金属材料-3 铝合金

一、铝及铝合金的主要特点二、铝合金的合金化原理三、铝及铝合金分类四、各类铝合金简介第三章铝及铝合金4/12/20241编辑ppt重要的有色金属材料，产量占所有有色金属产量的近一半，在金属材料中仅次于铁。资源丰富，性能优良。一、铝及铝合金的主要特点世界原铝年消费量超过2700万吨日本接近400万吨.其中:交通运输130万吨(汽车120万吨)建筑75万吨(门窗用铝材占70%以上)包装业44万吨人均35Kg/a我国是原铝生产大国,年产量超过550万吨;铝加工材料>360万吨,年产3万吨以上大型铝材企业超过25家其中：铝型材210万吨、铝箔40万吨、铝板80万吨、铝带30万吨。4/12/20242编辑ppt(1)密度小、比强度高纯铝密度约为2.7g/cm3，铝合金密度在2.63-2.85g/cm3，约为钢铁的1/3，如Al-4Li,2.4g/cm3,Al-12Fe,3.06g/cm3,比Cu、Fe及其合金轻得多。LY12比强度达到17.4，常用合金结构钢40Cr的为12.8。航空、航天器、汽车、高速磁悬浮列车、坦克装甲、建筑、交通运输等轻量化。美国轿车每使用0.45kg铝合金零件，车重可减少1.021kg。美国汽车工业的用铝量已占其全部用铝量的8%以上。4/12/20243编辑ppt99.996%纯铝熔点660.37℃、99.97%为659.8℃。熔炼、铸造、加工比较容易。铸造性能好：多数铝合金为共晶系，如Al-Si铸件（活塞、气缸等）。压力加工性能：强度低，塑性好，能通过塑性加工制成各种形状的产品（挤、拉、轧、缎、冲，获得管、带、型、棒、线、板、箔等制品）(2)熔点低、工艺性能好4/12/20244编辑ppt(3)可强化、力学性能好常规力学性能随合金种类与状态不同，变化范围宽，抗拉强度为50～800MPa，屈服强度为10～700MPa，延伸率为～50%。主要结构材料的刚性大至与其密度成正比，与合金成分和状态没多大关系。弹性模量变化不大，大致为7～8×104MPa。疲劳强度较低，但低温下，相对于其它金属，其疲劳强度较高。日本超级铝抗拉强度指标为1000MPa。4/12/20245编辑ppt铝和铝合金无低温脆性，强度与塑性均随温度的下降而升高，即使在超低温范围内也不出现类似普通钢的低温脆性。适合于天然液化气装置、液氧储存容器。另外，高纯铝在极低温度下导电率比铜的高，可作超导体的稳定材料。(4)塑性好、易加工，低温性能好4/12/20246编辑ppt(5)抗腐蚀表面可生成致密的氧化膜，可起保护作用。但卤族离子和碱离子会破坏氧化膜。液态天热气输运管道、输油管道、冷冻装置。铝及铝合金有良好的表面处理性能。如6063、6064锻铝通过阳极氧化处理可在表面形成一层透明的氧化膜，并可着上各种颜色。可作装饰用材（门窗等）。特殊处理后可选择性的吸收太阳光，提高吸收太阳能的效率，作太阳能装置。还可由硬质氧化处理提高耐磨性。阳极氧化还可以赋予合金电绝缘性、亲水性、润滑性等。4/12/20247编辑ppt仅次于Ag、Au（金融）、Cu，远优于Fe、Ti等，在工业金属，仅次于Cu。室温下电工铝的等体积电导率为62%IACS。单位质量导电能力是铜的2倍。可部分替代Cu，作电线、电缆或用于其他电器元件。民用铝锅、电冰箱的导热部件、家庭采暖、发动机散热片等，还有电子元件的导电导热基座等。(6)导电、导热性好4/12/20248编辑ppt热膨胀系数大：为不锈钢、铜、黄铜的约1.5倍，与其它金属联接、铆接、复合时，热膨胀系数差值较大，产生大的内应力，以变形。但Al-Si系合金与显微强化的铝材的膨胀系数较低。无磁性：几乎不受电磁场影响，且无磁性，用于罗盘、抛物面天线、电子计算机存储磁盘等。核性能：热中子吸收面积小，在放射线作用下，性能变化不敏感。用于反应堆的工艺管、元件包壳材料、以及浓缩铀的离心分离筒、机械手、加速器、热核反应超真空装置等。(7)其他4/12/20249编辑ppt纯铝强度低，σb=80～100MPa，σ0.2=30～50MPa，δ=35-40%，HB=25-30；即使冷变形60～80%，σb=150～180MPa，但δ=1～1.5%，难以满足需要，需合金化。合金化的考虑：以所需的性能要求和成本要求为中心二、铝合金的合金化原理4/12/202410编辑ppt加工硬化固溶强化弥散强化细晶强化因此，从合金化的角度看，可选择的元素应有如下特点：固溶度大（低温）；高温极限固溶度大，而低温的小；可形成作为结晶晶核的第二相颗粒；钉扎晶界的稳定相颗粒。（1）提高强度的途径4/12/202411编辑ppt合金元素在铝中的极限固溶度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，其他元素均是常见合金化元素Zn、Mg、Cu、Li（正开发）、Si（铸铝），有时也包括Mn，可作主加元素，起固溶强化、弥散强化作用；（加入量>1at%）Zr、V、Cr、Ti，有时也包括Mn，可作辅加元素，起细晶、补充强化、提高再结晶温度、改善抗蚀性（Be）等作用；与铝形成包晶系。Fe、Si通常在变形铝合金中为杂质，但在Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe-Ni、Al-Fe-V-Si等中例外。新技术的发展，如快速凝固、机械合金化等有可能改变元素的固溶量和作用（2）常见合金化元素4/12/202412编辑ppt元素在铝合金中的溶解受其固态结构结合力破坏和原子在铝中扩散速度的控制。可用铝合金相图大致确定，通常与铝形成易溶共晶的元素溶解较快，形成包晶的元素溶解慢。如：Al-Mg,Al-Zn,Al-Cu,Al-Li等为共晶系，易熔炼，元素直接添加；Al-Si,Al-Fe,Al-Be等虽存在共晶反应，由于熔点差别大，溶解慢，需较大过热才能完全溶解；Al-Ti,Al-Zr,Al-W,Al-Nb

等为包晶体系，熔点相差大，组元应以中间合金形式添加。（3）铝合金添加合金元素的溶解4/12/202413编辑pptAl-Cu:CuAl2(θ)Al-Mg:Al3Mg2()该相沉淀强化作用不大，易在晶界析出Al-Mn:MnAl6()有一定弥散强化作用Al-Si:Si一般要变质处理是针状Si变粒状。合金流动性好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美国空军70年代发展的合金0812和1212耐热铝合金中的Al12(Fe,V)3Si（4）合金元素加入到铝中后可能产生的强化相4/12/202414编辑ppt三、铝及铝合金分类Ⅰ区：变形铝合金形成固溶体合金，有利于压力加工Ⅱ区：铸造铝合金合金元素或金属间化合物与铝形成共晶体，液态金属流动性好，有利于铸造变形铝合金1.工业纯铝2.热处理不可强化铝合金：溶解度小或随温度变化不显著3.热处理可强化铝合金：溶解度随温度变化而变化4/12/202415编辑ppt铝及铝合金纯铝铝合金高纯铝（Al＞99.93%）工业纯铝（Al＞98.8%）硬铝Al-Cu-(Mg)系锻铝Al-Mg-Si-(Cu)系,Al-Cu-Mg-Fe-Ni系超硬铝Al-Zn-Mg-(Cu)系Al-Si系防锈铝Al-Mn系，Al-Mg系变形铝及铝合金铸造铝合金Al-Zn系Al-Mg系Al-Cu系流动性好、填充性好、抗冷热裂共晶体较多(1)铝合金的大致类别4/12/202416编辑ppt铝及铝合金牌号纯铝铝合金高纯铝L0XL01(99.93%),L02,L03,L04(99.996%)工业纯铝LxL1(99.85%),L2,L3,L4,L5,L6(98.8%)硬铝LYxxLY11(AA2017,2A11),LY12(AA2024,2A12)锻铝LDxxLD30(AA6061,6A30),

LD7(AA2618,2A07)超硬铝LCxxLC4,LC9(AA7075,7A04)Al-Si系ZL1xxZL101--ZL111防锈铝LFxx

LF21(AA3004,3A21),

LF6(AA5083,

5A06)变形铝及铝合金铸造铝合金Al-Zn系ZL4xxZL401--ZL402Al-Mg系ZL3xxZL301--ZL302Al-Cu系ZL2xxZL201--ZL203稀土元素：高熔点化合物、固溶强化、弥散、变质、细化晶粒、改善铸造性能、净化熔体、提高耐蚀性(2)中国铝及铝合金牌号与状态符号（旧)例：LF21M,LY12CS，ZL201-T24/12/202417编辑ppt铝合金牌号Al>99.00%1×××Al-Cu2×××Al-Mn3×××Al-Si4×××Al-Mg5×××Al-Mg2Si6×××Al-ZnMgCu7×××Al-SnLi8×××(3)美国AAA标准合金牌号4/12/202418编辑ppt热加工(T1)冷加工时效(T5)退火(O)中间退火冷加工固溶处理冷加工(T3)时效(T8)自然时效(T4)时效(T6)稳定化处理（过时效）(T7)人工时效(T10)自然时效(T2)冷加工(T9)状态分得细致，往往在状态符号后加一些数值，如T31,T36等表示T3中的冷变形量为1%，6%。美国AAA标准状态符号4/12/202419编辑ppt在我国原有牌号基础上，吸收美国牌号的表征优点，体现自己的特色。XXXX主加元素数字——来自美国牌号A——原有合金B、C、D……——改进型(4)中国铝及铝合金牌号与状态符号（新）旧牌号美国牌号新牌号GB/T3190-1982GB/T16474-1996LF21AA30043A21LF6AA50835A06LY11AA20172A11LY12AA20242A12LD30AA60616A30LD31AA60636A31LD7AA26182A07LC9AA70757A044/12/202420编辑ppt热加工(R)—中间退火—冷加工—中间退火—冷加工--→

—Y或Yn（n=1,2,3,4）—退火—M或Yn—稳定化处理（无国标）说明：Y—硬态M—软态Yn—半硬态Y1—3/4硬，Y2—1/2硬，Y3—1/3硬，Y4—1/4硬T—特硬态不热处理强化原因：固溶强化大于时效强化；无多型性转变；即使时效强化但不明显；第二相晶界网状析出；生产中不进行，否则更换合金。热处理不可强化铝合金特点：组织简单、塑性好、焊接性好、耐蚀包含：纯铝、Al-Mn、Al-Mg（防锈铝）热处理不可强化铝合金4/12/202421编辑ppt仅根据淬火、时效的工艺表征（粗糙）热加工、冷加工、退火的，与热处理不可强化铝合金的相同。热加工：R退火：M淬火：C淬火—冷轧（冷加工）：CY淬火—自然时效：CZ淬火—人工时效：CS对于变形铝材的状态符号，中国目前最多可达4位，而美国可达6-7位实际上，热加工量、退火工艺、淬火工艺、形变热处理工艺均对合金性能有遗传性影响，但上述的合金状态符号无法表达。热处理可强化铝合金4/12/202422编辑ppt四、各类铝合金简介(一)、纯铝与工业纯铝(二)、热处理不可强化铝合金(三)、热处理可强化铝合金(四)、铸造铝合金4/12/202423编辑ppt(一）、纯铝与工业纯铝1.纯铝(Al99.00、Al99.50、Al99.60、Al99.70、Al99.80、Al99.85、Al99.99)杂质能提高纯铝的力学性能除Mg、Mn外，多数杂质降低铝的抗蚀性4/12/202424编辑ppt多数杂质元素降低铝的导电性4/12/202425编辑pptFe、Si是纯铝的主要杂质Fe、Si很少时，出现FeAl3和β(Si)，硬而脆，呈针状或片状，塑性变差；还可能出现-Fe2SiAl8(汉字形图案)和β-FeSiAl5(针状)三元化合物Fe+Si总量小于0.65%时，应使Fe%>Si%,以减少铸锭开裂；超过0.65%,铁硅比影响减少。当Mn存在时，Fe熔入Al6Mn中，减少Fe的有害作用。4/12/202426编辑ppt2.工业纯铝1×××系铝合金，国际注册40余个牌号，我国22个牌号牌号铝含量性质用途119999.99切削性能差，焊接性能好，抗蚀性能优于镍铬系不锈钢电解电容箔、光子反光沉积膜106099.60强度低、可加工硬化化工、油罐车、过氧化氢储罐，电导体、焊条、仪表105099.50焊接、加工性能好，耐蚀食品、化工、酿造工业的挤压盘、管，电导体、小五金110099.00良好成形性和耐蚀性，低强度热交换器、印刷板、铭牌114599.45Fe+Si<0.55%绝热铝箔、热交换器135099.50Fe0.4,Si0.5电线、导电绞线、变压器带材、汇流排8A06Si0.55、Fe0.50、Fe+Si1.0;Cu/Mn/Mg各0.1其它0.154/12/202427编辑ppt(二)、热处理不可强化铝合金1.铝锰合金-3×××系铝合金2.铝镁合金-5×××系铝合金3A21(LF21)、5A02(LF2)、5083(LF4)、5A03(LF3)等退火状态塑性好，加工硬化后比工业纯铝强度高，耐蚀性能和焊接性能好，可切削加工，用于飞机油箱、船舶、化工设备和其他中等强度耐蚀、可焊零件。３A21可做饮料罐。4/12/202428编辑ppt１.Al-Mn合金3×××系铝合金国际注册３×××系合金有３０余个牌号，我国标准有６个牌号3003合金含有1.2%Mn，比1100合金强度高，成形性好，用于低温装置、一般器皿和建筑材料。3A21与3003几乎相同，用于飞机油箱、油路管道和铆钉线材其他四种是Al-Mn系添加Mg，强度提高，抑制再结晶晶粒长大，能使铸锭加热处理简单化，用于建筑材料、电灯灯口、饮料罐牌号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编辑ppt抗蚀原理Al-Mn合金系中形成的MnAl6化合物与纯铝的电极电位相当。Al-Mn合金亚共晶部分结晶温度范围很窄，仅0.5～1℃,几乎与纯铝熔点相当，另外液相线与固相线近似水平线，说明平衡结晶时，已结晶的固溶体与残余液相成分差别很大，并且，Mn在液相中的扩散速度远低于其他合金元素，故在结晶时易形成Mn偏析。Mn含量高，再结晶温度高，由于偏析，会造成板材退火出现粗大再结晶晶粒解决办法：均匀化，消除晶内偏析；加入Fe、Ti，Fe减少偏析、Ti细化晶粒4/12/202430编辑ppt3A21典型力学性能状态抗拉强度／MPa屈服强度/MPa延伸率/%退火状态1305023半硬态17013010硬态2201805热处理要求:1.高温均匀化退火:590-620℃,使Mn固溶均匀,大变形(70%),晶粒细化,形核析出均匀.2.高温热轧:480-520℃3.高温快速再结晶退火:盐浴或感应加热,500℃,短时间4.添加适量Ti,抵消部分偏析.因为Ti是晶内偏析,与Mn偏析相反4/12/202431编辑ppt２.Al-Mg合金5×××系铝合金Al-Mg合金化合物β-Mg2Al3有沿晶界网状析出倾向，时效强化效果不大。Mg从2％增加到10％，耐蚀性和塑性下降；超过7％，工艺性能显著变坏Mn、Cr提高焊接性和耐蚀性、强化Ti、V细化晶粒、提高强度和可焊性Be减轻熔化和焊接时的氧化Sb、Bi消除高镁合金的钠脆现象Cu、Zn、Fe、Si是杂质但5A03加０.5-0.8%Si，改善焊接性能4/12/202432编辑pptMg在铝中的溶解度大，牌号多牌号旧牌号镁含量合金相特征用途50050.8%Mg5Al8中等强度、耐蚀性好导线炊具仪表建筑50501.4%Mg5Al8杂质FeAl3可加工硬化、耐蚀性好制冷机内衬板、汽车的汽、油导管50522.5%Mg5Al8MnAl6杂质相Mg2Si、FeAl3、(FeMn)Al6燃料箱、仪表、5056LF5-15.0%Mg5Al8冷、热加工性好，焊接优良包铝或不包铝的线材5083LF44.0-4.9%Mg5Al8MnAl6压力容器、焊接件、运输罐车4/12/202433编辑ppt耐蚀性好的原因β－Mg5Al8的电极电位低于基体相。当β均匀析出时，起阳极保护作用，耐蚀性最好；沿晶界析出时，增大晶界腐蚀和应力腐蚀倾向。Mg<3％，β不会沿晶界析出，应力腐蚀和剥落腐蚀不敏感Mg>3.5%，经过冷加工硬化，应力腐蚀不敏感5083合金的典型拉伸性能状态屈服强度/MPa抗拉强度/MPa延伸率/%O14529022H11219330316H11622831716H32122831716H342833459热处理特点:热加工温度范围宽,从260～510℃,合金元素含量提高,范围变窄退火温度345℃附近,不需要保温稳定化退火温度:120～150℃4/12/202434编辑ppt(三)、热处理可强化铝合金1.Al-Cu系合金------2×××系铝合金2.Al-Si-(Cu-Mg)系合金------4×××系铝合金3.Al-Mg-Si系和Al-Mg-Si-Cu系合金-------6×××系铝合金4.Al-Zn-Mg-Cu系合金--------7×××系铝合金5.新型变形铝合金------------8×××系铝合金4/12/202435编辑ppt1.Al-Cu系合金------2×××系铝合金用量最大、产品种类最多，国际注册牌号近60个，我国近40个(1)硬铝------Al-Cu-Mg系合金:硬度、强度高，故称硬铝。可热处理强化。典型牌号：2A11(LY11)、2A12(LY12)(2)锻铝------Al-Cu-Mg-Si系合金：当Mg含量小于1%时，Si>0.5%能形成Mg2Si，有利于人工时效。典型牌号：2A50(LD5)、2B50(LD6)、2A14(3)耐热铝合金-----Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金添加Ni,当Fe/Ni约为1时，形成FeNiAl9，偏离比例出现AlCuNi、Al7Cu2Fe.组成相为α+S+FeNiAl9，没有θ宜人工时效典型牌号：2A70(LD7)、2A80(LD8)、2A90(LD9)，2618(4)耐热铝合金------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)组成，过剩θ提高耐热性，T相粗化缓慢，保持高温稳定性。典型牌号：2A16(LY16)、2B16(LY16-1)、2A17(LY17)、2A20(LY20)、2219(LY19)4/12/202436编辑ppt(1)Al-Cu-Mg系合金------硬铝二元相：θ(CuAl2)、β(Al3Mg2)三元相：S(Al2CuMg)、T(Al6CuMg4)θ和S强化效果好，T强化效果微弱，β不起强化效果铜含量愈高，S相愈少，θ多铜镁比2.61时，(4-5%Cu、1.5-2%Mg),合金强化相几乎全为S相。继续增加Mg会出现T和β,强化效果降低控制Mg<2%4/12/202437编辑ppt最高强度在α+θ+S三相区4/12/202438编辑ppt高温强度最好在α+S三相区图中：σb为250℃的瞬时强度阴影部分：应力40MPa、300℃下的持久时间4/12/202439编辑pptAl-Cu-Mg系合金硬度、强度高，故称硬铝。可热处理强化。θ和S相同时出现时强化效果最好，但用于高温结构时，由于S相更稳定，因而采用人工时效获得主要以S相强化的合金；室温使用时采用自然时效。Mn是2×××系合金的组成元素,消除Fe的有害作用,抑制再结晶过程(挤压效应)；Ti细化铸造组织,降低铸锭热裂倾向；Fe、Si为杂质元素4/12/202440编辑ppt硬铝耐蚀性差，因为两强化相均为阴极。代表LY11(AA2014、2A11)、LY12(AA2024、2A12)。前者以θ强化为主；后者以S相为主，易过烧。这类合金存在的问题是凝固时易出现非平衡组织，须均匀化；有挤压效应；抗蚀性差，型材、管材等采用阳极氧化或涂漆以提高抗蚀性。美国80年代开发装甲用2519合金，抗应力腐蚀。我国只是近来才开始研究用于装甲的铝合金。2124合金厚板用于制造飞机结构件，2419用于高温结构和高强焊件；2224挤压件、2324厚板与薄板用于波音767部分结构件；2219合金用于火箭燃料箱（美国雷神δ和土星II号火箭上用）4/12/202441编辑ppt2A01-----LY1主要成分：Cu2.2-3.0%,Mg0.2-0.5%强化相：θ+S杂质相：Mg2Si、-Fe2SiAl8、Al7Cu2Fe性质：耐热性不高、中等强度、中等抗蚀性，淬火自然时效耐蚀性最好，使用温度超过100℃会出现晶间腐蚀。用途：线材，用于不超过100℃结构件铆钉。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T429416724O1575924200℃186264/12/202442编辑ppt2A02-----LY2主要成分：Cu2.6-3.2%,Mg2.0-2.4%,Mn0.45-0.70%强化相：S杂质相：Mg2Si、MnAl6、Al7Cu2Fe性质：有较好耐热性，可在300℃以下温度使用，耐蚀性不高，有应力腐蚀开裂倾向，可焊接，切削加工性能好，热塑性好。热处理：500±5℃固溶、165-175℃时效16h用途：棒材，可加工成锻件，用于200-300℃涡轮喷气发动机、轴向压气机叶片、叶轮和盘。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T643027510200℃37422816.1300℃1719421.54/12/202443编辑ppt2A11—LY11主要成分：Cu3.8-4.8%,Mg0.4-0.8%,Mn0.4-0.8%强化相：θ+S杂质相：Mg2Si、AlMnFeSi、AlSiMnCuFe性质：与2A12相比，含Mg量低，强度略低，但塑性好。抗蚀性差，阳极氧化、涂漆、包铝可提高抗蚀性。热处理：500℃淬火+自然时效用途：板、管、棒、型材及锻件。用做中等强度结构件，如飞机骨架、螺旋桨叶片、建筑、交通、造船的结构件和配件状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T4375-10O225-124/12/202444编辑ppt2A12----LY12主要成分：Cu3.8-4.9%,Mg1.2-1.8%,Mn0.3-0.9%强化相：S、θ、MnAl6杂质相：Mg2Si、AlMnFeSi、AlSiMnCuFe性质：强度高，有一定耐热性，可在150℃以下工作的零件。抗蚀性差，要包铝保护，焊接易出现裂纹、可铆接热处理：要求严格，485-498℃固溶、185-195℃时效6-12h用途：板、带、管、棒、线、型材及锻件，飞机蒙皮、骨架、筋梁、隔框等高强度结构件和150℃以下工作零件。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%O<24512.0T642030510.04/12/202445编辑ppt(2)Al-Cu-Mg-Si-----锻铝Al-Cu-Mg-Si系也可以理解成在Al-Mg-Si(6×××系)合金的基础上添加Cu,形成四元W相Cu4Mg5Si4Al4。合金中Mg含量小于1%时，Si>0.5%能形成Mg2Si，有利于人工时效。主要强化相：W、S、θ典型牌号：2A50(LD5)、2B50(LD6)、2A14(LD10)4/12/202446编辑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，其他与2A11相当）强化相：W、Mg2Si、θ、S杂质相：(FeMnSi)Al6性质：强度高，与2A12相当，但铸锭热裂倾向比2A12小，有好的热塑性、锻造性、焊接性能和耐热性。缺点：材料纵、横向性能差别大，人工时效有晶间腐蚀和应力腐蚀开裂倾向热处理：502±3℃淬火+自然时效10d或160±5℃时效18h(轧制或冷加工材);170±5℃时效10h(锻件)用途：板、带、管、棒、线、型材及锻件。用做高载荷结构件。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T6锻件47337311200℃29422618T6板材461402104/12/202447编辑ppt2A50—LD5主要成分：Cu1.8-2.6%,Mg0.4-0.8%,Si0.7-1.2%，Mn0.4-0.8%（实质是在Al-Mg-Si基础上加铜，抑制自然时效，加强人工时效）强化相：Mg2Si、θ、W、少量S杂质相：(FeMnSi)Al6、TiAl3。性质：中等强度、热塑性好，抗蚀性、焊接性、切削性能好缺点：有挤压效应，材料纵、横向性能差别大，有晶间腐蚀倾向热处理：520±5℃淬火+150-160℃时效6-12h用途：中等强度锻件和棒材。飞机隔框、接头、支架和摇臂等状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T6锻件392-6200℃275-104/12/202448编辑ppt2B50—LD6主要成分：Cu1.8-2.6%,Mg0.4-0.8%,Si0.7-1.2%，Mn0.4-0.8%（在2A50基础上添加少量Cr、Ti）强化相：Mg2Si、θ、W、少量S杂质相：(FeMnSi)Al6、TiAl3。性质：高温塑性比2A50好，其他性能相当热处理：505-525℃淬火+150-165℃时效6-15h用途：制造复杂锻件，如：压气机叶轮、导流叶轮等状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T6纵向38027510横向36524574/12/202449编辑ppt(3)Al-Cu-Mg-Fe-Ni-----锻铝(耐热铝合金)添加Ni,当Fe/Ni约为1时，形成FeNiAl9，偏离比例出现AlCuNi、Al7Cu2Fe.组成相为α+S+FeNiAl9，没有θ宜人工时效典型牌号：2A70(LD7)、2A80(LD8)、2A90(LD9)，26184/12/202450编辑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%强化相：S、FeNiAl9、Mg2Si；(Ni>FeAlCuNi;Fe>NiAl7Cu2Fe)性质：有良好耐热性，热态塑性好，临界变形度小(2-4%)，铸造和加工性能都好，但焊接性和耐蚀性都差。热处理：520-535℃固溶+190±5℃时效20h；退火380-430℃,缓慢冷却用途：锻件、棒材或板材。用于200-250℃航空发动机或其他高温工作零件。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T6锻件41528219.6250℃262-8.64/12/202451编辑ppt(4)Al-Cu-Mn-----硬铝(耐热铝合金)含Mg少或不含，添加一定量的Mn，合金由α+θ(CuAl2)+T(Al12Mn2Cu)组成，典型牌号：2A16(LY16)、2B16(LY16-1)、2A17(LY17)、2A20(LY20)、2219(LY19)这些合金中，除2A17含0.25-0.45%Mg外，其他几乎不含Mg合金中Cu大于6%,已超过Cu的极限固溶度。过剩的θ(CuAl2)提高耐热性，T相粗化缓慢，保持高温稳定性。Ti细化晶粒、提高再结晶温度。Zr、V提高再结晶温度和固溶体稳定性Fe、Si为杂质在二元铝合金中，以Al-Cu合金耐热性最好，进一步合金化，又以Al-Cu-Mn耐热性能最好。4/12/202452编辑ppt2A16—LY16主要成分：Cu6-7%,Mn0.4-0.8%,Ti0.1-0.2%强化相：θ+T+TiAl3杂质相：Fe2SiAl3、AlMnFeSi性质：室温强度和高温(300℃以下)持久强度高，热塑性好，可焊接。抗蚀性差，阳极氧化、涂漆、包铝可提高抗蚀性。热处理：535±5℃固溶+165-190℃18-35h时效用途：板、棒、型材及锻件。315℃下高温结构件和高强度焊接件。发动机导轮、超音速飞机结构材料。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T639231412300177127144/12/202453编辑ppt2.Al-Si合金------4×××系合金

Si不溶于Al,几乎以纯Si形式存在，不可热处理强化。Si超过3%，应变质处理熔点低、流动性好，容易补缩。可避免焊接裂纹，韧性和抗蚀性性好，对焊接有利。一般用做焊接铝用焊丝和钎料。加Cu、Mg，可热处理强化，用于焊接可热处理强化铝合金加少量Ni，与Fe形成化合物，提高高温强度、硬度，低膨胀系数和高耐磨性，可用于制造活塞及其他高温下工作零件国际牌号有30余个，我国仅10个4/12/202454编辑ppt4A11----AA4032---LD11主要成分：Si11.0-13.5%,其它Cu、Mg、Ni强化相：Si、Mg2Si、CuAl2、S、AlCuNi或Al7Cu2Fe杂质相：FeAl3、AlFeSi性质：铸造性能好，线膨胀系数小，耐磨性好；同时Fe、Ni含量高，有良好耐热性，可认为是耐热锻铝。抗应力腐蚀开裂性能好，但一般抗蚀性和焊接性较差。热处理：505-515℃固溶+170-175℃时效8-12h；用途：锻件、棒材。用于活塞和其他高温工作零件。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T6锻件3803159100℃3453009200℃9062304/12/202455编辑ppt4A01----AA4043----LT1(特殊铝)主要成分：Si5%强化相：Si杂质相：Fe2SiAl8、FeSiAl3、FeAl3性质：流动性好、很小的收缩率和良好焊接性能。抗蚀性也好。热处理：热加工400-450℃；用途：产品为线材，用于铝合金焊接时的填充金属。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%典型性能6255.284/12/202456编辑ppt4A13----AA4343主要成分：Si7.5%组成相：Si、Fe2SiAl8、FeSiAl3、FeAl3、(FeMn)Al6性质：熔点低、凝固范围窄、流动性好、很小的收缩率和良好焊接性能。热处理：热加工430-480℃；用途：产品为板材，用做钎接合金板的包覆层(0.06-0.16mm)、钎焊填充金属(钎接合金板基体为3A21)4/12/202457编辑ppt3.Al-Mg-Si系铝合金------6×××系合金(锻铝)Mg2Si是主要强化相，极限固溶度达到1.85%,300℃时仅0.27%.可热处理强化。Mg2Si中Mg、Si比为1.73:1。如果Mg含量过剩（对于生成Mg2Si而言）会降低Mg2Si在铝中的溶解度导致时效效果降低。Mg2Si含量高增加淬火敏感性。一般要求Si过剩。国际牌号70余个，我国15个。4/12/202458编辑ppt如6013：Al-(0.6-1.1)Cu-(0.6-1.0)Si-(0.8-1.2)Mg-(0.2-0.8)Mn，由美国铝业公司1983年研制成功，广泛用于飞机、汽车结构件，如美国海军反潜战斗机、巡逻机P-7A用6013-T6薄板取代包铝的2024-T3作蒙皮。我国仿制。该类合金锻造性好，对应力腐蚀不敏感，时效过程缓慢因而采用人工时效。强度中等、耐蚀性、焊接性、加工性良好。常见合金6063，作建筑及装饰材料，工艺简单，淬火敏感性地，可空气中淬火。在6063中加少量Cu和Cr获得6061合金，时效后强度更高，但淬火敏感性增加，挤压后须重新固溶水中淬火。该类合金有停放效应（淬火后室温停留会降低随后的人工时效强化效果）。4/12/202459编辑ppt6×××系合金工艺性能好，能铸造成大规格的铸锭。加工性能优良，可大变形，生产大型、几何形状复杂的产品。特别适合于挤压成型Cr、Mn可中和Fe的不良作用Cu可提高强度Zr、Ti细化晶粒、抑制再结晶典型型号6061(LD30)、6063(LD31).4/12/202460编辑ppt6061---LD30主要成分：Mg0.8-1.2%,Si0.4-0.8%.Cu0.15-0.4%,Cr0.4-0.35%强化相：Mg2Si热处理：525-530℃固溶+160℃18h时效用途：建筑材料，卡车、船舶、铁道车辆结构件、家具状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T631027617100℃290262184/12/202461编辑ppt6063---LD31主要成分：Mg0.2-0.6%,Si0.45-0.9%.强化相：Mg2Si热处理：非常优良的挤压性能和低的淬火敏感性，挤压后风冷即可淬火，易抛光和阳极氧化用途：建筑材料，船舶、飞机、建筑等的装饰构件状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T624121412100℃15297184/12/202462编辑ppt4.Al-Zn-Mg-(Cu)系------7×××系铝合金分不含Cu、含Cu两类：Al-Zn-Mg:主要特点是焊接性能好，强度在340-450MPa,比硬铝和超硬铝低，但比Al-Mg-Si和Al-Mg系高，称为中强可焊铝合金。主要强化相：T(Al2Mg3Zn3)和(MgZn2)Al-Zn-Mg-Cu:含Cu、强度在硬铝中是最高的，称为超硬铝7×××系铝合金国际牌号60余个，我国18个4/12/202463编辑ppt(1)Al-Zn-Mg中强可焊铝合金含铜小于0.3%时，抗拉强度约400MPa，国内无牌号，基本仿制。一般情况下，Zn+Mg量小于7%，还可加微量Mn,Cr,Zr等元素，抗应力腐蚀，焊接性好；若Zn+Mg高于7%，强度虽可提高，但焊接性差。人工时效，淬火性好，可空冷淬火。Cu能提高强度和抗应力腐蚀能力，但对焊接不利，应控制在0.3以下典型牌号：7A05、7005、7A01(LB1)、7A52(LC52)、70204/12/202464编辑ppt7A05、7005合金主要成分：Zn4.0-5.0%、Mg1.0-1.8%,少量Mn、Cr、Ti、Zr强化相：T(Al2Mg3Zn3)和(MgZn2)性质：有应力腐蚀开裂倾向热处理：400℃固溶+分段人工时效：100-110℃时效8h+145-155℃时效16h；用途：高强度、高韧性的焊接组件，各种角杆。状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T5339334515T637231712O19383204/12/202465编辑ppt含铜量高于0.3%时，硬度特别高，故称超硬铝。铜的加入可显剧提高塑性和抗应力腐蚀性能，抵消了由于Zn+Mg的高含量带来的塑性与抗蚀性损失。挤压效应。铜在其中的作用可归结为：SSS，强化相S的生成，降低晶内与晶界电位差。其中7049锻件、挤压件、板，7149和7479锻件用于飞机结构件，7475薄、厚板用于机身、翼皮、梁、子弹壳；7050用于起落架等。7039装甲。欧共体的阿娜亚火箭的燃料箱用Al-Zn-Mg合金制造。航母上有时7055-T74511，7150-T77511，7249-T76511代替7075-T6。特点：主强化相为，GP→’→；塑性低，高温稳定性差；分级时效（GP区形成慢），过时效（抗疲劳、应力腐蚀）；为进一步提高抗蚀性，包Al-Zn合金，或阳极氧化着色；有挤压效应，用于大型骨架承力件。(2)Al-Zn-Mg-Cu超硬铝4/12/202466编辑ppt7050合金主要成分：Zn5.7-6.7%、Mg1.9-2.6%,Cu2.0-2.6%，少量Zr强化相：T(Al2Mg3Zn3)、(MgZn2)、S(Al2CuMg)性质：很高的强度、良好的抗剥落腐蚀及抗应力腐蚀能力，高的断裂韧性和疲劳强度。可挤压、自由锻和模锻热处理：T736415℃固溶+稳定化处理+冷变形+时效：120-175℃；用途：飞机结构件中的板件、挤压件和锻件状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T73649642774/12/202467编辑ppt7075、7A09合金主要成分：Zn5.1-6.1%、Mg2.0-3.0%,Cu1.2-2.0%，Cr0.16-0.3%强化相：T(Al2Mg3Zn3)、(MgZn2)、S(Al2CuMg)性质：很高的强度、良好的低温强度。焊接性能差，抗应力腐蚀能力需双级时效来提高。需包铝和其他处理后使用热处理：T651、T7352等460-470℃固溶双级时效：100-110℃6-8h+170-180℃8-10h；用途：飞机结构件、高强度抗腐蚀结构件状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%T651572503114/12/202468编辑ppt5.新型铝合金(1)Al-Li合金(2)Al-Sc合金(3)Al-Fe-V-Si合金4/12/202469编辑pptAl-Li合金：由于其轻质，是航空航天工业大力发展的一类合金。20世纪20年代初，德国首先研制成功含Li的Al合金Scleron，典型成分为Al-12Zn-3Cu-0.1Li，强度性能比硬铝高。1957年美国铝业公司开发出Al-Cu-Li系2020合金，用于制造侦察机主翼的上下蒙皮。苏联随后也发展了类似的合金O1420。我国60年代初研制成功Al-Cu-Li系合金S141，80年代研制出中强可焊的Al-1.5Li-4.4Mg-0.2Ag-0.12Zr和高强Al-(1.9-2.4)Li-2.0-24)Cu-(1.0-1.5)Mg-(0.1-0.13)Zr合金。问题：韧性低、缺口敏感、晶间脆性、生产困难。一度中断。70年代中期以后，由于石油危机，又受重视，注重高强、低密度、高弹性模量。1971年英国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，合金密度降低约3%，比刚度提高9%左右。该合金裂纹扩展慢。(1)Al-Li合金4/12/202470编辑pptAl-Li合金时效的基本过程：

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’与基体共格，呈球状，为L12结构；δ属NaCl结构，以粗大粒子在晶内与晶界不均匀沉淀，是强度下降。δ可独立形核，也可由δ’相转变而成。生产中，传统的熔铸工艺不易控制，由于Li容易氧化烧损、熔体吸氢、与炉衬反应，形成气孔和夹杂降低合金的塑性与韧性。目前采用快凝+粉末冶金方法。Mg不溶于δ’4/12/202471编辑ppt沉淀相δ'与母相共格强化。一旦δ'被位错切割，共格部分截面积减小，以后的位错便容易沿此面滑移并堆积，引起应力集中，造成裂纹。无沉淀带：时效后期，δ沿晶界沉淀。晶界脆化：吸氢、钠防止局部优先变形：均匀脱溶，弥散强化防止应力集中：欠时效，形变热处理，晶粒细化防止晶界脆化：净化熔体，加微量Bi减少晶内应力集中Al-Li合金韧性低的原因及防止方法4/12/202472编辑ppt典型牌号及性能8090合金Al-Li-Cu-Mg合金,Li2.2-2.7%,Cu1.0-1.6%Mg0.6-1.3%中等强度,但密度比2024、7075低10%2090合金Al-Cu-Li合金，Cu2.4-3.0%,Li1.9-2.6%强度与7075-T6相当，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性能与7×××系相当，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%中强可焊合金4/12/202473编辑ppt(2)Al-Sc合金以微量Sc(0.07-0.35%)合金化的合金，与不含Sc的同类合金相比，Al-Sc合金强度高、塑韧性好、耐蚀性能和焊接