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鋁合金基本知識（一）一、鋁合金的分類及組織特點(diǎn)鋁合金的分類及性能特點(diǎn)表1 鋁合金分類分類合金名稱合金系性能特點(diǎn)示例鑄造鋁合金簡單鋁硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL102特殊鋁硅合金Al-Si-Mg鑄造性良好，能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高ZL101AAl-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109鋁銅鑄造合金Al-Cu耐熱性能好，鑄造性能與抗蝕性能差ZL201鋁鎂鑄造合金Al- Mg力學(xué)性能高，抗蝕性好ZL301鋁鋅鑄造合金Al- Zn能自動淬火，宜于壓鑄ZL401鋁稀土鑄造合金Al-Re耐熱性好變形鋁合金不能熱處理強(qiáng)化鋁合金防銹鋁Al- Mn抗蝕性、壓力加工性與焊接性能好，但強(qiáng)度低3A21Al- Mg5A05能熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁Al- Mg-Cu力學(xué)性能高2A11,2A12超硬鋁Al- Mg-Cu-Zn室溫強(qiáng)度最高7A04,7A09鍛鋁Al-Si-Mg-Cu鍛造性能好耐熱性能好2A14,2A50Al- Mg-Cu-Fe-Ni2A70,2A80二、鋁合金的強(qiáng)化方法1固溶強(qiáng)化在純鋁中加入合金元素（Si Cu Mg Zn Mn Ni等），形成鋁基固溶體，從而提高鋁合金的力學(xué)性能。2時效強(qiáng)化合金元素在鋁中的固溶度隨溫度的降低而減少，通過加熱到一定溫度、保溫、淬火而得到過飽和的鋁基固溶體，過飽和的鋁基固溶體在室溫下放置一段時間，或加熱到某一溫度，其強(qiáng)度、硬度隨時間的延長而增高，塑性、韌性降低。在室溫下放置產(chǎn)生時效的現(xiàn)象叫自然時效。加熱產(chǎn)生時效的現(xiàn)象叫人工時效。3過剩相強(qiáng)化合金元素超過其極限溶解度時，這些合金元素與鋁或元素間形成硬而脆的金屬間化合物，在合金中起阻礙滑移和位錯運(yùn)動的作用，使強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性降低。4變質(zhì)處理加入微量元素（鈦、鋯、鈹、鍶、稀土等），在合金結(jié)晶時，作為晶核，起細(xì)化晶粒作用，提高合金的強(qiáng)度和塑性。在鋁合金液中加入微量鈉或鈉鹽作為變質(zhì)劑，進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化晶?？梢燥@著提高其強(qiáng)度和塑性。5冷作硬化金屬材料在再結(jié)晶溫度以下變形，變形后材料即被強(qiáng)化，強(qiáng)化的程度隨變形程度、變形溫度及材料的性質(zhì)而不同。同種材料，在同一溫度下冷變形時，其變形程度越大，則強(qiáng)度越高。這是不能熱處理的防銹鋁合金和純鋁的強(qiáng)化方法。三、鑄造鋁合金1鑄造鋁合金牌號 在牌號的最前面用“Z”表示鑄造，其后用化學(xué)元素符號及數(shù)字表示。例如：ZAlSi7Mg表示該平均含硅量為7%,平均含鎂量為1%的鑄造鎂合金。 用合金代號表示。合金代號由字母“Z”，“L”（它們分別是“鑄”、“鋁”的漢語拼音第一個字母）及其后的三位數(shù)字組成。ZL后面的第一位數(shù)字表示合金系列，1表示鋁硅合金；2表示鋁銅合金；3表示鋁鎂合金；4表示鋁鋅合金。其后的兩位數(shù)字是表示該組合金的順序。若為優(yōu)質(zhì)合金則在數(shù)字后加“A”，例如：ZL101A是鋁硅合金，相當(dāng)于ZAlSi7MgA。2合金鑄造方法和變質(zhì)處理代號S砂型鑄造J金屬型鑄造R熔模鑄造K殼型鑄造B變質(zhì)處理3鑄造鋁合金狀態(tài)代號F鑄態(tài)T1人工時效T2退火T4固溶處理加自然時效T5固溶處理加不完全人工時效T6固溶處理加完全人工時效T7固溶處理加穩(wěn)定化處理T8固溶處理加軟化處理4壓鑄用鋁合金表2 壓鑄用鋁合金之成分ALCOAJIS化學(xué)成分%Si硅Cu銅Mg鎂Zn鋅Fe鐵Mn錳Ni鎳Sn錫ALA13ADC111-13 0.1 0.3 0.5 1.3 0.3 0.5 0.1余量A360ACD391.0 0.60.40.6 0.5 1.3 0.3 0.5 0.1余量360ADC48.51.0 0.60.4-0.6 0.5 1.0 0.3 0.5 0.1余量218ADC58.51.0 0.24-0.85 0.1 1.8 0.3 0.5 0.1余量214ADC6 1.0 0.122.54 0.4 0.80.40.5 0.1 0.1余量43ADC74.59.5 0.6 0.3 0.5 1.3 0.3 0.5 0.1余量85ADC84.57.52.04.85 0.3 1.0 1.3 0.3 0.5 0.3余量85ADC94.57.52.04.0 0.3 1.0 2.0 0.5 0.5 0.3余量A380ADC107.59.52.84.0 0.3 1.0 1.3 0.5 0.5 0.3余量384ADC1210.5121.53.5 0.3 1.0 1.3 0.5 0.5 0.3余量A3566.57.5 0.10.250.45 0.0.1 0.2 0.1Ti 0.010.080.2表3 壓鑄鋁合金之機(jī)械性能合金代號合金狀態(tài)機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度bMPa（不小于）伸長率5%（不小于）A13ADC1壓鑄熱處理2893.1A360ACD3壓鑄熱處理318.53.5360ADC4壓鑄熱處理3243.0218ADC5壓鑄熱處理308.75214ADC6-43ADC7-85ADC8-85ADC9-A380ADC10壓鑄熱處理318.52.5384ADC12壓鑄熱處理328.32.5A356T62953.0表4 壓鑄鋁合金之特性及用途合金代號特性用途A13鑄造性能極佳，適用于中強(qiáng)度復(fù)雜鑄件。薄而復(fù)雜鑄件A360鑄件機(jī)械性能ADC12，表面光澤好于ADC12、ADC13汽車門鉸鏈等218耐蝕性為壓鑄合金中最佳者，伸長率、沖擊值高。航空機(jī)制動及接頭，船舶用接頭及用具托架43ADC6展延性佳，需要錨合之零件使用之，鑄造性、耐壓性及熔接性均優(yōu)。海上用具、管接頭、建筑用具、廚房用品、膠制品鑄型ADC7A380機(jī)械加工性極佳，表面加工效果好。廣泛使用之384鑄造性佳期，機(jī)械性能與切削性能優(yōu)良?；钊л?、空冷缸頭等。四、變形鋁合金1變形鋁合金牌號1XXX工業(yè)純鋁（Al 99.00%）2XXXAl-Cu系合金3XXXAl-Mn系合金4XXXAl-Si系合金5XXXAl-Mg系合金6XXXAl-Si-Mg系合金7XXXAl-Zn系合金8XXX其他元素合金9XXX備用系在1XXX系列中，第二位數(shù)字表示對雜質(zhì)范圍的修改，若為零則表示雜質(zhì)范圍為生產(chǎn)中的正常范圍；最后兩位數(shù)字表示最低含鋁量中小數(shù)點(diǎn)右邊的兩位數(shù)字。例如：1350含鋁量大于99.50%,有三種雜質(zhì)應(yīng)受到控制，即(V+Ti)0.02%，B0.05%，Ca0.03%。 在2XXX8XXX合金系列中，第二位數(shù)字表示對合金的修改次數(shù)，若為零則表示為原始合金；最后兩位數(shù)字只用來區(qū)別該系列合金中不同牌號的鋁合金。2變形鋁合金狀態(tài)代號F經(jīng)過正常加工工序后所獲得的產(chǎn)品狀態(tài)。H應(yīng)變硬化（加工硬化）狀態(tài)。O退火狀態(tài)。T熱處理狀態(tài)3常用變形鋁合金熱處理狀態(tài)代號T1熱加工后自然時效；T2熱加工冷卻后進(jìn)行冷加工后自然時效；T3固溶熱處理后進(jìn)行冷加工，然后自然時效；T4固溶熱處理和自然時效后到穩(wěn)定狀態(tài)；T5熱加工后人工時效；T6固溶熱處理后人工時效；T651固溶熱處理后人工時效，經(jīng)消除應(yīng)力處理。4自行車用變形鋁合金的化學(xué)成份及力學(xué)性能表5 力學(xué)性能鋁合金牌號及狀態(tài)拉伸強(qiáng)度(25C MPa)屈服強(qiáng)度(25C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率1.6mm(1/16in)厚度6061-T65131027695127005-T53350305117075-T65157250315011表6 化學(xué)成份合金牌號硅Si鐵Fe銅Cu錳Mn鎂Mg鋯Zr鉻Cr鋅Zn鈦Ti60610.40.80.70.15-0.40.150.8-1.20.040.350.250.1570050.350.40.050.10.20.71.01.80.080.200.060.24.05.00.010.06707523.60.51.2-2.00.32.1-2.90.18-0.285.1-6.10.2五、鋁合金的熱處理規(guī)范1鋁合金熱處理特點(diǎn)1）含碳量較高的鋼，淬火后立即獲得很高的硬度，而塑性很低。鋁合金的熱處理則不同，鋁合金淬火后，其強(qiáng)度與硬度并不立即升高，塑性不但沒有下降反而上升。不過這種淬火后的鋁合金，放置一段時間（46晝夜），其強(qiáng)度和硬度會顯著提高，而塑性則明顯降低。淬火后鋁合金的強(qiáng)度、硬度隨時間的增長而顯著提高的現(xiàn)象，稱為時效。在常溫下進(jìn)行的這種現(xiàn)象稱自然時效，在高于室溫的某一溫度（100200）下，保溫一定時間而產(chǎn)生的時效作用，稱人工時效。2）某些鋁合金，如Al-Mg-Si系合金，在室溫停留后再進(jìn)行人工時效，合金的強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)不到最大值，而塑性則有所上升。如ZL101A(A356.2)鑄造合金，淬火后在室溫停留一天后再人工時效，強(qiáng)度極限較淬火后立即時效的要低1020MPa，但塑性要比立即進(jìn)行時效的鋁合金有所提高。又例如7A04超硬鋁合金，淬火后停留248小時后，再人工時效，b和0.2約降低1535MPa。為避免強(qiáng)度損失，淬火后所有鋁合金均應(yīng)在2小時內(nèi)進(jìn)行人工時效。對6061材料，淬火后必須立即人工時效。3）二元鋁-硅、鋁-錳、鋁-鎂和鋁-鋅合金，因?yàn)槠涔倘芏容^小，或與鋁生成的化合物的結(jié)構(gòu)與基體差別不大，強(qiáng)化效果甚微，一般不采用時效強(qiáng)化處理。鋁-銅、三元及多元鋁合金，因在熱處理過程中有溶解度變化和固態(tài)相變，則可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。4）為獲得良好的時效強(qiáng)化效果，在不發(fā)生過熱、過燒和晶粒長大的條件下，淬火的加熱溫度高些、保溫時間長些有利于獲得最大過飽和度的均勻固溶體。5）每種鋁合金均有其相應(yīng)的時效溫度，過高或過低都會影響其時效強(qiáng)化的效果。6）經(jīng)淬火、自然時效后的鋁合金重新加熱到200250，然后快冷到室溫，則合金強(qiáng)度下降，重新變軟，性能恢復(fù)到剛淬火狀態(tài)；如在室溫下放置，則與新淬火的合金一樣，仍能進(jìn)行正常的自然時效，這種現(xiàn)象稱為鋁合金的回歸現(xiàn)象。2變形鋁合金的熱處理變形鋁合金的主要熱處理方式有退火、淬火、時效和回歸四大類型。1）退火鑄錠的均勻化退火：消除鑄錠內(nèi)的組織及成分的不均勻現(xiàn)象及殘余應(yīng)力，以利于其后的冷、熱加工。按合金的牌號不同，退火溫度在440620之間，退火保溫時間為424小時。完全退火：對于非熱處理強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化的鍛造鋁合金，可通過完全退火來獲得最軟、延展性最好和最易加工的狀態(tài)。消除應(yīng)力退火：對于冷加工后的鍛造合金，為了克服應(yīng)變硬化的影響，常在345下進(jìn)行去應(yīng)力退火。2）變形鋁合金的淬火（鋁合金固溶熱處理）淬火的目的：將固溶熱處理時獲得的固溶體以快速的冷卻方式獲得亞穩(wěn)定的過飽和的固溶體，以便在其后的時效處理時獲得高的強(qiáng)度和足夠的韌性。淬火加熱溫度：淬火加熱時，為了使合金中的強(qiáng)化相能充分溶入固溶體中，以及使固溶體的成分均勻，從而在其后的時效處理后得到高的力學(xué)性能，希望加熱溫度在不產(chǎn)生過熱的情況下盡可能高。固溶熱處理時鋁合金的加熱溫度范圍很窄，要求其熱處理爐的溫度誤差在5以內(nèi)。保溫時間：與加熱方式及加熱的溫度高低、合金成分、工件形狀及尺寸、裝爐量等因素有關(guān)。（可查表或按經(jīng)驗(yàn)）。淬冷延時：工件從加熱爐到淬冷介質(zhì)轉(zhuǎn)移，必須在最短時間內(nèi)完成。以免因空冷而降低強(qiáng)化效果。小件不應(yīng)超過10秒，大件和大批量零件不超過15秒。淬冷速度：淬火加熱后必須快速冷卻，否則會降低固溶體的過飽和度，而降低時效強(qiáng)化的效果。常用水作冷卻介質(zhì)，水溫約403）變形鋁合金的時效時效的基本參數(shù)是加熱溫度與保溫時間。加熱速度與冷卻速度的影響較小，一般不予考慮。自行車常用的變形鋁合金的熱處理規(guī)范見表7表7合金固溶溫度()淬火介質(zhì)時效溫度()時效時間(h)硬度(HBS)6061（LD30）525530室溫水170175689512070054505/2.5h空冷160513h韋氏15187A03(LC3)4705室溫水雙級100516553/31503鑄造鋁合金熱處理1）鋁鑄件的淬火溫度與保溫時間：由于鋁鑄件的形狀復(fù)雜、偏析嚴(yán)重、晶粒粗大，通常其淬火加熱溫度要高一些，保溫時間要長一些。2）淬火介質(zhì)：為了減小變形和防止開裂，尺寸較