铝合金中的析出相[行业使用]

1、第二章第二章 铝及其合金铝及其合金 第一节第一节 工业纯铝、合金化及铝合金的分类、工业纯铝、合金化及铝合金的分类、 牌号和状态符号牌号和状态符号 一、工业纯铝一、工业纯铝 1、物性、物性 熔点熔点 660.24；密度密度2.7103kg/m3； 弹性模量弹性模量（E）72000MPa 面心立方晶格面心立方晶格 a=0.4049nm；原子直径原子直径0.286 nm 相对电导率相对电导率 62IACS （International Annealed Copper Standard） 电阻率电阻率 2.6610-8m (欧姆米欧姆米) (99.9%Al)； 顺磁性顺磁性（磁化率（磁化率215）；）

2、； 1应用分析 2、力性、力性 纯度纯度b MPa 0.2 MPa %HB 99.9949224584112 99.7 （A00） 652644 99.5702831 126 175 纯铝进行纯铝进行6080冷变形，冷变形，b 虽然能达到虽然能达到150180MPa， 但但已降低到已降低到11.5%，变脆，变脆 2应用分析 3、化学性能、化学性能 铝的化学活泼性极高，标准电极电位（铝的化学活泼性极高，标准电极电位（1.67 伏）。伏）。 铝在空气中表面生成铝在空气中表面生成510nm厚的厚的Al2O3保护膜，保护膜， 在大气中耐蚀。在大气中耐蚀。 在浓硝酸中有极高的稳定性，与有机酸及食品几在浓

3、硝酸中有极高的稳定性，与有机酸及食品几 乎不反应。乎不反应。 在硫酸、盐酸、碱、盐中不稳定。在硫酸、盐酸、碱、盐中不稳定。 3应用分析 4、特点、特点 质量轻质量轻 优秀的导电、传热和塑性变形性能优秀的导电、传热和塑性变形性能 在大气中有良好的耐蚀性在大气中有良好的耐蚀性 强度低不适于作结构材料强度低不适于作结构材料 4应用分析 二、铝的合金化铝的合金化 合金化原理主要固溶强化和时效强化合金化原理主要固溶强化和时效强化 固溶强化：元素溶解度大，与固溶强化：元素溶解度大，与Al原子直径差大，例如原子直径差大，例如Mg 和和Mn 时效强化：所加元素或形成的中间相，高温时在时效强化：所加元素或形成的

4、中间相，高温时在Al中有较中有较 大的溶解度，随温度降低溶解度急剧变小。大的溶解度，随温度降低溶解度急剧变小。 常加入的元素为常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。 5应用分析 各种元素在铝中的极限溶解度 元素元素 温度温度 极限溶解度极限溶解度元素元素温度温度 极限溶解度极限溶解度 Wt%Wt%At%At%Wt%Wt%At%At% ZnZn443443707028.828.8TiTi6656651.31.30.740.74 AgAg56656656.656.613.813.8CrCr6616610.770.770.400.40 MgMg45045017.417.418.518.5CdC

5、d6496490.40.40.090.09 GeGe4244247.27.22.72.7V V6616610.40.40.210.21 CuCu5485485.655.652.42.4ZrZr6606600.280.280.080.08 LiLi6006004.24.216.316.3SnSn2282280.060.060.010.01 MnMn6586581.821.820.90.9FeFe6556550.050.050.0250.025 SiSi5775771.651.651.591.59NiNi6406400.040.040.020.02 6应用分析 铝合金中常见元素的原子直径（原子间最

6、紧密距离）铝合金中常见元素的原子直径（原子间最紧密距离） 元素元素原子直径原子直径元素元素原子直径原子直径 Mg3.196V2.632 Zr3.170Cu2.556 Li3.039Cr2.498 Sn3.022Ni2.491 Cd2.979Fe2.482 Ti2.890Ge2.450 Ag2.888Si2.351 Al2.862Mn2.240 Zn2.665 7应用分析 铝合金常加入的元素为铝合金常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。 在合金中可能形成：在合金中可能形成： CuAl2 S Al2CuMg MgZn2 T Al2Mg3Zn3 Mg2Si AlLi Mg2Al3 铝中的主要杂

7、质：铝中的主要杂质：Fe、Si 为了改善合金的塑性和抗蚀性，合金中常加入为了改善合金的塑性和抗蚀性，合金中常加入Mn、Cr、Zr、 Ti、Cu等微量元素。等微量元素。 8应用分析 三、分类、牌号和状态符号三、分类、牌号和状态符号 (1) 我国铝及其合金过去的分类和牌号：我国铝及其合金过去的分类和牌号： 采用汉语拼音加阿拉伯数字表示采用汉语拼音加阿拉伯数字表示 纯铝：纯铝：LG工业高纯铝；工业高纯铝；L工业纯铝工业纯铝 变形铝合金分类及牌号变形铝合金分类及牌号: （L）（类）（序号）（状态）（类）（序号）（状态） 9应用分析 纯铝 工业纯铝工业纯铝含含Al工业高纯铝工业高纯铝含含Al L199.

8、7LG599.99 L299.6LG499.97 L399.5LG399.93 L499.3LG299.9 L599LG199.85 L698.8 10应用分析 国产变形铝合金分五大类，常见只有四大类国产变形铝合金分五大类，常见只有四大类 名称名称牌号牌号合金系合金系 防锈铝防锈铝LF Al-Mn和和Al-Mg 硬铝硬铝LY Al-Cu-Mg 锻铝锻铝LD Al-Mg-Si-(Cu) 超硬铝超硬铝LC Al-Zn-Mg-Cu 特殊铝特殊铝LT 其它其它 11应用分析 (2)美国变形铝合金牌号及状态美国变形铝合金牌号及状态 牌号：牌号： 用四位阿拉伯数字表示用四位阿拉伯数字表示 第一位数表示合金

9、系（即加入最多的那种元素）第一位数表示合金系（即加入最多的那种元素） 第二位数表示原始合金或改进合金，第二位数表示原始合金或改进合金，0为原始合金，为原始合金， 改进改进 合金依次为合金依次为1、2、3等等 最后两位数表示具体合金牌号，对于纯铝表示小数点后两位最后两位数表示具体合金牌号，对于纯铝表示小数点后两位 铝含量（铝含量（114599.45Al， 120099.00Al） 12应用分析 牌号牌号合金系合金系 1含含Al 99.00 2Cu 3Mn 4Si 5Mg 6Mg和和Si 7Zn 8其它其它 13应用分析 目前我国变形铝合金牌号目前我国变形铝合金牌号 表示方法基本与美国相同,不同之

10、处在于第 二位不用阿拉伯数字,而是用英文字母： 例如：7A04、7B04 14应用分析 状态：状态： F加工态（热轧、挤压）加工态（热轧、挤压）,不控制应变硬化量不控制应变硬化量 O退火再结晶状态，强度最低、塑性最高退火再结晶状态，强度最低、塑性最高 W固溶处理正在自然时效过程（不稳定）固溶处理正在自然时效过程（不稳定） H冷作硬化状态冷作硬化状态 T热处理状态热处理状态 15应用分析 应变硬化状态：应变硬化状态： H1应变硬化。应变硬化。 H2应变硬化加不完全退火。应变硬化加不完全退火。 H3应变硬化稳定处理。应变硬化稳定处理。 H112加工过程的应变硬化（不控制应变量）。加工过程的应变硬化

11、（不控制应变量）。 H321加工过程的应变硬化（控制应变量）。加工过程的应变硬化（控制应变量）。 H116特殊应变硬化。特殊应变硬化。 16应用分析 热处理状态：热处理状态： 在在T后附有一位或多位数。对于后附有一位或多位数。对于T状态，列出状态，列出 了在两次操作之间或操作之后的室温下可能发生了在两次操作之间或操作之后的室温下可能发生 自然时效时间。如果这段时间在冶金学上有重要自然时效时间。如果这段时间在冶金学上有重要 意义的话，就应对这段时间加以控制。数字意义的话，就应对这段时间加以控制。数字1 10表示处理的具体程序。表示处理的具体程序。 17应用分析 T1 从高温成形过程冷却和自然时效

12、至基本稳定的状态从高温成形过程冷却和自然时效至基本稳定的状态 T2 从高温成形过程冷却，然后冷加工和自然时效至基本稳定的状态从高温成形过程冷却，然后冷加工和自然时效至基本稳定的状态 T3 固溶处理、冷加工和自然时效至基本稳定的状态固溶处理、冷加工和自然时效至基本稳定的状态 T4 固溶处理，自然时效到基本稳定的状态固溶处理，自然时效到基本稳定的状态 T5 从高温成形过程冷却，然后进行人工时效的状态从高温成形过程冷却，然后进行人工时效的状态 T6 固溶处理，人工时效到强度最高的状态固溶处理，人工时效到强度最高的状态 T7 固溶处理，人工时效到过时效状态（稳定化处理的状态）固溶处理，人工时效到过时效

13、状态（稳定化处理的状态） T8 固溶处理后冷加工，然后进行人工时效的状态固溶处理后冷加工，然后进行人工时效的状态 T9 固溶处理、人工时效、然后冷加工的状态固溶处理、人工时效、然后冷加工的状态 T10从高温成形工序冷却，然后冷加工并进行人工时效的状态从高温成形工序冷却，然后冷加工并进行人工时效的状态 TX51通过拉伸消除应力的状态通过拉伸消除应力的状态 TX52 通过压缩消除应力的状态通过压缩消除应力的状态 TX54 通过拉伸和压缩相结合的方法消除应力的状态通过拉伸和压缩相结合的方法消除应力的状态 18应用分析 第二节第二节 变形铝合金变形铝合金 简单地说：简单地说： 硬铝硬铝 综合机械性能好

14、（不耐蚀）综合机械性能好（不耐蚀） 超硬铝超硬铝 室温强度最高室温强度最高 锻铝锻铝 热塑性好热塑性好 防锈铝防锈铝 耐蚀性好，易成形，焊接性好（强度低）耐蚀性好，易成形，焊接性好（强度低） 19应用分析 20应用分析 一、一、 硬铝硬铝 1、一般特点、一般特点 较好的综合机械性能较好的综合机械性能 b42060MPa，0.2280300MPa，1517。 耐蚀性低耐蚀性低 有晶间腐蚀现象，应力腐蚀（有晶间腐蚀现象，应力腐蚀（SCC）倾向小。）倾向小。 焊接性不好焊接性不好 主要用于以铆钉、螺栓、点焊为连接手段的结主要用于以铆钉、螺栓、点焊为连接手段的结 构中。构中。 可热处理强化可热处理强化

15、 21应用分析 AlZnMg合金相图合金相图 22应用分析 2、硬铝的组织、硬铝的组织 23应用分析 在在AlCuMg三元系合金相图铝角附近，按三元系合金相图铝角附近，按 Mg含量增加，依次可能出现以下四个相：含量增加，依次可能出现以下四个相： ：CuAl2 正方晶格正方晶格 S：Al2CuMg 斜方晶格斜方晶格 T：Mg32（CuAl）49 立方晶格立方晶格 (也称也称CuMg4Al6) ：Mg2Al3 面心立方面心立方 24应用分析 随随Mg含量增加，含量增加，相减少，相减少，S相增加相增加 Cu/Mg 8, 主要是主要是相相 Cu/Mg84， 主要是主要是S相相 Cu/Mg41.5， 主

16、要是主要是S相，相， S相中相中Cu/Mg2.61 相析出序列的相析出序列的GP区和区和是圆片状是圆片状 S相析出序列的相析出序列的GP区和区和S是针状是针状 强化效果：强化效果： ST 耐热性：耐热性： 随温度升高，随温度升高，S相比相比软化的慢，软化的慢， S相高温强化相高温强化 效果好。效果好。 25应用分析 26应用分析 3、硬铝的合金化、硬铝的合金化 成分范围：成分范围： Cu：2.56.0，硬铝的主要成分，硬铝的主要成分 Mg：0.42.8，主要作用生成，主要作用生成S相相 Mn：0.41.0，消除，消除Fe对抗蚀性的有害影响，抑对抗蚀性的有害影响，抑 制再结晶产生挤压效应，超过制

17、再结晶产生挤压效应，超过1 产生（产生（MnFe）Al结晶相结晶相 有时加：有时加：Ti细化铸态晶粒细化铸态晶粒 Be提高氧化膜的致密性，防止提高氧化膜的致密性，防止Mg的烧损。的烧损。 27应用分析 典型合金的化学成分：典型合金的化学成分： LY12（相当（相当2024）Al4.3Cu1.5Mg0.6Mn LY11（相当（相当2017）Al4.3Cu0.6Mg0.6Mn LY2 Al2.9Cu2.2Mg0.6Mn 28应用分析 4、硬铝的热处理、硬铝的热处理 除生产工序中的热处理外，硬铝的主要热处理是淬火时效除生产工序中的热处理外，硬铝的主要热处理是淬火时效 淬火：原则是在防止过烧、晶粒粗化

18、、包铝层污染的前提下，尽可能采用较高淬火：原则是在防止过烧、晶粒粗化、包铝层污染的前提下，尽可能采用较高 的加热温度，以使强化相充分固溶，但硬铝的固溶温度范围窄，非常容的加热温度，以使强化相充分固溶，但硬铝的固溶温度范围窄，非常容 易过烧。易过烧。 合金合金固溶淬火温度固溶淬火温度过烧温度过烧温度 LY1495505535 LY2495505515 LY6495505518 LY10510520540 LY11495510517 LY12495503507 29应用分析 时效：时效： 除耐热硬铝除耐热硬铝LY2合金进行人工时效，大多数合金进行人工时效，大多数 硬铝都是在自然时效状态下应用。硬铝

19、都是在自然时效状态下应用。 硬铝自然时效状态下的抗蚀性（晶间腐蚀）硬铝自然时效状态下的抗蚀性（晶间腐蚀） 优于人工时效状态。优于人工时效状态。 30应用分析 硬铝合金易产生晶间腐蚀的原因：硬铝合金易产生晶间腐蚀的原因： 含含Cu的固溶体和的固溶体和Cu2Al相的电极电位都较高，当相的电极电位都较高，当Cu2Al在晶界沉淀时，在晶界沉淀时， 晶界附近出现含晶界附近出现含Cu较低的贫化带，该贫化带电极电位较低，在腐蚀介较低的贫化带，该贫化带电极电位较低，在腐蚀介 质中成为阳极，而含质中成为阳极，而含Cu较高的晶粒内部和析出相（较高的晶粒内部和析出相（Cu2Al）则为阴极。）则为阴极。 另外，晶界两

20、侧的另外，晶界两侧的Cu贫化带很窄（面积小），阳极电流密度高，故遭贫化带很窄（面积小），阳极电流密度高，故遭 到强烈腐蚀（即沿晶界腐蚀）。到强烈腐蚀（即沿晶界腐蚀）。 为了改善硬铝的抗蚀性，除合金化、热处理及其它措施（阳极化、涂为了改善硬铝的抗蚀性，除合金化、热处理及其它措施（阳极化、涂 漆）外，在板材表面包覆一层纯度大于漆）外，在板材表面包覆一层纯度大于99.5的纯铝。纯铝的电极电的纯铝。纯铝的电极电 位低于基体，可起阳极保护作用。包铝层厚度一般占板材厚度的位低于基体，可起阳极保护作用。包铝层厚度一般占板材厚度的4， 厚板可减至厚板可减至2。 31应用分析 典型合金的热处理典型合金的热处理

21、LY12：495WQ自然时效自然时效6天天 （b450 MPa） 或或室温停室温停3天天19010h （b500 MPa） 不同合金自然时效硬化的能力和速度不同。不同合金自然时效硬化的能力和速度不同。 32应用分析 5、硬铝的性能和用途、硬铝的性能和用途 按强度和用途分为：铆钉、中强、高强和耐热硬铝四大类按强度和用途分为：铆钉、中强、高强和耐热硬铝四大类 铆钉硬铝：铆钉硬铝： LY1、 LY4 、LY9 、LY10，以线材供应。，以线材供应。 LY1（剪切强度（剪切强度196 MPa）和）和LY10（剪切强度（剪切强度265 MPa） 自然时效状态工艺塑性良好，铆接时间不受限制。自然时效状态工

22、艺塑性良好，铆接时间不受限制。 LY4（剪切强度（剪切强度286 MPa）和）和LY9属于高强铆钉硬铝，属于高强铆钉硬铝， 在淬火后规定时间内铆接，在淬火后规定时间内铆接，LY4在在26h内铆接，内铆接， LY9在在20min内铆接。内铆接。 中强硬铝：中强硬铝： LY11：塑性好，以板、棒、型材应用于各种工业，：塑性好，以板、棒、型材应用于各种工业， 在航空工业中主要用于模锻螺旋桨叶。在航空工业中主要用于模锻螺旋桨叶。 高强硬铝：高强硬铝： LY12： 强度最高，应用最广，用于制造主要受力件。强度最高，应用最广，用于制造主要受力件。 板材：飞机蒙皮、壁板。板材：飞机蒙皮、壁板。 型材：飞机隔

23、框、翼肋、长桁型材：飞机隔框、翼肋、长桁 耐热硬铝：耐热硬铝： LY2： 较好的高温性能，用于制造在较高温度（较好的高温性能，用于制造在较高温度（150250） 下工作的构件，如航空发动机内的压气机叶片。下工作的构件，如航空发动机内的压气机叶片。 33应用分析 二、超硬铝二、超硬铝 （Al-Zn-Mg-Cu系合金）系合金） 超硬铝是在超硬铝是在Al-Zn-Mg合金基础上加合金基础上加Cu发展起发展起 来的，它的强度超过硬铝，可达来的，它的强度超过硬铝，可达600700MPa， 所以称超硬铝。第二次世界大战后，才开始大批生所以称超硬铝。第二次世界大战后，才开始大批生 产和应用。产和应用。 调质的

24、调质的45钢：钢：b780850 MPa 0.2450550 MPa 34应用分析 1、Al-Zn-Mg系中强可焊铝合金系中强可焊铝合金 特点：特点： 高的时效硬化能力；高的时效硬化能力； 中等强度（中等强度（b300450 MPa）；）； 优良的可焊性；优良的可焊性； 好的热变形性和抗应力腐蚀性能；好的热变形性和抗应力腐蚀性能； 宽的固溶处理温度范围；宽的固溶处理温度范围； 低的淬火敏感性。低的淬火敏感性。 35应用分析 36应用分析 37应用分析 38应用分析 39应用分析 相组成：相组成： 工业上实际应用的工业上实际应用的Al-Zn-Mg合金成分范围处于：合金成分范围处于： T和和T相区

25、相区 当当Zn含量不变时，含量不变时， 随随Mg含量增加合金中逐渐出现含量增加合金中逐渐出现T相。相。 T相：相：Al2Mg3Zn3，立方晶格，立方晶格，a1.4291.471nm。 相：相：MgZn2， 六方晶格，六方晶格，a0.521nm ，c0.86nm。 Zn/Mg14 ， 主要是主要是T相。相。 Zn/Mg 4， 出现出现相。相。 Zn/Mg67， 完全有完全有相组成。相组成。 40应用分析 时效序列：时效序列： 无论合金是落在无论合金是落在T还是还是相区，实际上时效析出序相区，实际上时效析出序 列均如下：列均如下： 球形球形GP区区T 是部分共格的过渡相，六方晶格，是部分共格的过渡

26、相，六方晶格， a0.496nm ，c0.868nm。 110以下以下 主要是主要是GP区区 110140 主要是主要是 160200 主要是主要是 270以上以上 可出现可出现T相相 41应用分析 合金化：合金化： ZnMg的总量约的总量约4.57.6（wt），），Zn/Mg 一般在一般在23.8， （MgZn2中中Zn/Mg5.38） 通常加入的微量元素：通常加入的微量元素： Mn 0.20.45，显著提高，显著提高SCR，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。 Cr 0.3， 显著提高显著提高SCR，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。

27、Zr 0.150.3 细化晶粒，提高可焊性。细化晶粒，提高可焊性。 Ti 0.2， 细化晶粒，提高可焊性。细化晶粒，提高可焊性。 Cu 0.25， 显著提高显著提高SCR，降低可焊性。，降低可焊性。 该合金不采用自然时效制度，其原因有二：该合金不采用自然时效制度，其原因有二： Al-Zn-Mg系合金系合金GP区长大速度缓慢，自然时效过程需数月才能达区长大速度缓慢，自然时效过程需数月才能达 到稳定阶段。到稳定阶段。 与人工时效比较，自然时效的抗应力腐蚀能力差。与人工时效比较，自然时效的抗应力腐蚀能力差。 42应用分析 2、Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝系超硬铝 四十年代初，人们发现在四十年代初，

28、人们发现在Al-Zn-Mg系合金中加入系合金中加入 2Cu能改善合金的塑性和抗蚀能力，再加入少能改善合金的塑性和抗蚀能力，再加入少 量的量的Cr等微量元素可强烈提高抗应力腐蚀性能，等微量元素可强烈提高抗应力腐蚀性能， 从此发展了从此发展了Al-Zn-Mg-Cu合金，即超硬铝。合金，即超硬铝。 43应用分析 44应用分析 超硬铝的相组成：超硬铝的相组成： 在在Al-Zn-Mg系合金中加入系合金中加入 Cu，主要强化仍然是，主要强化仍然是析出序列，但析出序列，但 还可能出现还可能出现S相（相（Al2CuMg）析出序列，）析出序列， 当当Cu含量大于含量大于2时，还可能出现时，还可能出现（CuAl2

29、）析出序列。）析出序列。 通常认为在通常认为在125150时效：时效：Al-Zn-Mg-Cu系合金是系合金是 在在Al-Zn-Mg合金时效序列合金时效序列（GPT）的基础上，的基础上， 又出现了又出现了Al-Cu-Mg合金的沉淀过程（合金的沉淀过程（GPBSSS） 45应用分析 合金化：合金化： Zn和和Mg主要强化元素主要强化元素 Cu也起强化作用，也起强化作用， 但主要还是提高但主要还是提高SCR，极限溶解度，极限溶解度2 ZnMgCu一般在一般在9.7513.5 Mn、Cr、Zr、Ti的含量和作用与的含量和作用与Al-Zn-Mg合金相似合金相似 Fe和和Si为杂质为杂质 46应用分析 典

30、型合金典型合金LC4 LC4合金：合金：Al-6Zn-2.3Mg-1.7Cu-0.2Cr-0.4Mn （Fe和和Si分别小于分别小于0.5） 超硬铝的热处理：超硬铝的热处理： 人工状态下使用。人工状态下使用。 LC4合金：合金： 470WQ 单级时效（单级时效（T6）：）：12024h, 强度高（强度高（ b 550MPa ）、）、SCC敏感敏感 双级时效（双级时效（T74）：）：1203h1603h， 稍过时效，强度降低稍过时效，强度降低10， SCC不敏感不敏感 47应用分析 外的几国种典型合金外的几国种典型合金 发展方向：发展方向： 提高提高Zn和和Cu、降低、降低Fe和和Si、以、以Z

31、r代替代替Mn和和Cr 合金ZnMgCuMnCrZrTiFeSi 70755.62.51.60.30.230.250.50.4 70506.22.252.30.10.040.120.060.120.15 70558.02.052.30.050.040.150.060.150.1 48应用分析 超硬铝的特点和应用：超硬铝的特点和应用： 特点：强度最高；特点：强度最高； 抗蚀性低（有抗蚀性低（有SCC倾向）；倾向）； 焊接性不好；缺口敏感性强；焊接性不好；缺口敏感性强； 耐热性比硬铝差。耐热性比硬铝差。 应用：可生产板材、型材及模锻件应用于飞机结应用：可生产板材、型材及模锻件应用于飞机结 构，如：

32、翼梁、蒙皮、起落架、大梁。构，如：翼梁、蒙皮、起落架、大梁。 49应用分析 三、锻铝三、锻铝 Al-Mg-Si及及Al-Mg-Si-Cu系）系） 1、Al-Mg-Si合金合金 特点：特点： 突出的特点是有优良的热塑性，适于生产锻件突出的特点是有优良的热塑性，适于生产锻件。 另外：另外： 中等强度，良好的耐蚀性和可焊性（没有中等强度，良好的耐蚀性和可焊性（没有SCC） 易进行阳极氧化着色或上珐琅（易进行阳极氧化着色或上珐琅（Cu对阳极氧化不利）对阳极氧化不利） 第一个工业第一个工业Al-Mg-Si合金是美国合金是美国1923年的专利年的专利 （51S合金，合金，0.6Mg，1Si） 6063合金

33、：合金：0.68Mg，0.4Si， Cu、Cr、Mn、Ti均均1.2）的）的Tc温度很高（温度很高（190），）， 在在150160时效组织是由针状时效组织是由针状GP区或棒状区或棒状相组成，相组成， 很少出现很少出现PFZ，也不在位错形核或沉淀。，也不在位错形核或沉淀。 54应用分析 Al-Mg-Si合金的成分：合金的成分： Mg2Si中中 MgSi1.73，通常，通常 MgSi 2 合金随合金随Mg2Si相对量增大，强度升高。相对量增大，强度升高。 Mg过剩会降低过剩会降低Mg2Si在在固溶体中的溶解度固溶体中的溶解度 Si过剩无此作用，一般保持过剩无此作用，一般保持Si含量高于含量高于M

34、g 应考虑应考虑Si容易与容易与Mn和和Fe形成杂质相（形成杂质相（FeMnSi）Al6，消耗，消耗Si。 因此，因此，Si含量应适当提高。含量应适当提高。 Al-Mg-Si合金有明显的时效停放效应，添加合金有明显的时效停放效应，添加Cu可减轻该效应。可减轻该效应。 （Mg2Si含量小于含量小于1时无停放效应），时无停放效应）， 添加添加Cu使使Al-Mg-Si合合 金的室温强度和耐热性明显增加，但塑性和耐蚀性下降。金的室温强度和耐热性明显增加，但塑性和耐蚀性下降。 Mn提高提高Al-Mg-Si合金强度、韧性、耐蚀性，合金强度、韧性、耐蚀性，Cr有相同作用。有相同作用。 Ti可消除铸锭中的柱状

35、晶，并细化晶粒，改善工艺塑性。可消除铸锭中的柱状晶，并细化晶粒，改善工艺塑性。 55应用分析 Al-Mg-Si合金的热处理：合金的热处理： 锻铝可进行自然时效或人工时效，但自然时效速锻铝可进行自然时效或人工时效，但自然时效速 率慢（需率慢（需10天以上），而且强化效果比人工时效天以上），而且强化效果比人工时效 差（约差差（约差3050）。）。 锻铝一般在人工时效状态下使用锻铝一般在人工时效状态下使用 520530WQ 1501701012h 56应用分析 应用：应用： 特点特点 ：中等强度，：中等强度，b 300 MPa Mg2Si0.81.2， b300 MPa 如如6061挤压后重新固溶处

36、理水淬（挤压后重新固溶处理水淬（T6），），b316 MPa 飞机发动机零件、直升飞机螺旋桨叶、飞机发动机零件、直升飞机螺旋桨叶、 形状复杂的锻件和模锻件。形状复杂的锻件和模锻件。 57应用分析 2、Al-Mg-Si-Cu合金合金 Al-Mg-Si-Cu系合金是在系合金是在Al-Mg-Si系基础上发展出来的。系基础上发展出来的。 第一个工业第一个工业Al-Mg-Si合金是美国合金是美国1923年的专利（年的专利（51S合金，合金，0.6Mg，1Si），）， 6063：0.68Mg，0.4Si，Cu、Cr、Mn、Ti均均5时，时，相沿晶沉淀形成连续网（尤其相沿晶沉淀形成连续网（尤其Mg8），），

37、 合金变脆，产生合金变脆，产生SCC和剥落腐蚀。和剥落腐蚀。采用形变热处理解决采用形变热处理解决 73应用分析 高高Mg合金的缺点：合金的缺点： 由由MgO组成的氧化膜不致密，不起保护作用，组成的氧化膜不致密，不起保护作用， 抗蚀性低、易抗蚀性低、易SCC和剥落腐蚀，和剥落腐蚀， 产生钠脆（不能用钠盐作熔炼剂）。产生钠脆（不能用钠盐作熔炼剂）。 74应用分析 几种常用变形铝合金的主加成分几种常用变形铝合金的主加成分 ZnCuMgMnSiFeNi 20244.31.50.6 70755.61.62.5 LC4 6.01.72.2 60630.10.660.4 LD5 2.20.60.95 LD1

38、04.30.60.9 26182.31.61.11.1 LD72.21.61.31.3 LF211.3 30041.051.25 50834.50.25 LF54.7 75应用分析 五、五、Al-Li合金合金 目前的目前的Al-Li合金是指添加合金是指添加23Li的各种铝合金，除理论研究的各种铝合金，除理论研究 外，都是三元或三元以上的铝合金。外，都是三元或三元以上的铝合金。 优点：优点： 密度小密度小 （每加（每加1wtLi合金密度降低合金密度降低3） 弹性模量高，刚度大（每加弹性模量高，刚度大（每加1wtLi合金弹性模量增加合金弹性模量增加6） 淬火时效析出大量淬火时效析出大量（Al3Li

39、）使合金大大强化。）使合金大大强化。 缺点：缺点： 材料生产困难材料生产困难， （Li与一般材料都反应，价格是一般铝合金的与一般材料都反应，价格是一般铝合金的23倍），倍）， 断裂韧性低，断裂韧性低， 废料回收难于管理。废料回收难于管理。 76应用分析 淬火时效析出大量淬火时效析出大量（Al3Li） 使合金大大强化使合金大大强化 高强 相当于2000系和7000系 高的抗疲劳性 比其它铝合金高 高的耐热性 比铝铜合金好 抗蚀性 比7000系好 较好的超塑性 77应用分析 Al-Li合金二元相图合金二元相图 虚线代表亚稳溶解度曲线 78应用分析 ，立方结构，立方结构，LI2有序结构（有序结构（C

40、u3Au型）型） 点阵常数a=0.4047nm 79应用分析 含含2.5wtLi的的Al-Li-Cu-Mg合金在合金在190时效时效 对应不同的对应不同的Cu、Mg含量时合金得到的沉淀产物含量时合金得到的沉淀产物 80应用分析 几种典型的几种典型的Al-Li合金合金 合金LiCuMgZr 80902.41.30.70.12 80912.61.90.70.12 20902.22.70.12 20912.02.21.50.12 014202.050.1或或 0.4Mn 81应用分析 第三节第三节 铸造铝合金铸造铝合金 特点：特点： 比重小，比强度高。比重小，比强度高。 有良好的抗蚀性和铸造工艺性有

41、良好的抗蚀性和铸造工艺性 (可进行各种成型铸造可进行各种成型铸造) 熔点低、熔炼工艺和设备简单。熔点低、熔炼工艺和设备简单。 82应用分析 一、分类和牌号一、分类和牌号 按按GB 117374 铸铝分四大类。铸铝分四大类。 AlSi （ZL1XX） Al-Cu （ZL2XX） Al-Mg （ZL3XX） Al-Zn （ZL4XX） 83应用分析 美国铸造铝合金的分类和牌号美国铸造铝合金的分类和牌号 用四位数字表示，但第三位数字后有小数用四位数字表示，但第三位数字后有小数 点，点， 第一位数表示合金系第一位数表示合金系， 第二和第三位数表示牌号第二和第三位数表示牌号， 小数点后小数点后0表示铸件

42、，表示铸件，1表示铸锭表示铸锭， 当对原始合金或杂质中限修改时，在数字当对原始合金或杂质中限修改时，在数字 前按字母顺序加前按字母顺序加A、B、C、D等（但不包等（但不包 括括I、O、Q和和X），）， X表示实验合金。表示实验合金。 84应用分析 1xx.x 纯度纯度 99.00的纯铝的纯铝 2xx.x 以加以加Cu为主为主 3xx.x 以加以加Si为主，还加为主，还加Cu和或和或Mg 4xx.x Si 5xx.x Mg 7xx.x Zn 8xx.x Sn 9xx.x 其他其他 6xx.x 未使用系列未使用系列 85应用分析 例如例如: 合金合金SiFeCuMnMgZnTi 356.06.57

43、.5 0.6 0.25 0.35 0.20.40.35 0.25 A356.06.57.5 0.2 0.20.10.20.40.35 0.25 86应用分析 二、二、Al-Si系铸造铝合金系铸造铝合金 俗称俗称“硅铝明硅铝明”，应用最广的一类铸造铝合金。，应用最广的一类铸造铝合金。 特点：特点： 最好的铸造性能。最好的铸造性能。 （线收缩小，流动性好，热裂倾向小）（线收缩小，流动性好，热裂倾向小） 中等强度、较好的抗蚀性中等强度、较好的抗蚀性 AlSi系合金的共晶点靠近系合金的共晶点靠近Al端。端。 共晶成分共晶成分 Al11.7Si （577） 87应用分析 88应用分析 ZL102 （共晶

44、合金）（共晶合金） Si易呈粗大的针状形态分布，易呈粗大的针状形态分布， 强度低（强度低（160Mpa）机械性能差，热处理强化效果不大，）机械性能差，热处理强化效果不大， 一般只进行退火，退火制度（一般只进行退火，退火制度（300 3h，空冷或随炉冷），空冷或随炉冷） 共晶组织：共晶组织： 随过冷度增大，组织变细，强度高，机械性能变好。随过冷度增大，组织变细，强度高，机械性能变好。 ZL102： 用铁模生产薄壁件，可得满意的机械性能。如果用砂用铁模生产薄壁件，可得满意的机械性能。如果用砂 模或厚壁件，组织粗大，机械性能不好。模或厚壁件，组织粗大，机械性能不好。 89应用分析 为了提高为了提高A

45、l-Si合金的机械性能，合金的机械性能， 可采用如下手段：可采用如下手段： 变质处理：变质处理： 目的：细化目的：细化Si相，改变相，改变Si相形态相形态 变质剂：变质剂：NaSb（锑）（锑）RE（Sr锶）锶） (效果越来越好效果越来越好) Sr对改善共晶对改善共晶Si的形态最有效。的形态最有效。 90应用分析 Al-12Si合金变质处理前合金变质处理前 400 91应用分析 Na变质处理后，变质处理后， 400 强度提高强度提高30 92应用分析 时效强化：时效强化： 加入合金元素：加入合金元素： Cu、Mg 除起变质作用外，还能时效强化。除起变质作用外，还能时效强化。 加入形成加入形成 （

46、CuAl2），），S（Al2CuMg），）， （Mg2Si）的元素。）的元素。 在在Al-Si中加中加Mg形成形成 ，同时加入，同时加入Mg和和Cu形成形成 和和S 93应用分析 固溶强化：固溶强化： 加入合金元素加入合金元素 例如：例如： 加少量加少量Mn，除起固溶处理强化作用外，还能使粗针状的，除起固溶处理强化作用外，还能使粗针状的 （Fe2Si2Al9）转化为骨骼状的（）转化为骨骼状的（AlMnFeSi），减轻杂），减轻杂 质对合金的有害影响。质对合金的有害影响。 94应用分析 退火态使用退火态使用 ：ZL102 Al-Si 200以下使用以下使用 人工时效：人工时效： ZL101 Al

47、-7Si-0.3Mg，200以下使用以下使用 ZL104 Al-9.25Si-0.22Mg0.35Mn 200以下使用以下使用 ZL105 Al-5Si-0.45Mg-1.25Cu 250以下使用以下使用 ZL103 在在ZL105的基础上提高的基础上提高Cu，增添，增添Mn ZL108（活塞合金）（活塞合金） 相当于在相当于在102基础上加入基础上加入1.5Cu 0.7Mg 0.6Mn （ZL108需作变质处理），需作变质处理），550 6h淬火，淬火，205 8h时效时效 ZL109 12Si 1.0Cu 1.2Mg 1.0Ni 相当于相当于102上加上加1.0Cu 1.2Mg 1.0Ni可热处理强化可热处理强化 95应用分析 ZL102 铸造形状复杂，耐蚀，承受负荷较铸造形状复杂，耐蚀，承受负荷较 低的零件。低的零件。 ZL101 铸造形状复杂，承受中等负荷的零铸造形状复杂，承受中等负荷的零 件。件。(水泵及传动装置壳体、水冷发动机气水泵及传动装置壳体、水冷发动机气 缸体等缸体等) ZL104 铸造形状复杂，承受高负荷的零件。铸造形状复杂，承受高负荷的零件。 96应用分析 三、三、AlCu系系 含含Cu大于大于4。 主要强化相主要强