1、第8章 鋁合金,鋁具有一系列比其他有色金屬、鋼鐵和塑料等更優(yōu)良的特性: 密度小，僅為2.7g/cm3，約為鋼的1/3； 優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性； 良好的耐蝕性； 優(yōu)良的塑性和加工性能等。,8.1 鋁合金的熱處理及時(shí)效強(qiáng)化,1、鋁合金的分類 變形鋁合金-1 鑄造鋁合金-2 防銹鋁-3 不能HT強(qiáng)化 硬鋁/超硬鋁/鍛鋁-4 能HT強(qiáng)化,2、鋁合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn) 特點(diǎn)：淬火加熱時(shí)不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 熱處理強(qiáng)化包括固溶處理與時(shí)效處理。,固溶 處理,+ 固溶度,強(qiáng)度/硬度變化小 塑性明顯,時(shí)效 處理,第二相從固 溶體中析出,力學(xué)性能等發(fā)生 顯著變化,時(shí)效形式：人工時(shí)效，自然時(shí)效 一般“回火”用于晶型轉(zhuǎn)變

2、的淬火合金， “時(shí)效”用于非晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金,以Al-Cu二元合金為例討論鋁合金的時(shí)效過程： (1) 形成銅原子富集區(qū),銅富集區(qū) 稱G.P.區(qū),晶體結(jié)構(gòu)與基體同， 但產(chǎn)生了共格應(yīng)變區(qū),強(qiáng)度、硬度。G.P.呈盤狀，僅幾個(gè)原 子層厚，室溫下直徑約5nm，超過200 就不再出現(xiàn)G.P.區(qū)。,(2) 銅原子富集區(qū)有序化,G.P.區(qū)急劇長(zhǎng)大， G.P.區(qū)銅原子有序 化，形成”相,”相與基體仍然 保持完全共格，具 有正方點(diǎn)陣,點(diǎn)陣常數(shù)a=b=0.404nm，c=0.768nm。它 比G.P.區(qū)周圍的畸變更大，因此時(shí)效強(qiáng)化 作用更大,(3)形成過渡相,”相轉(zhuǎn)變 成過渡相,是正方點(diǎn)陣， 成分接近CuAl2,

3、完全共格 局部共格,強(qiáng)度、硬度開始降 低，合金此時(shí)處于 過時(shí)效階段。,(4) 形成穩(wěn)定的,過渡相 完全脫溶,形成穩(wěn)定相CuAl2， ()與基體非共格,合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降,合金的種類不同，形成的G.P.區(qū)、過渡相 以及最后析出的穩(wěn)定相各不相同，時(shí)效強(qiáng)化 效果也不一樣,表 常用鋁合金系的時(shí)效過程及其析出的穩(wěn)定相,3、影響時(shí)效強(qiáng)化的主要因素,固溶 處理,規(guī)律：淬火T越高，淬火冷卻V越快，轉(zhuǎn)移t越 短，過飽和程度越高，時(shí)效強(qiáng)化效果也越大,要點(diǎn)：在不過熱過燒條件下，T淬高些，保溫t 長(zhǎng)些。淬火冷卻要保證不析出第二相。為了防止 淬火變形開裂，一般采用2080水冷卻,時(shí)效 工藝,溫度：對(duì)一定合金，有

4、最佳時(shí)效溫度. 時(shí)間：在一定時(shí)效溫度下，有最佳時(shí)效時(shí)間。 方式：?jiǎn)渭?jí)和多級(jí)時(shí)效。高強(qiáng)合金常用分級(jí)時(shí)效,4、合金化條件 合金元素能有限固溶；固溶度隨溫度降低而大為減??； 析出相的強(qiáng)化作用大。,時(shí)效溫度與硬度關(guān)系曲線,130時(shí)效時(shí)鋁銅合金的硬度與時(shí)間關(guān)系,思考題： 直接析出穩(wěn)定相在熱力學(xué)上是有利的，但為什么不是直接析出穩(wěn)定相?,8.2 變形鋁合金,四位字符體系：牌號(hào)的第一位數(shù)字表示組別，2 8表示。后兩位數(shù)字是區(qū)別同一組不同的鋁合 金。第二位字母表示原始合金的改型情況，A表示原始合 金；BY表示原始合金的改型合金。如2A06表示主要合 金元素為銅的6號(hào)原始鋁合金。 1、防銹鋁合金 Al- Mn和A

5、l- Mg兩個(gè)合金系。用“3A” 或“5A”加一 組順序號(hào)表示。具有優(yōu)良的抗蝕性、焊接性和塑性。不能 進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。適合于制作焊接管道、容器、鉚釘、各 種生活用具以及其它冷變形零件。,2、硬鋁合金,成分,Al-Cu-Mg系合金。2A + 順序號(hào)表示,分類,低強(qiáng)度硬鋁，如2A01、2A10 等合金； 中強(qiáng)度硬鋁，如2A11等合金； 高強(qiáng)度硬鋁，如2A12等合金, 2A12是使用最廣的高強(qiáng)度硬鋁合金,分類,時(shí)效處理后具有高硬度、強(qiáng)度， 優(yōu)良的加工性和耐熱性，但塑性、 韌性低，耐蝕性差。含Cu、Mg低， 強(qiáng)度較低而塑性高；反之，強(qiáng)度高 而塑性低。,強(qiáng)化相,（CuAl2）、金屬間化合物S （CuMg

6、Al2）是強(qiáng)化相，S相最高,要嚴(yán)格控制淬火溫度。 如： 牌號(hào) 正常淬火溫度 過燒溫度 2A02 495505 510515 2A10 510520 540 2A12 495500 507 轉(zhuǎn)移時(shí)間盡量短 30，航空件 15； 冷速要快，熱水淬； 常用自然時(shí)效。,熱 處 理 特 性,應(yīng)用,飛機(jī)大梁、空氣螺旋槳、鉚釘及蒙皮等,圖 鋁銅鎂三元合金垂直截面,3、超硬鋁合金,成分 性能,Al-Zn-Cu-Mg系。7A + 順序號(hào)表示 室溫強(qiáng)度最高，500700MPa，缺點(diǎn) 是耐蝕性差，疲勞強(qiáng)度低，120的 溫度下使用。 強(qiáng)化相:MgZn2 Al2Mg3Zn3,特點(diǎn) 應(yīng)用,T淬范圍較寬，一般為450480

7、， 人工分級(jí)時(shí)效：先在120時(shí)效3小時(shí)， 第二次在160時(shí)效3小時(shí)，形成G.P.區(qū) 和少量的相，達(dá)到最大強(qiáng)化狀態(tài)。 應(yīng)用：飛機(jī)工業(yè)中重要的結(jié)構(gòu)材料。,4、鍛鋁合金,成分 性能,Al-Mg-Si-Cu系合金。用6A或2A加順序 號(hào)表示。常用的合金有6A02、2A14等 具有優(yōu)良的鍛造性能，力學(xué)性能與硬鋁 相近，但熱塑性及耐蝕性較高,特點(diǎn) 應(yīng)用,主要強(qiáng)化相是Mg2Si。Mg2Si具有自然 時(shí)效傾向，淬火后應(yīng)立即人工時(shí)效。 主要用做航空儀表中形狀復(fù)雜、強(qiáng)度要 求高的鍛件。,8.3 鑄造鋁合金,鑄造鋁合金應(yīng)具有高的流動(dòng)性，較小的收縮 性等良好的鑄造性。共晶合金應(yīng)最佳，但容易有 大量硬脆化合物，使脆性增

8、加。因此，實(shí)際使用 的鑄造合金并非都是共晶合金。 鑄造鋁合金的牌號(hào)用ZL + 三位數(shù)字表示。 第一位數(shù)字是合金系別：1是Al-Si系合金；2是 Al-Cu系合金；3是Al-Mg系合金；4是Al-Zn系合 金。第二、三位數(shù)字是合金的順序號(hào)。例如 ZL102表示2號(hào)Al-Si系鑄造合金。,1、 鋁硅系鑄造合金,特 點(diǎn),流動(dòng)性最好，比重輕，鑄造收縮率小; 焊接性、耐蝕性優(yōu)良,致密度較小。 共晶組織中硅晶體呈粗針狀或片狀， 有少量塊狀初生硅。常經(jīng)變質(zhì)處理. 塑性較低，需要細(xì)化組織。,應(yīng) 用,常用合金：ZL102 和ZL104等 . 制造致密度要求不高、形狀復(fù)雜鑄件。 如ZL105工作在250的耐熱零件

9、， ZL111形狀復(fù)雜的內(nèi)燃機(jī)汽缸等。.,（a）未變質(zhì)處理 250 （b）變質(zhì)處理 100 圖 ZL102 變質(zhì)處理前后的組織形貌,2、鋁銅鑄造合金,鋁銅鑄造合金的主要強(qiáng)化相是CuAl2。 最大特點(diǎn)就是耐熱性高，但耐蝕性差。 共有三種牌號(hào)：ZL201、ZL202、ZL203。,Cu 熱強(qiáng)性 脆性, 14%Cu,ZL203 ,45%Cu 常用, 鑄造性較差,ZL202 ,911%Cu 鑄造性好,耐蝕性,3、鋁鎂鑄造合金,特 點(diǎn),比重輕，強(qiáng)度和韌性較高，優(yōu)良的耐 蝕性、切削性和拋光性。 熔點(diǎn)低熱強(qiáng)度較低，工作T200 結(jié)晶溫度范圍較寬，故流動(dòng)性差，形 成疏松傾向大，其鑄造性較差。,應(yīng) 用,ZL30

10、1、ZL302二種牌號(hào)。 制造承受沖擊振動(dòng)載荷和耐海水或 大氣腐蝕、外形簡(jiǎn)單的重要零件,4、鋁鋅鑄造合金,特 點(diǎn),鋅固溶強(qiáng)化，極限溶解度為31.6%， 不形成金屬間化合物。固溶13%Zn，在 冷卻時(shí)不發(fā)生分解，固溶強(qiáng)化。 強(qiáng)度較高，是最便宜的鑄造鋁合金。 其主要缺點(diǎn)是耐蝕性差。,應(yīng) 用,常用ZL401。制作工作溫度在200 以下，形狀復(fù)雜的汽車及飛機(jī)零件、醫(yī) 療機(jī)械和儀器零件。,5、鑄造鋁合金的熱處理 除ZL102外，其它合金均能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。,熱 處 理 特 點(diǎn), 為變形或過熱，最好在350以下 低溫入爐，隨爐緩慢加熱。 T淬高一些，t保長(zhǎng)一些，1520小時(shí) 淬火介質(zhì)一般用60100的水。

11、 如需時(shí)效，一般采用人工時(shí)效。,小 結(jié) 鋁合金沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 鋁合金熱處理為固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化。 鋁合金時(shí)效基本過程是強(qiáng)化相的析出過程。 各個(gè)階段的強(qiáng)化效果也不同。 正確制定合金的固溶處理工藝，是保證獲得 良好時(shí)效強(qiáng)化效果的前提。,Cu、Mg、 Zn、Si、Mn,L,L+,+,Al,Me,工業(yè)純鋁： 密度2.72。導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，抗蝕性好，塑性高,防銹鋁合金 只能變形強(qiáng)化。Al-Mg、Al-Mn系。 LF5,合金化,固溶強(qiáng)化 細(xì)化組織強(qiáng)化 時(shí)效強(qiáng)化 第二相強(qiáng)化,基本過程： GP。 條件：Me能溶入； 隨T而固溶度；析出相強(qiáng)化作用大。,鑄造鋁合金： Al-Si ，ZL104 Al-Cu，ZL201 Al-Zn，ZL402 Al-Mg，ZL301,可熱處理強(qiáng)化 特點(diǎn)：無