鋁合金(非常經(jīng)典)

1、第二章第二章 鋁及其合金鋁及其合金第一節(jié)第一節(jié) 工業(yè)純鋁、合金化及鋁合金的分類、工業(yè)純鋁、合金化及鋁合金的分類、牌號和狀態(tài)符號牌號和狀態(tài)符號一、工業(yè)純鋁一、工業(yè)純鋁 1、物性、物性 熔點熔點 660.24；密度密度2.7103kg/m3； 彈性模量彈性模量（E）72000MPa 面心立方晶格面心立方晶格 a=0.4049nm；原子直徑原子直徑0.286 nm 相對電導(dǎo)率相對電導(dǎo)率 62IACS （International Annealed Copper Standard） 電阻率電阻率 2.6610-8m (歐姆米歐姆米) (99.9%Al)； 順磁性順磁性（磁化率（磁化率215）；）； 2

2、、力性、力性純鋁進(jìn)行純鋁進(jìn)行6080冷變形，冷變形，b 雖然能達(dá)到雖然能達(dá)到150180MPa，但但已降低到已降低到11.5%，變脆，變脆 3、化學(xué)性能、化學(xué)性能 鋁的化學(xué)活潑性極高，標(biāo)準(zhǔn)電極電位（鋁的化學(xué)活潑性極高，標(biāo)準(zhǔn)電極電位（1.67伏）。伏）。 鋁在空氣中表面生成鋁在空氣中表面生成510nm厚的厚的Al2O3保護(hù)膜，保護(hù)膜，在大氣中耐蝕。在大氣中耐蝕。 在濃硝酸中有極高的穩(wěn)定性，與有機(jī)酸及食品幾在濃硝酸中有極高的穩(wěn)定性，與有機(jī)酸及食品幾乎不反應(yīng)。乎不反應(yīng)。 在硫酸、鹽酸、堿、鹽中不穩(wěn)定。在硫酸、鹽酸、堿、鹽中不穩(wěn)定。4、特點、特點 質(zhì)量輕質(zhì)量輕 優(yōu)秀的導(dǎo)電、傳熱和塑性變形性能優(yōu)秀的導(dǎo)電

3、、傳熱和塑性變形性能 在大氣中有良好的耐蝕性在大氣中有良好的耐蝕性 強(qiáng)度低不適于作結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度低不適于作結(jié)構(gòu)材料二、鋁的合金化鋁的合金化 合金化原理主要固溶強(qiáng)化和時效強(qiáng)化合金化原理主要固溶強(qiáng)化和時效強(qiáng)化 固溶強(qiáng)化：元素溶解度大，與固溶強(qiáng)化：元素溶解度大，與Al原子直徑差大，例如原子直徑差大，例如Mg 和和Mn 時效強(qiáng)化：所加元素或形成的中間相，高溫時在時效強(qiáng)化：所加元素或形成的中間相，高溫時在Al中有較中有較 大的溶解度，隨溫度降低溶解度急劇變小。大的溶解度，隨溫度降低溶解度急劇變小。 常加入的元素為常加入的元素為Zn、Mg、Cu、Si、Li。各種元素在鋁中的極限溶解度鋁合金中常見元素的原子直

4、徑（原子間最緊密距離）鋁合金中常見元素的原子直徑（原子間最緊密距離）鋁合金常加入的元素為鋁合金常加入的元素為Zn、Mg、Cu、Si、Li。 在合金中可能形成：在合金中可能形成： CuAl2 S Al2CuMg MgZn2 T Al2Mg3Zn3 Mg2Si AlLi Mg2Al3鋁中的主要雜質(zhì)：鋁中的主要雜質(zhì)：Fe、Si為了改善合金的塑性和抗蝕性，合金中常加入為了改善合金的塑性和抗蝕性，合金中常加入Mn、Cr、Zr、Ti、Cu等微量元素。等微量元素。三、分類、牌號和狀態(tài)符號三、分類、牌號和狀態(tài)符號 (1) 我國鋁及其合金過去的分類和牌號：我國鋁及其合金過去的分類和牌號： 采用漢語拼音加阿拉伯?dāng)?shù)

5、字表示采用漢語拼音加阿拉伯?dāng)?shù)字表示 純鋁：純鋁：LG工業(yè)高純鋁；工業(yè)高純鋁；L工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁 變形鋁合金分類及牌號變形鋁合金分類及牌號: （L）（類）（序號）（狀態(tài)）（類）（序號）（狀態(tài)）純鋁國產(chǎn)變形鋁合金分五大類，常見只有四大類國產(chǎn)變形鋁合金分五大類，常見只有四大類 (2)美國變形鋁合金牌號及狀態(tài)美國變形鋁合金牌號及狀態(tài)牌號：牌號： 用四位阿拉伯?dāng)?shù)字表示用四位阿拉伯?dāng)?shù)字表示 第一位數(shù)表示合金系（即加入最多的那種元素）第一位數(shù)表示合金系（即加入最多的那種元素） 第二位數(shù)表示原始合金或改進(jìn)合金，第二位數(shù)表示原始合金或改進(jìn)合金，0為原始合金，為原始合金， 改進(jìn)改進(jìn) 合金依次為合金依次為1、2、3

6、等等 最后兩位數(shù)表示具體合金牌號，對于純鋁表示小數(shù)點后兩位最后兩位數(shù)表示具體合金牌號，對于純鋁表示小數(shù)點后兩位 鋁含量（鋁含量（114599.45Al， 120099.00Al）目前我國變形鋁合金牌號目前我國變形鋁合金牌號 表示方法基本與美國相同,不同之處在于第二位不用阿拉伯?dāng)?shù)字,而是用英文字母： 例如：7A04、7B04狀態(tài)：狀態(tài)：F加工態(tài)（熱軋、擠壓）加工態(tài)（熱軋、擠壓）,不控制應(yīng)變硬化量不控制應(yīng)變硬化量O退火再結(jié)晶狀態(tài)，強(qiáng)度最低、塑性最高退火再結(jié)晶狀態(tài)，強(qiáng)度最低、塑性最高W固溶處理正在自然時效過程（不穩(wěn)定）固溶處理正在自然時效過程（不穩(wěn)定）H冷作硬化狀態(tài)冷作硬化狀態(tài)T熱處理狀態(tài)熱處理狀態(tài)

7、應(yīng)變硬化狀態(tài)：應(yīng)變硬化狀態(tài)： H1應(yīng)變硬化。應(yīng)變硬化。 H2應(yīng)變硬化加不完全退火。應(yīng)變硬化加不完全退火。 H3應(yīng)變硬化穩(wěn)定處理。應(yīng)變硬化穩(wěn)定處理。 H112加工過程的應(yīng)變硬化（不控制應(yīng)變量）。加工過程的應(yīng)變硬化（不控制應(yīng)變量）。 H321加工過程的應(yīng)變硬化（控制應(yīng)變量）。加工過程的應(yīng)變硬化（控制應(yīng)變量）。 H116特殊應(yīng)變硬化。特殊應(yīng)變硬化。熱處理狀態(tài)：熱處理狀態(tài)： 在在T后附有一位或多位數(shù)。對于后附有一位或多位數(shù)。對于T狀態(tài)，列出狀態(tài)，列出了在兩次操作之間或操作之后的室溫下可能發(fā)生了在兩次操作之間或操作之后的室溫下可能發(fā)生自然時效時間。如果這段時間在冶金學(xué)上有重要自然時效時間。如果這段時間在

8、冶金學(xué)上有重要意義的話，就應(yīng)對這段時間加以控制。數(shù)字意義的話，就應(yīng)對這段時間加以控制。數(shù)字110表示處理的具體程序。表示處理的具體程序。T1 從高溫成形過程冷卻和自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)從高溫成形過程冷卻和自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)T2 從高溫成形過程冷卻，然后冷加工和自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)從高溫成形過程冷卻，然后冷加工和自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)T3 固溶處理、冷加工和自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)固溶處理、冷加工和自然時效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)T4 固溶處理，自然時效到基本穩(wěn)定的狀態(tài)固溶處理，自然時效到基本穩(wěn)定的狀態(tài)T5 從高溫成形過程冷卻，然后進(jìn)行人工時效的狀態(tài)從高溫成形過程冷卻，然后進(jìn)行人工時效的狀

9、態(tài)T6 固溶處理，人工時效到強(qiáng)度最高的狀態(tài)固溶處理，人工時效到強(qiáng)度最高的狀態(tài)T7 固溶處理，人工時效到過時效狀態(tài)（穩(wěn)定化處理的狀態(tài)）固溶處理，人工時效到過時效狀態(tài)（穩(wěn)定化處理的狀態(tài)） T8 固溶處理后冷加工，然后進(jìn)行人工時效的狀態(tài)固溶處理后冷加工，然后進(jìn)行人工時效的狀態(tài)T9 固溶處理、人工時效、然后冷加工的狀態(tài)固溶處理、人工時效、然后冷加工的狀態(tài) T10從高溫成形工序冷卻，然后冷加工并進(jìn)行人工時效的狀態(tài)從高溫成形工序冷卻，然后冷加工并進(jìn)行人工時效的狀態(tài)TX51通過拉伸消除應(yīng)力的狀態(tài)通過拉伸消除應(yīng)力的狀態(tài)TX52 通過壓縮消除應(yīng)力的狀態(tài)通過壓縮消除應(yīng)力的狀態(tài)TX54 通過拉伸和壓縮相結(jié)合的方法消

10、除應(yīng)力的狀態(tài)通過拉伸和壓縮相結(jié)合的方法消除應(yīng)力的狀態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 變形鋁合金變形鋁合金簡單地說：簡單地說： 硬鋁硬鋁 綜合機(jī)械性能好（不耐蝕）綜合機(jī)械性能好（不耐蝕） 超硬鋁超硬鋁 室溫強(qiáng)度最高室溫強(qiáng)度最高 鍛鋁鍛鋁 熱塑性好熱塑性好 防銹鋁防銹鋁 耐蝕性好，易成形，焊接性好（強(qiáng)度低）耐蝕性好，易成形，焊接性好（強(qiáng)度低）一、一、 硬鋁硬鋁 1、一般特點、一般特點 較好的綜合機(jī)械性能較好的綜合機(jī)械性能 b42060MPa，0.2280300MPa，1517。 耐蝕性低耐蝕性低 有晶間腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)力腐蝕（有晶間腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)力腐蝕（SCC）傾向小。）傾向小。 焊接性不好焊接性不好 主要用于以鉚釘、螺

11、栓、點焊為連接手段的結(jié)主要用于以鉚釘、螺栓、點焊為連接手段的結(jié)構(gòu)中。構(gòu)中。 可熱處理強(qiáng)化可熱處理強(qiáng)化AlZnMg合金相圖合金相圖2、硬鋁的組織、硬鋁的組織在在AlCuMg三元系合金相圖鋁角附近，按三元系合金相圖鋁角附近，按Mg含量增加，依次可能出現(xiàn)以下四個相：含量增加，依次可能出現(xiàn)以下四個相： ：CuAl2 正方晶格正方晶格 S：Al2CuMg 斜方晶格斜方晶格 T：Mg32（CuAl）49 立方晶格立方晶格 (也稱也稱CuMg4Al6) ：Mg2Al3 面心立方面心立方 隨隨Mg含量增加，含量增加，相減少，相減少，S相增加相增加 Cu/Mg 8, 主要是主要是相相 Cu/Mg84， 主要是主

12、要是S相相 Cu/Mg41.5， 主要是主要是S相，相， S相中相中Cu/Mg2.61 相析出序列的相析出序列的GP區(qū)和區(qū)和是圓片狀是圓片狀 S相析出序列的相析出序列的GP區(qū)和區(qū)和S是針狀是針狀 強(qiáng)化效果：強(qiáng)化效果： ST 耐熱性：耐熱性： 隨溫度升高，隨溫度升高，S相比相比軟化的慢，軟化的慢， S相高溫強(qiáng)化相高溫強(qiáng)化 效果好。效果好。 3、硬鋁的合金化、硬鋁的合金化成分范圍：成分范圍： Cu：2.56.0，硬鋁的主要成分，硬鋁的主要成分 Mg：0.42.8，主要作用生成，主要作用生成S相相 Mn：0.41.0，消除，消除Fe對抗蝕性的有害影響，抑對抗蝕性的有害影響，抑 制再結(jié)晶產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，

13、超過制再結(jié)晶產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，超過1 產(chǎn)生（產(chǎn)生（MnFe）Al結(jié)晶相結(jié)晶相 有時加：有時加：Ti細(xì)化鑄態(tài)晶粒細(xì)化鑄態(tài)晶粒 Be提高氧化膜的致密性，防止提高氧化膜的致密性，防止Mg的燒損。的燒損。典型合金的化學(xué)成分：典型合金的化學(xué)成分： LY12（相當(dāng)（相當(dāng)2024）Al4.3Cu1.5Mg0.6Mn LY11（相當(dāng)（相當(dāng)2017）Al4.3Cu0.6Mg0.6Mn LY2 Al2.9Cu2.2Mg0.6Mn 4、硬鋁的熱處理、硬鋁的熱處理 除生產(chǎn)工序中的熱處理外，硬鋁的主要熱處理是淬火時效除生產(chǎn)工序中的熱處理外，硬鋁的主要熱處理是淬火時效 淬火：原則是在防止過燒、晶粒粗化、包鋁層污染的前提下，盡

14、可能采用較高淬火：原則是在防止過燒、晶粒粗化、包鋁層污染的前提下，盡可能采用較高 的加熱溫度，以使強(qiáng)化相充分固溶，但硬鋁的固溶溫度范圍窄，非常容的加熱溫度，以使強(qiáng)化相充分固溶，但硬鋁的固溶溫度范圍窄，非常容 易過燒。易過燒。時效：時效：除耐熱硬鋁除耐熱硬鋁LY2合金進(jìn)行人工時效，大多數(shù)合金進(jìn)行人工時效，大多數(shù)硬鋁都是在自然時效狀態(tài)下應(yīng)用。硬鋁都是在自然時效狀態(tài)下應(yīng)用。硬鋁自然時效狀態(tài)下的抗蝕性（晶間腐蝕）硬鋁自然時效狀態(tài)下的抗蝕性（晶間腐蝕）優(yōu)于人工時效狀態(tài)。優(yōu)于人工時效狀態(tài)。硬鋁合金易產(chǎn)生晶間腐蝕的原因：硬鋁合金易產(chǎn)生晶間腐蝕的原因：含含Cu的固溶體和的固溶體和Cu2Al相的電極電位都較高，

15、當(dāng)相的電極電位都較高，當(dāng)Cu2Al在晶界沉淀時，在晶界沉淀時，晶界附近出現(xiàn)含晶界附近出現(xiàn)含Cu較低的貧化帶，該貧化帶電極電位較低，在腐蝕介較低的貧化帶，該貧化帶電極電位較低，在腐蝕介質(zhì)中成為陽極，而含質(zhì)中成為陽極，而含Cu較高的晶粒內(nèi)部和析出相（較高的晶粒內(nèi)部和析出相（Cu2Al）則為陰極。）則為陰極。另外，晶界兩側(cè)的另外，晶界兩側(cè)的Cu貧化帶很窄（面積?。枠O電流密度高，故遭貧化帶很窄（面積?。?，陽極電流密度高，故遭到強(qiáng)烈腐蝕（即沿晶界腐蝕）。到強(qiáng)烈腐蝕（即沿晶界腐蝕）。為了改善硬鋁的抗蝕性，除合金化、熱處理及其它措施（陽極化、涂為了改善硬鋁的抗蝕性，除合金化、熱處理及其它措施（陽極化、涂

16、漆）外，在板材表面包覆一層純度大于漆）外，在板材表面包覆一層純度大于99.5的純鋁。純鋁的電極電的純鋁。純鋁的電極電位低于基體，可起陽極保護(hù)作用。包鋁層厚度一般占板材厚度的位低于基體，可起陽極保護(hù)作用。包鋁層厚度一般占板材厚度的4，厚板可減至厚板可減至2。典型合金的熱處理典型合金的熱處理 LY12：495WQ自然時效自然時效6天天 （b450 MPa） 或或室溫停室溫停3天天19010h （b500 MPa） 不同合金自然時效硬化的能力和速度不同。不同合金自然時效硬化的能力和速度不同。 5、硬鋁的性能和用途、硬鋁的性能和用途按強(qiáng)度和用途分為：鉚釘、中強(qiáng)、高強(qiáng)和耐熱硬鋁四大類按強(qiáng)度和用途分為：鉚

17、釘、中強(qiáng)、高強(qiáng)和耐熱硬鋁四大類 鉚釘硬鋁：鉚釘硬鋁： LY1、 LY4 、LY9 、LY10，以線材供應(yīng)。，以線材供應(yīng)。 LY1（剪切強(qiáng)度（剪切強(qiáng)度196 MPa）和）和LY10（剪切強(qiáng)度（剪切強(qiáng)度265 MPa） 自然時效狀態(tài)工藝塑性良好，鉚接時間不受限制。自然時效狀態(tài)工藝塑性良好，鉚接時間不受限制。 LY4（剪切強(qiáng)度（剪切強(qiáng)度286 MPa）和）和LY9屬于高強(qiáng)鉚釘硬鋁，屬于高強(qiáng)鉚釘硬鋁， 在淬火后規(guī)定時間內(nèi)鉚接，在淬火后規(guī)定時間內(nèi)鉚接，LY4在在26h內(nèi)鉚接，內(nèi)鉚接， LY9在在20min內(nèi)鉚接。內(nèi)鉚接。 中強(qiáng)硬鋁：中強(qiáng)硬鋁： LY11：塑性好，以板、棒、型材應(yīng)用于各種工業(yè)，：塑性好，以

18、板、棒、型材應(yīng)用于各種工業(yè)， 在航空工業(yè)中主要用于模鍛螺旋槳葉。在航空工業(yè)中主要用于模鍛螺旋槳葉。高強(qiáng)硬鋁：高強(qiáng)硬鋁： LY12： 強(qiáng)度最高，應(yīng)用最廣，用于制造主要受力件。強(qiáng)度最高，應(yīng)用最廣，用于制造主要受力件。 板材：飛機(jī)蒙皮、壁板。板材：飛機(jī)蒙皮、壁板。 型材：飛機(jī)隔框、翼肋、長桁型材：飛機(jī)隔框、翼肋、長桁 耐熱硬鋁：耐熱硬鋁： LY2： 較好的高溫性能，用于制造在較高溫度（較好的高溫性能，用于制造在較高溫度（150250） 下工作的構(gòu)件，如航空發(fā)動機(jī)內(nèi)的壓氣機(jī)葉片。下工作的構(gòu)件，如航空發(fā)動機(jī)內(nèi)的壓氣機(jī)葉片。 二、超硬鋁二、超硬鋁 （Al-Zn-Mg-Cu系合金）系合金） 超硬鋁是在超硬鋁

19、是在Al-Zn-Mg合金基礎(chǔ)上加合金基礎(chǔ)上加Cu發(fā)展起發(fā)展起來的，它的強(qiáng)度超過硬鋁，可達(dá)來的，它的強(qiáng)度超過硬鋁，可達(dá)600700MPa，所以稱超硬鋁。第二次世界大戰(zhàn)后，才開始大批生所以稱超硬鋁。第二次世界大戰(zhàn)后，才開始大批生產(chǎn)和應(yīng)用。產(chǎn)和應(yīng)用。 調(diào)質(zhì)的調(diào)質(zhì)的45鋼：鋼：b780850 MPa 0.2450550 MPa1、Al-Zn-Mg系中強(qiáng)可焊鋁合金系中強(qiáng)可焊鋁合金 特點：特點： 高的時效硬化能力；高的時效硬化能力； 中等強(qiáng)度（中等強(qiáng)度（b300450 MPa）；）； 優(yōu)良的可焊性；優(yōu)良的可焊性； 好的熱變形性和抗應(yīng)力腐蝕性能；好的熱變形性和抗應(yīng)力腐蝕性能； 寬的固溶處理溫度范圍；寬的固溶

20、處理溫度范圍； 低的淬火敏感性。低的淬火敏感性。 相組成：相組成：工業(yè)上實際應(yīng)用的工業(yè)上實際應(yīng)用的Al-Zn-Mg合金成分范圍處于：合金成分范圍處于： T和和T相區(qū)相區(qū)當(dāng)當(dāng)Zn含量不變時，含量不變時， 隨隨Mg含量增加合金中逐漸出現(xiàn)含量增加合金中逐漸出現(xiàn)T相。相。 T相：相：Al2Mg3Zn3，立方晶格，立方晶格，a1.4291.471nm。 相：相：MgZn2， 六方晶格，六方晶格，a0.521nm ，c0.86nm。 Zn/Mg14 ， 主要是主要是T相。相。 Zn/Mg 4， 出現(xiàn)出現(xiàn)相。相。 Zn/Mg67， 完全有完全有相組成。相組成。 時效序列：時效序列： 無論合金是落在無論合金是

21、落在T還是還是相區(qū)，實際上時效析出序相區(qū)，實際上時效析出序列均如下：列均如下： 球形球形GP區(qū)區(qū)T是部分共格的過渡相，六方晶格，是部分共格的過渡相，六方晶格， a0.496nm ，c0.868nm。 110以下以下 主要是主要是GP區(qū)區(qū) 110140 主要是主要是 160200 主要是主要是 270以上以上 可出現(xiàn)可出現(xiàn)T相相 合金化：合金化： ZnMg的總量約的總量約4.57.6（wt），），Zn/Mg 一般在一般在23.8， （MgZn2中中Zn/Mg5.38）通常加入的微量元素：通常加入的微量元素： Mn 0.20.45，顯著提高，顯著提高SCR，增加淬火敏感性，產(chǎn)生剝落腐蝕。，增加淬火

22、敏感性，產(chǎn)生剝落腐蝕。 Cr 0.3， 顯著提高顯著提高SCR，增加淬火敏感性，產(chǎn)生剝落腐蝕。，增加淬火敏感性，產(chǎn)生剝落腐蝕。 Zr 0.150.3 細(xì)化晶粒，提高可焊性。細(xì)化晶粒，提高可焊性。 Ti 0.2， 細(xì)化晶粒，提高可焊性。細(xì)化晶粒，提高可焊性。 Cu 0.25， 顯著提高顯著提高SCR，降低可焊性。，降低可焊性。該合金不采用自然時效制度，其原因有二：該合金不采用自然時效制度，其原因有二： Al-Zn-Mg系合金系合金GP區(qū)長大速度緩慢，自然時效過程需數(shù)月才能達(dá)區(qū)長大速度緩慢，自然時效過程需數(shù)月才能達(dá) 到穩(wěn)定階段。到穩(wěn)定階段。 與人工時效比較，自然時效的抗應(yīng)力腐蝕能力差。與人工時效比

23、較，自然時效的抗應(yīng)力腐蝕能力差。2、Al-Zn-Mg-Cu系超硬鋁系超硬鋁 四十年代初，人們發(fā)現(xiàn)在四十年代初，人們發(fā)現(xiàn)在Al-Zn-Mg系合金中加入系合金中加入2Cu能改善合金的塑性和抗蝕能力，再加入少能改善合金的塑性和抗蝕能力，再加入少量的量的Cr等微量元素可強(qiáng)烈提高抗應(yīng)力腐蝕性能，等微量元素可強(qiáng)烈提高抗應(yīng)力腐蝕性能， 從此發(fā)展了從此發(fā)展了Al-Zn-Mg-Cu合金，即超硬鋁。合金，即超硬鋁。超硬鋁的相組成：超硬鋁的相組成：在在Al-Zn-Mg系合金中加入系合金中加入 Cu，主要強(qiáng)化仍然是，主要強(qiáng)化仍然是析出序列，但析出序列，但還可能出現(xiàn)還可能出現(xiàn)S相（相（Al2CuMg）析出序列，）析出序

24、列，當(dāng)當(dāng)Cu含量大于含量大于2時，還可能出現(xiàn)時，還可能出現(xiàn)（CuAl2）析出序列。）析出序列。通常認(rèn)為在通常認(rèn)為在125150時效：時效：Al-Zn-Mg-Cu系合金是系合金是在在Al-Zn-Mg合金時效序列合金時效序列（GPT）的基礎(chǔ)上，的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了又出現(xiàn)了Al-Cu-Mg合金的沉淀過程（合金的沉淀過程（GPBSSS） 合金化：合金化：Zn和和Mg主要強(qiáng)化元素主要強(qiáng)化元素 Cu也起強(qiáng)化作用，也起強(qiáng)化作用， 但主要還是提高但主要還是提高SCR，極限溶解度，極限溶解度2 ZnMgCu一般在一般在9.7513.5Mn、Cr、Zr、Ti的含量和作用與的含量和作用與Al-Zn-Mg合金相似合金相

25、似Fe和和Si為雜質(zhì)為雜質(zhì)典型合金典型合金LC4 LC4合金：合金：Al-6Zn-2.3Mg-1.7Cu-0.2Cr-0.4Mn （Fe和和Si分別小于分別小于0.5） 超硬鋁的熱處理：超硬鋁的熱處理： 人工狀態(tài)下使用。人工狀態(tài)下使用。 LC4合金：合金： 470WQ 單級時效（單級時效（T6）：）：12024h, 強(qiáng)度高（強(qiáng)度高（ b 550MPa ）、）、SCC敏感敏感 雙級時效（雙級時效（T74）：）：1203h1603h， 稍過時效，強(qiáng)度降低稍過時效，強(qiáng)度降低10， SCC不敏感不敏感 外的幾國種典型合金外的幾國種典型合金發(fā)展方向：發(fā)展方向：提高提高Zn和和Cu、降低、降低Fe和和Si

26、、以、以Zr代替代替Mn和和Cr 超硬鋁的特點和應(yīng)用：超硬鋁的特點和應(yīng)用： 特點：強(qiáng)度最高；特點：強(qiáng)度最高； 抗蝕性低（有抗蝕性低（有SCC傾向）；傾向）； 焊接性不好；缺口敏感性強(qiáng)；焊接性不好；缺口敏感性強(qiáng)； 耐熱性比硬鋁差。耐熱性比硬鋁差。 應(yīng)用：可生產(chǎn)板材、型材及模鍛件應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)應(yīng)用：可生產(chǎn)板材、型材及模鍛件應(yīng)用于飛機(jī)結(jié) 構(gòu)，如：翼梁、蒙皮、起落架、大梁。構(gòu)，如：翼梁、蒙皮、起落架、大梁。三、鍛鋁三、鍛鋁 Al-Mg-Si及及Al-Mg-Si-Cu系）系）1、Al-Mg-Si合金合金 特點：特點： 突出的特點是有優(yōu)良的熱塑性，適于生產(chǎn)鍛件突出的特點是有優(yōu)良的熱塑性，適于生產(chǎn)鍛件。 另外

27、：另外： 中等強(qiáng)度，良好的耐蝕性和可焊性（沒有中等強(qiáng)度，良好的耐蝕性和可焊性（沒有SCC） 易進(jìn)行陽極氧化著色或上琺瑯（易進(jìn)行陽極氧化著色或上琺瑯（Cu對陽極氧化不利）對陽極氧化不利） 第一個工業(yè)第一個工業(yè)Al-Mg-Si合金是美國合金是美國1923年的專利年的專利 （51S合金，合金，0.6Mg，1Si） 6063合金：合金：0.68Mg，0.4Si， Cu、Cr、Mn、Ti均均1.2）的）的Tc溫度很高（溫度很高（190），），在在150160時效組織是由針狀時效組織是由針狀GP區(qū)或棒狀區(qū)或棒狀相組成，相組成，很少出現(xiàn)很少出現(xiàn)PFZ，也不在位錯形核或沉淀。，也不在位錯形核或沉淀。Al-Mg

28、-Si合金的成分：合金的成分： Mg2Si中中 MgSi1.73，通常，通常 MgSi 2 合金隨合金隨Mg2Si相對量增大，強(qiáng)度升高。相對量增大，強(qiáng)度升高。 Mg過剩會降低過剩會降低Mg2Si在在固溶體中的溶解度固溶體中的溶解度 Si過剩無此作用，一般保持過剩無此作用，一般保持Si含量高于含量高于Mg應(yīng)考慮應(yīng)考慮Si容易與容易與Mn和和Fe形成雜質(zhì)相（形成雜質(zhì)相（FeMnSi）Al6，消耗，消耗Si。 因此，因此，Si含量應(yīng)適當(dāng)提高。含量應(yīng)適當(dāng)提高。 Al-Mg-Si合金有明顯的時效停放效應(yīng)，添加合金有明顯的時效停放效應(yīng)，添加Cu可減輕該效應(yīng)?？蓽p輕該效應(yīng)。 （Mg2Si含量小于含量小于1時

29、無停放效應(yīng)），時無停放效應(yīng)）， 添加添加Cu使使Al-Mg-Si合合 金的室溫強(qiáng)度和耐熱性明顯增加，但塑性和耐蝕性下降。金的室溫強(qiáng)度和耐熱性明顯增加，但塑性和耐蝕性下降。Mn提高提高Al-Mg-Si合金強(qiáng)度、韌性、耐蝕性，合金強(qiáng)度、韌性、耐蝕性，Cr有相同作用。有相同作用。Ti可消除鑄錠中的柱狀晶，并細(xì)化晶粒，改善工藝塑性。可消除鑄錠中的柱狀晶，并細(xì)化晶粒，改善工藝塑性。Al-Mg-Si合金的熱處理：合金的熱處理： 鍛鋁可進(jìn)行自然時效或人工時效，但自然時效速鍛鋁可進(jìn)行自然時效或人工時效，但自然時效速率慢（需率慢（需10天以上），而且強(qiáng)化效果比人工時效天以上），而且強(qiáng)化效果比人工時效差（約差差（

30、約差3050）。）。 鍛鋁一般在人工時效狀態(tài)下使用鍛鋁一般在人工時效狀態(tài)下使用 520530WQ 1501701012h應(yīng)用：應(yīng)用：特點特點 ：中等強(qiáng)度，：中等強(qiáng)度，b 300 MPaMg2Si0.81.2， b300 MPa 如如6061擠壓后重新固溶處理水淬（擠壓后重新固溶處理水淬（T6），），b316 MPa 飛機(jī)發(fā)動機(jī)零件、直升飛機(jī)螺旋槳葉、飛機(jī)發(fā)動機(jī)零件、直升飛機(jī)螺旋槳葉、 形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件。形狀復(fù)雜的鍛件和模鍛件。2、Al-Mg-Si-Cu合金合金Al-Mg-Si-Cu系合金是在系合金是在Al-Mg-Si系基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。系基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。 第一個工業(yè)第一個工業(yè)Al-Mg

31、-Si合金是美國合金是美國1923年的專利（年的專利（51S合金，合金，0.6Mg，1Si），）， 6063：0.68Mg，0.4Si，Cu、Cr、Mn、Ti均均5時，時，相沿晶沉淀形成連續(xù)網(wǎng)（尤其相沿晶沉淀形成連續(xù)網(wǎng)（尤其Mg8），）， 合金變脆，產(chǎn)生合金變脆，產(chǎn)生SCC和剝落腐蝕。和剝落腐蝕。采用形變熱處理解決采用形變熱處理解決高高M(jìn)g合金的缺點：合金的缺點：由由MgO組成的氧化膜不致密，不起保護(hù)作用，組成的氧化膜不致密，不起保護(hù)作用，抗蝕性低、易抗蝕性低、易SCC和剝落腐蝕，和剝落腐蝕，產(chǎn)生鈉脆（不能用鈉鹽作熔煉劑）。產(chǎn)生鈉脆（不能用鈉鹽作熔煉劑）。幾種常用變形鋁合金的主加成分幾種常用變

32、形鋁合金的主加成分五、五、Al-Li合金合金目前的目前的Al-Li合金是指添加合金是指添加23Li的各種鋁合金，除理論研究的各種鋁合金，除理論研究外，都是三元或三元以上的鋁合金。外，都是三元或三元以上的鋁合金。優(yōu)點：優(yōu)點： 密度小密度小 （每加（每加1wtLi合金密度降低合金密度降低3） 彈性模量高，剛度大（每加彈性模量高，剛度大（每加1wtLi合金彈性模量增加合金彈性模量增加6） 淬火時效析出大量淬火時效析出大量（Al3Li）使合金大大強(qiáng)化。）使合金大大強(qiáng)化。缺點：缺點： 材料生產(chǎn)困難材料生產(chǎn)困難， （Li與一般材料都反應(yīng)，價格是一般鋁合金的與一般材料都反應(yīng)，價格是一般鋁合金的23倍），倍）

33、， 斷裂韌性低，斷裂韌性低， 廢料回收難于管理。廢料回收難于管理。淬火時效析出大量淬火時效析出大量（Al3Li）使合金大大強(qiáng)化使合金大大強(qiáng)化 高強(qiáng) 相當(dāng)于2000系和7000系 高的抗疲勞性 比其它鋁合金高 高的耐熱性 比鋁銅合金好 抗蝕性 比7000系好 較好的超塑性Al-Li合金二元相圖合金二元相圖虛線代表亞穩(wěn)溶解度曲線，立方結(jié)構(gòu)，立方結(jié)構(gòu)，LI2有序結(jié)構(gòu)（有序結(jié)構(gòu)（Cu3Au型）型）點陣常數(shù)a=0.4047nm 含含2.5wtLi的的Al-Li-Cu-Mg合金在合金在190時效時效對應(yīng)不同的對應(yīng)不同的Cu、Mg含量時合金得到的沉淀產(chǎn)物含量時合金得到的沉淀產(chǎn)物幾種典型的幾種典型的Al-Li

34、合金合金第三節(jié)第三節(jié) 鑄造鋁合金鑄造鋁合金特點：特點： 比重小，比強(qiáng)度高。比重小，比強(qiáng)度高。 有良好的抗蝕性和鑄造工藝性有良好的抗蝕性和鑄造工藝性 (可進(jìn)行各種成型鑄造可進(jìn)行各種成型鑄造) 熔點低、熔煉工藝和設(shè)備簡單。熔點低、熔煉工藝和設(shè)備簡單。一、分類和牌號一、分類和牌號按按GB 117374 鑄鋁分四大類。鑄鋁分四大類。 AlSi （ZL1XX） Al-Cu （ZL2XX） Al-Mg （ZL3XX） Al-Zn （ZL4XX）美國鑄造鋁合金的分類和牌號美國鑄造鋁合金的分類和牌號 用四位數(shù)字表示，但第三位數(shù)字后有小數(shù)用四位數(shù)字表示，但第三位數(shù)字后有小數(shù)點，點， 第一位數(shù)表示合金系第一位數(shù)表

35、示合金系， 第二和第三位數(shù)表示牌號第二和第三位數(shù)表示牌號， 小數(shù)點后小數(shù)點后0表示鑄件，表示鑄件，1表示鑄錠表示鑄錠， 當(dāng)對原始合金或雜質(zhì)中限修改時，在數(shù)字當(dāng)對原始合金或雜質(zhì)中限修改時，在數(shù)字前按字母順序加前按字母順序加A、B、C、D等（但不包等（但不包括括I、O、Q和和X），）， X表示實驗合金。表示實驗合金。 1xx.x 純度純度 99.00的純鋁的純鋁 2xx.x 以加以加Cu為主為主 3xx.x 以加以加Si為主，還加為主，還加Cu和或和或Mg 4xx.x Si 5xx.x Mg 7xx.x Zn 8xx.x Sn 9xx.x 其他其他 6xx.x 未使用系列未使用系列例如例如: 二、

36、二、Al-Si系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金俗稱俗稱“硅鋁明硅鋁明”，應(yīng)用最廣的一類鑄造鋁合金。，應(yīng)用最廣的一類鑄造鋁合金。特點：特點： 最好的鑄造性能。最好的鑄造性能。 （線收縮小，流動性好，熱裂傾向小）（線收縮小，流動性好，熱裂傾向?。?中等強(qiáng)度、較好的抗蝕性中等強(qiáng)度、較好的抗蝕性 AlSi系合金的共晶點靠近系合金的共晶點靠近Al端。端。 共晶成分共晶成分 Al11.7Si （577）ZL102 （共晶合金）（共晶合金）Si易呈粗大的針狀形態(tài)分布，易呈粗大的針狀形態(tài)分布，強(qiáng)度低（強(qiáng)度低（160Mpa）機(jī)械性能差，熱處理強(qiáng)化效果不大，）機(jī)械性能差，熱處理強(qiáng)化效果不大，一般只進(jìn)行退火，退火制度（一般

37、只進(jìn)行退火，退火制度（300 3h，空冷或隨爐冷），空冷或隨爐冷）共晶組織：共晶組織： 隨過冷度增大，組織變細(xì)，強(qiáng)度高，機(jī)械性能變好。隨過冷度增大，組織變細(xì)，強(qiáng)度高，機(jī)械性能變好。ZL102： 用鐵模生產(chǎn)薄壁件，可得滿意的機(jī)械性能。如果用砂用鐵模生產(chǎn)薄壁件，可得滿意的機(jī)械性能。如果用砂 模或厚壁件，組織粗大，機(jī)械性能不好。模或厚壁件，組織粗大，機(jī)械性能不好。為了提高為了提高Al-Si合金的機(jī)械性能，合金的機(jī)械性能，可采用如下手段：可采用如下手段：變質(zhì)處理：變質(zhì)處理：目的：細(xì)化目的：細(xì)化Si相，改變相，改變Si相形態(tài)相形態(tài) 變質(zhì)劑：變質(zhì)劑：NaSb（銻）（銻）RE（Sr鍶）鍶） (效果越來越好效

38、果越來越好) Sr對改善共晶對改善共晶Si的形態(tài)最有效。的形態(tài)最有效。Al-12Si合金變質(zhì)處理前合金變質(zhì)處理前 400Na變質(zhì)處理后，變質(zhì)處理后， 400強(qiáng)度提高強(qiáng)度提高30時效強(qiáng)化：時效強(qiáng)化：加入合金元素：加入合金元素： Cu、Mg 除起變質(zhì)作用外，還能時效強(qiáng)化。除起變質(zhì)作用外，還能時效強(qiáng)化。加入形成加入形成 （CuAl2），），S（Al2CuMg），）， （Mg2Si）的元素。）的元素。在在Al-Si中加中加Mg形成形成 ，同時加入，同時加入Mg和和Cu形成形成 和和S固溶強(qiáng)化：固溶強(qiáng)化： 加入合金元素加入合金元素例如：例如：加少量加少量Mn，除起固溶處理強(qiáng)化作用外，還能使粗針狀的，除起

39、固溶處理強(qiáng)化作用外，還能使粗針狀的（Fe2Si2Al9）轉(zhuǎn)化為骨骼狀的（）轉(zhuǎn)化為骨骼狀的（AlMnFeSi），減輕雜），減輕雜質(zhì)對合金的有害影響。質(zhì)對合金的有害影響。退火態(tài)使用退火態(tài)使用 ：ZL102 Al-Si 200以下使用以下使用人工時效：人工時效： ZL101 Al-7Si-0.3Mg，200以下使用以下使用 ZL104 Al-9.25Si-0.22Mg0.35Mn 200以下使用以下使用 ZL105 Al-5Si-0.45Mg-1.25Cu 250以下使用以下使用 ZL103 在在ZL105的基礎(chǔ)上提高的基礎(chǔ)上提高Cu，增添，增添Mn ZL108（活塞合金）（活塞合金） 相當(dāng)于在相當(dāng)

40、于在102基礎(chǔ)上加入基礎(chǔ)上加入1.5Cu 0.7Mg 0.6Mn （ZL108需作變質(zhì)處理），需作變質(zhì)處理），550 6h淬火，淬火，205 8h時效時效 ZL109 12Si 1.0Cu 1.2Mg 1.0Ni 相當(dāng)于相當(dāng)于102上加上加1.0Cu 1.2Mg 1.0Ni可熱處理強(qiáng)化可熱處理強(qiáng)化 ZL102 鑄造形狀復(fù)雜，耐蝕，承受負(fù)荷較鑄造形狀復(fù)雜，耐蝕，承受負(fù)荷較低的零件。低的零件。 ZL101 鑄造形狀復(fù)雜，承受中等負(fù)荷的零鑄造形狀復(fù)雜，承受中等負(fù)荷的零件。件。(水泵及傳動裝置殼體、水冷發(fā)動機(jī)氣水泵及傳動裝置殼體、水冷發(fā)動機(jī)氣缸體等缸體等) ZL104 鑄造形狀復(fù)雜，承受高負(fù)荷的零件。鑄造形狀復(fù)雜，承受高負(fù)荷的零件。三、三、AlCu系系含含Cu大于大于4。 主要強(qiáng)化相主要強(qiáng)化相CuAl2。特點：特點： 有最高的室溫和高溫性能（可熱處理強(qiáng)化）有最高的室溫和高溫性能（可熱處理強(qiáng)化） 密度大，鑄造和抗蝕性均較差。密度大，鑄造和抗蝕性均較差。最大的優(yōu)點：耐熱性好最大的優(yōu)點：耐熱性好最大的缺點：耐蝕性差最大的缺點：耐蝕性差 使用與鑄造大負(fù)荷或耐熱鑄件。使用與鑄造大負(fù)荷或耐熱鑄件。 （ 在在