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1、第8章 铝合金,铝具有一系列比其他有色金属、钢铁和塑料等更优良的特性: 密度小，仅为2.7g/cm3，约为钢的1/3； 优良的导电性、导热性； 良好的耐蚀性； 优良的塑性和加工性能等。,8.1 铝合金的热处理及时效强化,1、铝合金的分类 变形铝合金-1 铸造铝合金-2 防锈铝-3 不能HT强化 硬铝/超硬铝/锻铝-4 能HT强化,2、铝合金热处理强化特点 特点：淬火加热时不发生同素异构转变。 热处理强化包括固溶处理与时效处理。,固溶 处理,+ 固溶度,强度/硬度变化小 塑性明显,时效 处理,第二相从固 溶体中析出,力学性能等发生 显著变化,时效形式：人工时效，自然时效 一般“回火”用于晶型转变
2、的淬火合金， “时效”用于非晶型转变的淬火合金,(2) 铜原子富集区有序化,G.P.区急剧长大， G.P.区铜原子有序 化，形成”相,”相与基体仍然 保持完全共格，具 有正方点阵,点阵常数a=b=0.404nm，c=0.768nm。它 比G.P.区周围的畸变更大，因此时效强化 作用更大,(3)形成过渡相,”相转变 成过渡相,是正方点阵， 成分接近CuAl2,完全共格 局部共格,强度、硬度开始降 低，合金此时处于 过时效阶段。,(4) 形成稳定的,过渡相 完全脱溶,形成稳定相CuAl2， ()与基体非共格,合金的强度、硬度进一步下降,合金的种类不同，形成的G.P.区、过渡相 以及最后析出的稳定相
3、各不相同，时效强化 效果也不一样,表 常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相,3、影响时效强化的主要因素,固溶 处理,规律：淬火T越高，淬火冷却V越快，转移t越 短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大,要点：在不过热过烧条件下，T淬高些，保温t 长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止 淬火变形开裂，一般采用2080水冷却,时效 工艺,温度：对一定合金，有最佳时效温度. 时间：在一定时效温度下，有最佳时效时间。 方式：单级和多级时效。高强合金常用分级时效,4、合金化条件 合金元素能有限固溶；固溶度随温度降低而大为减小； 析出相的强化作用大。,时效温度与硬度关系曲线,130时效时铝铜合金的硬度
4、与时间关系,思考题： 直接析出稳定相在热力学上是有利的，但为什么不是直接析出稳定相?,8.2 变形铝合金,四位字符体系：牌号的第一位数字表示组别，2 8表示。后两位数字是区别同一组不同的铝合 金。第二位字母表示原始合金的改型情况，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 金元素为铜的6号原始铝合金。 1、防锈铝合金 Al- Mn和Al- Mg两个合金系。用“3A” 或“5A”加一 组顺序号表示。具有优良的抗蚀性、焊接性和塑性。不能 进行热处理强化。适合于制作焊接管道、容器、铆钉、各 种生活用具以及其它冷变形零件。,2、硬铝合金,成分,Al-Cu-Mg系合金。2A +
5、顺序号表示,分类,低强度硬铝，如2A01、2A10 等合金； 中强度硬铝，如2A11等合金； 高强度硬铝，如2A12等合金, 2A12是使用最广的高强度硬铝合金,分类,时效处理后具有高硬度、强度， 优良的加工性和耐热性，但塑性、 韧性低，耐蚀性差。含Cu、Mg低， 强度较低而塑性高；反之，强度高 而塑性低。,强化相,（CuAl2）、金属间化合物S （CuMgAl2）是强化相，S相最高,要严格控制淬火温度。 如： 牌号 正常淬火温度 过烧温度 2A02 495505 510515 2A10 510520 540 2A12 495500 507 转移时间尽量短 30，航空件 15； 冷速要快，热水
6、淬； 常用自然时效。,热 处 理 特 性,应用,飞机大梁、空气螺旋桨、铆钉及蒙皮等,图 铝铜镁三元合金垂直截面,3、超硬铝合金,成分 性能,Al-Zn-Cu-Mg系。7A + 顺序号表示 室温强度最高，500700MPa，缺点 是耐蚀性差，疲劳强度低，120的 温度下使用。 强化相:MgZn2 Al2Mg3Zn3,特点 应用,T淬范围较宽，一般为450480， 人工分级时效：先在120时效3小时， 第二次在160时效3小时，形成G.P.区 和少量的相，达到最大强化状态。 应用：飞机工业中重要的结构材料。,4、锻铝合金,成分 性能,Al-Mg-Si-Cu系合金。用6A或2A加顺序 号表示。常用的
7、合金有6A02、2A14等 具有优良的锻造性能，力学性能与硬铝 相近，但热塑性及耐蚀性较高,特点 应用,主要强化相是Mg2Si。Mg2Si具有自然 时效倾向，淬火后应立即人工时效。 主要用做航空仪表中形状复杂、强度要 求高的锻件。,8.3 铸造铝合金,铸造铝合金应具有高的流动性，较小的收缩 性等良好的铸造性。共晶合金应最佳，但容易有 大量硬脆化合物，使脆性增加。因此，实际使用 的铸造合金并非都是共晶合金。 铸造铝合金的牌号用ZL + 三位数字表示。 第一位数字是合金系别：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、三位数字是合金的顺序号。例
8、如 ZL102表示2号Al-Si系铸造合金。,1、 铝硅系铸造合金,特 点,流动性最好，比重轻，铸造收缩率小; 焊接性、耐蚀性优良,致密度较小。 共晶组织中硅晶体呈粗针状或片状， 有少量块状初生硅。常经变质处理. 塑性较低，需要细化组织。,应 用,常用合金：ZL102 和ZL104等 . 制造致密度要求不高、形状复杂铸件。 如ZL105工作在250的耐热零件， ZL111形状复杂的内燃机汽缸等。.,（a）未变质处理 250 （b）变质处理 100 图 ZL102 变质处理前后的组织形貌,2、铝铜铸造合金,铝铜铸造合金的主要强化相是CuAl2。 最大特点就是耐热性高，但耐蚀性差。 共有三种牌号：
9、ZL201、ZL202、ZL203。,Cu 热强性 脆性, 14%Cu,ZL203 ,45%Cu 常用, 铸造性较差,ZL202 ,911%Cu 铸造性好,耐蚀性,3、铝镁铸造合金,特 点,比重轻，强度和韧性较高，优良的耐 蚀性、切削性和抛光性。 熔点低热强度较低，工作T200 结晶温度范围较宽，故流动性差，形 成疏松倾向大，其铸造性较差。,应 用,ZL301、ZL302二种牌号。 制造承受冲击振动载荷和耐海水或 大气腐蚀、外形简单的重要零件,4、铝锌铸造合金,特 点,锌固溶强化，极限溶解度为31.6%， 不形成金属间化合物。固溶13%Zn，在 冷却时不发生分解，固溶强化。 强度较高，是最便宜
10、的铸造铝合金。 其主要缺点是耐蚀性差。,应 用,常用ZL401。制作工作温度在200 以下，形状复杂的汽车及飞机零件、医 疗机械和仪器零件。,5、铸造铝合金的热处理 除ZL102外，其它合金均能进行热处理强化。,热 处 理 特 点, 为变形或过热，最好在350以下 低温入炉，随炉缓慢加热。 T淬高一些，t保长一些，1520小时 淬火介质一般用60100的水。 如需时效，一般采用人工时效。,小 结 铝合金没有同素异构转变。 铝合金热处理为固溶处理和时效强化。 铝合金时效基本过程是强化相的析出过程。 各个阶段的强化效果也不同。 正确制定合金的固溶处理工艺，是保证获得 良好时效强化效果的前提。,Cu
11、、Mg、 Zn、Si、Mn,L,L+,+,Al,Me,工业纯铝： 密度2.72。导电、导热性好，抗蚀性好，塑性高,防锈铝合金 只能变形强化。Al-Mg、Al-Mn系。 LF5,合金化,固溶强化 细化组织强化 时效强化 第二相强化,基本过程： GP。 条件：Me能溶入； 随T而固溶度；析出相强化作用大。,铸造铝合金： Al-Si ，ZL104 Al-Cu，ZL201 Al-Zn，ZL402 Al-Mg，ZL301,可热处理强化 特点：无同素异构转变；固溶处理和时效强化,硬铝：LY12 Al-Cu-Mg系。 性能特点：强度比较高，耐热性好，抗蚀性差。 热处理：淬火温度窄，要求冷速快，转移时间短,超硬铝：如LC4 Al-Zn-Mg-Cu系 性能特点：强度高，耐热性、抗蚀性差。 热处理：淬火温度较宽,锻铝：如LD5 Al-Mg-Si-Cu系 工艺特点：锻造性好， 热处理：采用人工时效,
