金屬材料學(xué)：第8章 鋁合金

1、金屬材料學(xué)第二篇 有色金屬材料工程材料第 8 章 鋁及鋁合金8.1 鋁的合金化8.1.1 純鋁鋁的特點(diǎn)：密度小，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，僅次于銀和銅。鋁在空氣和水中有較好的耐蝕性，致密的A12O3保護(hù)膜，但鋁不耐酸、堿、鹽的腐蝕。鋁面心立方晶格，無(wú)同素異晶轉(zhuǎn)變，塑性好（A =50%，Z=80%），強(qiáng)度，b=80MPa，冷加工后，b150 MPa250MPa。能加工制成線、板、帶、管等型材，純鋁電線、電纜、散熱器及日用品或配制合金。工業(yè)純鋁的純度在99.798.00%；我國(guó)工業(yè)純鋁的牌號(hào)是以雜質(zhì)的限量來(lái)編制的，如L1，L2，L3.。L是“鋁”字漢語(yǔ)拼音字首，其后所附順序號(hào)越大，其純度越低。8.1.2

2、鋁合金的分類(lèi)在純鋁中加入某些合金元素，如Si，Cu，Mg，Mn等制成鋁合金。提高鋁的力學(xué)性能，承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。鋁合金分為：形變鋁合金鑄造鋁合金成分位于D點(diǎn)以左的合金，加熱時(shí)能形成單相固溶體組織，塑性較好，適于壓力加工，故稱(chēng)為形變鋁合金。形變鋁合金中成分位于F點(diǎn)以左的，其固溶體的成分不隨溫度的變化而變化，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，稱(chēng)為熱處理不能強(qiáng)化的鋁合金；成分位于F與D之間的合金，其固溶體成分隨溫度的變化而改變，可用熱處理來(lái)強(qiáng)化，故稱(chēng)為能熱處理強(qiáng)化的鋁合金。成分位于D點(diǎn)以右的合金，具有低熔點(diǎn)共晶組織，流動(dòng)性好，適于鑄造，稱(chēng)為鑄造鋁合金。形變鋁合金還可按照其主要性能特點(diǎn)分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁

3、及鍛鋁等，鑄造鋁合金可按照其中主要合金元素分為：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn合金等。8.1.3 鋁合金的強(qiáng)化鋁中加入合金元素，如Cu、Mg、Zn、Si、Mn和稀土元素等，主要是通過(guò)以下幾方面起強(qiáng)化作用：（1）鋁合金固溶強(qiáng)化：Al-M都形成有限固溶體，并且都有較大的極限溶解度，能起較大的固溶強(qiáng)化效果,使其屈服強(qiáng)度提高。在鋁合金中最常用的合金元素是Zn、Mg、Cu、Mn、Si等元素。（2）鋁合金時(shí)效強(qiáng)化。無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變鋼經(jīng)淬火后硬度、強(qiáng)度立即提高，塑性則降低。淬火或固溶處理：成分位于F與D之間的鋁合金加熱到單相區(qū)，保溫、淬火后，可在室溫得到過(guò)飽和的固溶體，其強(qiáng)度和硬度并不能立即升

4、高，而塑性卻顯著改善； 淬火后獲得的過(guò)飽和固溶體是不穩(wěn)定的，有析出第二相（強(qiáng)化相）的趨勢(shì)，在室溫下放置-段時(shí)間或低溫加熱，原子有能力在晶格中移動(dòng)，逐漸向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，使強(qiáng)度、硬度明顯升高，塑性則降低。固溶處理后的合金隨時(shí)間延續(xù)而發(fā)生進(jìn)一步強(qiáng)化的現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效強(qiáng)化或時(shí)效硬化。在室溫下所進(jìn)行的時(shí)效稱(chēng)為自然時(shí)效，在加熱的條件下所進(jìn)行的時(shí)效稱(chēng)為人工時(shí)效。*（3）鋁合金細(xì)化強(qiáng)化 ：添加微量合金元素細(xì)化組織。細(xì)化組織 細(xì)化鋁合金固溶體基體、過(guò)剩相組織。鑄造鋁合金加入微量元素（變質(zhì)劑）進(jìn)行變質(zhì)處理，強(qiáng)度和塑性。變質(zhì)處理 不能熱處理強(qiáng)化、強(qiáng)化效果不大的鑄造鋁合金和變形鋁合金。鋁硅鑄造合金中 加入微量鈉或鈉鹽做變

5、質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化組織，可以顯著提高塑性和強(qiáng)度。*（4）鋁合金過(guò)剩相強(qiáng)化 ：鋁合金中含有的合金元素超過(guò)其極限固溶度，淬火加熱時(shí)便有一部分不能溶入固溶體中而成為第二相，即過(guò)剩相。鋁合金中的過(guò)剩相多為硬脆的金屬間化合物，和鋼鐵材料中的第二相一樣，會(huì)阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高強(qiáng)度和硬度，降低塑性和韌性。二元Al-Si鑄造合金的主要強(qiáng)化手段過(guò)剩相強(qiáng)化。隨著合金中Si含量的增加，過(guò)剩相（Si晶體）的量增多，強(qiáng)度和硬度提高，但當(dāng)其中的硅含量超過(guò)共晶成分時(shí)，由于過(guò)剩相過(guò)多，強(qiáng)度和塑性的急劇下降。因此二元鋁硅鑄造合金的硅含量不宜過(guò)多。（5）加工硬化：強(qiáng)度的增加往往會(huì)降低延性和成形性，然而應(yīng)該指出的是某些合金（如

6、3004：Al-Mn）冷加工后具有比退火后更好的沖壓性能，因此這種合金可用于制造薄壁飲料罐。加工硬化廣泛用于不可熱處理強(qiáng)化的合金中。8.1.4 鋁合金的時(shí)效處理鋁合金時(shí)效處理：在一定的條件下使沉淀強(qiáng)化相從淬火得到的過(guò)飽和固溶體中析出，以獲得滿(mǎn)意的強(qiáng)化效果。鋁合金過(guò)飽和固溶體的分解過(guò)程。 一、時(shí)效硬化序列以4% Cu-A1合金為例 ，該合金在室溫時(shí)的平衡組織為。（CuA12），加熱到固溶線以上，第二相完全溶入固溶體中，淬火后獲得銅在鋁中的過(guò)飽和固溶體。4% Cu-Al合金時(shí)效的基本過(guò)程可以概括為：過(guò)飽和固溶體形成銅原子富集區(qū)（GP區(qū)）銅原子富集區(qū)有序化形成相形成過(guò)渡相析出穩(wěn)定相（CuA12）平衡

7、的固溶體。（1）GP(I)區(qū) 。孕育期銅原子在鋁100晶面上偏聚，形成銅原子富集區(qū)，稱(chēng)為GP區(qū)。其晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型仍與基體相同，并與基體保持共格關(guān)系。 GP區(qū)中銅原子的濃度較高，引起點(diǎn)陣的嚴(yán)重畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因而合金的強(qiáng)度、硬度提高。（2）相。在GP區(qū)的基礎(chǔ)上銅原子進(jìn)一步偏聚，GP區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，并有序化形成有序的富銅區(qū)，稱(chēng)為相。相基體共格關(guān)系，比GP區(qū)周?chē)幕兏?，?duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙進(jìn)一步增大，因此時(shí)效強(qiáng)化作用更大。的析出，進(jìn)一步加重了相的晶格畸變，使合金強(qiáng)度進(jìn)一步提高，達(dá)到最大強(qiáng)化的階段。（3）相：隨著時(shí)效過(guò)程的進(jìn)一步發(fā)展，銅原子繼續(xù)偏聚，當(dāng)銅與鋁原子之比為1: 2時(shí)，形成過(guò)渡相。由于相的點(diǎn)

8、陣常數(shù)發(fā)生較大的變化，故當(dāng)其形成時(shí)與基體共格關(guān)系開(kāi)始破壞，即由完全共格局部共格，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用亦就減小，合金的硬度。（4）相。時(shí)效后期，過(guò)渡相從鋁基固溶體中完全脫溶，形成與基體有明顯相界面的獨(dú)立的穩(wěn)定相CuA12-相，此時(shí)。相與基體的共格關(guān)系完全破壞，共格畸變也隨之消失，并隨時(shí)效溫度的提高或時(shí)間的延長(zhǎng)，相的質(zhì)點(diǎn)聚集長(zhǎng)大，合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步降低。二、影響時(shí)效的因素淬火后性能相成分、合金原始組織及淬火狀態(tài)組織特征、淬火條件、預(yù)先熱處理等一系列因素（1）合金成分 ：組成合金的元素能否溶于固溶體以及時(shí)效析出相的情況。Al-Fe、Al-Ni系合金不能進(jìn)行時(shí)效處理。某些合金元素形成結(jié)構(gòu)與成分復(fù)雜

9、的化合物（第二相），如CuA12，Mg2Si，A12CuMg，Mg2Zn等，在時(shí)效析出過(guò)程中形成的GP區(qū)的結(jié)構(gòu)就比較復(fù)雜，與基體共格關(guān)系引起的畸變亦較嚴(yán)重。因此，合金的時(shí)效強(qiáng)化效果就較為顯著。（2）固溶處理（淬火）工藝。在不發(fā)生過(guò)熱、過(guò)燒的條件下，淬火加熱溫度高些，保溫時(shí)間長(zhǎng)些比較好，有利于獲得最大過(guò)飽和度的均勻固溶體。淬火冷卻時(shí)要保證淬火過(guò)程中不析出第二相。（3）時(shí)效溫度 。合金的時(shí)效過(guò)程固態(tài)相變過(guò)程，析出相的形核與長(zhǎng)大溶質(zhì)原子擴(kuò)散；時(shí)效溫度析出相的臨界晶核大小、數(shù)量、分布以及聚集長(zhǎng)大的速度不同不同的時(shí)效強(qiáng)化曲線，各種不同合金都有最適宜的時(shí)效溫度。8.2 鑄造鋁合金鑄造鋁合金：一定的使用性能

10、 相當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性：足夠量的共晶型元素（Al-Si） ， 強(qiáng)化元素（固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化） 成分處于共晶點(diǎn)的合金具有最佳鑄造性能，但此時(shí)合金組織中出現(xiàn)大量硬脆相，使脆性急劇增大。因此，鑄造鋁合金雖具有低熔點(diǎn)共晶組織，實(shí)際使用鑄造鋁合金的成分都不在共晶點(diǎn)，只是合金元素含量高于變形鋁合金。鑄造鋁合金種類(lèi)：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn；鑄造鋁合金：制作質(zhì)輕、耐蝕、形狀復(fù)雜及有一定力學(xué)性能的零件 鋁合金活塞、儀表外殼、水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)缸件、曲軸箱 8.2.1 鑄造鋁合金的牌號(hào)、種類(lèi)及化學(xué)成分鑄造鋁合金牌號(hào)：（1）用化學(xué)元素及數(shù)字表示：ZAlSi7Mg ZAl：鑄造鋁合金，Si7含硅量7%，M

11、g含鎂量1%。（2）用合金代號(hào)表示 ： 鑄造鋁合金的牌號(hào)用“鑄鋁”二字的漢語(yǔ)拼音第1個(gè)大寫(xiě)字母“ZL”加三位數(shù)字表示，第-位數(shù)表示合金系別：1為鋁硅系合金，2為鋁銅系合金，3為鋁鎂系合金，4為鋁鋅系合金。第二、三位數(shù)表示合金的順序號(hào)。例如，ZL102表示2號(hào)鋁硅系鑄造鋁，ZL111表示11號(hào)鋁硅系鑄造鋁合金，其余以此類(lèi)推。我國(guó)鑄造鋁合金的標(biāo)示系統(tǒng)如圖8-7所示。鑄造鋁合金共分成四個(gè)系列：（1）A1-Si合金系：該系合金又稱(chēng)為“硅鋁明”，Si：422% 。Al-Si合金具有優(yōu)良的鑄造性能，經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理和熱處理之后，具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性能和中等的切削加工性能，是鑄造鋁合金中品種最

12、多、用途最廣的合金系。（2）Al-Cu合金系。銅含量為311%，加入其它元素使室溫和高溫力學(xué)性能大幅度提高；ZL205 A - T6合金：（b）為490MPa，是目前世界上強(qiáng)度最大的鑄造鋁合金之一，ZL206，ZL207，ZL208合金具有很高的耐熱性能。 具有良好的切削加工和焊接性能，但鑄造性能和耐腐蝕性能較差。這類(lèi)合金在航空工業(yè)上應(yīng)用較多。、（3）Al-Mg合金系。鎂：411% ，密度小，具有較高的力學(xué)性能，優(yōu)異的耐腐蝕性能，良好的可切削加工性能，加工表面光亮美觀。-Mg5Al8 熔煉和鑄造工藝較復(fù)雜，除用作耐蝕合金外，也用作裝飾用合金。（4）Al -Zn合金系：鋅在鋁中的溶解度大 ，當(dāng)鋁

13、中加入鋅大于10時(shí)，能顯著提高合金的強(qiáng)度，該類(lèi)合金自然時(shí)效傾向大，不需要熱處理就能得到較高的強(qiáng)度。 耐腐蝕性能差，密度大，鑄造時(shí)容易產(chǎn)生熱裂，主要用作壓鑄儀表殼體類(lèi)零件。8.2.2 鋁-硅鑄造合金鋁硅合金是應(yīng)用最廣的鑄造鋁合金，約占鑄造鋁合金總產(chǎn)量的50以上。該合金具有足夠的強(qiáng)度，鑄造性能好（流動(dòng)性好，鑄造收縮率小，線膨脹系數(shù)?。?，密度小，并有相當(dāng)好的抗蝕性和耐熱性，適于制造致密度要求不高，形狀復(fù)雜的零件，如泵體、電動(dòng)機(jī)殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸頭、活塞以及汽車(chē)、飛機(jī)、儀器上的零件，也可制造日用品。在簡(jiǎn)單的二元鋁-硅合金中加入某些強(qiáng)化元素后組成的多元Al-Si合金稱(chēng)為特殊Al-Si合金。 一、普通Al

14、-Si鑄造合金二元Al-Si合金（ZL102）硅含量11-13%的合金。鑄造后的組織為粗大的針狀Si與鋁基固溶體組成的共晶體和少量的板塊狀初晶Si。由于組織中粗大針狀共晶硅的存在，合金力學(xué)性能不高，抗拉強(qiáng)度b不超過(guò)140MPa，伸長(zhǎng)率小于3%。變質(zhì)處理：若澆注前在熔融合金液體中加入23的變質(zhì)劑，進(jìn)行變質(zhì)處理，則可以細(xì)化組織。 常用的變質(zhì)劑：2/3 NaF + 1/3 NaCl或25% NaF +62% NaCl + 13% KC1混合物，經(jīng)攪拌均勻后澆入鑄型。變質(zhì)處理后，由于共晶點(diǎn)移向右下方，ZL102合金處于亞共晶相區(qū)，故合金中的初晶硅消失，而粗大的針狀共晶硅細(xì)化成細(xì)小條狀或點(diǎn)狀，并在組織中

15、出現(xiàn)初晶固溶體。 經(jīng)變質(zhì)處理后的ZL102合金的抗拉強(qiáng)度，b達(dá)180MPa，伸長(zhǎng)率可達(dá)8%。該類(lèi)合金主要被用于制造承受低負(fù)荷形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，如各種儀表殼體、汽車(chē)機(jī)匣、牙科設(shè)備、活塞等。 Al-Si合金變質(zhì)處理后，可以提高力學(xué)性能。但由于硅在鋁中的固溶度變化不大，且Si在Al中的擴(kuò)散速度很快，極易從固溶體中析出，并聚集長(zhǎng)大，時(shí)效處理時(shí)不能起強(qiáng)化作用，故簡(jiǎn)單鋁-硅合金的強(qiáng)度不高。為了進(jìn)一步提高鋁-硅合金的力學(xué)性能，常加入Cu，Mg等合金元素，形成時(shí)效強(qiáng)化相，并通過(guò)熱處理強(qiáng)化，進(jìn)一步提高力學(xué)性能，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，獲得了-系列的特殊鋁-硅合金。二、含鎂的特殊鋁-硅合金 Al-Si加入鎂Mg2Si

16、相，它在固溶體中的固溶度隨溫度降低而顯著減小，鎂在固溶處理時(shí)能全部溶入固溶體，經(jīng)時(shí)效處理能產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化效果。但鎂的加入量過(guò)高時(shí)，固溶處理后尚有一部分未溶解的過(guò)剩相Mg2Si存在，使合金變脆。常用的特殊鋁硅合金有：ZL104，ZL101等。ZL104：+(+Si）二元共晶體+固溶體中析出的Mg2Si相。熱處理后的抗拉強(qiáng)度為240MN/m2，伸長(zhǎng)率為3.6%。ZL104合金具有極好的氣密性、流動(dòng)性，強(qiáng)度高，耐腐蝕性能、焊接性能和切削加工性能良好，但耐熱強(qiáng)度低，易產(chǎn)生細(xì)小的氣孔，鑄造工藝較復(fù)雜。因此ZL104目前主要被用于制造承受高負(fù)荷的大尺寸的砂型和金屬型鑄件，如傳動(dòng)機(jī)匣、汽缸體、汽缸蓋閥門(mén)、帶

17、輪等零件。ZL101合金：具有較好的氣密性、流動(dòng)性和抗熱裂性能，有中等的力學(xué)性能、焊接性能和耐腐蝕性能，成分簡(jiǎn)單，容易鑄造，適合于各種鑄造方法。目前，ZL101合金已被用于承受中等負(fù)荷的復(fù)雜零件，如飛機(jī)零件、儀器、儀表殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、汽車(chē)及船舶零件、汽缸體、泵體、剎車(chē)鼓等。此外，以ZL101合金為基礎(chǔ)嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，并通過(guò)改進(jìn)鑄造技術(shù)而得到的具有更高的力學(xué)性能的ZL101 A合金，目前也已被用于鑄造各種殼體零件、飛機(jī)的泵體、汽車(chē)變速箱、燃油箱的彎管、飛機(jī)配件及其它承受載荷的零件。三、含Cu的特殊Al-Si合金Al-Si合金+Cu ( CuA12）強(qiáng)化相，通過(guò)熱處理能進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度。常用

18、的含銅鋁-硅合金有ZL107合金，其室溫組織為+（+Si），生產(chǎn)出現(xiàn)非平衡的（ + Si + CuAl2）三元共晶。ZL107經(jīng)熱處理后抗拉強(qiáng)度達(dá)260MN/m2，伸長(zhǎng)率為3%。ZL107合金適用于砂型鑄造和金屬型鑄造，具有很好的氣密性、流動(dòng)性和抗熱裂性能，以及好的力學(xué)性能和切削加工性能，主要被用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱、鋼琴用板片和框架、油蓋、汽缸頭及打字機(jī)框架等零件的生產(chǎn)。四、含Cu、Mg的特殊鋁-硅合金Al-Si合金+Cu +Mg，其組織中除Mg2Si，CuAl2等相外，還有Al2CuMg、AlxCu4 Mg5Si4等強(qiáng)化相。常用的合金有ZL103、ZL105、ZL110等合金。ZL105合

19、金的力學(xué)性能高，鑄造性能和焊接性能令人滿(mǎn)意，切削加工性能和耐熱強(qiáng)度比ZL104合金好，但塑性低，腐蝕穩(wěn)定性不高，適合于各種鑄造方法。目前，該類(lèi)合金主要被用于生產(chǎn)承受大負(fù)荷的飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)砂型和金屬型鑄造零件，如傳動(dòng)機(jī)匣、汽缸體、液壓泵殼體和儀器零件，也可做軸承支座和其它機(jī)器零件。此外，在ZL105合金基礎(chǔ)上降低鐵等雜質(zhì)含量發(fā)展起來(lái)的ZL105 A合金，由于具有更高的強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率，目前也已被制造用于承受大負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)鑄件，例如，飛機(jī)的曲軸箱、閥門(mén)殼體、葉輪、冷卻水套、罩子、軸承支座及發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器的其它零件。ZL110合金具有中等的力學(xué)性能和好的耐熱性能，適用于砂型和金屬型鑄造，合金密度大，線脹系

20、數(shù)大，用于制造內(nèi)燃機(jī)活塞、油嘴、油泵等零件。但需要注意的是，由于合金熱膨脹系數(shù)大，當(dāng)用于制造活塞時(shí)有可能會(huì)產(chǎn)生“冷敲熱拉”現(xiàn)象。8.2.3 Al-Cu鑄造合金：ZL20* 最大特點(diǎn)耐熱性高，是所有鑄造鋁合金中耐熱性最高的一類(lèi)合金。其高溫強(qiáng)度隨銅含量的增加而提高，而合金的鑄縮率和形成裂紋的傾向則減小。但銅含量增加，使合金的脆性增加，故鑄造鋁合金的銅含量一般不超過(guò)14%。最大缺點(diǎn)耐蝕性差，且隨銅含量的增加耐蝕性降低。 Al-4%5 Cu合金熱處理強(qiáng)化效果最好，具有高的強(qiáng)度和塑性，但鑄造性能較差。ZL203合金具有較好的高溫強(qiáng)度，良好的焊接性能和切削加工性能，但是鑄造性能和抗腐蝕性能不好，適用于砂型

21、鑄造，制造形狀比較簡(jiǎn)單、強(qiáng)度要求較高的鑄件，如用作曲軸箱、后軸殼體及飛機(jī)和卡車(chē)的某些零件。 Al-8-10%Cu中等銅含量合金熱處理強(qiáng)化效果較差、鑄造性能較好，ZL202合金適宜砂型和金屬型鑄造形狀復(fù)雜的大型鑄件（如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、活塞等零件）。具有較好的高溫強(qiáng)度、高的硬度和好的耐磨性，還具有較好的抗熱裂性能、流動(dòng)性和氣密性，但耐腐蝕性能較差，主要制作汽車(chē)活塞、儀表零件、軸瓦、軸承蓋和汽缸頭等。8.2.4 Al-Mg鑄造合金-ZL30*Al-Mg鑄造性能：合金密度小、耐蝕性好、強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度可達(dá)350MN/m2，有良好的耐蝕性。結(jié)晶溫度范圍寬流動(dòng)性 ，易形成疏松結(jié)構(gòu)，鑄造性能不如Al-Si合金

22、好，且熔化澆鑄過(guò)程中易形成氧化夾渣，使鑄造工藝復(fù)雜。由于合金熔點(diǎn)較低，熱強(qiáng)度較低，工作溫度不超過(guò)200。力學(xué)性能：Al-Mg鑄造合金有ZL301、ZL302合金。ZL301合金由+Mg5Al8相所組成。由于鋁鎂合金時(shí)效處理過(guò)程不經(jīng)歷GP區(qū)階段，形核困難，直接析出Mg5Al8相，時(shí)效強(qiáng)化 效果較差，抗蝕性和塑性 ，因此ZL301合金常以淬火狀態(tài)使用。ZL301合金經(jīng)固溶處理后抗拉強(qiáng)度達(dá)350MN/m2，伸長(zhǎng)率達(dá)10%。ZL301合金高的強(qiáng)度，很好的伸長(zhǎng)率，極好的切削加工性能和抗腐蝕性能，焊接性好，抗震。缺點(diǎn)是有顯微疏松傾向，鑄造困難。目前，Z1301合金用于制造承受高負(fù)荷、沖擊載荷、振動(dòng)載荷和耐

23、海水或大氣腐蝕，外形較簡(jiǎn)單，工作溫度在150以下的重要零件和接頭，如艦船配件、氨用泵體等。8.2.5 鋁鋅鑄造合金: ZL40*鋅在鋁中的溶解度很大，極限溶解度為32%。10Zn以上顯著提高合金的強(qiáng)度，故Al-Zn鑄造合金強(qiáng)度 ，經(jīng)濟(jì)性 ，抗蝕性，熱裂傾向，鑄造時(shí)容易產(chǎn)生熱裂。所以該類(lèi)合金目前主要用于制造壓鑄儀表殼體類(lèi)零件。常用的Al-Zn鑄造合金ZL401和ZL402合金。ZL401合金：Al-Zn-6.0%8.0%Si，又稱(chēng)含鋅特殊鋁硅合金。在合金中加入適量的錳、鐵和鎂，可以顯著提高合金的耐熱性能。主要用于制作工作溫度不超過(guò)200，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的汽車(chē)、拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件，飛機(jī)零件，醫(yī)療機(jī)械及

24、形狀復(fù)雜的儀器元件，也可用于制造日用品。ZL402合金的鑄造性能中等，流動(dòng)性好，有中等的氣密性和抗熱裂性，切削加工性能良好，鑄態(tài)下力學(xué)性能和沖擊韌度較高，但密度大，熔煉工藝復(fù)雜，主要用于農(nóng)業(yè)設(shè)備、機(jī)床工具、船舶鑄件、無(wú)線電裝置、氧氣調(diào)節(jié)器、旋轉(zhuǎn)輪和空氣壓縮機(jī)活塞等。三、8.3 變形鋁合金加熱時(shí)能形成單相固溶體組織，塑性較好，適于壓力加工。制造沖壓件、鍛件等，如鉚釘、焊接油箱、管道、容器、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、飛機(jī)大梁及起落架、內(nèi)燃機(jī)活塞等。世界上絕大部分國(guó)家通常按以下三種方法進(jìn)行分類(lèi)：（1）按合金狀態(tài)圖及熱處理特點(diǎn)：可熱處理強(qiáng)化鋁合金、不可熱處理強(qiáng)化（2）按合金性能和用途： 工業(yè)純鋁、切削鋁合金、耐熱鋁

25、合金、低強(qiáng)度鋁合金、中強(qiáng)度鋁合金、高強(qiáng)度鋁合金（硬鋁）、超高強(qiáng)度鋁合金（超硬鋁）、鍛造鋁合金等。三、（3）按合金中所含主要元素成分： 工業(yè)純鋁（1系）， Al-Cu合金（2）， Al-Mn合金（3系）， Al-Si合金 （4）， Al-Mg合金 （5系）， Al-Mg-Si合金（6系）， Al-Zn-Mg-Cu合金（7）， Al-Li合金 （8系） 備用合金組 （9系）。 這三種分類(lèi)方法各有特點(diǎn)，有時(shí)相互交叉、相互補(bǔ)充。在工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)國(guó)家按第三種方法，即按合金中所含主要元素成分的4位數(shù)碼法分類(lèi)。這種分類(lèi)方法能較本質(zhì)地反映合金的基本性能，也便于編碼、記憶和計(jì)算機(jī)管理。我國(guó)目前也采用4位數(shù)碼

26、法分類(lèi) 8.3.1 變形鋁合金牌號(hào)及表示方法根據(jù)GB/T 16474-1996 變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法，-化學(xué)成分與國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)協(xié)議組織（簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)組織）命名的變形鋁合金相同的所有合金，其牌號(hào)直接采用國(guó)際四位字符體系牌號(hào)，未與國(guó)際四位字符體系牌號(hào)接軌的，采用四位數(shù)字牌號(hào)（但試驗(yàn)鋁合金在四位字符牌號(hào)前加X(jué)）命名，并按要求注冊(cè)化學(xué)成分。四位字符體系牌號(hào)的第1、3、4位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第2位為英文大寫(xiě)字母（C，I，L，N，O，P，Q，Z字母除外），牌號(hào)的第-位數(shù)字表示鋁及鋁合金的組別。2A01舊稱(chēng)：LY1 2A12-（Al-Cu3.8-4.9%） 第1位數(shù)字：鋁合金組別按主要合金元素來(lái)確定，

27、除改型合金外，主要合金元素指極限含量算術(shù)平均值為最大的合金元素。當(dāng)有一個(gè)以上的合金元素極限含量算術(shù)平均值同為最大時(shí)，應(yīng)按Cu，Mn，Si，Mg，Zn、其它元素的順序來(lái)確定合金組別。第2位字母： 原始純鋁或鋁合金的改型情況，A表示原始合金，其它字母表示原始合金的改型合金，最后兩位數(shù)字沒(méi)有特殊意義，用以標(biāo)認(rèn)同-組中不同的鋁合金或表示鋁的純度。我國(guó)的變形鋁合金表示方法與國(guó)際上較通用的方法基本-致。2A01 舊稱(chēng)：LY1 2A12-（Al-Cu3.8-4.9%）.8.3.2 1 系合金1 系列材料：加工性、耐蝕性、表面處理性能好，強(qiáng)度小，不適合用作結(jié)構(gòu)材料，但在強(qiáng)度要求不高的家庭用品、日用品及電器上使

28、用較多。該系材料純鋁中含的不純物有Fe，Si，隨著不純物的減少，耐蝕性能提升，經(jīng)過(guò)陽(yáng)極處理后表面會(huì)變得光亮，因此常使用于化學(xué)、食品、工業(yè)用桶槽、裝飾品、名牌和反射板等；若改變Fe，Si量、Fe/Si比例或A1-Fe和Al-Fe-Si的析出狀態(tài)，可改變強(qiáng)度、加工性及耐蝕性，所以控制Fe，Si元素含量與比例非常重要。該系材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，如1060，1070可做配電用及散熱用材料。常用1 x x x系鋁合金的典型用途如表8-11所列。 .8.3.3 2系合金2系合金屬AlCuMg系的可熱處理強(qiáng)化的加工鋁合金，Cu與Mg是其中的主要合金元素，還含有少量的Mn，Cr，Zr等元素。該系列材料的強(qiáng)度可

29、與鋼相抗衡，由于它含有較多的銅，耐蝕性較差，若要置于容易腐蝕的場(chǎng)合，需另外做防蝕處理。在飛機(jī)材料上，該類(lèi)材料會(huì)與純鋁壓延在一起達(dá)到防蝕目的，該系列合金的焊接性能較差，在結(jié)合時(shí)，主要是用鉚接、螺栓接合、電阻焊接。其切削性良好，特別是添加Pb， Bi后的2011是一種快速切削合金，常用來(lái)制造機(jī)械零件。合金的Cu 210%，其中含46% Cu的合金具有高強(qiáng)度。銅提高合金的強(qiáng)度與硬度，而使其伸長(zhǎng)率略有下降。 合金中另外一個(gè)主要元素 Mg。鎂不但提高A1-Cu合金自然時(shí)效后的力學(xué)性能，而且對(duì)人工時(shí)效后強(qiáng)度性能的提高尤為顯著，伸長(zhǎng)率有較大降低。對(duì)于鎂含量低的A1-4%（質(zhì)量）Cu-0.5%（質(zhì)量）Mg合金

30、，雜質(zhì)鐵及硅的含量一定要搭配好，以免形成Cu2FeAl，而不形成a，降低熱處理效果。如果鐵與硅形成。，對(duì)合金性能的影響就很小。硅也能與鎂形成少量的強(qiáng)化相Mg2Si，對(duì)時(shí)效強(qiáng)化過(guò)程有影響。銀對(duì)合金的時(shí)效過(guò)程有相當(dāng)大的影響，能提高其強(qiáng)度性能。鎳改善該系合金的高溫性能。2系合金通常都含有少量的錳。當(dāng)Mn和Mg都增加時(shí)，合金的強(qiáng)度增加，但伸長(zhǎng)率卻有所下降。因此，2系合金的錳含量小于等于1.0%。鉆、鉻、鋁在合金中的作用與錳的相似，其效果比錳的小，同時(shí)它們的價(jià)格也比錳的高。2系合金中的錳、鈦、鉻等還有提高合金的再結(jié)晶溫度、細(xì)化晶粒與改善合金可焊性能的作用。少量銦（0.05% -0.2%）對(duì)合金的沉淀硬化

31、有明顯影響，與錫的作用相似，能降低自然時(shí)效速度，加速人工時(shí)效速度。-8.3.4 3 系合金 3系鋁合金主要添加元素為Mn，3003是該系列合金的代表鋁中添加錳后并不會(huì)減少純鋁的加工性、耐蝕性，而會(huì)增加它的強(qiáng)度，大多應(yīng)用于建材容器及汽車(chē)配管，3004比3003多添加1左右的鎂，強(qiáng)度更高，用于鋁罐罐身、電燈泡座等。 3系合金屬：熱處理不可強(qiáng)化的鋁合金。Mn在鋁錠中是一種不可避免的元素，錳在鋁中的最大溶解度為1.82%，錳和鋁可以形成金屬間化合物MnAl6，錳既能提高合金的力學(xué)性能又不使合金的抗蝕性下降。鋁-錳合金在半連續(xù)鑄造時(shí)有發(fā)生晶內(nèi)偏析的傾向，錳能提高合金的再結(jié)晶溫度。向鋁錳合金中添加少量銅，

32、對(duì)合金的抗蝕性提高有利，可由點(diǎn)腐蝕變成均勻腐蝕。錳還可減少含鐵相的脆化作用，即可使針狀或片狀的含鐵化合物變成脆性較低的塊狀化合物。 在3系合金中錳可單獨(dú)加入，也可與鎂一同加入。應(yīng)嚴(yán)格控制3003及3004合金的鐵、錳總量，應(yīng)分別低于約2.0和1.6%，以免鑄造時(shí)形成粗大的（FeMn) Al6化合物。-8.3.5 4 系合金4系合金屬Al-Si系合金。4032添加了Si，抑制合金的熱膨脹，改善其耐磨性，如再添加一些Cu，Sn，Ni，Mg等會(huì)改善它的耐熱性，用作鍛造活塞材料使用。4032合金：12.2% Si，1.0% Mg，0.9% Cu，0.9% Ni，用于加工鍛件與鍛坯，供制造活塞及在高溫下

33、工作的其它零件。鎳在鋁中的固溶度小于0.04%，若大于0.04%，則多與鐵形成不溶于鋁的金屬間化合物。鎳能提高Al-Si合金的高溫強(qiáng)度與硬度，而又不降低其線膨脹系數(shù)。用于軋制釬焊板的變形鋁合金的硅含量較高。例如，4043合金，其硅含量約為5.2%，熔解溫度低，用于制造焊條，供焊接除鎂含量高的合金以外的其它變形鋁合金與鑄造鋁合金。此外，這種合金因它的硅粒子分散，在陽(yáng)極氧化處理后顏色呈灰黑色狀，可用于制造裝飾件。*8.3.6 5系合金Mg5系合金中的主要合金元素，鋁中的最大固溶度 17.4%*，但在工業(yè)常用的5系合金中，鎂的含量一般不超過(guò)5.5%。 金屬熱處理不可強(qiáng)化的鋁合金，雖然鎂在鋁中的固溶度隨著溫度的降低而迅速減小，但由于沉淀相形核困難，晶核少，沉淀相尺寸大，所以合金的時(shí)效效果差。鎂優(yōu)先呈陽(yáng)極相Mg， Al，或Mg， A1，在晶界沉淀，從而使合金有產(chǎn)生晶間裂紋及應(yīng)力腐蝕的傾向。鎂能顯著提高鋁的