第一章铸造铝合金

第一篇铸造有色(yǒusè)合金及其熔炼铸造(zhùzào)铝合金及其熔炼铸造镁合金及其熔炼铸造铜合金及其熔炼铸造钛合金及其熔炼共一百零九页第一章铸造(zhùzào)铝合金

铸造铝硅类合金(héjīn)铸造铝铜类合金铸造铝镁类合金铸造铝锌类合金其它铸造铝合金共一百零九页§1-1铸造(zhùzào)铝合金概论共一百零九页纯铝为面心立方晶型，强度较低，需强化有些铸铝的热强性良好，可在200～300℃下服役(fúyì)铸铝无低温脆性，是良好的低温结构材料铸铝有很高的比强度，仅次于铸钛合金机械性能共一百零九页抗蚀性能(xìngnéng)在铝的表面有一层很牢固的致密氧化膜起保护作用，故铝合金在大气、淡水及许多介质中有良好的耐蚀性。氧化膜的化学稳定性和熔点都很高，故铸铝在高温工作时仍具有(jùyǒu)良好的耐蚀性和抗氧化性能。共一百零九页熔铸(róngzhù)工艺性能铝合金的熔炼温度不高，液态表面也有一层致密氧化(yǎnghuà)膜，能阻止铝液继续氧化(yǎnghuà)，无需专门保护，故熔炼设备及工艺简单。铸铝一般有良好的流动性，较小的缩松和热裂倾向。铸造方法不限，特别适用金属型和压铸。共一百零九页应用领域饮料容器；建筑材料；航空航天工业；地面运输(yùnshū)工业；造船及发动机；电气和电子学材料；热交换器轻高比强和模量高电和热导率好的腐蚀特性(tèxìng)无磁性无毒低熔点，易熔化和易铸造机械加工性好成本低

共一百零九页在汽车(qìchē)上的应用汽车(qìchē)发动机汽车前桥

还有离合器外壳、变速箱外壳、变速箱上盖、仪表盘骨架、轮毂、转向支架、刹车支架、气门支架等。共一百零九页F-111战斗(zhàndòu)轰炸机

F—111A基本结构(jiégòu)材料为铝合金，蒙皮为蜂窝夹层壁板。共一百零九页苏-27“侧卫”重型(zhòngxíng)战斗机该机为全金属半硬壳式机身，机头略向下垂(xiàchuí)，大量采用铝合金。共一百零九页M190型自行(zìxíng)榴弹炮铝合金装甲车体和旋转(xuánzhuǎn)炮塔、炮塔位置靠后、动力装置前置、主动轮在前共一百零九页88式狙击步枪

两脚架为铝合金制，可以(kěyǐ)向前或向后折叠，并可以(kěyǐ)方便拆下，但强度不足，比较容易损坏。

共一百零九页

铸铝合金的标准(biāozhǔn)及分类名义(míngyì)质量分数的整数值如果数值小于1，一般不标数字有的牌号后标A，表示杂质含量更低，性能高的优质合金铸铝合金的国标、航标中有26个牌号牌号：ZAl+合金元素+合金元素含量ZAlSi7MgZAlSi7MgA共一百零九页

代号(dàihào)：ZL×××

代号(dàihào)铝合金类别顺序号

1代表Al-Si类2代表Al-Cu类3代表Al-Mg类4代表Al-Zn类ZL101ZL201共一百零九页分类(fēnlèi)Al-Si类气密合金，应用(yìngyòng)范围最广，产量最多Al-Cu类耐热或高强度铝合金Al-Mg类耐蚀合金Al-Zn类

自动固溶效应与自然时效硬化共一百零九页§1-2铸造(zhùzào)铝硅合金共一百零九页铸造铝硅类合金(héjīn)特性共晶型相图合金的组织(zǔzhī)由韧性的α固溶体与硬脆的共晶硅相所构成比纯铝强度高得多，并保留一定的塑性。共一百零九页结晶温度范围最小；线膨胀系数小；共晶体在凝固温度附近具有良好(liánghǎo)塑性；铸造铝硅类合金(héjīn)特性可兼顾机械性能与铸造性能两方面的要求，得到两者兼优的合金流动性好，缩松﹑热裂倾向很小。共一百零九页铝硅合金中硅的形态(xíngtài)特征因为铝在硅中的溶解度极小(jíxiǎo)，故合金中的硅相可视为与纯硅无异。硅晶体是金刚石立方晶型，晶胞是面心立方晶格内多出4个原子。共一百零九页硅片生长过程(guòchéng)中会产生分枝和改变生长方向铝硅合金中硅的形态(xíngtài)特征共一百零九页铝硅合金(héjīn)共晶体的变质硅相在自发非控制生长条件(tiáojiàn)下会长成片状共一百零九页概念

所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变(gǎibiàn)合金的结晶组织，共晶体中的硅相由原来的粗大片状变为细小纤维状，从而改善机械性能。方法

生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。共晶(ɡònɡjīnɡ)硅的变质共一百零九页变质处理机理(jīlǐ)

a)Si晶体生长时，界面前沿存在有少量的孪晶与大量的界面台阶，Si原子或Si的八面体容易进入(jìnrù)台阶，使Si晶体沿着[211]晶向生长成板片状。[211]SiSi的八面体Si的八面体Si晶体生长状况共一百零九页

b)变质元素Na进入(jìnrù)界面台阶，使台阶消失，同时使Si晶体表面产生大量的孪晶，这样Si晶体的生长方式由孪晶凹谷代替界面台阶，Si晶体仍然长成板片状。界面(jièmiàn)台阶消失后Si晶体生长状况[211]SiSi的八面体变质处理机理（续）共一百零九页

c)Na原子在孪晶凹谷处的大量富集，阻碍了晶体沿[211]晶向的生长，迫使其产生分枝，主杆沿[100]晶向生长，分枝沿[211]晶向生长，最后(zuìhòu)长成细的纤维状晶体。[100][211][211][211]变质元素(yuánsù)使Si晶体产生分枝[211][100][211]实际测量结果变质处理机理（续）共一百零九页过共晶铝硅合金中初生(chūshēnɡ)硅的变质Al-Si过共晶(ɡònɡjīnɡ)合金（含22x10-2Si）铸态组织（金属型）变质前初生硅晶体长成粗大厚板片状用钠或磷变质处理能细化初生硅共一百零九页初生(chūshēnɡ)硅的变质一类是赤磷或含赤磷的混合变质剂；另一类是含磷的中间(zhōngjiān)合金（Cu-P）。形成AlP作为硅结晶的非均质晶核，使初生硅细化；同时磷在铝液中有一定的溶解度，磷在铝中呈表面活性，故也能被硅晶孪晶凹谷所吸附，抑制孪晶的生长。变质剂分类磷变质机制共一百零九页1、变质方法

在纯铝和铝合金中加入少量Ti、Zr、B等元素2、变质机理

①由于元素与Al形成固相质点(zhìdiǎn)，可作为非自发晶核；②由于包晶反应，也使α依附在TiAl3质点上形核；③由于过冷度较小，其结晶生长速度却比较小。亚共晶(ɡònɡjīnɡ)铝合金中初生α相的细化共一百零九页课前复习题固溶强化与时效强化变质处理列举3种金属材料的强化机制，对强度和塑性有什么影响？列举3种铸造合金的使用性能？列举3种铸造合金的工艺性能？为什么铝硅类合金的铸造性能(xìngnéng)好？二元铝硅合金为什么不能进行热处理强化？共一百零九页铝硅二元合金(héjīn)ZL102（ZAlSi12）强度(qiángdù)也较高，但塑性较低铸造性能最好致密度最好共一百零九页适用于薄壁复杂铸件或对气密性要求高的铸件，以及(yǐjí)压铸件。铝硅二元合金不能热处理强化的，只能加入合金元素进行强化。具有较好的抗蚀性，耐磨性和耐热性。切削性能比其它系铝合金差。必须进行变质处理，提高力学性能。铝硅二元合金(héjīn)ZL102（续）共一百零九页1.镁的强化效果最好。2.加入镁后，组织中出现β（Mg2Si）相，Mg2Si可通过固溶和时效处理(chǔlǐ)使合金时效强化。Al-Si-Mg系合金(héjīn)共一百零九页少量的镁即能大大提高抗拉和屈服强度;镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升(shàngshēng)，而塑性下降。Mg量一般采用（0.2～0.45）×10-2。镁对机械性能的影响(yǐngxiǎng)共一百零九页铁对Al-Si-Mg系合金(héjīn)组织和性能的影响粗大(cūdà)针状脆性β（Al9Fe2Si2）相并穿过α晶粒恶化了合金的机械性能，特别是塑性共一百零九页砂型铸造(zhùzào)

Fe≤0.6%金属型铸造

Fe≤1.0%

压力铸造

Fe≤1.5%

铁Al-Si-Mg系合金(héjīn)对组织和性能的影响（续）大多数的铝合金中都力求减少含Fe量降低了合金的抗蚀性Fe量过高，会降低流动性、增大热烈倾向、也降低切削性。共一百零九页①组织变化在Al-Si合金中加入(jiārù)锰，可大大降低Fe的危害。锰对Al-Si-Mg系合金(héjīn)机械性能的影响②锰的加入量锰的加入量与含铁量有关，一般认为Mn/Fe比在0.7～0.8左右时效果最好。

Mn≤0.5%。共一百零九页

二者特别有害；极微量时就会在晶界上形成低熔点共晶；降低(jiàngdī)合金的塑性和抗蚀性；锡、铅分别限制在0.01×10-2和0.05×10-2以下。锡、铅对Al-Si-Mg系合金组织(zǔzhī)和性能的影响共一百零九页

①

化学成分

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

T6③性能

具有(jùyǒu)良好的综合机械性能，铸造性能也很好。④应用范围

航空工业中用于制作发动机压缩机匣、承力框架、轴承机匣、气缸排等。Al-Si-Mg系常用(chánɡyònɡ)合金-ZL104共一百零九页ZL104合金变质(biànzhì)前后的显微组织砂型×100

a)未变质(biànzhì)b)变质(biànzhì)后共一百零九页①化学成分

W/10-2：6.5-7.5Si、0.25-0.45Mg②热处理

T4、T5、T6状态。③特性T4状态下有比ZL104更好的塑性和韧性，调节Mg量和时效规范，可获得不同的机械性能。铸造(zhùzào)性能也良好，仅次于ZL104。铸件的气密性良好。Al-Si-Mg系类常用(chánɡyònɡ)合金-ZL101共一百零九页三.Al-Si-Cu-Mg系合金(héjīn)当要求工作温度达200-225℃时，就应采用(cǎiyòng)Al-Si-Cu-Mg系合金。Al-Si-Mg系虽然有良好的机械和铸造性能，但热强性低，工作温度不超过185℃。共一百零九页Al-Si-Mg系中加Cu时，组织中将出现

W(Al2Mg5Si4Cu4)相和Ө(CuAl2)相；Cu/Mg≈2.1，组织中的β相将完全消失(xiāoshī)，而成为α+Si+W三相组织，Cu/Mg＞2.1，组织中除α+Si+W外，还将出现θ相。铜对Al-Si-Cu-Mg系合金组织(zǔzhī)的影响共一百零九页铜对Al-Si-Cu-Mg系合金性能(xìngnéng)的影响强度(qiángdù)显著增加，但伸长率下降热强性不断提高共一百零九页镁对Al-Si-Cu-Mg系合金性能(xìngnéng)的影响合金强度急剧(jíjù)上升而塑性急降镁量常控制在0.5×10-2左右共一百零九页成分：W/10-2：4.5-5.5Si、1-1.5Cu、0.4-0.6Mg。无需变质，常用T5、T7状态。其强度和ZL104相近，但塑性很低，高温强度较高。铸造性能良好，稍次于ZL101合金。较易产生缩松、热裂趋向稍大，但铸件气密性仍良好。抗蚀性降低，需进行阳极(yángjí)化和涂漆保护。焊接性和切削性均良好。2.常用(chánɡyònɡ)合金ZL105(ZAlSi5Cu1Mg)共一百零九页2.常用(chánɡyònɡ)合金ZL105（续）不适于承受冲击载荷，仅用作承受较大静载荷及高温下工作的零件，可在225℃下工作。航空上应用较广，如用作增压器外壳、气缸头、导气弯管。当慢冷时，其组织为：初生α、α＋Si共晶、少量条状W相和少量Ө相。在铸造冷却条件下，β与Ө及Si相往往(wǎngwǎng)同时出现，而可能不会出现W相。共一百零九页共一百零九页此类合金主要是作为内燃机活塞材料。活塞材料要求具有(jùyǒu)高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。

活塞合金分为两大类：

共晶型铝硅合金过共晶型铝硅合金。四.Al-Si类活塞(huósāi)合金共一百零九页硅

保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。镁使合金可热处理强化，提高室温性能。铜使合金显著强化，改善高温性能；但降低抗蚀性。锰可抵消(dǐxiāo)铁的有害作用，也能改善高温强度。共晶(ɡònɡjīnɡ)型铝硅合金共晶型铝硅有ZL108和ZL109合金。ZL108加铜，ZL109加铜和镍来产生耐热相，提高高温强度。共一百零九页过共晶型铝硅合金主要牌号为ZL117硅

含量很高，组织中除共晶体外含有大量的初生硅晶体。降低密度(mìdù)和线胀系数、提高耐磨性。稀土能显著提高热强度。镁使合金可热处理强化，提高室温性能。铜使合金显著强化，改善高温性能；但降低抗蚀性。锰可抵消铁的有害作用，也能改善高温强度。过共晶(ɡònɡjīnɡ)型铝硅合金共一百零九页过共晶铝硅活塞合金(héjīn)的显微组织×100

a)未变质(biànzhì)b)变质(biànzhì)后共一百零九页成分W/%为：19~22Si、1.0~2.0Cu、0.5~1.5RE、0.4~0.8Mg、0.3~0.5Mn、余为Al。

高温强度高，但性脆。铸造性能良好，流动性好、缩松及热烈倾向小。耐磨性非常好。抗蚀性和尺寸稳定性好。切削性差，焊接性能尚可。熔炼工艺(gōngyì)复杂。ZL117（ZAlSi20Cu2RE）合金(héjīn)共一百零九页Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因？Al-Si类活塞合金是否需要变质处理，为什么？镁、铜、铁和锰对铝硅合金组织和性能(xìngnéng)的影响？稀土元素对铝合金组织与性能有什么影响？为什么含微量Mg的铝硅合金都要进行时效处理，而二元铝硅合金则不需要热处理？Al-20%Si合金可以应用在哪些地方，通过添加什么元素可以进一步提高其室温和高温性能，该合金生产中是否需要变质处理，该合金的机加工性能如何？课前复习题共一百零九页§1-3铸造(zhùzào)铝铜合金共一百零九页引言(yǐnyán)

前面的铝硅类合金总体强度水平不高，耐热性也低，除活塞合金外，高者只能(zhīnénɡ)在225℃下工作。欲达到更高水平，就要采用铝铜类合金。共一百零九页Al–Cu二元合金(héjīn)相图Al–Cu相图呈共晶，Cu在α中的溶解度随温度下降(xiàjiàng)而显著降低。共一百零九页Al–Cu二元合金(héjīn)的特性铝铜合金是最典型最重要的时效强化合金。室温机械性能很高；耐热性最好；铸造(zhùzào)性能差；

抗蚀性差。常用于作250-350℃工作的耐热铝合金或高强度合金的基础，其重要性和应用范围仅次于铝硅合金。共一百零九页铸铝的耐热合金(nàirèhéjīn)化原则（1）合金元素原子间键合能量应高，该能量可用熔点、汽化热来表征。（2）在合金的工作温度至室温范围(fànwéi)，加入的组元在α固溶体中的溶解度变化和过饱和度应小，不发生相的溶解或析出，保证组织的稳定。（3）合金化各元素加入的比例，最好能形成成分和结构都很复杂的金属间化合物。共一百零九页铸铝的耐热合金(nàirèhéjīn)化原则

(续)

（4）第二相应有有利的形态和分布(fēnbù)。（5）合金元素溶入固溶体应能提高原子间的键合力，降低扩散速度。（6）为了保证有较好的铸造性能，合金化时，最好使合金中复杂难熔的共晶体量大于20%。共一百零九页（1）此系合金有较高的共晶温度（548℃）。（2）Al-Cu系α的固溶度在350℃以下变化很小。（3）加入难溶元素利于形成成分、结构均复杂的第二相，大都成分区很窄，热硬性很高。（4）铜原子在α基体(jītǐ)中扩散较慢，加入的难熔元素扩散系数更小。铝铜合金的耐热性共一百零九页铜对合金组织(zǔzhī)﹑性能的影响强度随铜量增加而显著上升(shàngshēng)，而塑性则不断下降4.5-5.5×10-2Cu时综合机械性能最好共一百零九页当含铜量过高时，使室温机械性能下降，而高温强度则不断(bùduàn)提高。当含铜在4-6×10-2范围时合金的铸造性能较差，热裂倾向严重；铜量再增加时铸造性能有缓慢改善，直至铜量达12×10-2时铸造性能才显著提高，但其室温机械性能却很差。铝铜二元合金的室温机械性能和铸造性能之间存在着较大的矛盾。铜量对合金组织(zǔzhī)﹑性能的影响（续）共一百零九页铸态组织晶界上存在离异共晶的θ(CuAl2)相。性能室温(shìwēn)及高温机械性能较高。铸造性能很差，气密性差，抗蚀性差，切削性良好，焊接性较差。二元合金(héjīn)为ZL203(ZAlCu4)共一百零九页（1）锰的作用

在合金中锰部分溶入α固溶体，更多的锰则在合金中形成TMn(Al12CuMn)相，能大大提高耐热性。锰量过高，影响(yǐngxiǎng)机械性能，锰量控制在0.8～0.9×10-2左右。（2）铜的作用

铜在合金中的基本作用如前似述。实践表明，铜量应控制在5×10-2左右。Al-Cu-Mn-Ti系合金(héjīn)共一百零九页（1）基体晶粒的细化

在铝和铝合金中加入少量的钛、锆、硼等，可使α基体晶粒细化。（2）

钛在Al-Cu-Mn系中作用

少量的钛使α晶粒显著细化。

钛直接对合金高温机械性能有利。钛可降低合金的热裂倾向(qīngxiàng)。加钛还提高抗蚀性。钛在合金中的作用(zuòyòng)和基体晶粒的细化共一百零九页（1）硅

少量(shǎoliàng)的硅就使合金的室温和高温机械性能急剧下降。（2）铁

使铜，锰贫化，显著降低合金的室温机械性能和耐热性。（3）

镁显著增大了热裂倾向和降低塑性和焊接性。（4）

锌

增大扩散系数，降低耐热性。杂质(zázhì)的影响共一百零九页杂质(zázhì)的影响共一百零九页

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

热处理ZL201常用T4、T5状态

机械性能此合金(héjīn)热处理后有良好的综合机械性能。

铸造性能铸造性能较差。常用(chánɡyònɡ)的合金-ZL201共一百零九页Zl201合金的显微(xiǎnwēi)组织×200，砂型铸造

（a）铸态（b）T4态共一百零九页（1）成分

W(10-2)为：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、余为Al。（2）

特点①成分复杂，合金化元素达7种之多。②加入量很少的元素，成分范围非常窄。③杂质含量(hánliàng)控制很低，Fe≤0.15、Si≤0.06、Mg、Ni、Zn各≤0.05。④强度塑性很高。常用(chánɡyònɡ)的合金-ZL205A共一百零九页耐热性随RE的增加而显著提高(tígāo)，而室温机械性能略趋下降。Al-Cu-RE-Si系合金(héjīn)共晶型相图共一百零九页（1）

成分

W(10-2)为：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，余为Al。（2）

特性T1处理时铸态过饱和固溶于α中的合金元素将以弥散相析出，可显著提高高温持久强度，室温(shìwēn)强度也略有提高。高温强度很高，铸造性能良好，焊接性良好。

ZL207（ZAlRE5Cu3Si2）合金(héjīn)共一百零九页§1-4铸造(zhùzào)铝镁及铝锌合金共一百零九页铝镁类合金(héjīn)特性

有很好的室温机械性能和抗蚀性；密度小，切削性很好；机械性能不稳定且壁厚效应(xiàoyìng)较大，长期使用有自然变脆和产生应力腐蚀裂纹的倾向；熔铸工艺性在铸铝合金中最差。共一百零九页共一百零九页镁对合金(héjīn)的影响1.镁引起很强的固溶强化作用(zuòyòng)。2.随着镁量的增加，合金的机械性能显著提高，但合金中含镁量一般不超过12×10-2，因为当镁量大于时12×10-2，机械性能下降共一百零九页镁对合金(héjīn)的影响（续）③

随镁含量的增加而直线下降，比强度提高而刚度降低。④铝镁合金在海水及弱碱性溶液等介质中有很高的抗蚀性。⑤合金的铸造性能不好(bùhǎo)。⑥熔炼及铸造时要采用特殊的保护措施。

共一百零九页铝铜类合金的室温机械性能很高，而铸造性能差，且抗腐蚀性特别低的原因？为什么铝铜类合金的耐热性高？为什么当含铜量过高时，铝铜类合金室温机械性能下降，而高温强度(qiángdù)则不断提高？为什么铝铜类合金一般都需要时效处理？为什么铝镁类合金耐腐蚀性能良好？课前思考题共一百零九页

铸件厚大处冷却凝固(nínggù)慢，易产生缩松和树枝晶粗大，而且在液态停留时间较长，易氧化和与水汽反应，产生晶间氧化与气孔。缩松又促进了晶间氧化的发展，氧化产生的热量又使冷却变慢，加剧了缩松和晶粒粗大。故铸件厚壁处的机械性能将比薄壁处大为降低，这种随壁厚增加而使机械性能下降的现象，称为机械性能的壁厚效应。机械性能的壁厚效应(xiàoyìng)共一百零九页①铍铍是很强的表面活性元素。在铝镁合金中加入微量（0.03-0.05×10-2）铍后，可生成足够的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，改善熔炼工艺。它也能显著减轻铸件厚壁处的晶间氧化和气孔，降低机件的壁厚效应。附加元素对合金(héjīn)的影响共一百零九页②锆﹑硼﹑钛

在合金中它们起变质作用，能细化晶粒，除可提高机械和铸造(zhùzào)性能外，还能减小壁厚效应；锆、钛还能与合金中的氢反应形成稳定化合物ZrH2等，有助于消除针孔。附加元素对合金(héjīn)的影响（续）共一百零九页①

铁显著降低(jiàngdī)合金的机械性能和抗蚀性。②

硅显著降低合金的机械性能。

此外，铜、锌、镍对抗蚀性有不良影响。杂质(zázhì)对合金的影响共一百零九页（1）成分W（10-2）为：9.5-11.0Mg，余为Al。（2）

优点

单相(dānxiānɡ)组织，故塑性、韧性均很高。（3）缺点

机械性能不稳定，T4状态的铸件在经过长期使用或放置后变脆。

ZL301(ZAlMg10)合金(héjīn)共一百零九页（1）成分

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

在Al-Mg合金中加1x10-2Si，可以改善合金的铸造(zhùzào)性能，但硅使机械性能下降。（3）锰

加锰形成MnAl6(Fe)相，减少铁的有害影响。ZL303(ZAlMg5Si)合金(héjīn)共一百零九页在铸造冷却条件下，Al-Zn合金能自动固溶处理，大部分锌可过饱和固溶在α中。随后又能在室温(shìwēn)自然时效，使合金强化。高温性能和铸造性能较差，热裂倾向大，抗蚀性能差，有应力腐蚀倾向。加之密度大、强度不高，故必须进一步合金化。铝锌类合金(héjīn)的特性共一百零九页成分(chéngfèn)对合金的影响①

锌主要起固溶强化作用，但加入量大，总的强化作用还是够大，降低抗蚀性。②

硅提高铸造性能和强度。③

镁镁起强化作用，过多降低塑性。④铁铁降低机械性能。

Al-Zn-Si系合金(héjīn)共一百零九页成分W（10-2）为：9.0-13.0Zn、6.0-8.0Si、0.1-0.3Mg,余为Al铸态组织

初生α固溶体和α+Si共晶体，还可能有Mg2Si和含铁相。性能

铸造性能较好、焊接性和切削性良好，抗蚀性较差。应用

可用来铸造大型复杂和承受高静负荷(fùhè)的零件和复杂压铸件。ZL401(ZAlZn11Si7)合金(héjīn)共一百零九页ZL401合金(héjīn)铸态组织（未浸蚀）×100

(a)砂型(shāxíng)铸造(b)压铸共一百零九页①

锌和镁

锌和镁强化效果很显著锌和镁二者总量愈高、合金强度愈高，而塑性和抗蚀性愈差。为了两者兼顾，锌、镁总量通常用6～7%。②

铬和锰显著提高合金的应力(yìnglì)腐蚀抗力和机械性能。③

钛和锆用以细化晶粒，改善机械和铸造性能，减轻壁厚效应。成分(chéngfèn)对Al-Zn-Mg系合金共一百零九页

④

铁在Al-Zn-Mg合金中铁原先也作为杂质而严格限制。但试验表明，合金加入约1.0-1.5%Fe后，会形成细小的FeAl3相，能细化α晶粒，减少晶间缩松和热裂倾向；还能减轻应力腐蚀(fǔshí)倾向，但铁量应控制在1.7%以下，否则将出现粗大针状FeAl3相，反而有害。⑤

硅硅是杂质，因生成不溶解的脆性Mg2Si，降低机械性能。成分(chéngfèn)对Al-Zn-Mg系合金（续）共一百零九页①成分W（10-2）：5.0-6.5Zn、0.5-0.65Mg、0.15-0.25Ti、0.4-0.6Cr，余Al②

组织α固溶体和沿晶界分布MgZn2相，有时还出现少量(shǎoliàng)的T相和含铁相。③

热处理此合金常采用铸态自然时效或T1状态。④

性能铸造性能尚好，有较好的抗蚀和抗应力腐蚀性能，焊接和切削性良好⑤

应用

用作精密仪表零件和承受大的动载荷零件。ZL402(ZAlZn6Mg)合金(héjīn)共一百零九页§1-5铝合金的新进展共一百零九页超轻铝合金(héjīn)-铝锂合金(héjīn)概述以铝为基添加3wt％左右锂及其它元素组成；在铝合金中加入1wt%的锂,铝合金的密度下降3%，弹性模量增大6％；铝锂合金具有密度低、高强度、高模量以及(yǐjí)高比强度和比刚度等优点；用于飞机上，可减轻飞机重量8％～16％；主要有Al-Cu-Li-Zr系、Al-Cu-Mg-Li系和Al-Mg-Li系；共一百零九页铝锂合金(héjīn)的发展背景进入空间轨道的航天运载器每减轻1kg，其发射费用将节省约2万美元。战斗机重量若减轻15％，则可缩短飞机滑跑距离15％，增加航程20％，提高有效载荷30％。据推算，如果采用先进铝锂合金取代传统铝合金制造波音飞机，每架飞机每年的飞行费用将降低2.2％。铝锂合金被认为是航空航天最理想的结构(jiégòu)材料。铝锂合金研究中的关键技术各国高度保密。

共一百零九页铝锂合金(héjīn)的发展过程（一）1920—1970年1924年德国研制成Scloro合金，但没有得到工业应用。40年代前期，美国Alcoa公司研制了2020铝锂合金，强度可同7075铝合金相比。1958年美国海军将它用在RA-5C飞机上代替7075铝合金做机翼及水平安定面蒙皮(ménɡpí)，投产177架，服役近20年。60年代发现这种规格的铝锂合金的断裂韧性低，缺口敏感性高，便停止了生产。共一百零九页铝锂合金(héjīn)的发展过程（二）1970～1990年需求动力：能源危机和宇航工业的发展推动了铝锂合金研究的发展。主要(zhǔyào)特点：70年代末以来，在基础理论，熔炼工艺及材料性能上都有很大进展，研制了新一代的铝锂合金，并且开始进入实用化阶段，已用于飞机和航天器上。

共一百零九页铸造(zhùzào)铝锂合金锂的性质活泼，在大气中极易氧化甚至燃烧，与氢的结合力也极强，并且容易与炉衬材料(cáiliào)发生反应，侵蚀坩埚，形成的大量夹渣卷入铸锭中。熔铸过程中锂本身极易偏析，铸造时用水冷却还有爆炸的危险，因此铝锂合金根本不能按常规方法熔炼铸造。共一百零九页铝锂合金(héjīn)的应用A350远程客机采用全新的复合材料(fùhécáiliào)机翼和铝锂合金机身。共一百零九页铝锂合金(héjīn)的应用美国(měiɡuó)“猎鹰”火箭的第2级是由铝锂合金制成共一百零九页超高强铝合金以航空航天用材为背景研制(yánzhì)并发展起来的一类高性能铝合金材料；