金屬材料-3 鋁合金

一、鋁及鋁合金的主要特點二、鋁合金的合金化原理三、鋁及鋁合金分類四、各類鋁合金簡介第三章鋁及鋁合金4/12/20241編輯ppt重要的有色金屬材料，產(chǎn)量占所有有色金屬產(chǎn)量的近一半，在金屬材料中僅次于鐵。資源豐富，性能優(yōu)良。一、鋁及鋁合金的主要特點世界原鋁年消費量超過2700萬噸日本接近400萬噸.其中:交通運輸130萬噸(汽車120萬噸)建筑75萬噸(門窗用鋁材占70%以上)包裝業(yè)44萬噸人均35Kg/a我國是原鋁生產(chǎn)大國,年產(chǎn)量超過550萬噸;鋁加工材料>360萬噸,年產(chǎn)3萬噸以上大型鋁材企業(yè)超過25家其中：鋁型材210萬噸、鋁箔40萬噸、鋁板80萬噸、鋁帶30萬噸。4/12/20242編輯ppt(1)密度小、比強度高純鋁密度約為2.7g/cm3，鋁合金密度在2.63-2.85g/cm3，約為鋼鐵的1/3，如Al-4Li,2.4g/cm3,Al-12Fe,3.06g/cm3,比Cu、Fe及其合金輕得多。LY12比強度達(dá)到17.4，常用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr的為12.8。航空、航天器、汽車、高速磁懸浮列車、坦克裝甲、建筑、交通運輸?shù)容p量化。美國轎車每使用0.45kg鋁合金零件，車重可減少1.021kg。美國汽車工業(yè)的用鋁量已占其全部用鋁量的8%以上。4/12/20243編輯ppt99.996%純鋁熔點660.37℃、99.97%為659.8℃。熔煉、鑄造、加工比較容易。鑄造性能好：多數(shù)鋁合金為共晶系，如Al-Si鑄件（活塞、氣缸等）。壓力加工性能：強度低，塑性好，能通過塑性加工制成各種形狀的產(chǎn)品（擠、拉、軋、緞、沖，獲得管、帶、型、棒、線、板、箔等制品）(2)熔點低、工藝性能好4/12/20244編輯ppt(3)可強化、力學(xué)性能好常規(guī)力學(xué)性能隨合金種類與狀態(tài)不同，變化范圍寬，抗拉強度為50～800MPa，屈服強度為10～700MPa，延伸率為～50%。主要結(jié)構(gòu)材料的剛性大至與其密度成正比，與合金成分和狀態(tài)沒多大關(guān)系。彈性模量變化不大，大致為7～8×104MPa。疲勞強度較低，但低溫下，相對于其它金屬，其疲勞強度較高。日本超級鋁抗拉強度指標(biāo)為1000MPa。4/12/20245編輯ppt鋁和鋁合金無低溫脆性，強度與塑性均隨溫度的下降而升高，即使在超低溫范圍內(nèi)也不出現(xiàn)類似普通鋼的低溫脆性。適合于天然液化氣裝置、液氧儲存容器。另外，高純鋁在極低溫度下導(dǎo)電率比銅的高，可作超導(dǎo)體的穩(wěn)定材料。(4)塑性好、易加工，低溫性能好4/12/20246編輯ppt(5)抗腐蝕表面可生成致密的氧化膜，可起保護(hù)作用。但鹵族離子和堿離子會破壞氧化膜。液態(tài)天熱氣輸運管道、輸油管道、冷凍裝置。鋁及鋁合金有良好的表面處理性能。如6063、6064鍛鋁通過陽極氧化處理可在表面形成一層透明的氧化膜，并可著上各種顏色?？勺餮b飾用材（門窗等）。特殊處理后可選擇性的吸收太陽光，提高吸收太陽能的效率，作太陽能裝置。還可由硬質(zhì)氧化處理提高耐磨性。陽極氧化還可以賦予合金電絕緣性、親水性、潤滑性等。4/12/20247編輯ppt僅次于Ag、Au（金融）、Cu，遠(yuǎn)優(yōu)于Fe、Ti等，在工業(yè)金屬，僅次于Cu。室溫下電工鋁的等體積電導(dǎo)率為62%IACS。單位質(zhì)量導(dǎo)電能力是銅的2倍?？刹糠痔娲鶦u，作電線、電纜或用于其他電器元件。民用鋁鍋、電冰箱的導(dǎo)熱部件、家庭采暖、發(fā)動機散熱片等，還有電子元件的導(dǎo)電導(dǎo)熱基座等。(6)導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好4/12/20248編輯ppt熱膨脹系數(shù)大：為不銹鋼、銅、黃銅的約1.5倍，與其它金屬聯(lián)接、鉚接、復(fù)合時，熱膨脹系數(shù)差值較大，產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力，以變形。但Al-Si系合金與顯微強化的鋁材的膨脹系數(shù)較低。無磁性：幾乎不受電磁場影響，且無磁性，用于羅盤、拋物面天線、電子計算機存儲磁盤等。核性能：熱中子吸收面積小，在放射線作用下，性能變化不敏感。用于反應(yīng)堆的工藝管、元件包殼材料、以及濃縮鈾的離心分離筒、機械手、加速器、熱核反應(yīng)超真空裝置等。(7)其他4/12/20249編輯ppt純鋁強度低，σb=80～100MPa，σ0.2=30～50MPa，δ=35-40%，HB=25-30；即使冷變形60～80%，σb=150～180MPa，但δ=1～1.5%，難以滿足需要，需合金化。合金化的考慮：以所需的性能要求和成本要求為中心二、鋁合金的合金化原理4/12/202410編輯ppt加工硬化固溶強化彌散強化細(xì)晶強化因此，從合金化的角度看，可選擇的元素應(yīng)有如下特點：固溶度大（低溫）；高溫極限固溶度大，而低溫的小；可形成作為結(jié)晶晶核的第二相顆粒；釘扎晶界的穩(wěn)定相顆粒。（1）提高強度的途徑4/12/202411編輯ppt合金元素在鋁中的極限固溶度ZnAgMgGeCuLiSiMnTiCrVZrFeat%28.813.813.52.72.41.631.590.90.740.40.210.080.025wt%7056.617.47.25.654.21.651.82除Ag、Ge外，其他元素均是常見合金化元素Zn、Mg、Cu、Li（正開發(fā)）、Si（鑄鋁），有時也包括Mn，可作主加元素，起固溶強化、彌散強化作用；（加入量>1at%）Zr、V、Cr、Ti，有時也包括Mn，可作輔加元素，起細(xì)晶、補充強化、提高再結(jié)晶溫度、改善抗蝕性（Be）等作用；與鋁形成包晶系。Fe、Si通常在變形鋁合金中為雜質(zhì)，但在Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe-Ni、Al-Fe-V-Si等中例外。新技術(shù)的發(fā)展，如快速凝固、機械合金化等有可能改變元素的固溶量和作用（2）常見合金化元素4/12/202412編輯ppt元素在鋁合金中的溶解受其固態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)合力破壞和原子在鋁中擴(kuò)散速度的控制。可用鋁合金相圖大致確定，通常與鋁形成易溶共晶的元素溶解較快，形成包晶的元素溶解慢。如：Al-Mg,Al-Zn,Al-Cu,Al-Li等為共晶系，易熔煉，元素直接添加；Al-Si,Al-Fe,Al-Be等雖存在共晶反應(yīng)，由于熔點差別大，溶解慢，需較大過熱才能完全溶解；Al-Ti,Al-Zr,Al-W,Al-Nb

等為包晶體系，熔點相差大，組元應(yīng)以中間合金形式添加。（3）鋁合金添加合金元素的溶解4/12/202413編輯pptAl-Cu:CuAl2(θ)Al-Mg:Al3Mg2()該相沉淀強化作用不大，易在晶界析出Al-Mn:MnAl6()有一定彌散強化作用Al-Si:Si一般要變質(zhì)處理是針狀Si變粒狀。合金流動性好Al-Cu-Mg:

θ,CuMgAl2(S),Mg32(Al,Cu)49(T).Mg增加,S增多Al-Mg-Si:Mg2Si()

Al-Zn-Mg-Cu:MgZn2(),Al2Mg3Zn3(T),Mg32(Zn,Al)49Al-Li:AlLi(),Al2CuLi(T),Al2MgLi美國空軍70年代發(fā)展的合金0812和1212耐熱鋁合金中的Al12(Fe,V)3Si（4）合金元素加入到鋁中后可能產(chǎn)生的強化相4/12/202414編輯ppt三、鋁及鋁合金分類Ⅰ區(qū)：變形鋁合金形成固溶體合金，有利于壓力加工Ⅱ區(qū)：鑄造鋁合金合金元素或金屬間化合物與鋁形成共晶體，液態(tài)金屬流動性好，有利于鑄造變形鋁合金1.工業(yè)純鋁2.熱處理不可強化鋁合金：溶解度小或隨溫度變化不顯著3.熱處理可強化鋁合金：溶解度隨溫度變化而變化4/12/202415編輯ppt鋁及鋁合金純鋁鋁合金高純鋁（Al＞99.93%）工業(yè)純鋁（Al＞98.8%）硬鋁Al-Cu-(Mg)系鍛鋁Al-Mg-Si-(Cu)系,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系超硬鋁Al-Zn-Mg-(Cu)系A(chǔ)l-Si系防銹鋁Al-Mn系，Al-Mg系變形鋁及鋁合金鑄造鋁合金Al-Zn系A(chǔ)l-Mg系A(chǔ)l-Cu系流動性好、填充性好、抗冷熱裂共晶體較多(1)鋁合金的大致類別4/12/202416編輯ppt鋁及鋁合金牌號純鋁鋁合金高純鋁L0XL01(99.93%),L02,L03,L04(99.996%)工業(yè)純鋁LxL1(99.85%),L2,L3,L4,L5,L6(98.8%)硬鋁LYxxLY11(AA2017,2A11),LY12(AA2024,2A12)鍛鋁LDxxLD30(AA6061,6A30),

LD7(AA2618,2A07)超硬鋁LCxxLC4,LC9(AA7075,7A04)Al-Si系ZL1xxZL101--ZL111防銹鋁LFxx

LF21(AA3004,3A21),

LF6(AA5083,

5A06)變形鋁及鋁合金鑄造鋁合金Al-Zn系ZL4xxZL401--ZL402Al-Mg系ZL3xxZL301--ZL302Al-Cu系ZL2xxZL201--ZL203稀土元素：高熔點化合物、固溶強化、彌散、變質(zhì)、細(xì)化晶粒、改善鑄造性能、凈化熔體、提高耐蝕性(2)中國鋁及鋁合金牌號與狀態(tài)符號（舊)例：LF21M,LY12CS，ZL201-T24/12/202417編輯ppt鋁合金牌號Al>99.00%1×××Al-Cu2×××Al-Mn3×××Al-Si4×××Al-Mg5×××Al-Mg2Si6×××Al-ZnMgCu7×××Al-SnLi8×××(3)美國AAA標(biāo)準(zhǔn)合金牌號4/12/202418編輯ppt熱加工(T1)冷加工時效(T5)退火(O)中間退火冷加工固溶處理冷加工(T3)時效(T8)自然時效(T4)時效(T6)穩(wěn)定化處理（過時效）(T7)人工時效(T10)自然時效(T2)冷加工(T9)狀態(tài)分得細(xì)致，往往在狀態(tài)符號后加一些數(shù)值，如T31,T36等表示T3中的冷變形量為1%，6%。美國AAA標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)符號4/12/202419編輯ppt在我國原有牌號基礎(chǔ)上，吸收美國牌號的表征優(yōu)點，體現(xiàn)自己的特色。XXXX主加元素數(shù)字——來自美國牌號A——原有合金B(yǎng)、C、D……——改進(jìn)型(4)中國鋁及鋁合金牌號與狀態(tài)符號（新）舊牌號美國牌號新牌號GB/T3190-1982GB/T16474-1996LF21AA30043A21LF6AA50835A06LY11AA20172A11LY12AA20242A12LD30AA60616A30LD31AA60636A31LD7AA26182A07LC9AA70757A044/12/202420編輯ppt熱加工(R)—中間退火—冷加工—中間退火—冷加工--→

—Y或Yn（n=1,2,3,4）—退火—M或Yn—穩(wěn)定化處理（無國標(biāo)）說明：Y—硬態(tài)M—軟態(tài)Yn—半硬態(tài)Y1—3/4硬，Y2—1/2硬，Y3—1/3硬，Y4—1/4硬T—特硬態(tài)不熱處理強化原因：固溶強化大于時效強化；無多型性轉(zhuǎn)變；即使時效強化但不明顯；第二相晶界網(wǎng)狀析出；生產(chǎn)中不進(jìn)行，否則更換合金。熱處理不可強化鋁合金特點：組織簡單、塑性好、焊接性好、耐蝕包含：純鋁、Al-Mn、Al-Mg（防銹鋁）熱處理不可強化鋁合金4/12/202421編輯ppt僅根據(jù)淬火、時效的工藝表征（粗糙）熱加工、冷加工、退火的，與熱處理不可強化鋁合金的相同。熱加工：R退火：M淬火：C淬火—冷軋（冷加工）：CY淬火—自然時效：CZ淬火—人工時效：CS對于變形鋁材的狀態(tài)符號，中國目前最多可達(dá)4位，而美國可達(dá)6-7位實際上，熱加工量、退火工藝、淬火工藝、形變熱處理工藝均對合金性能有遺傳性影響，但上述的合金狀態(tài)符號無法表達(dá)。熱處理可強化鋁合金4/12/202422編輯ppt四、各類鋁合金簡介(一)、純鋁與工業(yè)純鋁(二)、熱處理不可強化鋁合金(三)、熱處理可強化鋁合金(四)、鑄造鋁合金4/12/202423編輯ppt(一）、純鋁與工業(yè)純鋁1.純鋁(Al99.00、Al99.50、Al99.60、Al99.70、Al99.80、Al99.85、Al99.99)雜質(zhì)能提高純鋁的力學(xué)性能除Mg、Mn外，多數(shù)雜質(zhì)降低鋁的抗蝕性4/12/202424編輯ppt多數(shù)雜質(zhì)元素降低鋁的導(dǎo)電性4/12/202425編輯pptFe、Si是純鋁的主要雜質(zhì)Fe、Si很少時，出現(xiàn)FeAl3和β(Si)，硬而脆，呈針狀或片狀，塑性變差；還可能出現(xiàn)-Fe2SiAl8(漢字形圖案)和β-FeSiAl5(針狀)三元化合物Fe+Si總量小于0.65%時，應(yīng)使Fe%>Si%,以減少鑄錠開裂；超過0.65%,鐵硅比影響減少。當(dāng)Mn存在時，F(xiàn)e熔入Al6Mn中，減少Fe的有害作用。4/12/202426編輯ppt2.工業(yè)純鋁1×××系鋁合金，國際注冊40余個牌號，我國22個牌號牌號鋁含量性質(zhì)用途119999.99切削性能差，焊接性能好，抗蝕性能優(yōu)于鎳鉻系不銹鋼電解電容箔、光子反光沉積膜106099.60強度低、可加工硬化化工、油罐車、過氧化氫儲罐，電導(dǎo)體、焊條、儀表105099.50焊接、加工性能好，耐蝕食品、化工、釀造工業(yè)的擠壓盤、管，電導(dǎo)體、小五金110099.00良好成形性和耐蝕性，低強度熱交換器、印刷板、銘牌114599.45Fe+Si<0.55%絕熱鋁箔、熱交換器135099.50Fe0.4,Si0.5電線、導(dǎo)電絞線、變壓器帶材、匯流排8A06Si0.55、Fe0.50、Fe+Si1.0;Cu/Mn/Mg各0.1其它0.154/12/202427編輯ppt(二)、熱處理不可強化鋁合金1.鋁錳合金-3×××系鋁合金2.鋁鎂合金-5×××系鋁合金3A21(LF21)、5A02(LF2)、5083(LF4)、5A03(LF3)等退火狀態(tài)塑性好，加工硬化后比工業(yè)純鋁強度高，耐蝕性能和焊接性能好，可切削加工，用于飛機油箱、船舶、化工設(shè)備和其他中等強度耐蝕、可焊零件。３A21可做飲料罐。4/12/202428編輯ppt１.Al-Mn合金3×××系鋁合金國際注冊３×××系合金有３０余個牌號，我國標(biāo)準(zhǔn)有６個牌號3003合金含有1.2%Mn，比1100合金強度高，成形性好，用于低溫裝置、一般器皿和建筑材料。3A21與3003幾乎相同，用于飛機油箱、油路管道和鉚釘線材其他四種是Al-Mn系添加Mg，強度提高，抑制再結(jié)晶晶粒長大，能使鑄錠加熱處理簡單化，用于建筑材料、電燈燈口、飲料罐牌號SiFeCuMnMgCr3A210.60.70.201.0～1.60.0530030.60.70.05～０.201.0～1.531030.50.70.100.9～1.50.300.1030040.30.70.251.0～1.50.8～1.330050.60.70.301.0～1.50.20～0.600.1031050.60.70.300.3～0.80.20～0.800.204/12/202429編輯ppt抗蝕原理Al-Mn合金系中形成的MnAl6化合物與純鋁的電極電位相當(dāng)。Al-Mn合金亞共晶部分結(jié)晶溫度范圍很窄，僅0.5～1℃,幾乎與純鋁熔點相當(dāng)，另外液相線與固相線近似水平線，說明平衡結(jié)晶時，已結(jié)晶的固溶體與殘余液相成分差別很大，并且，Mn在液相中的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)低于其他合金元素，故在結(jié)晶時易形成Mn偏析。Mn含量高，再結(jié)晶溫度高，由于偏析，會造成板材退火出現(xiàn)粗大再結(jié)晶晶粒解決辦法：均勻化，消除晶內(nèi)偏析；加入Fe、Ti，F(xiàn)e減少偏析、Ti細(xì)化晶粒4/12/202430編輯ppt3A21典型力學(xué)性能狀態(tài)抗拉強度／MPa屈服強度/MPa延伸率/%退火狀態(tài)1305023半硬態(tài)17013010硬態(tài)2201805熱處理要求:1.高溫均勻化退火:590-620℃,使Mn固溶均勻,大變形(70%),晶粒細(xì)化,形核析出均勻.2.高溫?zé)彳?480-520℃3.高溫快速再結(jié)晶退火:鹽浴或感應(yīng)加熱,500℃,短時間4.添加適量Ti,抵消部分偏析.因為Ti是晶內(nèi)偏析,與Mn偏析相反4/12/202431編輯ppt２.Al-Mg合金5×××系鋁合金Al-Mg合金化合物β-Mg2Al3有沿晶界網(wǎng)狀析出傾向，時效強化效果不大。Mg從2％增加到10％，耐蝕性和塑性下降；超過7％，工藝性能顯著變壞Mn、Cr提高焊接性和耐蝕性、強化Ti、V細(xì)化晶粒、提高強度和可焊性Be減輕熔化和焊接時的氧化Sb、Bi消除高鎂合金的鈉脆現(xiàn)象Cu、Zn、Fe、Si是雜質(zhì)但5A03加０.5-0.8%Si，改善焊接性能4/12/202432編輯pptMg在鋁中的溶解度大，牌號多牌號舊牌號鎂含量合金相特征用途50050.8%Mg5Al8中等強度、耐蝕性好導(dǎo)線炊具儀表建筑50501.4%Mg5Al8雜質(zhì)FeAl3可加工硬化、耐蝕性好制冷機內(nèi)襯板、汽車的汽、油導(dǎo)管50522.5%Mg5Al8MnAl6雜質(zhì)相Mg2Si、FeAl3、(FeMn)Al6燃料箱、儀表、5056LF5-15.0%Mg5Al8冷、熱加工性好，焊接優(yōu)良包鋁或不包鋁的線材5083LF44.0-4.9%Mg5Al8MnAl6壓力容器、焊接件、運輸罐車4/12/202433編輯ppt耐蝕性好的原因β－Mg5Al8的電極電位低于基體相。當(dāng)β均勻析出時，起陽極保護(hù)作用，耐蝕性最好；沿晶界析出時，增大晶界腐蝕和應(yīng)力腐蝕傾向。Mg<3％，β不會沿晶界析出，應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕不敏感Mg>3.5%，經(jīng)過冷加工硬化，應(yīng)力腐蝕不敏感5083合金的典型拉伸性能狀態(tài)屈服強度/MPa抗拉強度/MPa延伸率/%O14529022H11219330316H11622831716H32122831716H342833459熱處理特點:熱加工溫度范圍寬,從260～510℃,合金元素含量提高,范圍變窄退火溫度345℃附近,不需要保溫穩(wěn)定化退火溫度:120～150℃4/12/202434編輯ppt(三)、熱處理可強化鋁合金1.Al-Cu系合金------2×××系鋁合金2.Al-Si-(Cu-Mg)系合金------4×××系鋁合金3.Al-Mg-Si系和Al-Mg-Si-Cu系合金-------6×××系鋁合金4.Al-Zn-Mg-Cu系合金--------7×××系鋁合金5.新型變形鋁合金------------8×××系鋁合金4/12/202435編輯ppt1.Al-Cu系合金------2×××系鋁合金用量最大、產(chǎn)品種類最多，國際注冊牌號近60個，我國近40個(1)硬鋁------Al-Cu-Mg系合金:硬度、強度高，故稱硬鋁?？蔁崽幚韽娀?。典型牌號：2A11(LY11)、2A12(LY12)(2)鍛鋁------Al-Cu-Mg-Si系合金：當(dāng)Mg含量小于1%時，Si>0.5%能形成Mg2Si，有利于人工時效。典型牌號：2A50(LD5)、2B50(LD6)、2A14(3)耐熱鋁合金-----Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金添加Ni,當(dāng)Fe/Ni約為1時，形成FeNiAl9，偏離比例出現(xiàn)AlCuNi、Al7Cu2Fe.組成相為α+S+FeNiAl9，沒有θ宜人工時效典型牌號：2A70(LD7)、2A80(LD8)、2A90(LD9)，2618(4)耐熱鋁合金------Al-Cu-Mn系列含Mg少或不含，添加一定量的Mn，合金由α+θ(CuAl2)+T(Al12Mn2Cu)組成，過剩θ提高耐熱性，T相粗化緩慢，保持高溫穩(wěn)定性。典型牌號：2A16(LY16)、2B16(LY16-1)、2A17(LY17)、2A20(LY20)、2219(LY19)4/12/202436編輯ppt(1)Al-Cu-Mg系合金------硬鋁二元相：θ(CuAl2)、β(Al3Mg2)三元相：S(Al2CuMg)、T(Al6CuMg4)θ和S強化效果好，T強化效果微弱，β不起強化效果銅含量愈高，S相愈少，θ多銅鎂比2.61時，(4-5%Cu、1.5-2%Mg),合金強化相幾乎全為S相。繼續(xù)增加Mg會出現(xiàn)T和β,強化效果降低控制Mg<2%4/12/202437編輯ppt最高強度在α+θ+S三相區(qū)4/12/202438編輯ppt高溫強度最好在α+S三相區(qū)圖中：σb為250℃的瞬時強度陰影部分：應(yīng)力40MPa、300℃下的持久時間4/12/202439編輯pptAl-Cu-Mg系合金硬度、強度高，故稱硬鋁?？蔁崽幚韽娀＆群蚐相同時出現(xiàn)時強化效果最好，但用于高溫結(jié)構(gòu)時，由于S相更穩(wěn)定，因而采用人工時效獲得主要以S相強化的合金；室溫使用時采用自然時效。Mn是2×××系合金的組成元素,消除Fe的有害作用,抑制再結(jié)晶過程(擠壓效應(yīng))；Ti細(xì)化鑄造組織,降低鑄錠熱裂傾向；Fe、Si為雜質(zhì)元素4/12/202440編輯ppt硬鋁耐蝕性差，因為兩強化相均為陰極。代表LY11(AA2014、2A11)、LY12(AA2024、2A12)。前者以θ強化為主；后者以S相為主，易過燒。這類合金存在的問題是凝固時易出現(xiàn)非平衡組織，須均勻化；有擠壓效應(yīng)；抗蝕性差，型材、管材等采用陽極氧化或涂漆以提高抗蝕性。美國80年代開發(fā)裝甲用2519合金，抗應(yīng)力腐蝕。我國只是近來才開始研究用于裝甲的鋁合金。2124合金厚板用于制造飛機結(jié)構(gòu)件，2419用于高溫結(jié)構(gòu)和高強焊件；2224擠壓件、2324厚板與薄板用于波音767部分結(jié)構(gòu)件；2219合金用于火箭燃料箱（美國雷神δ和土星II號火箭上用）4/12/202441編輯ppt2A01-----LY1主要成分：Cu2.2-3.0%,Mg0.2-0.5%強化相：θ+S雜質(zhì)相：Mg2Si、-Fe2SiAl8、Al7Cu2Fe性質(zhì)：耐熱性不高、中等強度、中等抗蝕性，淬火自然時效耐蝕性最好，使用溫度超過100℃會出現(xiàn)晶間腐蝕。用途：線材，用于不超過100℃結(jié)構(gòu)件鉚釘。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T429416724O1575924200℃186264/12/202442編輯ppt2A02-----LY2主要成分：Cu2.6-3.2%,Mg2.0-2.4%,Mn0.45-0.70%強化相：S雜質(zhì)相：Mg2Si、MnAl6、Al7Cu2Fe性質(zhì)：有較好耐熱性，可在300℃以下溫度使用，耐蝕性不高，有應(yīng)力腐蝕開裂傾向，可焊接，切削加工性能好，熱塑性好。熱處理：500±5℃固溶、165-175℃時效16h用途：棒材，可加工成鍛件，用于200-300℃渦輪噴氣發(fā)動機、軸向壓氣機葉片、葉輪和盤。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T643027510200℃37422816.1300℃1719421.54/12/202443編輯ppt2A11—LY11主要成分：Cu3.8-4.8%,Mg0.4-0.8%,Mn0.4-0.8%強化相：θ+S雜質(zhì)相：Mg2Si、AlMnFeSi、AlSiMnCuFe性質(zhì)：與2A12相比，含Mg量低，強度略低，但塑性好?？刮g性差，陽極氧化、涂漆、包鋁可提高抗蝕性。熱處理：500℃淬火+自然時效用途：板、管、棒、型材及鍛件。用做中等強度結(jié)構(gòu)件，如飛機骨架、螺旋槳葉片、建筑、交通、造船的結(jié)構(gòu)件和配件狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T4375-10O225-124/12/202444編輯ppt2A12----LY12主要成分：Cu3.8-4.9%,Mg1.2-1.8%,Mn0.3-0.9%強化相：S、θ、MnAl6雜質(zhì)相：Mg2Si、AlMnFeSi、AlSiMnCuFe性質(zhì)：強度高，有一定耐熱性，可在150℃以下工作的零件?？刮g性差，要包鋁保護(hù)，焊接易出現(xiàn)裂紋、可鉚接熱處理：要求嚴(yán)格，485-498℃固溶、185-195℃時效6-12h用途：板、帶、管、棒、線、型材及鍛件，飛機蒙皮、骨架、筋梁、隔框等高強度結(jié)構(gòu)件和150℃以下工作零件。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%O<24512.0T642030510.04/12/202445編輯ppt(2)Al-Cu-Mg-Si-----鍛鋁Al-Cu-Mg-Si系也可以理解成在Al-Mg-Si(6×××系)合金的基礎(chǔ)上添加Cu,形成四元W相Cu4Mg5Si4Al4。合金中Mg含量小于1%時，Si>0.5%能形成Mg2Si，有利于人工時效。主要強化相：W、S、θ典型牌號：2A50(LD5)、2B50(LD6)、2A14(LD10)4/12/202446編輯ppt2A14—LD10主要成分：Cu3.9-4.8%,Mg0.4-0.8%,Mn0.4-1.0%,Si0.6-1.2%（除Mn、Si外，其他與2A11相當(dāng)）強化相：W、Mg2Si、θ、S雜質(zhì)相：(FeMnSi)Al6性質(zhì)：強度高，與2A12相當(dāng)，但鑄錠熱裂傾向比2A12小，有好的熱塑性、鍛造性、焊接性能和耐熱性。缺點：材料縱、橫向性能差別大，人工時效有晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂傾向熱處理：502±3℃淬火+自然時效10d或160±5℃時效18h(軋制或冷加工材);170±5℃時效10h(鍛件)用途：板、帶、管、棒、線、型材及鍛件。用做高載荷結(jié)構(gòu)件。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T6鍛件47337311200℃29422618T6板材461402104/12/202447編輯ppt2A50—LD5主要成分：Cu1.8-2.6%,Mg0.4-0.8%,Si0.7-1.2%，Mn0.4-0.8%（實質(zhì)是在Al-Mg-Si基礎(chǔ)上加銅，抑制自然時效，加強人工時效）強化相：Mg2Si、θ、W、少量S雜質(zhì)相：(FeMnSi)Al6、TiAl3。性質(zhì)：中等強度、熱塑性好，抗蝕性、焊接性、切削性能好缺點：有擠壓效應(yīng)，材料縱、橫向性能差別大，有晶間腐蝕傾向熱處理：520±5℃淬火+150-160℃時效6-12h用途：中等強度鍛件和棒材。飛機隔框、接頭、支架和搖臂等狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T6鍛件392-6200℃275-104/12/202448編輯ppt2B50—LD6主要成分：Cu1.8-2.6%,Mg0.4-0.8%,Si0.7-1.2%，Mn0.4-0.8%（在2A50基礎(chǔ)上添加少量Cr、Ti）強化相：Mg2Si、θ、W、少量S雜質(zhì)相：(FeMnSi)Al6、TiAl3。性質(zhì)：高溫塑性比2A50好，其他性能相當(dāng)熱處理：505-525℃淬火+150-165℃時效6-15h用途：制造復(fù)雜鍛件，如：壓氣機葉輪、導(dǎo)流葉輪等狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T6縱向38027510橫向36524574/12/202449編輯ppt(3)Al-Cu-Mg-Fe-Ni-----鍛鋁(耐熱鋁合金)添加Ni,當(dāng)Fe/Ni約為1時，形成FeNiAl9，偏離比例出現(xiàn)AlCuNi、Al7Cu2Fe.組成相為α+S+FeNiAl9，沒有θ宜人工時效典型牌號：2A70(LD7)、2A80(LD8)、2A90(LD9)，26184/12/202450編輯ppt2A70—LD7主要成分：Cu1.9-2.5%,Mg1.4-1.8%,Fe0.9-1.5%,Ni0.9-1.5,Ti0.02-0.1%強化相：S、FeNiAl9、Mg2Si；(Ni>FeAlCuNi;Fe>NiAl7Cu2Fe)性質(zhì)：有良好耐熱性，熱態(tài)塑性好，臨界變形度小(2-4%)，鑄造和加工性能都好，但焊接性和耐蝕性都差。熱處理：520-535℃固溶+190±5℃時效20h；退火380-430℃,緩慢冷卻用途：鍛件、棒材或板材。用于200-250℃航空發(fā)動機或其他高溫工作零件。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T6鍛件41528219.6250℃262-8.64/12/202451編輯ppt(4)Al-Cu-Mn-----硬鋁(耐熱鋁合金)含Mg少或不含，添加一定量的Mn，合金由α+θ(CuAl2)+T(Al12Mn2Cu)組成，典型牌號：2A16(LY16)、2B16(LY16-1)、2A17(LY17)、2A20(LY20)、2219(LY19)這些合金中，除2A17含0.25-0.45%Mg外，其他幾乎不含Mg合金中Cu大于6%,已超過Cu的極限固溶度。過剩的θ(CuAl2)提高耐熱性，T相粗化緩慢，保持高溫穩(wěn)定性。Ti細(xì)化晶粒、提高再結(jié)晶溫度。Zr、V提高再結(jié)晶溫度和固溶體穩(wěn)定性Fe、Si為雜質(zhì)在二元鋁合金中，以Al-Cu合金耐熱性最好，進(jìn)一步合金化，又以Al-Cu-Mn耐熱性能最好。4/12/202452編輯ppt2A16—LY16主要成分：Cu6-7%,Mn0.4-0.8%,Ti0.1-0.2%強化相：θ+T+TiAl3雜質(zhì)相：Fe2SiAl3、AlMnFeSi性質(zhì)：室溫強度和高溫(300℃以下)持久強度高，熱塑性好，可焊接?？刮g性差，陽極氧化、涂漆、包鋁可提高抗蝕性。熱處理：535±5℃固溶+165-190℃18-35h時效用途：板、棒、型材及鍛件。315℃下高溫結(jié)構(gòu)件和高強度焊接件。發(fā)動機導(dǎo)輪、超音速飛機結(jié)構(gòu)材料。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T639231412300177127144/12/202453編輯ppt2.Al-Si合金------4×××系合金

Si不溶于Al,幾乎以純Si形式存在，不可熱處理強化。Si超過3%，應(yīng)變質(zhì)處理熔點低、流動性好，容易補縮?？杀苊夂附恿鸭y，韌性和抗蝕性性好，對焊接有利。一般用做焊接鋁用焊絲和釬料。加Cu、Mg，可熱處理強化，用于焊接可熱處理強化鋁合金加少量Ni，與Fe形成化合物，提高高溫強度、硬度，低膨脹系數(shù)和高耐磨性，可用于制造活塞及其他高溫下工作零件國際牌號有30余個，我國僅10個4/12/202454編輯ppt4A11----AA4032---LD11主要成分：Si11.0-13.5%,其它Cu、Mg、Ni強化相：Si、Mg2Si、CuAl2、S、AlCuNi或Al7Cu2Fe雜質(zhì)相：FeAl3、AlFeSi性質(zhì)：鑄造性能好，線膨脹系數(shù)小，耐磨性好；同時Fe、Ni含量高，有良好耐熱性，可認(rèn)為是耐熱鍛鋁?？箲?yīng)力腐蝕開裂性能好，但一般抗蝕性和焊接性較差。熱處理：505-515℃固溶+170-175℃時效8-12h；用途：鍛件、棒材。用于活塞和其他高溫工作零件。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T6鍛件3803159100℃3453009200℃9062304/12/202455編輯ppt4A01----AA4043----LT1(特殊鋁)主要成分：Si5%強化相：Si雜質(zhì)相：Fe2SiAl8、FeSiAl3、FeAl3性質(zhì)：流動性好、很小的收縮率和良好焊接性能。抗蝕性也好。熱處理：熱加工400-450℃；用途：產(chǎn)品為線材，用于鋁合金焊接時的填充金屬。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%典型性能6255.284/12/202456編輯ppt4A13----AA4343主要成分：Si7.5%組成相：Si、Fe2SiAl8、FeSiAl3、FeAl3、(FeMn)Al6性質(zhì)：熔點低、凝固范圍窄、流動性好、很小的收縮率和良好焊接性能。熱處理：熱加工430-480℃；用途：產(chǎn)品為板材，用做釬接合金板的包覆層(0.06-0.16mm)、釬焊填充金屬(釬接合金板基體為3A21)4/12/202457編輯ppt3.Al-Mg-Si系鋁合金------6×××系合金(鍛鋁)Mg2Si是主要強化相，極限固溶度達(dá)到1.85%,300℃時僅0.27%.可熱處理強化。Mg2Si中Mg、Si比為1.73:1。如果Mg含量過剩（對于生成Mg2Si而言）會降低Mg2Si在鋁中的溶解度導(dǎo)致時效效果降低。Mg2Si含量高增加淬火敏感性。一般要求Si過剩。國際牌號70余個，我國15個。4/12/202458編輯ppt如6013：Al-(0.6-1.1)Cu-(0.6-1.0)Si-(0.8-1.2)Mg-(0.2-0.8)Mn，由美國鋁業(yè)公司1983年研制成功，廣泛用于飛機、汽車結(jié)構(gòu)件，如美國海軍反潛戰(zhàn)斗機、巡邏機P-7A用6013-T6薄板取代包鋁的2024-T3作蒙皮。我國仿制。該類合金鍛造性好，對應(yīng)力腐蝕不敏感，時效過程緩慢因而采用人工時效。強度中等、耐蝕性、焊接性、加工性良好。常見合金6063，作建筑及裝飾材料，工藝簡單，淬火敏感性地，可空氣中淬火。在6063中加少量Cu和Cr獲得6061合金，時效后強度更高，但淬火敏感性增加，擠壓后須重新固溶水中淬火。該類合金有停放效應(yīng)（淬火后室溫停留會降低隨后的人工時效強化效果）。4/12/202459編輯ppt6×××系合金工藝性能好，能鑄造成大規(guī)格的鑄錠。加工性能優(yōu)良，可大變形，生產(chǎn)大型、幾何形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。特別適合于擠壓成型Cr、Mn可中和Fe的不良作用Cu可提高強度Zr、Ti細(xì)化晶粒、抑制再結(jié)晶典型型號6061(LD30)、6063(LD31).4/12/202460編輯ppt6061---LD30主要成分：Mg0.8-1.2%,Si0.4-0.8%.Cu0.15-0.4%,Cr0.4-0.35%強化相：Mg2Si熱處理：525-530℃固溶+160℃18h時效用途：建筑材料，卡車、船舶、鐵道車輛結(jié)構(gòu)件、家具狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T631027617100℃290262184/12/202461編輯ppt6063---LD31主要成分：Mg0.2-0.6%,Si0.45-0.9%.強化相：Mg2Si熱處理：非常優(yōu)良的擠壓性能和低的淬火敏感性，擠壓后風(fēng)冷即可淬火，易拋光和陽極氧化用途：建筑材料，船舶、飛機、建筑等的裝飾構(gòu)件狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T624121412100℃15297184/12/202462編輯ppt4.Al-Zn-Mg-(Cu)系------7×××系鋁合金分不含Cu、含Cu兩類：Al-Zn-Mg:主要特點是焊接性能好，強度在340-450MPa,比硬鋁和超硬鋁低，但比Al-Mg-Si和Al-Mg系高，稱為中強可焊鋁合金。主要強化相：T(Al2Mg3Zn3)和(MgZn2)Al-Zn-Mg-Cu:含Cu、強度在硬鋁中是最高的，稱為超硬鋁7×××系鋁合金國際牌號60余個，我國18個4/12/202463編輯ppt(1)Al-Zn-Mg中強可焊鋁合金含銅小于0.3%時，抗拉強度約400MPa，國內(nèi)無牌號，基本仿制。一般情況下，Zn+Mg量小于7%，還可加微量Mn,Cr,Zr等元素，抗應(yīng)力腐蝕，焊接性好；若Zn+Mg高于7%，強度雖可提高，但焊接性差。人工時效，淬火性好，可空冷淬火。Cu能提高強度和抗應(yīng)力腐蝕能力，但對焊接不利，應(yīng)控制在0.3以下典型牌號：7A05、7005、7A01(LB1)、7A52(LC52)、70204/12/202464編輯ppt7A05、7005合金主要成分：Zn4.0-5.0%、Mg1.0-1.8%,少量Mn、Cr、Ti、Zr強化相：T(Al2Mg3Zn3)和(MgZn2)性質(zhì)：有應(yīng)力腐蝕開裂傾向熱處理：400℃固溶+分段人工時效：100-110℃時效8h+145-155℃時效16h；用途：高強度、高韌性的焊接組件，各種角桿。狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T5339334515T637231712O19383204/12/202465編輯ppt含銅量高于0.3%時，硬度特別高，故稱超硬鋁。銅的加入可顯劇提高塑性和抗應(yīng)力腐蝕性能，抵消了由于Zn+Mg的高含量帶來的塑性與抗蝕性損失。擠壓效應(yīng)。銅在其中的作用可歸結(jié)為：SSS，強化相S的生成，降低晶內(nèi)與晶界電位差。其中7049鍛件、擠壓件、板，7149和7479鍛件用于飛機結(jié)構(gòu)件，7475薄、厚板用于機身、翼皮、梁、子彈殼；7050用于起落架等。7039裝甲。歐共體的阿娜亞火箭的燃料箱用Al-Zn-Mg合金制造。航母上有時7055-T74511，7150-T77511，7249-T76511代替7075-T6。特點：主強化相為，GP→’→；塑性低，高溫穩(wěn)定性差；分級時效（GP區(qū)形成慢），過時效（抗疲勞、應(yīng)力腐蝕）；為進(jìn)一步提高抗蝕性，包Al-Zn合金，或陽極氧化著色；有擠壓效應(yīng)，用于大型骨架承力件。(2)Al-Zn-Mg-Cu超硬鋁4/12/202466編輯ppt7050合金主要成分：Zn5.7-6.7%、Mg1.9-2.6%,Cu2.0-2.6%，少量Zr強化相：T(Al2Mg3Zn3)、(MgZn2)、S(Al2CuMg)性質(zhì)：很高的強度、良好的抗剝落腐蝕及抗應(yīng)力腐蝕能力，高的斷裂韌性和疲勞強度。可擠壓、自由鍛和模鍛熱處理：T736415℃固溶+穩(wěn)定化處理+冷變形+時效：120-175℃；用途：飛機結(jié)構(gòu)件中的板件、擠壓件和鍛件狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T73649642774/12/202467編輯ppt7075、7A09合金主要成分：Zn5.1-6.1%、Mg2.0-3.0%,Cu1.2-2.0%，Cr0.16-0.3%強化相：T(Al2Mg3Zn3)、(MgZn2)、S(Al2CuMg)性質(zhì)：很高的強度、良好的低溫強度。焊接性能差，抗應(yīng)力腐蝕能力需雙級時效來提高。需包鋁和其他處理后使用熱處理：T651、T7352等460-470℃固溶雙級時效：100-110℃6-8h+170-180℃8-10h；用途：飛機結(jié)構(gòu)件、高強度抗腐蝕結(jié)構(gòu)件狀態(tài)抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%T651572503114/12/202468編輯ppt5.新型鋁合金(1)Al-Li合金(2)Al-Sc合金(3)Al-Fe-V-Si合金4/12/202469編輯pptAl-Li合金：由于其輕質(zhì)，是航空航天工業(yè)大力發(fā)展的一類合金。20世紀(jì)20年代初，德國首先研制成功含Li的Al合金Scleron，典型成分為Al-12Zn-3Cu-0.1Li，強度性能比硬鋁高。1957年美國鋁業(yè)公司開發(fā)出Al-Cu-Li系2020合金，用于制造偵察機主翼的上下蒙皮。蘇聯(lián)隨后也發(fā)展了類似的合金O1420。我國60年代初研制成功Al-Cu-Li系合金S141，80年代研制出中強可焊的Al-1.5Li-4.4Mg-0.2Ag-0.12Zr和高強Al-(1.9-2.4)Li-2.0-24)Cu-(1.0-1.5)Mg-(0.1-0.13)Zr合金。問題：韌性低、缺口敏感、晶間脆性、生產(chǎn)困難。一度中斷。70年代中期以后，由于石油危機，又受重視，注重高強、低密度、高彈性模量。1971年英國Fulmer研究所研制成功Al-Mg-Li-Zr合金。Li添加入Al中，每增加1%Li，合金密度降低約3%，比剛度提高9%左右。該合金裂紋擴(kuò)展慢。(1)Al-Li合金4/12/202470編輯pptAl-Li合金時效的基本過程：

S.S→δ’(Al3Li)→δ(AlLi)Al-Mg-Li:S.S→δ’(Al3Li)→δ(AlLi)Al2MgLiAl-Cu-Li:

S.S→δ’(Al3Li)→δ(AlLi)Al2CuLiGPθθδ’與基體共格，呈球狀，為L12結(jié)構(gòu)；δ屬NaCl結(jié)構(gòu)，以粗大粒子在晶內(nèi)與晶界不均勻沉淀，是強度下降。δ可獨立形核，也可由δ’相轉(zhuǎn)變而成。生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的熔鑄工藝不易控制，由于Li容易氧化燒損、熔體吸氫、與爐襯反應(yīng)，形成氣孔和夾雜降低合金的塑性與韌性。目前采用快凝+粉末冶金方法。Mg不溶于δ’4/12/202471編輯ppt沉淀相δ'與母相共格強化。一旦δ'被位錯切割，共格部分截面積減小，以后的位錯便容易沿此面滑移并堆積，引起應(yīng)力集中，造成裂紋。無沉淀帶：時效后期，δ沿晶界沉淀。晶界脆化：吸氫、鈉防止局部優(yōu)先變形：均勻脫溶，彌散強化防止應(yīng)力集中：欠時效，形變熱處理，晶粒細(xì)化防止晶界脆化：凈化熔體，加微量Bi減少晶內(nèi)應(yīng)力集中Al-Li合金韌性低的原因及防止方法4/12/202472編輯ppt典型牌號及性能8090合金Al-Li-Cu-Mg合金,Li2.2-2.7%,Cu1.0-1.6%Mg0.6-1.3%中等強度,但密度比2024、7075低10%2090合金Al-Cu-Li合金，Cu2.4-3.0%,Li1.9-2.6%強度與7075-T6相當(dāng)，密度低8%2091合金Al-Cu-Mg-Li合金，Cu1.8-2.5,Mg1.1-1.9,Li1.7-2.3性能與7×××系相當(dāng)，密度低8%5A90合金Al-Mg-Li-Zr合金，Mg4.9-5.4%,Li1.8-2.2%,Zr0.08-0.13%中強可焊合金4/12/202473編輯ppt(2)Al-Sc合金以微量Sc(0.07-0.35%)合金化的合金，與不含Sc的同類合金相比，Al-Sc合金強度高、塑韌性好、耐蝕性能和焊接