鋁及鋁合金-全

1、1825年年由丹麥化學(xué)家由丹麥化學(xué)家奧斯德奧斯德發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)。1827年德國化學(xué)家武勒重復(fù)了年德國化學(xué)家武勒重復(fù)了奧斯德的實驗，并不斷改進(jìn)制取鋁的方法。奧斯德的實驗，并不斷改進(jìn)制取鋁的方法。1854年德國化學(xué)家年德國化學(xué)家德維爾用鈉代替鉀還原氯化鋁，制得鋁錠。德維爾用鈉代替鉀還原氯化鋁，制得鋁錠。地殼中含量地殼中含量7%以上，在全部化學(xué)元素中含量占第三位以上，在全部化學(xué)元素中含量占第三位(僅次于氧僅次于氧和硅和硅)，在全部金屬元素中占第一位。，在全部金屬元素中占第一位。鋁呈銀白色，密度鋁呈銀白色，密度2.702g/cm3，熔點，熔點660.37，沸點，沸點2467。鋁熱法：用鋁從其它氧化物中置換

2、金屬。如：鋁熱法：用鋁從其它氧化物中置換金屬。如： 8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe+795千卡千卡。鋁以化合態(tài)存在于各種巖石或礦石里，如長石、云母、高嶺土、鋁以化合態(tài)存在于各種巖石或礦石里，如長石、云母、高嶺土、鋁土礦、明礬。鋁土礦、明礬。純鋁大量用于電纜純鋁大量用于電纜、日用器皿；其合金質(zhì)輕而堅韌，是制造飛機(jī)、日用器皿；其合金質(zhì)輕而堅韌，是制造飛機(jī)、火箭、汽車的結(jié)構(gòu)材料?；鸺⑵嚨慕Y(jié)構(gòu)材料。1.2.1 純鋁的特性純鋁的特性鋁鋁：原子序數(shù)為原子序數(shù)為13，原子量為，原子量為26.98，面心立方結(jié)構(gòu)，熔點，面心立方結(jié)構(gòu)，熔點660，密度密度2.702 ，晶格常數(shù)，晶格常數(shù)4.05，

3、原子直徑，原子直徑2.86 ，標(biāo)準(zhǔn)電極電位，標(biāo)準(zhǔn)電極電位1.67V高的耐大氣腐蝕性高的耐大氣腐蝕性：鋁在大氣中極易和氧作用生成一層牢固致密的氧化鋁在大氣中極易和氧作用生成一層牢固致密的氧化膜，厚度約為膜，厚度約為50100 ，可防止鋁繼續(xù)氧化；即使在熔融狀態(tài)，仍然能維，可防止鋁繼續(xù)氧化；即使在熔融狀態(tài)，仍然能維持氧化膜的保護(hù)作用。因此，鋁在大氣環(huán)境中是抗蝕的。持氧化膜的保護(hù)作用。因此，鋁在大氣環(huán)境中是抗蝕的。Al2O3膜具有酸、膜具有酸、堿兩重性，因此，純鋁除在氧化性的濃硝酸堿兩重性，因此，純鋁除在氧化性的濃硝酸(8098)中有極高的穩(wěn)定性外中有極高的穩(wěn)定性外(優(yōu)于優(yōu)于NiCr系不銹鋼系不銹鋼

4、)，在硫酸、鹽酸、堿、鹽和海水中均不穩(wěn)定。，在硫酸、鹽酸、堿、鹽和海水中均不穩(wěn)定。良好的低溫性能、無低溫脆性良好的低溫性能、無低溫脆性：在攝氏零度以下隨著溫度的降低，其在攝氏零度以下隨著溫度的降低，其強(qiáng)度和塑性提高。強(qiáng)度和塑性提高。高的導(dǎo)電性高的導(dǎo)電性：位于銀、銅位于銀、銅、金、金之后之后。高的導(dǎo)熱性高的導(dǎo)熱性：熱交換器。熱交換器。無磁性無磁性：沖擊不產(chǎn)生火花，用于制作如儀表材料、電氣設(shè)備的屏蔽材料，沖擊不產(chǎn)生火花，用于制作如儀表材料、電氣設(shè)備的屏蔽材料，易燃、易爆物的生產(chǎn)器材等。易燃、易爆物的生產(chǎn)器材等。低強(qiáng)度、高塑性低強(qiáng)度、高塑性：強(qiáng)度為強(qiáng)度為 80MPa130MPa， 延伸率延伸率305

5、0 % ，鋁箔，鋁箔。1.2.2 1.2.2 鋁中雜質(zhì)鋁中雜質(zhì) 主要雜質(zhì)為主要雜質(zhì)為Fe和和Si，其次有，其次有Cu、Zn、Mn、Ni、Ti等。等。 Fe、Si含量含量及及相對比例相對比例(鐵硅比鐵硅比)對純鋁性能有很大影響。對純鋁性能有很大影響。 共晶溫度時的極限溶解度，鐵共晶溫度時的極限溶解度，鐵0.052 、硅、硅1.65，并隨溫度下降而急劇減，并隨溫度下降而急劇減小。鋁中存在很少的鐵或硅時就出現(xiàn)小。鋁中存在很少的鐵或硅時就出現(xiàn)FeAl3或或(Si)，它們性質(zhì)硬脆，使純鋁塑性，它們性質(zhì)硬脆，使純鋁塑性變差，尤其針狀的變差，尤其針狀的FeAl3影響更甚。影響更甚。 Fe、Si共存時，出現(xiàn)共

6、存時，出現(xiàn)FeAl3和和(Si)相、相、(Fe3SiAll2)及及(Fe2Si2Al9) 。WFeWSi，富，富Fe化合物化合物(Fe3SiAl12)。WSiWFe，富，富Si p(Fe2Si2)，骨骼狀，骨骼狀(Fe3SiAll2)，枝條狀，枝條狀(Fe3SiAll2)，粗針狀，粗針狀(Fe2Si2Al9)。這些相又硬又脆，使鋁的塑性急劇下降，后者尤為嚴(yán)重。這些相又硬又脆，使鋁的塑性急劇下降，后者尤為嚴(yán)重。 硅含量控制要求更嚴(yán)格，硅含量控制要求更嚴(yán)格，F(xiàn)e：Si23。鋁中鐵硅比不當(dāng)時，會引起純鋁。鋁中鐵硅比不當(dāng)時，會引起純鋁鑄錠產(chǎn)生裂紋。鑄錠產(chǎn)生裂紋。W(Fe+Si)小于小于0.65時，時，

7、 WFeWSi以減少鑄錠開裂傾向。以減少鑄錠開裂傾向。W(Fe+Si)大于大于0.65時，共晶數(shù)量增加，熱裂紋易被共晶液體充填而愈合。所以時，共晶數(shù)量增加，熱裂紋易被共晶液體充填而愈合。所以鐵硅比的影響減小。鐵硅比的影響減小。 FeAl3、相的電位比鋁高，破壞了純鋁表面氧化膜的連續(xù)性，因而降低相的電位比鋁高，破壞了純鋁表面氧化膜的連續(xù)性，因而降低了純鋁的耐蝕性，同時也降低了純鋁的導(dǎo)電性。了純鋁的耐蝕性，同時也降低了純鋁的導(dǎo)電性。 1.2.3 純鋁的牌號純鋁的牌號舊標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)LG1、LG2、LG3、LG4、LG5L2、L3、L4、L6、L4-1、L5-18A06： Al ：余量、Si

8、 0.55、Cu 0.10、 Mg0.10、 Zn0.10、 Mn0.10、 Fe： 0.000 0.500、Fe Si： 0.000 1.500 注：單個:0.05;合計:0.15 高純鋁：高純鋁： 99.999工業(yè)高純鋁：工業(yè)高純鋁： 99.9599.996工業(yè)純鋁：工業(yè)純鋁： 99.0099.85高純鋁高純鋁牌號牌號 Al含量含量% Si Fe Cu Pb Zn Ga Ti Cd Ag In 總量總量Al-05 99.999 2.8 2.8 2.8 0.5 1.0 0.5 1.0 0.2 0.2 0.2 10.0 (ppm) Al-055 99.9995 Si+Fe+Cu+Zn+Ti+G

9、a 5.0(ppm) 工業(yè)高純鋁工業(yè)高純鋁 牌牌 號號 Al含量含量% Fe Si Cu Zn Ti 其它雜質(zhì)每種其它雜質(zhì)每種 總和總和Al99.996 99.996 0.0010 0.0010 0.0015 0.001 0.001 0.001 0.004Al99.993 99.993 0.0015 0.0013 0.0030 0.001 0.001 0.001 0.007Al99.99 99.99 0.0030 0.0030 0.0050 0.002 0.002 0.001 0.04Al99.95 99.95 0.02 0.02 0.01 0.005 0.002 0.005 0.05工業(yè)純鋁

10、工業(yè)純鋁 牌號牌號 Al含量含量% Fe Si Cu Ga Mg 其它每種其它每種 總和總和Al99.85 99.85 0.12 0.08 0.005 0.030 0.030 0.015 0.15Al99.80 99.80 0.15 0.10 0.01 0.03 0.03 0.02 0.20Al99.70 99.70 0.20 0.13 0.01 0.03 0.03 0.03 0.30Al99.60 99.60 0.25 0.18 0.01 0.03 0.03 0.03 0.40Al99.50 99.50 0.30 0.25 0.02 0.03 0.05 0.03 0.50Al99.00 99

11、.00 0.50 0.45 0.02 0.05 0.05 0.05 1.001.2.4 純鋁的應(yīng)用純鋁的應(yīng)用高純鋁主要用于高純鋁主要用于電子工業(yè)以及其它一些特殊用途。電子工業(yè)以及其它一些特殊用途。日常生活用品用日常生活用品用1050A(L3)1050A(L3)制造。大部分純鋁用于熔制鋁合金，有制造。大部分純鋁用于熔制鋁合金，有些純度不高的鋁有時也用來加工成各種半成品。些純度不高的鋁有時也用來加工成各種半成品。超高純鋁超高純鋁： 5N5-6N的超高純鋁（每種雜質(zhì)的最大含量0.4ppm） 比原鋁更好的導(dǎo)電性、延展性、反射性和抗腐蝕性，在電子工業(yè)及航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的用途。半導(dǎo)體制造業(yè)用濺射靶材

12、半導(dǎo)體制造業(yè)用濺射靶材：制造芯片時，等離子態(tài)鋁沉積于硅片上形成一層薄而均勻、缺陷極少的鋁膜，隨后在膜上涂一層感光性樹脂，經(jīng)曝光腐蝕掉無用的部位(未感光的樹脂) ，而保留的極窄的鋁條便是所需的導(dǎo)電體。 集成電路配線集成電路配線：超高純鋁中的痕量雜質(zhì)鈾與釷是越少越好，因為它們是放射性元素，在不斷釋放粒子，造成集成電路出現(xiàn)故障，使程序失誤與混亂。 超高純鋁5N2 U+Th5ppb（wt%）、超高純鋁5N5 U+Th1ppb（wt%）超導(dǎo)電纜穩(wěn)定化材料超導(dǎo)電纜穩(wěn)定化材料 ：5N2及5N5靶材應(yīng)用于平板顯示器用濺射靶材。電氣電子材料電氣電子材料 ：5N2超純鋁用于制造光電子存儲媒體，如CD、CD-ROM

13、 、CD-RW、數(shù)據(jù)盤或微型盤、DVD銀盤等。在銀盤中用5N超純鋁濺射膜作為光反射層。pm part per thousand 千分之一千分之一；ppm part per million 百萬分之一百萬分之一；ppb part per billion 10億分之一億分之一 ； ppt part per trillion 萬億分之一萬億分之一2.2.1 鋁合金的牌號鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用分類與應(yīng)用形變鋁合金形變鋁合金：不能熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金不能熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金：相圖中相圖中F點以左的部分，組織為單點以左的部分，組織為單相固溶體，且其溶解度不隨溫度而相固溶體，且其溶解度不隨溫度而變化，

14、無法進(jìn)行熱處理強(qiáng)化；變化，無法進(jìn)行熱處理強(qiáng)化；可熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金可熱處理強(qiáng)化的形變鋁合金：相圖中相圖中F和和D之間的形變鋁合金，固之間的形變鋁合金，固溶體的溶解度隨著溫度而顯著變化，溶體的溶解度隨著溫度而顯著變化，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化?？蛇M(jìn)行熱處理強(qiáng)化。鑄造鋁合金鑄造鋁合金：相圖中相圖中D點以右的部分，有共晶鋁點以右的部分，有共晶鋁合金、亞共晶鋁合金和過共晶鋁合合金、亞共晶鋁合金和過共晶鋁合金之分。金之分。按鋁合金所處相圖的位置分類按鋁合金所處相圖的位置分類：鋁合金鋁合金: : 形變鋁合金、鑄造鋁合金形變鋁合金、鑄造鋁合金純鋁中加入適量其它元素如純鋁中加入適量其它元素如Si、Cu、Mg、Zn

15、等即為等即為鋁合金鋁合金2.2.1 鋁合金的牌號鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用分類與應(yīng)用舊標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)新新標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)按按鋁鋁合合金金加加入入合合金金元元素素種種類類分分類類：按加入合金元素后鋁合按加入合金元素后鋁合金的性能特點分類金的性能特點分類：新舊牌號對照2.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用防銹鋁合金：5A02、5A03、5A05、5B05、5A06、 5A12、 5B06、5A13、5A33、5A43、3A21、5083 LF2、 LF3、 LF5、 LF10、LF6、 LF12、 LF14、LF13、LF33、LF43、LF21、LF5-12.2.1 鋁合金的牌號、分類與

16、應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用5A02 5A02 飛機(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件飛機(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件 5A03 5A03 中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可代替中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可代替5A02 5A02 5A05 5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架 5A06 5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件 5A12 5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，防彈甲板焊接結(jié)構(gòu)件，防彈甲板3A21 3A21 飛機(jī)油箱、油路導(dǎo)管、鉚釘線材等；建筑材料與食品等工

17、業(yè)裝備等飛機(jī)油箱、油路導(dǎo)管、鉚釘線材等；建筑材料與食品等工業(yè)裝備等 2A12： 3.84.9%Cu、 1.21.8%Mg、 0.40.8%Mn：480MPa、10%（固溶（固溶+時效）時效）硬鋁合金硬鋁合金2A01、2A02、2A04、2B11、 2B12、 2A10、2A11、 2A12、 2A06、2A16、2A17 LY1、 LY2、 LY4、 LY8、 LY9、 LY10、LY11、LY12、 LY6、 LY16、LY172.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用硬鋁合金硬鋁合金2.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用超硬鋁合金超硬鋁合金7A03、

18、7A04、7A09、7A10、7003 LC3、 LC4、 LC9、 LC10、LC127A04： 5.07.0 %Zn 、1.42.0%Cu、 1.82.8%Mg、 0.20.6%Mn 600MPa、9%2.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鍛造鋁合金鍛造鋁合金6A02、 6B02、 6070、 2A50、2B50、2A70、2A80、2A90、2A14、4A11、6061、 6063LD2、 LD2-1、LD2-2、LD5、LD6、 LD7、 LD8、 LD9、LD10、LD11、LD30、LD312.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鍛造鋁合金

19、鍛造鋁合金2.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用合金合金類別類別代號代號主主 要要 化化 學(xué)學(xué) 成成 分分, %熱處理熱處理機(jī)械性能機(jī)械性能CuMgMn其它其它bMPa %HB防銹防銹鋁鋁4.55.50.30.6退火退火27018703A211.01.61702330硬鋁硬鋁2A012.23.00.20.5固溶處固溶處理理+自然時自然時效效30024702A113.84.80.40.80.40.8420181002A123.84.91.21.80.30.948011131超硬超硬鋁鋁7A041.42.01.82.80.20.6Zn 5.07.0固溶處固溶處理理+人工時人工

20、時效效600121507A062.22.82.53.20.2.5Zn 7.68.66807190鍛鋁鍛鋁5A501.82.60.40.80.40.8Si 0.71.2420131055A701.92.51.41.8Ni 11.5Fe 1.01.5440131205A103.94.80.40.80.41.0Si 0.51.248010135典型鋁合金固溶時效后的性能2.2.1鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用舊標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)新新標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)2.2.1 鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用鋁合金的牌號、分類與應(yīng)用2.2.2 鋁合金的強(qiáng)化鋁合金的強(qiáng)化固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、過剩相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、冷變形強(qiáng)化 固

21、溶強(qiáng)化 ： 無限互溶合金系的組元間具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)、原子尺寸差異小，固溶體無限互溶合金系的組元間具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)、原子尺寸差異小，固溶體晶格畸變程度較低，因而固溶強(qiáng)化效果不大。如鋁鋅、鋁銀合金系，固溶強(qiáng)化作用晶格畸變程度較低，因而固溶強(qiáng)化效果不大。如鋁鋅、鋁銀合金系，固溶強(qiáng)化作用差，因此，差，因此，Al-ZnAl-Zn、Al-AgAl-Ag簡單二元合金沒有實用價值。簡單二元合金沒有實用價值。 固溶強(qiáng)化效果主要取決于基體金屬與合金元素原子半徑差別的大小，原子半徑固溶強(qiáng)化效果主要取決于基體金屬與合金元素原子半徑差別的大小，原子半徑差別越大，強(qiáng)化效果越明顯，采用溶解度超過差別越大，強(qiáng)化效

22、果越明顯，采用溶解度超過1 1的其他幾個元素，如的其他幾個元素，如Al-MgAl-Mg，Al-CuAl-Cu、A1-MnA1-Mn、A1-SiA1-Si合金系有實用價值。合金系有實用價值。 用多元少量合金化來形成新的強(qiáng)化相或改變沉淀硬化特性，使固溶強(qiáng)化效果更用多元少量合金化來形成新的強(qiáng)化相或改變沉淀硬化特性，使固溶強(qiáng)化效果更大，如大，如Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系，可形成系，可形成CuAlCuAl2 2(相相) )、AlAl，CuMg(SCuMg(S相相) )等強(qiáng)化相，從而使合金獲等強(qiáng)化相，從而使合金獲得顯著強(qiáng)化。得顯著強(qiáng)化。 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化( (時效強(qiáng)化時效強(qiáng)化) ) ： 鋁合金固溶

23、強(qiáng)化效果有限，要想獲得高強(qiáng)度，必須配以時效強(qiáng)化處理。合金元素鋁合金固溶強(qiáng)化效果有限，要想獲得高強(qiáng)度，必須配以時效強(qiáng)化處理。合金元素在鋁中要有在鋁中要有較大的極限溶解度較大的極限溶解度，其，其溶解度隨溫度的降低而急劇減小溶解度隨溫度的降低而急劇減小，時效過程中形成時效過程中形成均勻、彌散分布的共格或半共格過渡相均勻、彌散分布的共格或半共格過渡相，這種相在基體中能造成較強(qiáng)烈的應(yīng)變場，提，這種相在基體中能造成較強(qiáng)烈的應(yīng)變場，提高對位錯運動的阻力，從而提高合金的強(qiáng)度。高對位錯運動的阻力，從而提高合金的強(qiáng)度。 可熱處理強(qiáng)化鋁合金可熱處理強(qiáng)化鋁合金：A1-Cu-MgA1-Cu-Mg、Al-Mg-SiAl-

24、Mg-Si和和Al-Zn-MgAl-Zn-Mg系。系。過剩相強(qiáng)化過剩相強(qiáng)化： ： 鋁合金中添加微量合金元素使鋁合金固溶體基體和過剩相組織細(xì)化鋁合金中添加微量合金元素使鋁合金固溶體基體和過剩相組織細(xì)化，以提高鋁合以提高鋁合金機(jī)械性能金機(jī)械性能，這是細(xì)晶強(qiáng)化這是細(xì)晶強(qiáng)化。 鑄造鋁合金鑄造鋁合金：加入微量元素加入微量元素( (變質(zhì)劑變質(zhì)劑) )進(jìn)行變質(zhì)處理來細(xì)化鑄態(tài)組織。變質(zhì)處理適進(jìn)行變質(zhì)處理來細(xì)化鑄態(tài)組織。變質(zhì)處理適用于不能熱處理強(qiáng)化或強(qiáng)化效果不大的鋁合金。如鑄造鋁硅合金中加入微量鈉或鈉鹽用于不能熱處理強(qiáng)化或強(qiáng)化效果不大的鋁合金。如鑄造鋁硅合金中加入微量鈉或鈉鹽或者銻等變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化組織

25、，可以顯著提高強(qiáng)度和塑性或者銻等變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化組織，可以顯著提高強(qiáng)度和塑性；鑄造鋁合金中鑄造鋁合金中加入少量錳、鉻或鈷等使雜質(zhì)鐵的板塊狀或針狀化合物加入少量錳、鉻或鈷等使雜質(zhì)鐵的板塊狀或針狀化合物AlFeSiAlFeSi細(xì)化，從而提高塑性。細(xì)化，從而提高塑性。 變形鋁合金變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹以及稀土元素，能形成難熔化合物，合金結(jié)晶中添加微量鈦、鋯、鈹以及稀土元素，能形成難熔化合物，合金結(jié)晶過程時作為非自發(fā)晶核，起到細(xì)化晶粒作用，提高合金的強(qiáng)度和塑性。例如鋁錳合金過程時作為非自發(fā)晶核，起到細(xì)化晶粒作用，提高合金的強(qiáng)度和塑性。例如鋁錳合金中添加中添加0.020.020.30.3

26、TiTi可細(xì)化組織?？杉?xì)化組織。 2.2.2 鋁合金的強(qiáng)化鋁合金的強(qiáng)化2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化(固溶時效強(qiáng)化機(jī)制及步驟固溶時效強(qiáng)化機(jī)制及步驟)固溶處理固溶處理： 通過高溫加熱使鋁合金中的強(qiáng)化相溶入基體，隨后快冷以抑制強(qiáng)化相在冷通過高溫加熱使鋁合金中的強(qiáng)化相溶入基體，隨后快冷以抑制強(qiáng)化相在冷卻過程中重新析出，以獲得鋁基過飽和固溶體的過程卻過程中重新析出，以獲得鋁基過飽和固溶體的過程。時效處理：時效處理： 過飽和固溶體在室溫下放置一段時間或加熱到一定溫度保溫一定時間后，過飽和固溶體在室溫下放置一段時間或加熱到一定溫度保溫一定時間后，基體中析出新相的過程基體中析出新相的過

27、程。 自然時效自然時效：過飽和固溶體在室溫下放置一段時間的時效：過飽和固溶體在室溫下放置一段時間的時效 人工時效人工時效：過飽和固溶體加熱到一定溫度保溫一定時間的時效：過飽和固溶體加熱到一定溫度保溫一定時間的時效 將合金加熱到固溶線以上、固相線將合金加熱到固溶線以上、固相線以下溫度保溫，獲得成分均勻的固溶體組織。以下溫度保溫，獲得成分均勻的固溶體組織。 將固溶處理后的工件快冷到較低溫度，得到過飽和單相固溶體。將固溶處理后的工件快冷到較低溫度，得到過飽和單相固溶體。（與鋼淬火組織不同）（與鋼淬火組織不同） 使過飽和固溶體中析出細(xì)小彌散沉淀相的過程。使過飽和固溶體中析出細(xì)小彌散沉淀相的過程。 自然

28、時效自然時效：室溫下時效；：室溫下時效； 人工時效人工時效：在高于室溫（固溶溫度與室溫之差的：在高于室溫（固溶溫度與室溫之差的1515到到2525）進(jìn)行）進(jìn)行時效。時效。2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化Al4%Cu 鑄態(tài)組織及淬火態(tài)組織2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化脫溶（或沉淀）：脫溶（或沉淀）：從過飽和固溶體中析出一個成分不同的新相或由溶質(zhì)從過飽和固溶體中析出一個成分不同的新相或由溶質(zhì) 原子富集形成的亞穩(wěn)區(qū)過渡相的過程，屬于固態(tài)相變。原子富集形成的亞穩(wěn)區(qū)過渡相的過程，屬于固態(tài)相變。具有固溶度變化的相圖，從單相區(qū)進(jìn)入到兩相區(qū)時都會發(fā)生脫溶沉淀具有固溶度

29、變化的相圖，從單相區(qū)進(jìn)入到兩相區(qū)時都會發(fā)生脫溶沉淀以以AlCu合金為例合金為例： 過飽和固溶體隨著時效時間的延長，將發(fā)生下列析出過程：過飽和固溶體隨著時效時間的延長，將發(fā)生下列析出過程： 過過 GP區(qū)區(qū) 其中其中 GP區(qū)、區(qū)、為亞穩(wěn)定相為亞穩(wěn)定相 （ 也可稱為也可稱為GP2區(qū)）區(qū)） 隨著時效時間的延長，組織變化過程為：隨著時效時間的延長，組織變化過程為：過過 GP區(qū)區(qū) 2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化 G.P區(qū)區(qū)G.P區(qū)區(qū)： 1938年，年，A.Guinier和和G.D.Prestor各自獨立用各自獨立用X射線結(jié)構(gòu)分析方法發(fā)現(xiàn)射線結(jié)構(gòu)分析方法發(fā)現(xiàn)：AlCu合金單晶體自然時效

30、時在基體的合金單晶體自然時效時在基體的100面上發(fā)生了銅原子偏聚，構(gòu)成面上發(fā)生了銅原子偏聚，構(gòu)成了了富銅的圓盤形片富銅的圓盤形片（約含銅（約含銅90）即）即G.P區(qū)。區(qū)。G.P區(qū)的形狀與尺寸區(qū)的形狀與尺寸： 在電子顯微鏡下呈圓盤狀，直徑約在電子顯微鏡下呈圓盤狀，直徑約510nm，厚約，厚約0.40.6nm，數(shù)量約，數(shù)量約10141016/cm3G.P區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)與界面區(qū)的晶體結(jié)構(gòu)與界面： 溶質(zhì)原子富集區(qū)溶質(zhì)原子富集區(qū)(90% Cu)在母相在母相100晶面上形成，晶面上形成，點陣與基體點陣與基體相相同（相相同（fcc），與），與完全共格。完全共格。G.P區(qū)形成的原因區(qū)形成的原因： G.P區(qū)的形核

31、呈均勻分布，其形核率與晶體中非均區(qū)的形核呈均勻分布，其形核率與晶體中非均勻分布的位錯無關(guān)，而完全依賴于淬火所保留下來的空勻分布的位錯無關(guān)，而完全依賴于淬火所保留下來的空位濃度（因為溶質(zhì)原子可借助于空位進(jìn)行遷移）位濃度（因為溶質(zhì)原子可借助于空位進(jìn)行遷移）。凡是凡是能增加空位濃度的因素均能促進(jìn)能增加空位濃度的因素均能促進(jìn)G.P區(qū)的形成區(qū)的形成。 例如：固溶溫度越高，冷卻速度越快，則淬火后例如：固溶溫度越高，冷卻速度越快，則淬火后固溶體保留的空位就越多，有利于增加固溶體保留的空位就越多，有利于增加G.P區(qū)的數(shù)量并區(qū)的數(shù)量并使其尺寸減小。使其尺寸減小。 2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效

32、強(qiáng)化 過渡相過渡相、 形狀與尺寸形狀與尺寸： 隨著時效時間的增加隨著時效時間的增加，Al-Cu合金將出現(xiàn)合金將出現(xiàn)和和兩種過渡相兩種過渡相。呈圓碟片呈圓碟片狀，直徑為狀，直徑為30nm，厚度為，厚度為2nm；而而是光鏡下觀察到的第一個脫溶產(chǎn)物，也是光鏡下觀察到的第一個脫溶產(chǎn)物，也呈圓碟片狀，尺寸為呈圓碟片狀，尺寸為100nm數(shù)量級數(shù)量級。晶體結(jié)構(gòu)與界面晶體結(jié)構(gòu)與界面： 過渡相與基體共格或部分共格，且有一定的結(jié)晶學(xué)位向關(guān)系過渡相與基體共格或部分共格，且有一定的結(jié)晶學(xué)位向關(guān)系。由于過渡由于過渡相與基體之間的結(jié)構(gòu)存在差異，因而其形核功較大相與基體之間的結(jié)構(gòu)存在差異，因而其形核功較大。為了降低應(yīng)變能和

33、界面為了降低應(yīng)變能和界面能，過渡相常在位錯能，過渡相常在位錯、小角晶界、層錯以及空位團(tuán)等處不均勻形核。因此，小角晶界、層錯以及空位團(tuán)等處不均勻形核。因此，其形核速率將受材料中位錯密度的影響。過渡相還可能在其形核速率將受材料中位錯密度的影響。過渡相還可能在G.P區(qū)中形核。區(qū)中形核。 相為正方點陣相為正方點陣： ab0.404nm，c0.768nm，相基本是均勻形核相基本是均勻形核、分布均勻且與基分布均勻且與基體完全共格，它與基體的位向關(guān)系為體完全共格，它與基體的位向關(guān)系為100 /100基體。與基體。與G.P區(qū)相比，在區(qū)相比，在相周圍會產(chǎn)生更大的共格應(yīng)變，故其強(qiáng)化效果也比相周圍會產(chǎn)生更大的共格應(yīng)

34、變，故其強(qiáng)化效果也比G.P區(qū)大。區(qū)大。相為正方點陣相為正方點陣： ab0.404nm，c0.58nm，它與基體部分共格，與基體的位向關(guān)系為，它與基體部分共格，與基體的位向關(guān)系為100 /100基體?；w。相的具體成分為相的具體成分為Cu2Al3.6，很接近于平衡相，很接近于平衡相（CuAl2）。）。 2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化平衡相平衡相 ： 是正方點陣：是正方點陣：ab0.905nm，c0.486nm，一般與基體不共格，一般與基體不共格，但亦存在一定的結(jié)晶學(xué)位向關(guān)系，其界面能高，形核功也高。為減小形但亦存在一定的結(jié)晶學(xué)位向關(guān)系，其界面能高，形核功也高。為減小形核功，

35、往往在晶界處形核，所以平衡相形核是不均勻的。核功，往往在晶界處形核，所以平衡相形核是不均勻的。時效初期，單相時效初期，單相固溶體中形成保固溶體中形成保持共格界面的持共格界面的GPGP區(qū)區(qū)時效后期，形成時效后期，形成半共格界面的過半共格界面的過渡相渡相高溫時效，固溶體中高溫時效，固溶體中析出非共格界面的平析出非共格界面的平衡相衡相Al4Cu：自然時效初期有一段孕育期，強(qiáng)度提高不明顯，維持在250MPa左右，孕育期后35天強(qiáng)度明顯提高，增至400MPa左右，并趨于穩(wěn)定。人工時效曲線：隨著加熱溫度的提高，時效強(qiáng)化的速度加快，但強(qiáng)化效果變差。 2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化共析鋼

36、淬火與鋁合金固溶的區(qū)別共析鋼淬火與鋁合金固溶的區(qū)別工藝操作相同，即加熱、保溫和快冷。工藝操作相同，即加熱、保溫和快冷。共析鋼退火態(tài)組織為珠光體，淬火加熱共析鋼退火態(tài)組織為珠光體，淬火加熱時轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗鄪W氏體，淬火過程中奧氏時轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗鄪W氏體，淬火過程中奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。共析鋼淬火后形成的馬氏體硬而脆，共析鋼淬火后形成的馬氏體硬而脆，鋁合金退火態(tài)組織為固溶體及分布其上鋁合金退火態(tài)組織為固溶體及分布其上的強(qiáng)化相，固溶加熱時固溶體基體因強(qiáng)的強(qiáng)化相，固溶加熱時固溶體基體因強(qiáng)化相的溶入而引起成分變化，其晶體結(jié)化相的溶入而引起成分變化，其晶體結(jié)構(gòu)并未改變，固溶冷卻過程中，晶體結(jié)構(gòu)并未改變，

37、固溶冷卻過程中，晶體結(jié)構(gòu)也完全不發(fā)生變化，僅是將高溫固溶構(gòu)也完全不發(fā)生變化，僅是將高溫固溶體強(qiáng)制凍結(jié)到室溫。體強(qiáng)制凍結(jié)到室溫。鋁合金固溶后的基體仍保持了鋁合金原鋁合金固溶后的基體仍保持了鋁合金原有的良好塑性，并原有的強(qiáng)化相溶入基有的良好塑性，并原有的強(qiáng)化相溶入基體使塑性進(jìn)一步提高，強(qiáng)度因基體合金體使塑性進(jìn)一步提高，強(qiáng)度因基體合金元素濃度的提高而提高元素濃度的提高而提高共析鋼的淬火共析鋼的淬火鋁合金的固溶處理鋁合金的固溶處理2.2.3 鋁合金的固溶時效強(qiáng)化鋁合金的固溶時效強(qiáng)化2.2.2 鋁合金的強(qiáng)化鋁合金的強(qiáng)化2.2.4 鋁合金的合金化鋁合金的合金化鋁合金強(qiáng)化是以Al與合金元素間形成的金屬間化合

38、物在固溶體中的溶解度變化為基礎(chǔ)。各元素在鋁中的極限溶解度： Zn（31.62）、Mg（17.41）、Cu（5.650.5）、Mn（1.82）、Si（1.65）、 Ag（56.5）、Ge（7.2）、Li（4.2）、Ti（1.3） Zn、Mg、Cu、Si與Al組成的二元和三元化合物在Al中的溶解度隨溫度的降低而強(qiáng)烈地減小，故可通過熱處理來提高強(qiáng)度，能形成這種化合物或強(qiáng)化飽和固溶體。 AlZnMgCu系，為熱處理強(qiáng)化型Al合金。 AlMg、AlSi和AlMn等，加入的臺金元素雖然也有明顯的溶解度變化，但熱處理強(qiáng)化效果不大，只能以退火或冷作硬化狀態(tài)應(yīng)用，故稱之為非熱處理強(qiáng)化型鋁合金。 Cr、Mn、Zr等在Al中的溶解度很小，但明顯改善合金強(qiáng)度和抗蝕性、抑制再結(jié)晶和細(xì)化晶粒。鋁錠鋁錠2.2.4 鑄造鋁合金鑄造鋁合金鑄鑄 造造鋁合金鋁合金鋁鋅系鋁鋅系合合 金金鋁鎂系鋁鎂系合合 金金鋁銅系鋁銅系合合 金金鋁硅系鋁硅系合合 金金鑄造、機(jī)械鑄造、機(jī)械性能良好性能良好高溫強(qiáng)度高（耐高溫強(qiáng)度高（耐熱）