第一章鑄造鋁合金

第一篇鑄造有色(yǒusè)合金及其熔煉鑄造(zhùzào)鋁合金及其熔煉鑄造鎂合金及其熔煉鑄造銅合金及其熔煉鑄造鈦合金及其熔煉共一百零九頁第一章鑄造(zhùzào)鋁合金

鑄造鋁硅類合金(héjīn)鑄造鋁銅類合金鑄造鋁鎂類合金鑄造鋁鋅類合金其它鑄造鋁合金共一百零九頁§1-1鑄造(zhùzào)鋁合金概論共一百零九頁純鋁為面心立方晶型，強度較低，需強化有些鑄鋁的熱強性良好，可在200～300℃下服役(fúyì)鑄鋁無低溫脆性，是良好的低溫結(jié)構(gòu)材料鑄鋁有很高的比強度，僅次于鑄鈦合金機械性能共一百零九頁抗蝕性能(xìngnéng)在鋁的表面有一層很牢固的致密氧化膜起保護作用，故鋁合金在大氣、淡水及許多介質(zhì)中有良好的耐蝕性。氧化膜的化學穩(wěn)定性和熔點都很高，故鑄鋁在高溫工作時仍具有(jùyǒu)良好的耐蝕性和抗氧化性能。共一百零九頁熔鑄(róngzhù)工藝性能鋁合金的熔煉溫度不高，液態(tài)表面也有一層致密氧化(yǎnghuà)膜，能阻止鋁液繼續(xù)氧化(yǎnghuà)，無需專門保護，故熔煉設備及工藝簡單。鑄鋁一般有良好的流動性，較小的縮松和熱裂傾向。鑄造方法不限，特別適用金屬型和壓鑄。共一百零九頁應用領(lǐng)域飲料容器；建筑材料；航空航天工業(yè)；地面運輸(yùnshū)工業(yè)；造船及發(fā)動機；電氣和電子學材料；熱交換器輕高比強和模量高電和熱導率好的腐蝕特性(tèxìng)無磁性無毒低熔點，易熔化和易鑄造機械加工性好成本低

共一百零九頁在汽車(qìchē)上的應用汽車(qìchē)發(fā)動機汽車前橋

還有離合器外殼、變速箱外殼、變速箱上蓋、儀表盤骨架、輪轂、轉(zhuǎn)向支架、剎車支架、氣門支架等。共一百零九頁F-111戰(zhàn)斗(zhàndòu)轟炸機

F—111A基本結(jié)構(gòu)(jiégòu)材料為鋁合金，蒙皮為蜂窩夾層壁板。共一百零九頁蘇-27“側(cè)衛(wèi)”重型(zhòngxíng)戰(zhàn)斗機該機為全金屬半硬殼式機身，機頭略向下垂(xiàchuí)，大量采用鋁合金。共一百零九頁M190型自行(zìxíng)榴彈炮鋁合金裝甲車體和旋轉(zhuǎn)(xuánzhuǎn)炮塔、炮塔位置靠后、動力裝置前置、主動輪在前共一百零九頁88式狙擊步槍

兩腳架為鋁合金制，可以(kěyǐ)向前或向后折疊，并可以(kěyǐ)方便拆下，但強度不足，比較容易損壞。

共一百零九頁

鑄鋁合金的標準(biāozhǔn)及分類名義(míngyì)質(zhì)量分數(shù)的整數(shù)值如果數(shù)值小于1，一般不標數(shù)字有的牌號后標A，表示雜質(zhì)含量更低，性能高的優(yōu)質(zhì)合金鑄鋁合金的國標、航標中有26個牌號牌號：ZAl+合金元素+合金元素含量ZAlSi7MgZAlSi7MgA共一百零九頁

代號(dàihào)：ZL×××

代號(dàihào)鋁合金類別順序號

1代表Al-Si類2代表Al-Cu類3代表Al-Mg類4代表Al-Zn類ZL101ZL201共一百零九頁分類(fēnlèi)Al-Si類氣密合金，應用(yìngyòng)范圍最廣，產(chǎn)量最多Al-Cu類耐熱或高強度鋁合金Al-Mg類耐蝕合金Al-Zn類

自動固溶效應與自然時效硬化共一百零九頁§1-2鑄造(zhùzào)鋁硅合金共一百零九頁鑄造鋁硅類合金(héjīn)特性共晶型相圖合金的組織(zǔzhī)由韌性的α固溶體與硬脆的共晶硅相所構(gòu)成比純鋁強度高得多，并保留一定的塑性。共一百零九頁結(jié)晶溫度范圍最?。痪€膨脹系數(shù)?。还簿w在凝固溫度附近具有良好(liánghǎo)塑性；鑄造鋁硅類合金(héjīn)特性可兼顧機械性能與鑄造性能兩方面的要求，得到兩者兼優(yōu)的合金流動性好，縮松﹑熱裂傾向很小。共一百零九頁鋁硅合金中硅的形態(tài)(xíngtài)特征因為鋁在硅中的溶解度極小(jíxiǎo)，故合金中的硅相可視為與純硅無異。硅晶體是金剛石立方晶型，晶胞是面心立方晶格內(nèi)多出4個原子。共一百零九頁硅片生長過程(guòchéng)中會產(chǎn)生分枝和改變生長方向鋁硅合金中硅的形態(tài)(xíngtài)特征共一百零九頁鋁硅合金(héjīn)共晶體的變質(zhì)硅相在自發(fā)非控制生長條件(tiáojiàn)下會長成片狀共一百零九頁概念

所謂變質(zhì)處理是在熔融合金中加入少量的一種或幾種元素（或加化合物起作用而得），改變(gǎibiàn)合金的結(jié)晶組織，共晶體中的硅相由原來的粗大片狀變?yōu)榧毿±w維狀，從而改善機械性能。方法

生產(chǎn)上常在合金液中加入氟化納與氯鹽的混合物來進行變質(zhì)處理，加入微量的純鈉也有同樣效果。共晶(ɡònɡjīnɡ)硅的變質(zhì)共一百零九頁變質(zhì)處理機理(jīlǐ)

a)Si晶體生長時，界面前沿存在有少量的孿晶與大量的界面臺階，Si原子或Si的八面體容易進入(jìnrù)臺階，使Si晶體沿著[211]晶向生長成板片狀。[211]SiSi的八面體Si的八面體Si晶體生長狀況共一百零九頁

b)變質(zhì)元素Na進入(jìnrù)界面臺階，使臺階消失，同時使Si晶體表面產(chǎn)生大量的孿晶，這樣Si晶體的生長方式由孿晶凹谷代替界面臺階，Si晶體仍然長成板片狀。界面(jièmiàn)臺階消失后Si晶體生長狀況[211]SiSi的八面體變質(zhì)處理機理（續(xù)）共一百零九頁

c)Na原子在孿晶凹谷處的大量富集，阻礙了晶體沿[211]晶向的生長，迫使其產(chǎn)生分枝，主桿沿[100]晶向生長，分枝沿[211]晶向生長，最后(zuìhòu)長成細的纖維狀晶體。[100][211][211][211]變質(zhì)元素(yuánsù)使Si晶體產(chǎn)生分枝[211][100][211]實際測量結(jié)果變質(zhì)處理機理（續(xù)）共一百零九頁過共晶鋁硅合金中初生(chūshēnɡ)硅的變質(zhì)Al-Si過共晶(ɡònɡjīnɡ)合金（含22x10-2Si）鑄態(tài)組織（金屬型）變質(zhì)前初生硅晶體長成粗大厚板片狀用鈉或磷變質(zhì)處理能細化初生硅共一百零九頁初生(chūshēnɡ)硅的變質(zhì)一類是赤磷或含赤磷的混合變質(zhì)劑；另一類是含磷的中間(zhōngjiān)合金（Cu-P）。形成AlP作為硅結(jié)晶的非均質(zhì)晶核，使初生硅細化；同時磷在鋁液中有一定的溶解度，磷在鋁中呈表面活性，故也能被硅晶孿晶凹谷所吸附，抑制孿晶的生長。變質(zhì)劑分類磷變質(zhì)機制共一百零九頁1、變質(zhì)方法

在純鋁和鋁合金中加入少量Ti、Zr、B等元素2、變質(zhì)機理

①由于元素與Al形成固相質(zhì)點(zhìdiǎn)，可作為非自發(fā)晶核；②由于包晶反應，也使α依附在TiAl3質(zhì)點上形核；③由于過冷度較小，其結(jié)晶生長速度卻比較小。亞共晶(ɡònɡjīnɡ)鋁合金中初生α相的細化共一百零九頁課前復習題固溶強化與時效強化變質(zhì)處理列舉3種金屬材料的強化機制，對強度和塑性有什么影響？列舉3種鑄造合金的使用性能？列舉3種鑄造合金的工藝性能？為什么鋁硅類合金的鑄造性能(xìngnéng)好？二元鋁硅合金為什么不能進行熱處理強化？共一百零九頁鋁硅二元合金(héjīn)ZL102（ZAlSi12）強度(qiángdù)也較高，但塑性較低鑄造性能最好致密度最好共一百零九頁適用于薄壁復雜鑄件或?qū)饷苄砸蟾叩蔫T件，以及(yǐjí)壓鑄件。鋁硅二元合金不能熱處理強化的，只能加入合金元素進行強化。具有較好的抗蝕性，耐磨性和耐熱性。切削性能比其它系鋁合金差。必須進行變質(zhì)處理，提高力學性能。鋁硅二元合金(héjīn)ZL102（續(xù)）共一百零九頁1.鎂的強化效果最好。2.加入鎂后，組織中出現(xiàn)β（Mg2Si）相，Mg2Si可通過固溶和時效處理(chǔlǐ)使合金時效強化。Al-Si-Mg系合金(héjīn)共一百零九頁少量的鎂即能大大提高抗拉和屈服強度;鎂量增加，強化效果不斷增大，強度急劇上升(shàngshēng)，而塑性下降。Mg量一般采用（0.2～0.45）×10-2。鎂對機械性能的影響(yǐngxiǎng)共一百零九頁鐵對Al-Si-Mg系合金(héjīn)組織和性能的影響粗大(cūdà)針狀脆性β（Al9Fe2Si2）相并穿過α晶粒惡化了合金的機械性能，特別是塑性共一百零九頁砂型鑄造(zhùzào)

Fe≤0.6%金屬型鑄造

Fe≤1.0%

壓力鑄造

Fe≤1.5%

鐵Al-Si-Mg系合金(héjīn)對組織和性能的影響（續(xù)）大多數(shù)的鋁合金中都力求減少含F(xiàn)e量降低了合金的抗蝕性Fe量過高，會降低流動性、增大熱烈傾向、也降低切削性。共一百零九頁①組織變化在Al-Si合金中加入(jiārù)錳，可大大降低Fe的危害。錳對Al-Si-Mg系合金(héjīn)機械性能的影響②錳的加入量錳的加入量與含鐵量有關(guān)，一般認為Mn/Fe比在0.7～0.8左右時效果最好。

Mn≤0.5%。共一百零九頁

二者特別有害；極微量時就會在晶界上形成低熔點共晶；降低(jiàngdī)合金的塑性和抗蝕性；錫、鉛分別限制在0.01×10-2和0.05×10-2以下。錫、鉛對Al-Si-Mg系合金組織(zǔzhī)和性能的影響共一百零九頁

①

化學成分

W/10-2：8.0-10.5Si、0.17-0.3Mg、0.2-0.5Mn。②熱處理

T6③性能

具有(jùyǒu)良好的綜合機械性能，鑄造性能也很好。④應用范圍

航空工業(yè)中用于制作發(fā)動機壓縮機匣、承力框架、軸承機匣、氣缸排等。Al-Si-Mg系常用(chánɡyònɡ)合金-ZL104共一百零九頁ZL104合金變質(zhì)(biànzhì)前后的顯微組織砂型×100

a)未變質(zhì)(biànzhì)b)變質(zhì)(biànzhì)后共一百零九頁①化學成分

W/10-2：6.5-7.5Si、0.25-0.45Mg②熱處理

T4、T5、T6狀態(tài)。③特性T4狀態(tài)下有比ZL104更好的塑性和韌性，調(diào)節(jié)Mg量和時效規(guī)范，可獲得不同的機械性能。鑄造(zhùzào)性能也良好，僅次于ZL104。鑄件的氣密性良好。Al-Si-Mg系類常用(chánɡyònɡ)合金-ZL101共一百零九頁三.Al-Si-Cu-Mg系合金(héjīn)當要求工作溫度達200-225℃時，就應采用(cǎiyòng)Al-Si-Cu-Mg系合金。Al-Si-Mg系雖然有良好的機械和鑄造性能，但熱強性低，工作溫度不超過185℃。共一百零九頁Al-Si-Mg系中加Cu時，組織中將出現(xiàn)

W(Al2Mg5Si4Cu4)相和?(CuAl2)相；Cu/Mg≈2.1，組織中的β相將完全消失(xiāoshī)，而成為α+Si+W三相組織，Cu/Mg＞2.1，組織中除α+Si+W外，還將出現(xiàn)θ相。銅對Al-Si-Cu-Mg系合金組織(zǔzhī)的影響共一百零九頁銅對Al-Si-Cu-Mg系合金性能(xìngnéng)的影響強度(qiángdù)顯著增加，但伸長率下降熱強性不斷提高共一百零九頁鎂對Al-Si-Cu-Mg系合金性能(xìngnéng)的影響合金強度急劇(jíjù)上升而塑性急降鎂量?？刂圃?.5×10-2左右共一百零九頁成分：W/10-2：4.5-5.5Si、1-1.5Cu、0.4-0.6Mg。無需變質(zhì)，常用T5、T7狀態(tài)。其強度和ZL104相近，但塑性很低，高溫強度較高。鑄造性能良好，稍次于ZL101合金。較易產(chǎn)生縮松、熱裂趨向稍大，但鑄件氣密性仍良好。抗蝕性降低，需進行陽極(yángjí)化和涂漆保護。焊接性和切削性均良好。2.常用(chánɡyònɡ)合金ZL105(ZAlSi5Cu1Mg)共一百零九頁2.常用(chánɡyònɡ)合金ZL105（續(xù)）不適于承受沖擊載荷，僅用作承受較大靜載荷及高溫下工作的零件，可在225℃下工作。航空上應用較廣，如用作增壓器外殼、氣缸頭、導氣彎管。當慢冷時，其組織為：初生α、α＋Si共晶、少量條狀W相和少量?相。在鑄造冷卻條件下，β與?及Si相往往(wǎngwǎng)同時出現(xiàn)，而可能不會出現(xiàn)W相。共一百零九頁共一百零九頁此類合金主要是作為內(nèi)燃機活塞材料。活塞材料要求具有(jùyǒu)高的熱強性和耐磨性，低的線膨脹系數(shù)和密度。

活塞合金分為兩大類：

共晶型鋁硅合金過共晶型鋁硅合金。四.Al-Si類活塞(huósāi)合金共一百零九頁硅

保證合金有良好的鑄造性能和低的線脹系數(shù)，并提高強度、耐磨性、抗蝕性。鎂使合金可熱處理強化，提高室溫性能。銅使合金顯著強化，改善高溫性能；但降低抗蝕性。錳可抵消(dǐxiāo)鐵的有害作用，也能改善高溫強度。共晶(ɡònɡjīnɡ)型鋁硅合金共晶型鋁硅有ZL108和ZL109合金。ZL108加銅，ZL109加銅和鎳來產(chǎn)生耐熱相，提高高溫強度。共一百零九頁過共晶型鋁硅合金主要牌號為ZL117硅

含量很高，組織中除共晶體外含有大量的初生硅晶體。降低密度(mìdù)和線脹系數(shù)、提高耐磨性。稀土能顯著提高熱強度。鎂使合金可熱處理強化，提高室溫性能。銅使合金顯著強化，改善高溫性能；但降低抗蝕性。錳可抵消鐵的有害作用，也能改善高溫強度。過共晶(ɡònɡjīnɡ)型鋁硅合金共一百零九頁過共晶鋁硅活塞合金(héjīn)的顯微組織×100

a)未變質(zhì)(biànzhì)b)變質(zhì)(biànzhì)后共一百零九頁成分W/%為：19~22Si、1.0~2.0Cu、0.5~1.5RE、0.4~0.8Mg、0.3~0.5Mn、余為Al。

高溫強度高，但性脆。鑄造性能良好，流動性好、縮松及熱烈傾向小。耐磨性非常好?？刮g性和尺寸穩(wěn)定性好。切削性差，焊接性能尚可。熔煉工藝(gōngyì)復雜。ZL117（ZAlSi20Cu2RE）合金(héjīn)共一百零九頁Al-Si類活塞合金多為共晶及過共晶合金的原因？Al-Si類活塞合金是否需要變質(zhì)處理，為什么？鎂、銅、鐵和錳對鋁硅合金組織和性能(xìngnéng)的影響？稀土元素對鋁合金組織與性能有什么影響？為什么含微量Mg的鋁硅合金都要進行時效處理，而二元鋁硅合金則不需要熱處理？Al-20%Si合金可以應用在哪些地方，通過添加什么元素可以進一步提高其室溫和高溫性能，該合金生產(chǎn)中是否需要變質(zhì)處理，該合金的機加工性能如何？課前復習題共一百零九頁§1-3鑄造(zhùzào)鋁銅合金共一百零九頁引言(yǐnyán)

前面的鋁硅類合金總體強度水平不高，耐熱性也低，除活塞合金外，高者只能(zhīnénɡ)在225℃下工作。欲達到更高水平，就要采用鋁銅類合金。共一百零九頁Al–Cu二元合金(héjīn)相圖Al–Cu相圖呈共晶，Cu在α中的溶解度隨溫度下降(xiàjiàng)而顯著降低。共一百零九頁Al–Cu二元合金(héjīn)的特性鋁銅合金是最典型最重要的時效強化合金。室溫機械性能很高；耐熱性最好；鑄造(zhùzào)性能差；

抗蝕性差。常用于作250-350℃工作的耐熱鋁合金或高強度合金的基礎，其重要性和應用范圍僅次于鋁硅合金。共一百零九頁鑄鋁的耐熱合金(nàirèhéjīn)化原則（1）合金元素原子間鍵合能量應高，該能量可用熔點、汽化熱來表征。（2）在合金的工作溫度至室溫范圍(fànwéi)，加入的組元在α固溶體中的溶解度變化和過飽和度應小，不發(fā)生相的溶解或析出，保證組織的穩(wěn)定。（3）合金化各元素加入的比例，最好能形成成分和結(jié)構(gòu)都很復雜的金屬間化合物。共一百零九頁鑄鋁的耐熱合金(nàirèhéjīn)化原則

(續(xù))

（4）第二相應有有利的形態(tài)和分布(fēnbù)。（5）合金元素溶入固溶體應能提高原子間的鍵合力，降低擴散速度。（6）為了保證有較好的鑄造性能，合金化時，最好使合金中復雜難熔的共晶體量大于20%。共一百零九頁（1）此系合金有較高的共晶溫度（548℃）。（2）Al-Cu系α的固溶度在350℃以下變化很小。（3）加入難溶元素利于形成成分、結(jié)構(gòu)均復雜的第二相，大都成分區(qū)很窄，熱硬性很高。（4）銅原子在α基體(jītǐ)中擴散較慢，加入的難熔元素擴散系數(shù)更小。鋁銅合金的耐熱性共一百零九頁銅對合金組織(zǔzhī)﹑性能的影響強度隨銅量增加而顯著上升(shàngshēng)，而塑性則不斷下降4.5-5.5×10-2Cu時綜合機械性能最好共一百零九頁當含銅量過高時，使室溫機械性能下降，而高溫強度則不斷(bùduàn)提高。當含銅在4-6×10-2范圍時合金的鑄造性能較差，熱裂傾向嚴重；銅量再增加時鑄造性能有緩慢改善，直至銅量達12×10-2時鑄造性能才顯著提高，但其室溫機械性能卻很差。鋁銅二元合金的室溫機械性能和鑄造性能之間存在著較大的矛盾。銅量對合金組織(zǔzhī)﹑性能的影響（續(xù)）共一百零九頁鑄態(tài)組織晶界上存在離異共晶的θ(CuAl2)相。性能室溫(shìwēn)及高溫機械性能較高。鑄造性能很差，氣密性差，抗蝕性差，切削性良好，焊接性較差。二元合金(héjīn)為ZL203(ZAlCu4)共一百零九頁（1）錳的作用

在合金中錳部分溶入α固溶體，更多的錳則在合金中形成TMn(Al12CuMn)相，能大大提高耐熱性。錳量過高，影響(yǐngxiǎng)機械性能，錳量控制在0.8～0.9×10-2左右。（2）銅的作用

銅在合金中的基本作用如前似述。實踐表明，銅量應控制在5×10-2左右。Al-Cu-Mn-Ti系合金(héjīn)共一百零九頁（1）基體晶粒的細化

在鋁和鋁合金中加入少量的鈦、鋯、硼等，可使α基體晶粒細化。（2）

鈦在Al-Cu-Mn系中作用

少量的鈦使α晶粒顯著細化。

鈦直接對合金高溫機械性能有利。鈦可降低合金的熱裂傾向(qīngxiàng)。加鈦還提高抗蝕性。鈦在合金中的作用(zuòyòng)和基體晶粒的細化共一百零九頁（1）硅

少量(shǎoliàng)的硅就使合金的室溫和高溫機械性能急劇下降。（2）鐵

使銅，錳貧化，顯著降低合金的室溫機械性能和耐熱性。（3）

鎂顯著增大了熱裂傾向和降低塑性和焊接性。（4）

鋅

增大擴散系數(shù)，降低耐熱性。雜質(zhì)(zázhì)的影響共一百零九頁雜質(zhì)(zázhì)的影響共一百零九頁

成分W(10-2)為：4.5～5.3Cu、0.6～1.0Mn、0.15～0.35Ti、余為Al。

熱處理ZL201常用T4、T5狀態(tài)

機械性能此合金(héjīn)熱處理后有良好的綜合機械性能。

鑄造性能鑄造性能較差。常用(chánɡyònɡ)的合金-ZL201共一百零九頁Zl201合金的顯微(xiǎnwēi)組織×200，砂型鑄造

（a）鑄態(tài)（b）T4態(tài)共一百零九頁（1）成分

W(10-2)為：4.6-5.3Cu、0.3-0.5Mn、0.15-0.35Ti、0.15-0.25Cd、0.05-0.3V、0.05-0.2Zr、0.05-0.06B、余為Al。（2）

特點①成分復雜，合金化元素達7種之多。②加入量很少的元素，成分范圍非常窄。③雜質(zhì)含量(hánliàng)控制很低，F(xiàn)e≤0.15、Si≤0.06、Mg、Ni、Zn各≤0.05。④強度塑性很高。常用(chánɡyònɡ)的合金-ZL205A共一百零九頁耐熱性隨RE的增加而顯著提高(tígāo)，而室溫機械性能略趨下降。Al-Cu-RE-Si系合金(héjīn)共晶型相圖共一百零九頁（1）

成分

W(10-2)為：4.4-5.0RE（富Ce）、3.0-3.4Cu、1.6-2.0Si、0.9-1.2Mn、0.2-0.3Ni、0.15-0.25Zr，余為Al。（2）

特性T1處理時鑄態(tài)過飽和固溶于α中的合金元素將以彌散相析出，可顯著提高高溫持久強度，室溫(shìwēn)強度也略有提高。高溫強度很高，鑄造性能良好，焊接性良好。

ZL207（ZAlRE5Cu3Si2）合金(héjīn)共一百零九頁§1-4鑄造(zhùzào)鋁鎂及鋁鋅合金共一百零九頁鋁鎂類合金(héjīn)特性

有很好的室溫機械性能和抗蝕性；密度小，切削性很好；機械性能不穩(wěn)定且壁厚效應(xiàoyìng)較大，長期使用有自然變脆和產(chǎn)生應力腐蝕裂紋的傾向；熔鑄工藝性在鑄鋁合金中最差。共一百零九頁共一百零九頁鎂對合金(héjīn)的影響1.鎂引起很強的固溶強化作用(zuòyòng)。2.隨著鎂量的增加，合金的機械性能顯著提高，但合金中含鎂量一般不超過12×10-2，因為當鎂量大于時12×10-2，機械性能下降共一百零九頁鎂對合金(héjīn)的影響（續(xù)）③

隨鎂含量的增加而直線下降，比強度提高而剛度降低。④鋁鎂合金在海水及弱堿性溶液等介質(zhì)中有很高的抗蝕性。⑤合金的鑄造性能不好(bùhǎo)。⑥熔煉及鑄造時要采用特殊的保護措施。

共一百零九頁鋁銅類合金的室溫機械性能很高，而鑄造性能差，且抗腐蝕性特別低的原因？為什么鋁銅類合金的耐熱性高？為什么當含銅量過高時，鋁銅類合金室溫機械性能下降，而高溫強度(qiángdù)則不斷提高？為什么鋁銅類合金一般都需要時效處理？為什么鋁鎂類合金耐腐蝕性能良好？課前思考題共一百零九頁

鑄件厚大處冷卻凝固(nínggù)慢，易產(chǎn)生縮松和樹枝晶粗大，而且在液態(tài)停留時間較長，易氧化和與水汽反應，產(chǎn)生晶間氧化與氣孔?？s松又促進了晶間氧化的發(fā)展，氧化產(chǎn)生的熱量又使冷卻變慢，加劇了縮松和晶粒粗大。故鑄件厚壁處的機械性能將比薄壁處大為降低，這種隨壁厚增加而使機械性能下降的現(xiàn)象，稱為機械性能的壁厚效應。機械性能的壁厚效應(xiàoyìng)共一百零九頁①鈹鈹是很強的表面活性元素。在鋁鎂合金中加入微量（0.03-0.05×10-2）鈹后，可生成足夠的BeO，填充合金氧化膜的空隙(kòngxì)使其致密，大大提高合金液的抗氧化性，改善熔煉工藝。它也能顯著減輕鑄件厚壁處的晶間氧化和氣孔，降低機件的壁厚效應。附加元素對合金(héjīn)的影響共一百零九頁②鋯﹑硼﹑鈦

在合金中它們起變質(zhì)作用，能細化晶粒，除可提高機械和鑄造(zhùzào)性能外，還能減小壁厚效應；鋯、鈦還能與合金中的氫反應形成穩(wěn)定化合物ZrH2等，有助于消除針孔。附加元素對合金(héjīn)的影響（續(xù)）共一百零九頁①

鐵顯著降低(jiàngdī)合金的機械性能和抗蝕性。②

硅顯著降低合金的機械性能。

此外，銅、鋅、鎳對抗蝕性有不良影響。雜質(zhì)(zázhì)對合金的影響共一百零九頁（1）成分W（10-2）為：9.5-11.0Mg，余為Al。（2）

優(yōu)點

單相(dānxiānɡ)組織，故塑性、韌性均很高。（3）缺點

機械性能不穩(wěn)定，T4狀態(tài)的鑄件在經(jīng)過長期使用或放置后變脆。

ZL301(ZAlMg10)合金(héjīn)共一百零九頁（1）成分

W（10-2）為：4.5-5.5Mg、0.8-1.3Si、0.1-0.4Mn，余為Al。（2）硅

在Al-Mg合金中加1x10-2Si，可以改善合金的鑄造(zhùzào)性能，但硅使機械性能下降。（3）錳

加錳形成MnAl6(Fe)相，減少鐵的有害影響。ZL303(ZAlMg5Si)合金(héjīn)共一百零九頁在鑄造冷卻條件下，Al-Zn合金能自動固溶處理，大部分鋅可過飽和固溶在α中。隨后又能在室溫(shìwēn)自然時效，使合金強化。高溫性能和鑄造性能較差，熱裂傾向大，抗蝕性能差，有應力腐蝕傾向。加之密度大、強度不高，故必須進一步合金化。鋁鋅類合金(héjīn)的特性共一百零九頁成分(chéngfèn)對合金的影響①

鋅主要起固溶強化作用，但加入量大，總的強化作用還是夠大，降低抗蝕性。②

硅提高鑄造性能和強度。③

鎂鎂起強化作用，過多降低塑性。④鐵鐵降低機械性能。

Al-Zn-Si系合金(héjīn)共一百零九頁成分W（10-2）為：9.0-13.0Zn、6.0-8.0Si、0.1-0.3Mg,余為Al鑄態(tài)組織

初生α固溶體和α+Si共晶體，還可能有Mg2Si和含鐵相。性能

鑄造性能較好、焊接性和切削性良好，抗蝕性較差。應用

可用來鑄造大型復雜和承受高靜負荷(fùhè)的零件和復雜壓鑄件。ZL401(ZAlZn11Si7)合金(héjīn)共一百零九頁ZL401合金(héjīn)鑄態(tài)組織（未浸蝕）×100

(a)砂型(shāxíng)鑄造(b)壓鑄共一百零九頁①

鋅和鎂

鋅和鎂強化效果很顯著鋅和鎂二者總量愈高、合金強度愈高，而塑性和抗蝕性愈差。為了兩者兼顧，鋅、鎂總量通常用6～7%。②

鉻和錳顯著提高合金的應力(yìnglì)腐蝕抗力和機械性能。③

鈦和鋯用以細化晶粒，改善機械和鑄造性能，減輕壁厚效應。成分(chéngfèn)對Al-Zn-Mg系合金共一百零九頁

④

鐵在Al-Zn-Mg合金中鐵原先也作為雜質(zhì)而嚴格限制。但試驗表明，合金加入約1.0-1.5%Fe后，會形成細小的FeAl3相，能細化α晶粒，減少晶間縮松和熱裂傾向；還能減輕應力腐蝕(fǔshí)傾向，但鐵量應控制在1.7%以下，否則將出現(xiàn)粗大針狀FeAl3相，反而有害。⑤

硅硅是雜質(zhì)，因生成不溶解的脆性Mg2Si，降低機械性能。成分(chéngfèn)對Al-Zn-Mg系合金（續(xù)）共一百零九頁①成分W（10-2）：5.0-6.5Zn、0.5-0.65Mg、0.15-0.25Ti、0.4-0.6Cr，余Al②

組織α固溶體和沿晶界分布MgZn2相，有時還出現(xiàn)少量(shǎoliàng)的T相和含鐵相。③

熱處理此合金常采用鑄態(tài)自然時效或T1狀態(tài)。④

性能鑄造性能尚好，有較好的抗蝕和抗應力腐蝕性能，焊接和切削性良好⑤

應用

用作精密儀表零件和承受大的動載荷零件。ZL402(ZAlZn6Mg)合金(héjīn)共一百零九頁§1-5鋁合金的新進展共一百零九頁超輕鋁合金(héjīn)-鋁鋰合金(héjīn)概述以鋁為基添加3wt％左右鋰及其它元素組成；在鋁合金中加入1wt%的鋰,鋁合金的密度下降3%，彈性模量增大6％；鋁鋰合金具有密度低、高強度、高模量以及(yǐjí)高比強度和比剛度等優(yōu)點；用于飛機上，可減輕飛機重量8％～16％；主要有Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系和Al-Mg-Li系；共一百零九頁鋁鋰合金(héjīn)的發(fā)展背景進入空間軌道的航天運載器每減輕1kg，其發(fā)射費用將節(jié)省約2萬美元。戰(zhàn)斗機重量若減輕15％，則可縮短飛機滑跑距離15％，增加航程20％，提高有效載荷30％。據(jù)推算，如果采用先進鋁鋰合金取代傳統(tǒng)鋁合金制造波音飛機，每架飛機每年的飛行費用將降低2.2％。鋁鋰合金被認為是航空航天最理想的結(jié)構(gòu)(jiégòu)材料。鋁鋰合金研究中的關(guān)鍵技術(shù)各國高度保密。

共一百零九頁鋁鋰合金(héjīn)的發(fā)展過程（一）1920—1970年1924年德國研制成Scloro合金，但沒有得到工業(yè)應用。40年代前期，美國Alcoa公司研制了2020鋁鋰合金，強度可同7075鋁合金相比。1958年美國海軍將它用在RA-5C飛機上代替7075鋁合金做機翼及水平安定面蒙皮(ménɡpí)，投產(chǎn)177架，服役近20年。60年代發(fā)現(xiàn)這種規(guī)格的鋁鋰合金的斷裂韌性低，缺口敏感性高，便停止了生產(chǎn)。共一百零九頁鋁鋰合金(héjīn)的發(fā)展過程（二）1970～1990年需求動力：能源危機和宇航工業(yè)的發(fā)展推動了鋁鋰合金研究的發(fā)展。主要(zhǔyào)特點：70年代末以來，在基礎理論，熔煉工藝及材料性能上都有很大進展，研制了新一代的鋁鋰合金，并且開始進入實用化階段，已用于飛機和航天器上。

共一百零九頁鑄造(zhùzào)鋁鋰合金鋰的性質(zhì)活潑，在大氣中極易氧化甚至燃燒，與氫的結(jié)合力也極強，并且容易與爐襯材料(cáiliào)發(fā)生反應，侵蝕坩堝，形成的大量夾渣卷入鑄錠中。熔鑄過程中鋰本身極易偏析，鑄造時用水冷卻還有爆炸的危險，因此鋁鋰合金根本不能按常規(guī)方法熔煉鑄造。共一百零九頁鋁鋰合金(héjīn)的應用A350遠程客機采用全新的復合材料(fùhécáiliào)機翼和鋁鋰合金機身。共一百零九頁鋁鋰合金(héjīn)的應用美國(měiɡuó)“獵鷹”火箭的第2級是由鋁鋰合金制成共一百零九頁超高強鋁合金以航空航天用材為背景研制(yánzhì)并發(fā)展起來的一類高性能鋁合金材料；