。近年還發展出應用純氧吹煉法精煉鉻鐵、錳鐵的方法。

中國在1940年左右用小型電爐生産矽鐵、錳鐵。1955年起吉林鐵合金廠開始大規模生産。随後在各地建設了一批鐵合金廠，并用小型高爐生産錳鐵，滿足了全國鋼鐵工業的需要。

【資源】

冶煉鐵合金用的礦石原料除矽石各地普遍存在以外，大都集中在少數地區，如鉻礦90％賦存在南部非洲，錳礦大量儲存在南非和蘇聯。礦石多數以氧化物或含氧鹽的形式存在（如鉻、錳、鎢、鎳、釩、钛等），有些為硫化物（如钼）。這些礦石品位不同，大都需要選礦富集。中國鎢礦儲量居世界第一位。鎳、钼資源在70年代勘明有較大儲量。攀枝花等地的釩钛磁鐵礦含有大量釩、钛資源。錳礦在湖南、廣西、貴州等地有相當儲量，但品位較低。

【品種用途】

作為煉鋼脫氧劑，應用最廣泛的是錳鐵和矽鐵。強烈的脫氧劑為鋁(鋁鐵)、矽鈣、矽锆

等（見鋼的脫氧反應）。用作合金添加劑的常用品種有：錳鐵、鉻鐵、矽鐵、鎢鐵、钼鐵、釩鐵、钛鐵、鎳鐵、铌(钽)鐵、稀土鐵合金、硼鐵、磷鐵等。各種鐵合金又根據煉鋼需要，按合金元素含量或含碳高低規定許多等級，并嚴格限定雜質含量。含有兩種或多種合金元素的鐵合金叫做複合鐵合金，使用這類鐵合金可同時加入脫氧或合金化元素，對煉鋼工藝有利，且能較經濟合理地綜合利用共生礦石資源。常用的有：錳矽、矽鈣、矽锆、矽錳鋁、矽錳鈣和稀土矽鐵等。

煉鋼用純金屬添加劑有鋁、钛、鎳和金屬矽、金屬錳、金屬鉻等。某些易還原的氧化物如MoO、NiO,也用于代替鐵合金。此外，還有氮化鐵合金，如經過氮化處理的鉻鐵、錳鐵等，以及混有發熱劑的發熱鐵合金等。

【生産和消費】

鐵合金主要用電爐生産，電耗高（每噸綜合平均約5000千瓦/時），需要豐富而價廉的電力資源。法國成為早期鐵合金的主要生産國，挪威成為最大鐵合金輸出國，都是以當地豐富的水電資源為基礎。70年代工業發達國家的鐵合金消費量，按每生産一噸粗鋼計，大緻為20公斤；其中主要合金元素所占的份額為：錳5.5～6.5公斤，矽2～3公斤，鉻2～3公斤。

鋁合金

鋁是分布較廣的元素，在地殼中含量僅次于氧和矽，是金屬中含量最高的。純鋁密度較低，為2.7g/cm3，有良好的導熱、導電性(僅次于Au、Ag、Cu)，延展性好、塑性高，可進行各種機械加工。鋁的化學性質活潑，在空氣中迅速氧化形成一層緻密、牢固的氧化膜，因而具有良好的耐蝕性。但純鋁的強度低，隻有通過合金化才能得到可作結構材料使用的各種鋁合金。

鋁合金的突出特點是密度小、強度高。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度，稱為防鏽鋁合金，用于制造油箱、容器、管道、鉚釘等。硬鋁合金的強度較防鏽鋁合金高，但防蝕性能有所下降，這類合金有Al-Cu-Mg系和Al-Cu-Mg-Zn系。新近開發的高強度硬鋁，強度進一步提高，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件。Al-Li合金可制作飛機零件和承受載重的高級運動器材。

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

銅合金

純銅呈紫紅色，故又稱紫銅，有極好的導熱、導電性，其導電性僅次于銀而居金屬的第二位。銅具有優良的化學穩定性和耐蝕性能，是優良的電工用金屬材料。

工業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%，有優良的導熱性和耐腐蝕性，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，可用作滑動軸承材料。

青銅是人類使用曆史最久的金屬材料，它是Cu、Sn合金。錫的加入明顯地提高了銅的強度，并使其塑性得到改善，抗腐蝕性增強，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。铍青銅是強度最高的銅合金，它無磁性又有優異的抗腐蝕性能，是可與鋼相競争的彈簧材料。

白銅是Cu-Ni合金，有優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。

耐蝕合金

金屬材料在腐蝕性介質中所具有的抵抗介質侵蝕的能力，稱金屬的耐蝕性。純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個條件之一：

①、熱力學穩定性高的金屬。通常可用其标準電極電勢來判斷，其數值較正者穩定性較高；較負者則穩定性較低。耐蝕性好的貴金屬，如Pt、Au、Ag、Cu等就屬于這一類。

②、易于鈍化的金屬。不少金屬可在氧化性介質中形成具有保護作用的緻密氧化膜，這種現象稱為鈍化。金屬中最容易鈍化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等。

③、表面能生成難溶的和保護性能良好的腐蝕産物膜的金屬。這種情況隻有在金屬處于特定的腐蝕介質中才出現，例如，Pb和Al在H2SO4溶液中，Fe在H3PO4溶液中，Mo在鹽酸中以及Zn在大氣中等。

因此，工業上根據上述原理，采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金，一般有相應的三種方法：

①、提高金屬或合金的熱力學穩定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學穩定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢，增強其耐蝕性。例如在Cu中加Au，在Ni中加入Cu、Cr等，即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法，在工業結構材料中的應用是有限的。

②、加入易鈍化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基體金屬的耐蝕性。在鋼中加入适量的Cr，即可制得鉻系不鏽鋼。實驗證明，在不鏽鋼中，含Cr量一般應大于13%時才能起抗蝕作用，Cr含量越高，其耐蝕性越好。這類不鏽鋼在氧化介質中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質如稀硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因為非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，同時對氧化膜還有溶解作用。

③、加入能促使合金表面生成緻密的腐蝕産物保護膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結構緻密的化合物羟基氧化鐵［FeOx?(OH)23-2x］，它能起保護作用。鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進這種保護膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。

金屬腐蝕是工業上危害最大的自發過程，因此耐蝕合金的開發與應用，有重大的社會意義和經濟價值。

耐熱合金

這類合金又稱高溫合金，它對于在高溫條件下的工業部門和應用技術領域有着重大的意義。

一般說，金屬材料的熔點越高，其可使用的溫度限度越高。這是因為随着溫度的升高，金屬材料的機械性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢

相應增大，因此，一般的金屬材料都隻能在500℃～600℃下長期工作。能在高于700℃的高溫下工作的金屬通稱耐熱合金。“耐熱”是指其在高溫下能保持足夠強度和良好的抗氧化性。

提高鋼鐵抗氧化性的途徑有兩條：一是在鋼中加入Cr、Si、Al等合金元素，或者在鋼的表面進行Cr、Si、Al合金化處理。它們在氧化性氣氛中可很快生成一層緻密的氧化膜，并牢固地附在鋼的表面，從而有效地阻止氧化的繼續進行。二是用各種方法在鋼鐵表面形成高熔點的氧化物、碳化物、氮化物等耐高溫塗層。

提高鋼鐵高溫強度的方法很多，從結構、性質的化學觀點看，大緻有兩種主要方法：

一是增加鋼中原子間在高溫下的結合力。研究指出，金屬中結合力，即金屬鍵強度大小，主要與原子中未成對的電子數有關。從周期表中看，ⅥB元素金屬鍵在同一周期内最強。因此，在鋼中加入Cr、Mo、W等原子的效果最佳。

二是加入能形成各種碳化物或金屬間化合物的元素，以使鋼基體強化。由若幹過渡金屬與碳原子生成的碳化物屬于間隙化合物，它們在金屬鍵的基礎上，又增加了共價鍵的成分，因此硬度極大，熔點很高。例如，加入W、Mo、V、Nb可生成WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC等碳化物，從而增加了鋼鐵的高溫強度。

利用合金方法，除鐵基耐熱合金外，還可制得鎳基、钼基、铌基和鎢基耐熱合金，它們在高溫下具有良好的機械性能和化學穩定性。其中鎳基合金是最優的超耐熱金屬材料，組織中基體是Ni

新型合金

随着科技的發展，新型合金的種類日益增多，這裡介紹主要的幾種。

輕質合金

鋁锂合金具有高比強度（斷裂強度/密度）、高比剛度且相對密度小的特點，如用作現代飛機蒙皮材料，一架大型客機可減輕重量50kg。以波音747為例，每減輕1kg，一年可獲利2000美元。钛合金比鋼輕、耐腐蝕、無磁性、強度高，是用于航空和艦艇的理想材料。

儲氫合金

由于石油和煤炭的儲量有限，而且在使用過程中會帶來環境污染等問題，尤其是20世紀70年代全球石油危機，使氫能作為新的清潔燃料成為研究熱點。在氫能利用過程中，氫的儲運是重要環節。1969年荷蘭飛利浦公司研制出LaNi5儲氫合金，具有大量的可逆地吸收、釋放氫氣的性質，其合金氫化物LaNi5H6中氫的密度與液态氫相當，約為氫氣密度的1000倍。

儲氫合金是由兩種特定金屬構成的合金，其中一種可以大量吸氫，形成穩定的氫化物，而另一種金屬雖然與氫的親和力小，但氫很容易在其中移動。Mg、Ca、Ti、Zr、Y和La等屬于第一種金屬，Fe、Co、Ni、Cr、Cu和Zn等屬于第二種金屬。前者控制儲氫量，後者控制釋放氫的可逆性。通過兩者合理配制，調節合金的吸放氫性能，制得在室溫下能夠可逆吸放氫的較理想的儲氫材料。

超耐熱合金

鎳钴合金能耐1200℃的高溫，可用于噴氣飛機和燃氣輪機的構件。鎳钴鐵非磁性耐熱合金在1200 ℃時仍具有高強度、韌性好的特點，可用于航天飛機的部件和原子反應堆的控制棒等。尋找符合耐高溫、可長時間運行（10000h以上）、耐腐蝕、高強度等要求的合金材料，仍是今後研究的方向。

形狀記憶合金

它們具有高彈性、金屬橡膠性能、高強度等特點，在較低溫度下受力發生塑性變形後，經過加熱，又恢複到受熱前的形狀。如Ni-Ti、Ag-Cd、Cu-Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Zn等合金，可用于調節裝置的彈性元件（如離合器、節流閥、控溫元素等）、熱引擎材料、醫療材料（牙齒矯正材料）等。

形狀記憶效應來源于一種熱彈性馬氏體相變。一般的馬氏體相變作為鋼的淬火強化的方法，就是把鋼加熱到某個臨界溫度以上保溫一段時間，然後迅速冷卻，例如直接插入冷水中（稱為淬火），這時鋼轉變為一種馬氏體的結構，并使鋼硬化。後來，在某些合金中發現了不同于上述的另一種所謂熱彈性馬氏體相變，熱彈性馬氏體一旦産生便可以随着溫度降低繼續長大。相反，當溫度回升時，長大的馬氏體又可以縮小，直至恢複到原來的狀态，即馬氏體随着溫度的變化可以可逆地長大或縮小。熱彈性馬氏體相變時随之伴有形狀的變化。

新型金屬功能材料除上述幾類以外，還有能降低噪音的減振合金；具有替代、增強和修複人體器官和組織的生物醫學材料；具有在材料或結構中植入傳感器、信号處理器、通信與控制器及執行器，使材料或結構具有自診斷、自适應，甚至損傷自愈合等智能功能與生命特征的智能材料等。

特種合金

工業上應用的合金種類數以千計，現隻簡要地介紹其中幾大類。

耐蝕合金

金屬材料在腐蝕性介質中所具有的抵抗介質侵蝕的能力，稱金屬的耐蝕性。純金屬中耐蝕性高的通常具備下述三個條件之一：

①熱力學穩定性高的金屬。通常可用其标準電極電勢來判斷，其數值較正者穩定性較高；較負者則穩定性較低。耐蝕性好的貴金屬，如Pt、Au、Ag、Cu等就屬于這一類。

②易于鈍化的金屬。不少金屬可在氧化性介質中形成具有保護作用的緻密氧化膜，這種現象稱為鈍化。金屬中最容易鈍化的是Ti、Zr、Ta、Nb、Cr和Al等。

③表面能生成難溶的和保護性能良好的腐蝕産物膜的金屬。這種情況隻有在金屬處于特定的腐蝕介質中才出現，例如，Pb和Al在H2SO4溶液中，Fe在H3PO4溶液中，Mo在鹽酸中以及Zn在大氣中等。

因此，工業上根據上述原理，采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金，一般有相應的三種方法：

①提高金屬或合金的熱力學穩定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學穩定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢，增強其耐蝕性。例如在Cu中加Au，在Ni中加入Cu、Cr等，即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法，在工業結構材料中的應用是有限的。

②加入易鈍化合金元素，如Cr、Ni、Mo等，可提高基體金屬的耐蝕性。在鋼中加入适量的Cr，即可制得鉻系不鏽鋼。實驗證明，在不鏽鋼中，含Cr量一般應大于13%時才能起抗蝕作用，Cr含量越高，其耐蝕性越好。這類不鏽鋼在氧化介質中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質如稀硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因為非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，同時對氧化膜還有溶解作用。

③加入能促使合金表面生成緻密的腐蝕産物保護膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結構緻密的化合物羟基氧化鐵[FeOx·(OH)23-2x]，它能起保護作用。鋼中加入Cu與P或P與Cr均可促進這種保護膜的生成，由此可用Cu、P或P、Cr制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。

金屬腐蝕是工業上危害最大的自發過程，因此耐蝕合金的開發與應用，有重大的社會意義和經濟價值。

耐熱合金

耐熱合金合金又稱高溫合金，它對于在高溫條件下的工業部門和應用技術領域有着重大的意義。

一般說，金屬材料的熔點越高，其可使用的溫度限度越高。這是因為随着溫度的升高，金屬材料的機械性能顯著下降，氧化腐蝕的趨勢相應增大，因此，一般的金屬材料都隻能在500℃～600℃下長期工作。能在高于700℃的高溫下工作的金屬通稱耐熱合金。“耐熱”是指其在高溫下能保持足夠強度和良好的抗氧化性。

提高鋼鐵高溫強度的方法很多，從結構、性質的化學觀點看，大緻有兩種主要方法：

利用合金方法，除鐵基耐熱合金外，還可制得鎳基、钼基、铌基和鎢基耐熱合金，它們在高溫下具有良好的機械性能和化學穩定性。其中鎳基合金是最優的超耐熱金屬材料，組織中基體是NiCrCo的固溶體和Ni3Al金屬化合物，經處理後，其使用溫度可達1000℃～1100℃。

钛合金

钛是周期表中第IVB類元素，外觀似鋼，熔點達1672℃，屬難熔金屬。钛在地殼中含量較豐富，遠高于Cu、Zn、Sn、Pb等常見金屬。我國钛的資源極為豐富，僅四川攀枝花地區發現的特大型釩钛磁鐵礦中，伴生钛金屬儲量約達4.2億噸，接近國外探明钛儲量的總和。

純钛機械性能強，可塑性好，易于加工，如有雜質，特别是O、N、C提高钛的強度和硬度，但會降低其塑性，增加脆性。

钛是容易鈍化的金屬，且在含氧環境中，其鈍化膜在受到破壞後還能自行愈合。因此幹腐蝕介質都是穩定的。钛和钛合金有優異的耐蝕性，隻能被氫氟酸濃度的侵蝕。特别是穩定，将钛或钛合金放取出後，仍光亮如初，遠優于不鏽鋼。

钛的另一重要特性是密度小。其強度是不鏽鋼的3.5倍，鋁合金的1.3倍，是目前所有工業金屬材料中最高的。

液态的钛幾乎能溶解所有的金屬，形成固溶體或金屬化合物等各種合金。合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适應不同部門的需要。例如，Ti-Al-Sn合金有很高的熱穩定性，可在相當高的溫度下長時間工作；以Ti-Al-V合金為代表的超塑性合金，可以50%～150%地伸長加工成型，其最大伸長可達到2000%。而一般合金的塑性加工的伸長率最大不超過30%。

由于上述優異性能，钛享有“未來的金屬”的美稱。钛合金已廣泛用于國民經濟各部門，它是火箭、導彈和航天飛機不可缺少的材料。船舶、化工、電子器件和通訊設備以及若幹輕工業部門中要大量應用钛合金，隻是钛的價格較昂貴，限制了它的廣泛使用。

磁性合金

材料在外加磁場中，可表現出三種情況：①不被磁場所吸引的，叫反磁性材料；②微弱地被磁場所吸引的，叫順磁性材料；③強烈地被磁場吸引的，稱鐵磁性材料，其磁性随外磁場的加強而急劇增高，并在外磁場移走後，仍能保留磁性。金屬材料中，大多數過渡金屬具有順磁性；隻有Fe、Co、Ni等少數金屬是鐵磁性的。

金屬中組成永磁材料的主要元素是Fe、Co、Ni和某些稀土元素。使用的永磁合金有稀土?钴系、鐵?鉻?钴系和錳?鋁?碳系合金。

磁性合金在電力、電子、計算機、自動控制和電光學等新興技術領域中，有着日益廣泛的應用。

鉀鈉合金

[英] Sodium Potaddium Al

[别]鈉鉀合金

[縮]JNHJ

【化學結構】

4K-Na

【化學特性】

銀色的軟質固體或液體.遇酸、二氧化碳、潮氣及水發生劇烈反應，放出氫氣，立即自燃，有時甚至會爆炸. 密度:0.847克/毫升(100℃) (K78%，Na22%);0.886克/毫升(100℃)(K56%，Na44%) 熔點:-11℃(K78%，Na22%);19℃(K56%，Na44%);

【極限參數】

沸點:784℃(K78%，Na22%);825℃(K56%，Na44%);

【應用】液态金屬核反應堆用的冷卻劑是鈉鉀合金，常溫下液态。

鈉鉀合金的熔點

鈉鉀熔點

20% 80% -10℃

22% 78% -11℃

24% 76% -3.5℃

40% 60% 5℃

合金加工

【1】中碳鋼：代表鋼種有30、35、40、45，也有ML30、ML35、ML40、ML45，有較穩定的室溫性能，用于中小結構件、緊固件、傳動軸、齒輪等

【2】錳鋼：代表鋼種40Mn2、50Mn2。有過熱敏感性、高溫回火脆性，水淬易開裂，淬透性較碳鋼高。

【3】矽錳鋼：代表鋼種35SiMn、42SiMn。疲勞強度高，有脫碳和過熱敏感性及回火脆性。用于制造中速、中高等負荷但沖擊不大的齒輪、軸、轉軸、連杆、蝸杆等，也可制造400℃以下緊固件。

【4】硼鋼：代表鋼種40B、45B、50BA、ML35B。淬透性高，綜合機械性能高于碳鋼，與40Cr相當用于制造截面尺寸不大的零件、緊固件等。

【5】錳硼鋼：代表鋼種40MnB。淬透性稍高于40Cr，高的強度、韌性及低溫沖擊韌性，有回火脆性。40MnB常用來代替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作重要的軸，也有ML35 MnB用于緊固件生産。

【6】錳釩硼鋼：代表鋼種20MnVB、40MnVB。調質性能和淬透性優于40Cr，過熱傾向小，有回火脆性。常用來代替40Cr、45Cr、38CrSi、42CrMo及40CrNi制造重要的調質件，也有用中小規格10.9級以下螺栓的、ML20 MnVB。

【7】錳鎢硼鋼：代表鋼種40MnWB。良好的低溫沖擊性能，無回火脆性。與35CrMo、40CrNi相當，用于制造70mm以下的零件。

【8】矽錳钼鎢鋼：代表鋼種35SiMn2MoW。有較高的淬透性，以50%馬氏體計算，水淬直徑180，油淬直徑100；淬裂傾向、回火脆性傾向小；具有高強度和高韌性。可代替35CrNiMoA、40CrNiMo，用于制造大截面、重負荷的軸、連杆及螺栓。

【9】矽錳钼鎢釩鋼：代表鋼種37SiMn2MoWVA。水淬直徑100，油淬直徑70；良好的回火穩定性、低溫沖擊韌性，較高的高溫強度，回火脆性也較小，用于制造大截面的軸類零件。

【10】鉻鋼：以40Cr合金鋼管及ML40Cr為代表。淬透性較好，水淬28-60mm，油淬15-40mm。較高的綜合機械性能，良好的低溫沖擊韌性，低的缺口敏感性，有回火脆性。用于制造軸、連杆、齒輪及螺栓。

【11】鉻矽鋼：代表鋼種38CrSi。淬透性優于40Cr，強度和低溫沖擊較高，回火穩定性較好，回火脆性傾向較大。常用于制造30-40mm的軸、螺栓以及模數不大的齒輪。

【12】鉻钼鋼：代表鋼種30CrMoA、42CrMo、ML30CrMo、ML42CrMo。水淬30-55mm，油淬15-40mm；高的室溫機械性能和較高的高溫強度，良好的低溫沖擊；無回火脆性。用于制造截面較大的零件，高負荷的螺栓、齒輪及500℃以下的法蘭盤、螺栓；400℃以下的導管、緊固件。42CrMo淬透性較30CrMoA高，用于制造強度更高、截面更大的零件。

【13】鉻錳钼鋼：代表鋼種40CrMnMo。油淬直徑80mm，具有較高的綜合機械性能，回火穩定性好。用于制造截面較大的重負荷齒輪及軸類零件。

【14】錳钼釩鋼：代表鋼種30Mn2MoWA。具有良好的淬透性：水淬達到150mm，心部組織為上、下貝氏體加少量馬氏體；油淬70mm，心部95%以上的馬氏體；良好的低溫沖擊韌性，低的缺口敏感性及較高的疲勞強度。用于制造80mm以下的重要件。

【15】鉻錳矽鋼：代表鋼種30CrMnSiA。水淬40-60mm（95%的馬氏體），油淬25-40mm。強度、沖擊韌性高，有回火脆性。用于制造高壓鼓風機葉片、閥闆、離合器摩擦片、軸及齒輪等。

【16】鉻鎳鋼：代表鋼種40CrNi和45CrNi。水淬達到40mm，油淬15-25mm；良好的綜合機械性能，良好的低溫沖擊韌性，回火脆性傾向小。30CrNi3A淬透性較高，綜合機械性能好，有白點敏感性和回火脆性。用于制造截面較大的曲軸、連杆、齒輪、軸及螺栓等。

【17】鉻鎳钼鋼：代表鋼種40CrNiMoA。具有優良的綜合機械性能，低溫沖擊韌性高，缺口敏感性低，無回火脆性。用于制造較大的曲軸、軸、連杆、齒輪、螺栓及其它受力較大、形狀複雜的零件。

【18】鉻鎳钼釩鋼：代表鋼種45CrNiMoVA。強度高，回火穩定性好，油淬達到60mm（95%馬氏體）。用于制造振動載荷下的重型汽車彈性軸及扭力軸等。