鋁及鋁合金 上課講解

1、 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 課前復(fù)習(xí)題 1、金屬材料通常可分為幾類？ 答:通常將金屬材料分為有色金屬和黑色金 屬兩大類。黑色金屬是指鐵、錳、鉻及 其合金；除此之外的所有金屬都稱為有 色金屬。 2、與黑色金屬相比，有色金屬有何特點(diǎn)？ 答：比密度小、比強(qiáng)度高，在空間技術(shù)、 原子能、計(jì)算機(jī)等新型工業(yè)部門應(yīng)用廣 泛。 本課內(nèi)容 ?1、工業(yè)純鋁的特性、用途及分類； ?2、鋁合金的分類； ?3、鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化； ?4、變形鋁合金； ?5、鑄造鋁合金。 工業(yè)純鋁的特性 ?密度較小，約為2.7g/cm 3 ；面心立方晶格 （FCC）；無同素異晶轉(zhuǎn)變； ?導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀、金、銅。 ?極強(qiáng)的抗大氣腐蝕能力

2、，在空氣中鋁的表面生 成致密的氧化膜，保護(hù)了內(nèi)部金屬不被腐蝕 鈍化現(xiàn)象。但鋁不能耐酸、堿、鹽的腐蝕； ?非磁性、無火花材料； ?強(qiáng)度低，塑性好，比強(qiáng)度高；可通過冷變動(dòng)強(qiáng) 化提高強(qiáng)度、硬度； 工業(yè)純鋁應(yīng)用實(shí)例 工業(yè)純鋁的分類及牌號 ?分類：工業(yè)純鋁分純鋁(99%wAL99.85)和高純鋁 (wAL99.85%)兩類。純鋁又分為鑄造純鋁和變形鋁兩 種。 ?牌號：鑄造純鋁的牌號由“Z” 和鋁的化學(xué)元素符號及 表明鋁含量的數(shù)字組成，如ZAl99.5表示wAl=99.5%的 鑄造純鋁；變形鋁的牌號用四位字符體系的方法命名， 即用1表示，牌號的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百 分含量100后小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字，第二

3、位的字母表示 原始純鋁的改型情況，如為A，表示原始純鋁，若為其 它字母，則表示為原始純鋁的改型。如變形鋁1A30表 示wAl=99.30%的原始純鋁。 鋁合金的分類 ?用于制作鋁合金的合金元素 大致分為主加元素（硅、銅、 鎂、鋅、錳等）和輔加元素 （鉻、鈦、鋯等）。鋁與主 加元素的二元相圖一般都具 有右圖所示形式，根據(jù)該相 圖上最大溶解度D點(diǎn)，把鋁合 金分為變形鋁合金和鑄造鋁 合金。 ?變形鋁合金：成分在D點(diǎn)以 左的合金，加熱到固溶線以 上時(shí)，可得到單相固溶體， 塑性好，宜于進(jìn)行壓力加工， 稱為變形鋁合金。 鋁合金的分類 ?變形鋁合金又分為兩類：成分在F 點(diǎn)以左的合金，固溶體成分不隨溫 度而變

4、，屬熱處理不可強(qiáng)化合金； 成分在DF點(diǎn)之間的合金，固溶體 成分隨溫度而變，屬熱處理可強(qiáng)化 鋁合金。 鑄造鋁合金 ?成分在D點(diǎn)以右的合金，由于有 共晶組織存在，適于鑄造，稱為 鑄造鋁合金。鑄造鋁合金中有成 分隨溫度變化的固溶體，也能用 熱處理強(qiáng)化。但距D點(diǎn)越遠(yuǎn)，強(qiáng) 化效果愈不明顯。 鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化 ?固溶處理：將成分位于DF點(diǎn)之間的合金，加熱到 相區(qū)，經(jīng)保溫獲得單相 固溶體后迅速水冷，可在室 溫下獲得過飽和的 固溶體，這種處理方式稱為固溶 處理。 ?時(shí)效強(qiáng)化：固溶處理后得到的組織是不穩(wěn)定的，有分 解出強(qiáng)化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。在室溫下放置或 低溫加熱時(shí)，強(qiáng)度和硬度會明顯升高。這種現(xiàn)象稱為 時(shí)

5、效強(qiáng)化。在室溫下進(jìn)行的稱自然時(shí)效；在加熱條件 下進(jìn)行的稱人工時(shí)效。 ?時(shí)效條件： 合金能在高溫形成均勻的固溶體，并且固 溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨溫度的降低而顯著降低。 含4%Cu的Al-Cu合金的自然時(shí)效曲線 硬度 時(shí)間 ?4%Cu的Al-Cu合金，加熱到550并保溫一段 時(shí)間后, 在水中快冷時(shí), 相(CuAl 2)來不及析出, 合金獲得過飽和的 固溶體組織, 其強(qiáng)度為 b250MPa。 ?若在室溫下放置, 隨著時(shí)間的延續(xù), 強(qiáng)度將逐漸 提高, 經(jīng)45天后, b可達(dá)400MPa。 回 歸 ?自然時(shí)效后的鋁合金, 在230250短時(shí) 間(幾秒至幾分鐘)加熱后, 快速水冷至室 溫時(shí), 可以重新變軟

6、。如再在室溫下放置, 則又能發(fā)生正常的自然時(shí)效。這種現(xiàn)象 稱為回歸。 ?一切能時(shí)效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。 ?自然時(shí)效后的鋁合金在反復(fù)回歸處理和 再時(shí)效時(shí)強(qiáng)度有所降低。時(shí)效后的鋁合 金可在回歸處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行各種 冷變形。利用這種現(xiàn)象，可隨時(shí)進(jìn)行飛 機(jī)的鉚接和修理等。 變形鋁合金的牌號 ?四位字符，第一、三、四位為數(shù)字，第 二位為字母“A” ?第一位數(shù)字表示主要合金元素： 2 3 4 5 6 7 Cu Mn Si Mg Mg2Si Zn 例如：5A50表示以鎂為主要合金元素的變 形鋁合金。 變形鋁合金 變形鋁合金包括： 防銹鋁合金 硬鋁合金 硬鋁合金 鍛鋁合金 防銹鋁合金 ?防銹鋁合金中主

7、要合金元素是錳和鎂。錳提高 抗蝕能力，并起固溶強(qiáng)化作用。鎂固溶強(qiáng)化， 同時(shí)降低比重。 ? 防銹鋁合金鍛造退火后是單相固溶體，抗蝕 性能高，塑性好。不能進(jìn)行時(shí)效硬化，屬于不 可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，但可冷變形，利用加 工硬化提高強(qiáng)度。 （5A50, 3A21） ?應(yīng)用：航空工業(yè)，承受焊接的零件，耐蝕郵箱 防銹鋁的應(yīng)用 硬鋁合金 ?硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金, 另含有少量 錳（1增加耐蝕性；2固溶強(qiáng)化）。它們 可以進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，屬于可熱處理強(qiáng)化 的鋁合金 。（2A01,2A11,2A12） ?耐蝕性差，需包覆一層薄的純鋁 ?應(yīng)用：飛機(jī)螺旋槳，葉片，支架等 硬鋁的應(yīng)用 超硬鋁合金 ?超硬鋁合金為

8、Al-Mg-Zn-Cu系合金, 含有少量的 鉻和錳。牌號有7A04等。鋅、銅、鎂與鋁形成 固溶體和多種復(fù)雜的第二相 (例如MgZn 2、 Al2CuMg、AlMgZnCu等)，合金經(jīng)固溶處理和 人工時(shí)效后，可獲得很高的強(qiáng)度和硬度，是強(qiáng) 度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較 差，高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。 超硬鋁 ?超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例 如飛機(jī)大梁、起落架等。 鍛鋁合金 ?鍛鋁合金為Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu- Mg-Ni-Fe系合金。牌號有6A02、 2A50等。合金的元素種類多但用量 少，有良好的熱塑性、鑄造性能和 鍛造性能，并有較高的機(jī)械性能。 ?

9、這類合金主要用于承受重載荷的鍛 件和模鍛件，通常要進(jìn)行固溶處理 和人工時(shí)效。 鑄造鋁合金 ?鑄造鋁合金主要有： 鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系及鋁鋅系四種，以 鋁硅系應(yīng)用最廣泛。 ? 代號用“ZL” 加三位數(shù)字表示，第一位數(shù)表示合金類 別（1為鋁硅系，2為鋁銅系，3為鋁鎂系，4為 鋁鋅系），第二、三位數(shù)字為合金序號。例如ZL102 表示2號鋁硅系鑄造鋁合金。 ? 牌號由Z和鋁的化學(xué)元素符號、主要合金元素符號及 合金元素名義百分含量的100倍的數(shù)字組成。 鋁硅系合金 變質(zhì)處理 ?僅含硅元素的鋁硅合金（如ZL102）通常稱硅鋁明。鑄 造后幾乎全部得到共晶體組織( +Si), 具有優(yōu)良的鑄造 性能(熔點(diǎn)低、

10、流動(dòng)性好、收縮小)。 ? 在一般情況下，ZL102的共晶體由粗針狀硅晶體和 固溶體構(gòu)成, 強(qiáng)度和塑性都較差。 澆鑄前向合金液中加 入占合金重量2%3%的變質(zhì)劑(常用鈉鹽混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以細(xì)化合金組織, 顯著提高合金的強(qiáng) 度及塑性。這種處理方法即是變質(zhì)處理。 ZL102的鑄態(tài)顯微組織 變質(zhì)前顯微組織 ?變質(zhì)后顯微組織 硅鋁明的性能與應(yīng)用 ?硅鋁明的主要缺點(diǎn)是鑄件致密程度低，強(qiáng)度較低，且 不能熱處理強(qiáng)化。為了提高鋁硅合金的強(qiáng)度可加入鎂、 銅以形成強(qiáng)化相Mg2Si、CuAl2、CuMgAl2等。這樣的合 金在變質(zhì)處理后進(jìn)行淬火時(shí)效，以提高強(qiáng)度，如ZL105、 ZL108等合金。 ?ZL102鑄造性能很好，