演示文稿铝合金非常经典

演示文稿铝合金非常经典当前第1页\共有103页\编于星期五\5点（优选）铝合金非常经典当前第2页\共有103页\编于星期五\5点

2、力性纯度σbMPaσ0.2MPaδ%HB99.9949224584～11299.7（A00）65264499.5702831126～175纯铝进行60～80％冷变形，σb

虽然能达到150～180MPa，但δ已降低到1～1.5%，变脆当前第3页\共有103页\编于星期五\5点

3、化学性能铝的化学活泼性极高，标准电极电位（－1.67伏）。铝在空气中表面生成5～10nm厚的Al2O3保护膜，在大气中耐蚀。在浓硝酸中有极高的稳定性，与有机酸及食品几乎不反应。在硫酸、盐酸、碱、盐中不稳定。当前第4页\共有103页\编于星期五\5点4、特点

质量轻优秀的导电、传热和塑性变形性能在大气中有良好的耐蚀性强度低不适于作结构材料当前第5页\共有103页\编于星期五\5点二、铝的合金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Al原子直径差大，例如Mg

和Mn时效强化：所加元素或形成的中间相，高温时在Al中有较大的溶解度，随温度降低溶解度急剧变小。

常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。当前第6页\共有103页\编于星期五\5点各种元素在铝中的极限溶解度元素温度℃极限溶解度元素温度℃极限溶解度Wt%At%Wt%At%Zn4437028.8Ti665～1.30.74Ag56656.613.8Cr6610.770.40Mg45017.418.5Cd6490.40.09Ge4247.22.7V661～0.40.21Cu5485.652.4Zr6600.280.08Li6004.216.3Sn228～0.06～0.01Mn6581.820.9Fe6550.050.025Si5771.651.59Ni6400.040.02当前第7页\共有103页\编于星期五\5点铝合金中常见元素的原子直径（原子间最紧密距离）元素原子直径Å元素原子直径ÅMg3.196V2.632Zr3.170Cu2.556Li3.039Cr2.498Sn3.022Ni2.491Cd2.979Fe2.482Ti2.890Ge2.450Ag2.888Si2.351Al2.862Mn2.240Zn2.665当前第8页\共有103页\编于星期五\5点铝合金常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。在合金中可能形成：

θ－CuAl2S－Al2CuMgη－MgZn2T－Al2Mg3Zn3β－Mg2Siδ－AlLiβ－Mg2Al3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Mn、Cr、Zr、Ti、Cu等微量元素。当前第9页\共有103页\编于星期五\5点三、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：采用汉语拼音加阿拉伯数字表示

纯铝：LG工业高纯铝；L工业纯铝

变形铝合金分类及牌号:

（L）（类）（序号）（状态）当前第10页\共有103页\编于星期五\5点纯铝工业纯铝含Al％工业高纯铝含Al％L199.7LG599.99L299.6LG499.97L399.5LG399.93L499.3LG299.9L599LG199.85L698.8当前第11页\共有103页\编于星期五\5点国产变形铝合金分五大类，常见只有四大类名称牌号合金系防锈铝LF╳╳Al-Mn和Al-Mg硬铝LY╳╳Al-Cu-Mg锻铝LD╳╳Al-Mg-Si-(Cu)超硬铝LC╳╳Al-Zn-Mg-Cu特殊铝LT╳╳其它当前第12页\共有103页\编于星期五\5点

(2)美国变形铝合金牌号及状态牌号：用四位阿拉伯数字表示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，0为原始合金，改进合金依次为1、2、3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铝含量（1145－99.45％Al，1200－99.00％Al）当前第13页\共有103页\编于星期五\5点牌号合金系1×××含Al>99.00％2×××Cu3×××Mn4×××Si5×××Mg6×××Mg和Si7×××Zn8×××其它当前第14页\共有103页\编于星期五\5点目前我国变形铝合金牌号表示方法基本与美国相同,不同之处在于第二位不用阿拉伯数字,而是用英文字母：例如：7A04、7B04当前第15页\共有103页\编于星期五\5点状态：F－加工态（热轧、挤压）,不控制应变硬化量O－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）H－冷作硬化状态T－热处理状态当前第16页\共有103页\编于星期五\5点应变硬化状态：

H1－应变硬化。

H2－应变硬化加不完全退火。

H3－应变硬化稳定处理。

H112－加工过程的应变硬化（不控制应变量）。

H321－加工过程的应变硬化（控制应变量）。

H116－特殊应变硬化。当前第17页\共有103页\编于星期五\5点热处理状态：

在T后附有一位或多位数。对于T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1～10表示处理的具体程序。当前第18页\共有103页\编于星期五\5点当前第19页\共有103页\编于星期五\5点第二节变形铝合金简单地说：硬铝综合机械性能好（不耐蚀）超硬铝室温强度最高锻铝热塑性好防锈铝耐蚀性好，易成形，焊接性好（强度低）当前第20页\共有103页\编于星期五\5点当前第21页\共有103页\编于星期五\5点一、硬铝

1、一般特点较好的综合机械性能

σb＝420～60MPa，σ0.2＝280～300MPa，δ＝15～17％。耐蚀性低有晶间腐蚀现象，应力腐蚀（SCC）倾向小。

焊接性不好主要用于以铆钉、螺栓、点焊为连接手段的结构中。可热处理强化当前第22页\共有103页\编于星期五\5点AlZnMg合金相图当前第23页\共有103页\编于星期五\5点2、硬铝的组织当前第24页\共有103页\编于星期五\5点在AlCuMg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：

θ：CuAl2

正方晶格

S：Al2CuMg

斜方晶格

T：Mg32（CuAl）49

立方晶格

(也称CuMg4Al6)β：Mg2Al3

面心立方当前第25页\共有103页\编于星期五\5点当前第26页\共有103页\编于星期五\5点当前第27页\共有103页\编于星期五\5点

3、硬铝的合金化成分范围：

Cu：2.5～6.0％，硬铝的主要成分

Mg：0.4～2.8％，主要作用生成S相

Mn：0.4～1.0％，消除Fe对抗蚀性的有害影响，抑制再结晶产生挤压效应，超过1％产生（MnFe）Al结晶相有时加：Ti细化铸态晶粒

Be提高氧化膜的致密性，防止Mg的烧损。当前第28页\共有103页\编于星期五\5点典型合金的化学成分：

LY12（相当2024）Al－4.3Cu－1.5Mg－0.6MnLY11（相当2017）Al－4.3Cu－0.6Mg－0.6MnLY2Al－2.9Cu－2.2Mg－0.6Mn当前第29页\共有103页\编于星期五\5点

4、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，非常容易过烧。合金固溶淬火温度过烧温度LY1495~505℃535℃LY2495~505℃515℃LY6495~505℃518℃LY10510~520℃540℃LY11495~510℃517℃LY12495~503℃507℃当前第30页\共有103页\编于星期五\5点时效：除耐热硬铝LY2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。硬铝自然时效状态下的抗蚀性（晶间腐蚀）优于人工时效状态。当前第31页\共有103页\编于星期五\5点硬铝合金易产生晶间腐蚀的原因：含Cu的固溶体和Cu2Al相的电极电位都较高，当Cu2Al在晶界沉淀时，晶界附近出现含Cu较低的贫化带，该贫化带电极电位较低，在腐蚀介质中成为阳极，而含Cu较高的晶粒内部和析出相（Cu2Al）则为阴极。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2％。当前第32页\共有103页\编于星期五\5点典型合金的热处理

LY12：495℃WQ→自然时效6天（σb＝450MPa）或→室温停3天→190℃×10h

（σb＝500MPa）不同合金自然时效硬化的能力和速度不同。当前第33页\共有103页\编于星期五\5点

5、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

铆钉硬铝：

LY1、LY4、LY9、LY10，以线材供应。

LY1（剪切强度196MPa）和LY10（剪切强度265MPa）自然时效状态工艺塑性良好，铆接时间不受限制。

LY4（剪切强度286MPa）和LY9属于高强铆钉硬铝，在淬火后规定时间内铆接，LY4在2～6h内铆接，

LY9在20min内铆接。

中强硬铝：

LY11：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。高强硬铝：

LY12：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。型材：飞机隔框、翼肋、长桁

耐热硬铝：

LY2：较好的高温性能，用于制造在较高温度（150～250℃）下工作的构件，如航空发动机内的压气机叶片。当前第34页\共有103页\编于星期五\5点

二、超硬铝（Al-Zn-Mg-Cu系合金）

超硬铝是在Al-Zn-Mg合金基础上加Cu发展起来的，它的强度超过硬铝，可达600～700MPa，所以称超硬铝。第二次世界大战后，才开始大批生产和应用。调质的45钢：σb＝780～850MPaσ0.2＝450～550MPa当前第35页\共有103页\编于星期五\5点1、Al-Zn-Mg系中强可焊铝合金

特点：高的时效硬化能力；中等强度（σb＝300～450MPa）；优良的可焊性；好的热变形性和抗应力腐蚀性能；宽的固溶处理温度范围；低的淬火敏感性。当前第36页\共有103页\编于星期五\5点当前第37页\共有103页\编于星期五\5点当前第38页\共有103页\编于星期五\5点当前第39页\共有103页\编于星期五\5点当前第40页\共有103页\编于星期五\5点

相组成：工业上实际应用的Al-Zn-Mg合金成分范围处于：

α＋T和α＋T＋η相区当Zn含量不变时，随Mg含量增加合金中逐渐出现→η→T相。

T相：Al2Mg3Zn3，立方晶格，a＝1.429～1.471nm。

η相：MgZn2，六方晶格，a＝0.521nm，c＝0.86nm。

Zn/Mg＝1～4，主要是T相。

Zn/Mg>4，出现η相。

Zn/Mg＝6～7，完全有η相组成。当前第41页\共有103页\编于星期五\5点

时效序列：

无论合金是落在α＋T还是α＋η相区，实际上时效析出序列均如下：

球形GP区－η`－η－Tη`是部分共格的过渡相，六方晶格，

a＝0.496nm，c＝0.868nm。

110℃以下主要是GP区

110～140℃主要是η`160～200℃主要是η270℃以上可出现T相当前第42页\共有103页\编于星期五\5点

合金化：

Zn＋Mg的总量约4.5～7.6％（wt），Zn/Mg一般在2～3.8，（MgZn2中Zn/Mg＝5.38）通常加入的微量元素：

Mn0.2～0.45％，显著提高SCR，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。

Cr≤0.3％，显著提高SCR，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。

Zr0.15～0.3％细化晶粒，提高可焊性。

Ti≤0.2％，细化晶粒，提高可焊性。

Cu≤0.25％，显著提高SCR，降低可焊性。该合金不采用自然时效制度，其原因有二：①Al-Zn-Mg系合金GP区长大速度缓慢，自然时效过程需数月才能达到稳定阶段。②与人工时效比较，自然时效的抗应力腐蚀能力差。当前第43页\共有103页\编于星期五\5点2、Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝

四十年代初，人们发现在Al-Zn-Mg系合金中加入<2％Cu能改善合金的塑性和抗蚀能力，再加入少量的Cr等微量元素可强烈提高抗应力腐蚀性能，从此发展了Al-Zn-Mg-Cu合金，即超硬铝。当前第44页\共有103页\编于星期五\5点当前第45页\共有103页\编于星期五\5点超硬铝的相组成：在Al-Zn-Mg系合金中加入Cu，主要强化仍然是η析出序列，但还可能出现S相（Al2CuMg）析出序列，当Cu含量大于2％时，还可能出现θ（CuAl2）析出序列。通常认为在125～150℃时效：Al-Zn-Mg-Cu系合金是在Al-Zn-Mg合金时效序列（GP－η`－η－T）的基础上，又出现了Al-Cu-Mg合金的沉淀过程（GPB－S″－S′－S）当前第46页\共有103页\编于星期五\5点

合金化：Zn和Mg主要强化元素

Cu也起强化作用，但主要还是提高SCR，极限溶解度2％

Zn＋Mg＋Cu一般在9.75～13.5％Mn、Cr、Zr、Ti的含量和作用与Al-Zn-Mg合金相似Fe和Si为杂质当前第47页\共有103页\编于星期五\5点典型合金LC4

LC4合金：

（Fe和Si分别小于0.5）

超硬铝的热处理：人工状态下使用。

LC4合金：

470℃WQ

单级时效（T6）：120℃×24h,

强度高（σb≈550MPa）、SCC敏感

双级时效（T74）：120℃×3h＋160℃×3h，稍过时效，强度降低10％，SCC不敏感

当前第48页\共有103页\编于星期五\5点外的几国种典型合金

发展方向：

提高Zn和Cu、降低Fe和Si、以Zr代替Mn和Cr

合金ZnMgCuMnCrZrTiFeSi70755.62.51.60.30.230.250.50.470506.22.252.30.10.040.120.060.120.1570558.02.052.30.050.040.150.060.150.1当前第49页\共有103页\编于星期五\5点超硬铝的特点和应用：

特点：强度最高；抗蚀性低（有SCC倾向）；焊接性不好；缺口敏感性强；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构，如：翼梁、蒙皮、起落架、大梁。当前第50页\共有103页\编于星期五\5点三、锻铝Al-Mg-Si及Al-Mg-Si-Cu系）1、Al-Mg-Si合金

特点：

突出的特点是有优良的热塑性，适于生产锻件。另外：

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（Cu对阳极氧化不利）

第一个工业Al-Mg-Si合金是美国1923年的专利（51S合金，0.6％Mg，1％Si）

6063合金：0.68Mg，0.4Si，

Cu、Cr、Mn、Ti均<0.1％当前第51页\共有103页\编于星期五\5点Al-Mg-Si合金的组织强化相是Mg2Si（β相）

Al-Mg-Si合金的组织可用Al—Mg2Si伪二元相图来研究在共晶温度，

Mg2Si在Al中的极限溶解度为1.85％当前第52页\共有103页\编于星期五\5点当前第53页\共有103页\编于星期五\5点当前第54页\共有103页\编于星期五\5点时效序列：针状GP区—有序针状GP区—β′（六方）—β（六方）

Al-Mg-Si合金（Mg2Si>1.2％）的Tc温度很高（190℃），在150～160℃时效组织是由针状GP区或棒状β′相组成，很少出现PFZ，也不在位错形核或沉淀。当前第55页\共有103页\编于星期五\5点Al-Mg-Si合金的成分：

Mg2Si中Mg／Si＝1.73，通常Mg＋Si<2％合金随Mg2Si相对量增大，强度升高。

Mg过剩会降低Mg2Si在α固溶体中的溶解度

Si过剩无此作用，一般保持Si含量高于Mg应考虑Si容易与Mn和Fe形成杂质相（FeMnSi）Al6，消耗Si。因此，Si含量应适当提高。

Al-Mg-Si合金有明显的时效停放效应，添加Cu可减轻该效应。（Mg2Si含量小于1％时无停放效应），添加Cu使Al-Mg-Si合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Al-Mg-Si合金强度、韧性、耐蚀性，Cr有相同作用。Ti可消除铸锭中的柱状晶，并细化晶粒，改善工艺塑性。当前第56页\共有103页\编于星期五\5点Al-Mg-Si合金的热处理：

锻铝可进行自然时效或人工时效，但自然时效速率慢（需10天以上），而且强化效果比人工时效差（约差30～50％）。锻铝一般在人工时效状态下使用

520～530℃WQ150～170℃×10～12h当前第57页\共有103页\编于星期五\5点应用：特点：中等强度，σb≈300MPaMg2Si＝0.8～1.2％，σb<300MPa

如6063挤压后喷水淬火，不必固溶处理，σb＝250MPa

建筑型材、装潢用材、家具、升降梯、汽车构件。

Mg2Si≥1.4％，σb>300MPa

如6061挤压后重新固溶处理水淬（T6），σb＝316MPa

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。当前第58页\共有103页\编于星期五\5点2、Al-Mg-Si-Cu合金Al-Mg-Si-Cu系合金是在Al-Mg-Si系基础上发展出来的。

第一个工业Al-Mg-Si合金是美国1923年的专利（51S合金，0.6％Mg，1％Si），

6063：0.68Mg，0.4Si，Cu、Cr、Mn、Ti均<0.1％。

突出的特点是有优良的热塑性，适于生产锻件。另外，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（Cu对阳极氧化不利）我国的Al-Mg-Si-Cu合金都是Si过剩型合金。一般特点：与Al-Mg-Si合金相同，加Cu后着色困难，

原因是在阳极氧化时有Cu从样品表面沉淀。

Cu↗，σb↗，δ↘，抗蚀↘当前第59页\共有103页\编于星期五\5点Al-Mg-Si-Cu合金的组织主要强化相为Mg2Si（β）序列还可出现Cu4Mg5Si4AlX（W）序列当Cu含量非常高时才能出现S和θ序列当前第60页\共有103页\编于星期五\5点合金化：Al-Mg-Si合金加Cu后出现含Cu相，它参与时效强化，故锻铝的强度随Cu含量提高而增加。Cu的作用：提高强度和耐热性，降低塑性和抗蚀性，降低自然时效速度，抑制停放效应。当前第61页\共有103页\编于星期五\5点当前第62页\共有103页\编于星期五\5点应用：LD2工艺塑性好，σb＝330MPa

抗蚀性接近LF21，用于直升机旋翼、形状复杂的锻件。LD10强度高（接近硬铝）共晶组织多，铸锭热裂倾向小，有好的热塑性。生产承受重载荷的锻件和模锻件。

当前第63页\共有103页\编于星期五\5点几种典型的Al-Mg-Si-Cu合金MgSiCuMnCrFeLD20.680.850.4LD100.60.84.40.760630.670.40.10.10.3560611.00.60.270.150.20.760131.00.80.850.50.10.560160.421.250.20.30.10.561110.750.850.70.270.10.4当前第64页\共有103页\编于星期五\5点当前第65页\共有103页\编于星期五\5点3、耐热锻铝（Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金）

在Al-Cu-Mg基础上加1％Fe和1％Ni，形成Al9FeNi相（为稳定化合物弥散质点），起弥散强化作用。

LD7（2618）：2.2Cu、1.6Mg、

1.25Ni、1.25Fe、0.05Ti

使用温度范围150～225℃

内燃机活塞，压气机鼓风机的涡轮叶片，高温工作的锻件。当前第66页\共有103页\编于星期五\5点四、防锈铝包括ALMn系和AlMg系合金共同特点：强度比纯铝高，优秀的抗蚀性和可焊性，不能热处理强化。当前第67页\共有103页\编于星期五\5点

1、Al-Mn系合金当前第68页\共有103页\编于星期五\5点当前第69页\共有103页\编于星期五\5点应用：退火、半硬、硬状态应用以管、板、型材应用于焊接用品、炊事用品，航空上广泛用于要求冲压、受力不大的零件。

Al-Mn合金中加1％Mg损害表面质量，但有固溶强化作用，可提高强度10％（如3004）

3004合金：1.2Mn，1.0Mg，生产饮料罐。当前第70页\共有103页\编于星期五\5点

2、Al-Mg系合金特点：密度比纯铝轻，强度比纯铝和Al-Mn高。退火态：LF3σb＝196MPaLF5σb＝274MPa

在大气和海水中抗蚀性比纯铝好在酸性和碱性介质中抗蚀性比LF21差好的塑性、可焊性和抛光性能当前第71页\共有103页\编于星期五\5点当前第72页\共有103页\编于星期五\5点当前第73页\共有103页\编于星期五\5点当前第74页\共有103页\编于星期五\5点高Mg合金的缺点：由MgO组成的氧化膜不致密，不起保护作用，抗蚀性低、易SCC和剥落腐蚀，产生钠脆（不能用钠盐作熔炼剂）。当前第75页\共有103页\编于星期五\5点几种常用变形铝合金的主加成分ZnCuMgMnSiFeNi20244.31.50.670755.61.62.5LC46.01.72.260630.10.660.4LD52.20.60.95LD104.30.60.926182.31.61.11.1LD72.21.61.31.3LF211.330041.051.2550834.50.25LF54.7当前第76页\共有103页\编于星期五\5点五、Al-Li合金目前的Al-Li合金是指添加2～3％Li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。优点：密度小（每加1wt％Li合金密度降低3％）弹性模量高，刚度大（每加1wt％Li合金弹性模量增加6％）淬火时效析出大量δ′（Al3Li）使合金大大强化。缺点：材料生产困难，（Li与一般材料都反应，价格是一般铝合金的2～3倍），断裂韧性低，废料回收难于管理。当前第77页\共有103页\编于星期五\5点淬火时效析出大量δ′（Al3Li）

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系好较好的超塑性当前第78页\共有103页\编于星期五\5点Al-Li合金二元相图

虚线代表亚稳δˊ溶解度曲线当前第79页\共有103页\编于星期五\5点δˊ，立方结构，LI2有序结构（Cu3Au型）

点阵常数a=0.4047nm

当前第80页\共有103页\编于星期五\5点含～2.5wt％Li的Al-Li-Cu-Mg合金在190℃时效

对应不同的Cu、Mg含量时合金得到的沉淀产物当前第81页\共有103页\编于星期五\5点几种典型的Al-Li合金合金LiCuMgZr80902.41.30.70.1280912.61.90.70.1220902.22.70.1220912.02.21.50.12014202.050.1或0.4Mn当前第82页\共有103页\编于星期五\5点第三节铸造铝合金特点：比重小，比强度高。有良好的抗蚀性和铸造工艺性

(可进行各种成型铸造)

熔点低、熔炼工艺和设备简单。当前第83页\共有103页\编于星期五\5点一、分类和牌号按GB1173－74铸铝分四大类。

Al－Si（ZL1XX）

Al-Cu（ZL2XX）

Al-Mg（ZL3XX）

Al-Zn（ZL4XX）当前第84页\共有103页\编于星期五\5点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点，

第一位数表示合金系，

第二和第三位数表示牌号，

小数点后0表示铸件，1表示铸锭，当对原始合金或杂质中限修改时，在数字前按字母顺序加A、B、C、D等（但不包括I、O、Q和X），

X表示实验合金。当前第85页\共有103页\编于星期五\5点当前第86页\共有103页\编于星期五\5点例如:

合金SiFeCuMnMgZnTi356.06.5～