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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”用于晶型转变的淬火合金，“时效”用于非晶型转
2、变的淬火合金以Al-Cu二元合金为例讨论铝合金的时效过程： (1) 形成铜原子富集区铜富集区 称G.P.区晶体结构与基体同， 但产生了共格应变区强度、硬度。G.P.呈盘状，仅几个原子层厚，室温下直径约5nm，超过200就不再出现G.P.区。(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。
3、(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各不相同，时效强化 效果也不一样合金系时效过程的过渡阶段析出稳定相Al-Cu形成铜富集区G.P.区 G.P.区有序化“相 形成过渡相 （CuAl2）Al-Mg-Si形成铜、硅富集区G.P.区 形成有序的相 （Mg2Si）Al-Cu-Mg形成铜、镁富集区G.P.区 形成过渡相SS Al2CuMgAl-Mg-Zn形成铜、锌富集区G.P.区 形成过渡相MM （MgZn2）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
4、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
5、的第一位数字表示组别，28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 + 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
6、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 5105152A10 510520 5402A12 495500 507 转移时间尽量短 30，航空件 15； 冷速要快，热水淬； 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
7、 + 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
8、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
9、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：ZL201、ZL202、ZL203。Cu 热强性 脆性 14%CuZL203 ,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
10、。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，
11、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、Mg、Zn、Si、MnLL+ + 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
