金属材料学-第8章-铝合金课件

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1、第第第第8 8 8 8章章章章 铝合金铝合金铝合金铝合金一、概述一、概述1.有色合金概述有色合金概述有色金属有色金属定定义 : 除除Fe、Cr、Mn之外的所有金属。之外的所有金属。 有色金属分类有色金属分类重金属重金属(密度密度4.5): Cu、Ni 等。等。轻金属金属(密度密度4.5): Al、Mg 等。等。贵重金属重金属: Au、Ag、Pt 等。等。稀有金属稀有金属: W、Ti、Nb 等。等。半金属半金属: Si、Te、B 等。等。o本篇重点介绍铝合金、铜合金、钛合金本篇重点介绍铝合金、铜合金、钛合金o有色金属的产量和有色金属的产量和用量不如黑色金属用量不如黑色金属多，但由于其具多，但由于

2、其具有有许多优良的特性，许多优良的特性，如特殊的电、磁、如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能热性能，耐蚀性能及高的比强度及高的比强度( (强度强度与密度之比与密度之比) )等，等，已已成为现代工业中不成为现代工业中不可缺少的金属材料可缺少的金属材料. .材料材料材料材料占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比占汽车净重比AlAlFeFe塑塑塑塑料料料料其其其其它它它它橡橡橡橡胶胶胶胶磁磁磁磁材材材材料料料料玻玻玻玻璃璃璃璃聚聚聚聚碳碳碳碳酸酸酸酸酯酯酯酯TiTi碳碳碳碳纤纤纤纤维维维维各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比地壳中含量最高的金属元素地壳中含量最高的金属元素铝

3、铝目前世界年产量最高的金属目前世界年产量最高的金属铁铁导电、导热性最好的金属导电、导热性最好的金属银银人体中含量最高的金属元素人体中含量最高的金属元素钙钙硬度最高的金属硬度最高的金属铬铬熔点最高的金属熔点最高的金属钨钨( (3380)3380) 熔点最低的金属熔点最低的金属汞汞（-38.87-38.87 )密度最大的金属密度最大的金属锇锇( (1 1立方米锇重立方米锇重22.4822.48吨吨 ) ) 密度最小的金属密度最小的金属锂锂( (0.5340.534克克/ /厘米厘米3)3) 金金 属属 之之 最最人类历史上使用最早的金属元素人类历史上使用最早的金属元素铜铜2.铝合金性能特点合金性能

4、特点四大工程材料之一：四大工程材料之一：钢铁、钢铁、铝铝、 塑料、水泥塑料、水泥（1）优良的物理性能良的物理性能 l密度小，熔点低，密度小，熔点低，导电性、性、导热性好，磁化率低。性好，磁化率低。 纯铝的密度的密度2.72g/cm3，仅为铁的的1/3；熔点；熔点为660.4；导电性性仅次于次于Cu、Au、Ag，是，是Cu的的62%。铝合金的密合金的密度也很小，熔点更低，但度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如性不如纯铝,铝及及铝合合金的磁化率极低，属于非金的磁化率极低，属于非铁磁材料。磁材料。（2）抗大气腐）抗大气腐蚀性能好性能好 在大气中，在大气中，铝合金表面会很快形成一合金表面会很快形成一

5、层致密的氧化膜，致密的氧化膜，防止内部防止内部继续氧化。但在碱和氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破的水溶液中，氧化膜易破坏；在坏；在热的稀硝酸、稀硫酸中也极易溶解。的稀硝酸、稀硫酸中也极易溶解。（3）压力加工性能好，比力加工性能好，比强强度高度高l纯铝为fcc结构构，无无同同素素异异构构转变，具具有有较高高的的塑塑性性（=3040%），易易于于压力力加加工工成成型型，并并有有良良好好的的低低温温性性能能。纯铝的的强强度度低低，b=90-120Mpa，不不能能直直接接用用于于制制作作受受力力的的结构构件件，而而铝合合金金通通过冷冷成成型型和和热处理理，其其抗抗拉拉强强度度可可达达到到5006

6、00Mpa，相相当当于于低低合合金金钢的的强强度，比度，比强强度高，成度高，成为飞机的主要机的主要结构材料。构材料。美美美美F-117F-117隐身战斗机隐身战斗机隐身战斗机隐身战斗机( (所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金所用材料大部分是铝合金) )铝合金分合金分类变形形铝合金合金（1）：成分小于成分小于B点的合金，点的合金，塑性好，能塑性好，能进行行压力加工成力加工成形。形。铸造造铝合金合金（2）：成分大于成分大于B点的合金，点的合金，由于凝固由于凝固时发生共晶反生共晶反应，熔点低、流熔点低、流动性好，性好，铸造性造性能好，能能好，能进行行铸造成形。造成形。

7、3.铝合金分合金分类l变形形铝合金又分合金又分p不可不可热处理理强强化化（3）p可可热处理理强强化化（4）二、二、 铝的合金的合金强强化化l合金元素主要强化作用有：合金元素主要强化作用有：固溶强化固溶强化，沉淀强化沉淀强化，过过剩相强化剩相强化和和细化组织强化细化组织强化1. 固溶固溶强强化化 合金元素加入到合金元素加入到纯铝中，形成中，形成铝基固溶体，基固溶体，导致晶致晶格格发生畸生畸变，增加位，增加位错运运动阻力，从而提高阻力，从而提高强强度。度。 固溶固溶强强化效果不高，得化效果不高，得结合其他合其他强强化手段共同化手段共同强强化化2. 沉淀沉淀强强化（化（时效效强强化）化） Al中添加

8、在高温下有中添加在高温下有较高溶解度极限的合金元素，高溶解度极限的合金元素，这些合金元素随温度的降低，溶解度急些合金元素随温度的降低，溶解度急剧下降，沉淀下降，沉淀析出，均匀、弥散的共格或半共格析出，均匀、弥散的共格或半共格强强化相，在基体中化相，在基体中形成形成较强强的的应变场，增加位，增加位错运运动的阻力的阻力 常用沉淀合金元素有：常用沉淀合金元素有：Cu，Mg，Zn，Si，Li等等3. 过剩相剩相强强化化 当当Al中加入的合金元素超中加入的合金元素超过其溶解度其溶解度时，合金在，合金在淬火加淬火加热时便有一部分不能溶于固溶体，而以第二相便有一部分不能溶于固溶体，而以第二相形式存在，形式存

9、在，为过剩相，它剩相，它们在在铝合金中阻碍位合金中阻碍位错运运动和滑移。和滑移。4. 细化化组织强强化化 添加微量合金元素添加微量合金元素细化固溶体基体或化固溶体基体或细化化过剩相剩相来来强强化化Al合金。合金。 不能通不能通过加加热、冷却、冷却发生相生相变再再结晶晶细化化组织。 l铝中常加元素及作用铝中常加元素及作用o 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Li，Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。oCu:固固溶溶强强化化沉沉淀淀强强化化，提提高高室室温温强强度度及及耐耐热性性，是是铝合合金金的的主主加加元素；元素；oMg:固固溶溶强强化化，降降低低密密度度，提提高

10、高耐耐蚀性性，不不能能作作高高强强铝合合金金的的主主添添加加元素元素单独加入。独加入。oMn:提高耐提高耐蚀性性oSi:过剩相剩相强强化化oZn:固固溶溶强强化化，沉沉淀淀强强化化，提提高高耐耐蚀性性oLi:现在在广广泛泛关关注注的的合合金金元元素素，提提高高弹性性模模量量，降降低低密密度度，形形成成Al3Li的的强强烈烈沉沉淀淀强强化化超超轻结构构材材料料，如如Al-Mg-Li系。系。三、三、 铝合金相合金相图及及热处理理1. 铝合金重要的二元相合金重要的二元相图 Al-Si， Al-Cu，Al-Mg, Al-Zn, Al-Mnl相相图特点：二元共晶特点：二元共晶转变L+ 以以铝为基的固溶体

11、基的固溶体包括：包括：CuAl2，Si，Mg5Al8，MnAl6LL+AB2. Al合金合金结晶晶过程程l变形形铝合金合金结晶晶过程程l铸造造铝合金合金结晶晶过程程Al-Si合金合金亚共晶共晶组织： +（ +Si）共晶体）共晶体3. 铝合金的合金的热处理理 o为获得优良的综合力学性能，铝合金一般需进行热处理为获得优良的综合力学性能，铝合金一般需进行热处理o热处理工艺包括：退火，固溶处理，时效热处理工艺包括：退火，固溶处理，时效（1）退火）退火u再结晶退火（完全退火）再结晶退火（完全退火）o 将经变形的工件加热到再结晶温度以上，保温一段将经变形的工件加热到再结晶温度以上，保温一段时间，消除加工硬

12、化，改善塑性。时间，消除加工硬化，改善塑性。u低温退火低温退火o 消除内应力，提高塑性。消除内应力，提高塑性。u均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）o 消除合金铸锭的成分偏析和内应力，提高塑性。消除合金铸锭的成分偏析和内应力，提高塑性。（2）固溶）固溶处理理 将合金加将合金加热到固溶到固溶线以上，并以上，并保温，快冷。得到保温，快冷。得到过饱和不和不稳定定的固溶体的固溶体组织，为后后续的的时效效处理作准理作准备。 强强度度/硬度硬度变化小，塑性明化小，塑性明显（3）时效效处理理u时效：指淬火后得到的效：指淬火后得到的铝合金合金过饱和固溶体在一定温度下，和固溶体在一定温度下，随随时间增增

13、长而分解，而分解，导致合金致合金强强度和硬度升高的度和硬度升高的现象。象。u时效效实质是沉淀是沉淀强强化相从化相从过饱和固溶体中析出和和固溶体中析出和长大大加热固溶加热固溶淬火过饱和淬火过饱和时效析出时效析出 在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进行的；在加热条件下进行的时效称时效称人工时效人工时效。一般一般“回火回火”用于晶型转变的淬火合金，用于晶型转变的淬火合金， “时效时效”用于非晶型转变的淬火合金用于非晶型转变的淬火合金淬火淬火+ +时效组织形成示意图时效组织形成示意图4.4.铝合金时效析出过程铝合金时效析出过程铜富集区铜富集区称称G.P.区区 晶体结

14、构与基体晶体结构与基体相同，相同，与基体形成共格应变区，引与基体形成共格应变区，引起点阵畸变。起点阵畸变。 强度、硬度强度、硬度。G.P.呈盘状，仅几个原呈盘状，仅几个原子层厚，室温下直径约子层厚，室温下直径约5nm，超过，超过200就不再出现就不再出现G.P.区。区。第一阶段：第一阶段：形成铜原子富集区形成铜原子富集区（1 1）以）以Al-CuAl-Cu合金为例合金为例Al-Cu合金合金G.P.区模型区模型第二阶段：第二阶段：铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化随随时时间间延延长长，或或温温度度提提高高，G.P.区区急急剧剧长长大大，G.P.区区铜铜原原子子有有序化，形成序化，形成”相相 ”

15、相相与与基基体体仍仍然然保保持持完完全全共共格格，具具有有正正方方点阵点阵 点阵常数点阵常数a=b=0.404nm，c=0.768nm。它比。它比G.P.区周围的畸变更大，因此时效强化作用更大区周围的畸变更大，因此时效强化作用更大相周相周围基体基体应变模型模型第三阶段：第三阶段：形成过渡相形成过渡相 ”相转变相转变 成过渡相成过渡相是正方点阵，点阵是正方点阵，点阵常数发生变化，成分常数发生变化，成分接近接近CuAl2完全共格完全共格局部局部共格，共格畸变共格，共格畸变减弱减弱强度、硬度开始降低，强度、硬度开始降低，合金此时进入合金此时进入过时效过时效状态状态第四阶段：第四阶段：形成稳定的形成稳

16、定的过过渡渡相相完完全全脱脱溶溶，形成稳定形成稳定相相相相与基体失去共格关与基体失去共格关系，共格畸变消失系，共格畸变消失合金的强度、硬度进一步下合金的强度、硬度进一步下降，降，即所谓即所谓“过时效过时效”与基体完全共与基体完全共格，具有正方格，具有正方点阵，畸变最点阵，畸变最大，强度最高大，强度最高畸变消失，强度畸变消失，强度下降。下降。 G.P.区区 过渡相渡相 过渡相渡相 平衡相平衡相合金系合金系时效过程的过渡阶段时效过程的过渡阶段析出稳定相析出稳定相Al-Cu形成铜富集区形成铜富集区G.P.区区G.P.区有序化区有序化相相形成过渡相形成过渡相 （CuAl2）Al-Mg-Si形成镁、硅富

17、集区形成镁、硅富集区G.P.区区形成有序的形成有序的相相 （Mg2Si）Al-Cu-Mg形成铜、镁富集区形成铜、镁富集区G.P.区区形成过渡相形成过渡相S S Al2CuMgAl-Mg-Zn形成镁、锌富集区形成镁、锌富集区G.P.区区形成过渡相形成过渡相M M （MgZn2）常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相（2 2）影响时效析出相的因素）影响时效析出相的因素l合金的种类不同，形成的合金的种类不同，形成的G.P.区、过渡相以及最后析出区、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的稳定相各不相同，时效强化效果也不一样l同一成分合金，同一成

18、分合金，时效温度不同，脱溶序列也不一效温度不同，脱溶序列也不一样。一般，一般，时效温度很高，效温度很高，预脱溶脱溶阶段或段或过渡相可能不渡相可能不出出现或出或出现的的过渡渡结构构较少。温度低少。温度低时，则可能只可能只停留在停留在G.P.区或区或过渡渡阶段。段。各种脱溶相的相互关系（三种情况）各种脱溶相的相互关系（三种情况）a)各种脱溶相均独立成核。在各种脱溶相均独立成核。在较稳定的脱溶相形核定的脱溶相形核时，较不不稳定的脱溶相逐定的脱溶相逐渐溶解，所偏聚的溶溶解，所偏聚的溶质转移移到到较稳定的相中。定的相中。b)稳定性定性较小的脱溶相小的脱溶相经晶格改晶格改组转变成更成更稳定的脱定的脱溶相。

19、例如溶相。例如Al-Cu中的中的GP区改区改组为 ”， 改改组为 c)较稳定的相在定的相在较不不稳定的相中成核，然后在基体中定的相中成核，然后在基体中长大。大。（3 3）影响时效强化的主要因素）影响时效强化的主要因素固溶固溶处理处理 规律规律：淬火淬火T越高，淬火冷却越高，淬火冷却V越快，转移越快，转移t越越短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大 要点要点：在不过热过烧条件下，：在不过热过烧条件下，T淬淬高些，保温高些，保温t长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止 淬火变形开裂，一般采用淬火变形开裂，一般采用2

20、080水冷却水冷却化学化学成分成分取决于溶质元素的取决于溶质元素的固溶度、固溶度随温度的变化固溶度、固溶度随温度的变化程度，及析出相与基体结构的差异。程度，及析出相与基体结构的差异。时效时效工艺工艺温度温度：对一定合金，有：对一定合金，有最佳时效温度最佳时效温度.时间时间：在一定时效温度下，有最佳时效时间。在一定时效温度下，有最佳时效时间。方式方式：单级单级和和多级多级时效。高强合金常用分级时效时效。高强合金常用分级时效u分级时效：先在分级时效：先在G.P.G.P.区溶解度线以下时效，再在较高温区溶解度线以下时效，再在较高温度下时效。弥散的度下时效。弥散的G.P.G.P.区能成为后续脱溶的非均

21、匀形核区能成为后续脱溶的非均匀形核位置。与较高温度一次时效相比，可得到更弥散的时效位置。与较高温度一次时效相比，可得到更弥散的时效相分布。相分布。时效时间对组织和性能的影响时效时间对组织和性能的影响130130时效时效不同成分不同成分铝铜合金硬度与时间的关系铝铜合金硬度与时间的关系 时时效效温温度度过过低低，扩扩散散困困难难，G.P.G.P.区区不不易易形形成成，时时效效后后强强度度、硬硬度度低低；温温度度过过高高，扩扩散散易易进进行行，析析出出相相的的临临界界晶晶核核尺尺寸寸大大，时时效效后后强强度度、硬硬度度偏偏低低。因因此此，各各种种合合金金都都有有最最适适宜宜的的时时效效温度。温度。思

22、考题：思考题： 直接析出稳定相在热力直接析出稳定相在热力学上是有利的，但为什么不学上是有利的，但为什么不是直接析出稳定相是直接析出稳定相? ?四、变形铝合金四、变形铝合金 四位字符体系：牌号的第一位数字表示四位字符体系：牌号的第一位数字表示组别，2XXX8XXX表示。后两位数字是区表示。后两位数字是区别同一同一组不同的不同的铝合金。第合金。第二位字母表示原始合金的改型情况，二位字母表示原始合金的改型情况，A表示原始合金；表示原始合金；BY表示原始合金的改型合金。如表示原始合金的改型合金。如2A06表示主要合金元素表示主要合金元素为铜的的6号原始号原始铝合金。合金。1、防、防锈铝合金合金 Al-

23、Mn和和Al -Mg两个合金系。用两个合金系。用“3A” 或或“5A”加一加一组顺序号表示。具有序号表示。具有优良的抗良的抗蚀性、性、焊接性和塑性。不能接性和塑性。不能进行行热处理理强强化。切屑加工性差，适合于制作化。切屑加工性差，适合于制作焊接管道、容器、接管道、容器、铆钉、各种生活用具以及其它冷、各种生活用具以及其它冷变形零件。形零件。Al-Mn合金合金 Mn 的作用的作用1）Mn形成固溶形成固溶强强化，最化，最大溶解度大溶解度1.82%，不能，不能时效效强强化。化。2）少量）少量Mn ，形成弥散析，形成弥散析出的出的MnAl6 质点，点，产生弥散生弥散强强化。化。过量量Mn，形成大量，形

24、成大量MnAl6，脆，脆性大，塑性降低性大，塑性降低 。3）MnAl6与基体与基体铝电极极电位相近，耐位相近，耐蚀性好。性好。Al-Mg： Mg的作用的作用:1）固溶）固溶强强化；因溶解度化；因溶解度大，大，强强度大于度大于Al-Mn。2） 5%为单相合金，相合金， 5%会析出会析出Mg5Al8，脆性脆性相，相，电极极电位低于基体，位低于基体，成成为阳极，阳极，恶化耐化耐蚀性。性。3）由于）由于时效效过渡相与基渡相与基体不共格，故不体不共格，故不进行行时效效处理。理。 常用的常用的AL-Mg合金：合金：LF2(5A02)：Mg2-2.8%,LF3(5A03)：Mg3.2-3.8%+少量少量Mn

25、，耐耐蚀性、性、强强度；度；+少量少量Fe，细化晶粒。化晶粒。 应用应用洗衣机外壳、装饰扣板、易拉罐等洗衣机外壳、装饰扣板、易拉罐等 目目前前世世界界各各国国在在全全铝铝易易拉拉罐罐生生产产中中普普遍遍采采用用的的铝合金板卷主要有三种铝合金板卷主要有三种: 即罐体用即罐体用3004H19 （Al-Mn系）铝合金板带系）铝合金板带 罐盖用罐盖用5182H19（Al-Mg系）铝合金板卷系）铝合金板卷 拉拉环环用用5042H19或或5082H19、5182H19 铝铝合合金金板板卷。卷。 这这三三种种铝铝材材中中, 用用量量最最大大的的为为罐罐体体材材料料, 占占2/3以以上上。全全世世界界的的铝铝

26、罐罐料料产产量量由由2001年年的的4.221百百万万吨吨上上升到升到2005年的年的4.82百万吨百万吨, 即上升即上升14%。2 2、硬铝合金、硬铝合金 成分成分Cu为主要合金元素、加入为主要合金元素、加入Mn、Mg等元等元素强化的铝合金。素强化的铝合金。Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mn系。系。2A + 顺序号表示顺序号表示分类分类低强度硬铝，如低强度硬铝，如2A01、2A10等合金；等合金；中强度硬铝，如中强度硬铝，如2A11等合金；等合金；高强度硬铝，如高强度硬铝，如2A12等合金等合金, 2A12是使用最广的高强度硬铝合金是使用最广的高强度硬铝合金性能性能 时时效效处处理理后后具具

27、有有高高硬硬度度、强强度度，优优良良的的加加工工性性和和耐耐热热性性，但但塑塑性性、韧韧性性低低，耐耐蚀蚀性性差差。含含Cu、Mg低低，强强度度较较低低而而塑塑性性高；反之，强度高而塑性低。高；反之，强度高而塑性低。强化相强化相 (CuAl2)、金属间化合物金属间化合物S(CuMgAl2)是是强化相。强化相。S相最高。相最高。要严格控制淬火温度。要严格控制淬火温度。 如：如： 牌号牌号 正常淬火温度正常淬火温度 过烧温度过烧温度 2A02 495505 510515 2A10 510520 540 2A12 495500 507转移时间尽量短转移时间尽量短 30，航空件，航空件 15；冷速要快

28、，热水淬；冷速要快，热水淬；常用自然时效。常用自然时效。热热处处理理特特性性应用应用飞机大梁、空气螺旋桨、铆钉及蒙皮等飞机大梁、空气螺旋桨、铆钉及蒙皮等Al-Cu-MgAl-Cu-Mg三元合金垂直截面三元合金垂直截面 3 3、超硬铝合金、超硬铝合金成分成分性能性能 Al-Zn-Cu-Mg系系。7A+ 顺顺序序号号表表示示，室室温温强强度度最最高高，500700MPa，缺缺点点是是耐耐蚀蚀性性差差，疲劳强度低，疲劳强度低，120的温度下使用。的温度下使用。 强化相强化相:MgZn2 Al2Mg3Zn3特点特点应用应用 T淬淬范范围围较较宽宽，一一般般为为450480，人人工工分分级级时时效效：先

29、先在在120时时效效3小小时时，第第二二次次在在160时时效效3小小时时，形形成成G.P.区区和和少少量量的的相相，达到最大强化状态。达到最大强化状态。 应用应用：飞机工业中重要的结构材料。：飞机工业中重要的结构材料。4 4、锻铝合金、锻铝合金成分成分性能性能 Al-Mg-Si-Cu系系合合金金。用用6A或或2A加加顺顺序序号号表表示示。常常用用的的合合金金有有6A02、2A14等等 具具有有优优良良的的锻锻造造性性能能，力力学学性性能能与与硬硬铝铝相相近近，但但热热塑塑性性及及耐耐蚀蚀性较高性较高特点特点应用应用 主要强化相是主要强化相是Mg2Si。Mg2Si具有自然时效倾具有自然时效倾向，

30、淬火后应立即向，淬火后应立即人工人工时效。时效。 主要用做航空仪表中形状复杂、强度要求高的主要用做航空仪表中形状复杂、强度要求高的锻件。锻件。 五、铸造铝合金五、铸造铝合金 铸铸造造铝铝合合金金应应具具有有高高的的流流动动性性，较较小小的的收收缩缩性性等等良良好好的的铸铸造造性性。共共晶晶合合金金应应最最佳佳，但但容容易易有有大大量量硬硬脆脆化化合合物物，使使脆脆性性增增加加。因因此此，实实际际使使用用的的铸铸造造合合金金并并非非都是共晶合金。都是共晶合金。 铸铸造造铝铝合合金金的的牌牌号号用用ZL ZL + + 三三位位数数字字表表示示。第第一一位位数字是合金系别：数字是合金系别：1 1是是

31、Al-SiAl-Si系合金；系合金；2 2是是Al-CuAl-Cu系合金；系合金；3 3是是Al-MgAl-Mg系合金；系合金；4 4是是Al-ZnAl-Zn系合金系合金。 第第二二、三三位位数数字字是是合合金金的的顺顺序序号号。例例如如 ZL102ZL102表表示示2 2号号Al-SiAl-Si系铸造合金。系铸造合金。 1 1、铝硅系铸造合金（硅铝明）、铝硅系铸造合金（硅铝明）特特点点 流动性最好流动性最好，比重轻，铸造收缩率小；焊接，比重轻，铸造收缩率小；焊接性、耐蚀性性、耐蚀性优良优良, ,致密度较小。致密度较小。 共晶组织中硅晶体呈粗针状或片状，有少量共晶组织中硅晶体呈粗针状或片状，有

32、少量块状块状初生硅。常经变质处理。初生硅。常经变质处理。 塑性较低，需要细化组织。塑性较低，需要细化组织。应应用用 常用合金常用合金：ZL102 和和ZL104等等 . 制造致密度要求不高、形状复杂铸件。制造致密度要求不高、形状复杂铸件。如如ZL105工作工作在在250的耐热零件，的耐热零件， ZL111形状复杂的内燃机汽缸等。形状复杂的内燃机汽缸等。uAl-Si合金成份位于共合金成份位于共晶点附近，晶点附近，铸态组织（变质处理前）：理前）：（+Si）共晶体，）共晶体，Si呈粗大呈粗大针状分布状分布，使使合金合金变脆，脆，强强度和塑度和塑性都很低。性都很低。u浇注前向合金注液中注前向合金注液中

33、加入可有效地加入可有效地细化晶化晶粒的材料（粒的材料（变质剂），），从而提高合金从而提高合金强强度，度，称称为变质处理或理或细化化晶粒晶粒强强化。化。 以以Al-Si合合金金为例例，浇注注前前加加入入2-3%的的变质剂（NaF和和NaCl）后后，可可将将针状状Si改改变为细小小粒粒状状Si，得得到到细小小均均匀匀的的共共晶晶体体和和初初生生固固溶溶体体的的亚共共晶晶组织（+Si）+，显著著提高合金的提高合金的强强度和塑性。度和塑性。Al-Si合金合金变质处理机理理机理oNa等等变质元素能促元素能促进硅的形硅的形核，并吸附在硅晶体的表面，核，并吸附在硅晶体的表面，阻止硅的阻止硅的长大，最大，最终

34、生生长为球状或多面体状。球状或多面体状。o同同时Na的存在使液的存在使液态合金合金产生生510的的过冷度，并使共冷度，并使共晶点向右移晶点向右移动，这样不不仅形形核率增加，核率增加，细化共晶化共晶组织，而且使合金而且使合金组织由共晶成分由共晶成分变为亚共晶成分。出共晶成分。出现了初了初生生固溶体固溶体+细小均匀的共晶小均匀的共晶体。体。变质处理理对Al-Si相相图的影响的影响未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织ZL102 变质处理前后的组织形貌变质处理前后的组织形貌ZL102 变质处理前变质处理前 Si块块+（+Si针针）共晶共晶ZL102 变质处理变质处

35、理 枝晶枝晶+ （+Si）共晶共晶2 2、铝铜铸造合金、铝铜铸造合金 铝铜铸造合金的主要强化相是铝铜铸造合金的主要强化相是CuAl2。 最大特点就是最大特点就是耐热性高耐热性高，但耐蚀性差。，但耐蚀性差。 共有三种牌号：共有三种牌号：ZL201、ZL202、ZL203。Cu 热强性热强性脆性脆性 14%Cu ZL203 ,45%Cu 常用常用, 铸造性较差铸造性较差 ZL202 ,911%Cu 铸造性好铸造性好,耐蚀性耐蚀性 应用应用在较高温度下工作的高强零件，如内燃机在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。3 3、铝镁铸造合金、铝镁铸造合金 特特点点 比重

36、轻，强度和韧性较高，比重轻，强度和韧性较高，优良的耐蚀性优良的耐蚀性、切削性和抛光性。切削性和抛光性。 熔点低熔点低热强度较低，工作热强度较低，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。倾向大，其铸造性较差。应应用用 ZL301、ZL302二种牌号。二种牌号。 制造承受冲击振动载荷和耐海水或大气腐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蚀、外形简单的重要零件4 4、铝锌铸造合金、铝锌铸造合金 特特点点 锌锌固固溶溶强强化化，极极限限溶溶解解度度为为31.6%，不不形形成成金金属属间间化化合合物物。固固溶溶

37、13%Zn，在在冷冷却却时时不不发发生分解，生分解，固溶强化固溶强化。 强强度度较较高高，是是最最便便宜宜的的铸铸造造铝铝合合金金。其其主主要要缺点是耐蚀性差缺点是耐蚀性差。应应用用 常用常用ZL401。制作工作温度在。制作工作温度在200以下，形状复杂的汽车及飞机零件、医疗机以下，形状复杂的汽车及飞机零件、医疗机械和仪器零件。械和仪器零件。5 5、铸造铝合金的热处理、铸造铝合金的热处理 除除ZL102ZL102外，其它合金均能进行热处理强化外，其它合金均能进行热处理强化。热热处处理理特特点点 为为变形或过热，最好在变形或过热，最好在350以下低温入以下低温入炉，随炉缓慢加热。炉，随炉缓慢加热

38、。 T淬淬高一些，高一些，t保保长一些，长一些，1520小时小时 淬火介质一般用淬火介质一般用60100的水。的水。 如需时效，一般采用人工时效。如需时效，一般采用人工时效。 小小 结结 铝合金没有同素异构转变。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。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。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。良好时效强化效果的前提。 Cu、Mg、 Zn、Si、MnLL+

39、 + Al Me 工业纯铝工业纯铝：密密度度2.72。导导电电、导导热热性性好好，抗抗蚀蚀性性好好，塑塑性高性高防锈铝合金防锈铝合金只只能能变变形形强强化化。Al-MgAl-Mn合金化合金化 固溶强化固溶强化细化组织强化细化组织强化时效强化时效强化第二相强化第二相强化基本过程基本过程：GP。条件：条件：Me能溶入能溶入；随随T而而固固溶溶度度；析出相强化作用大。析出相强化作用大。铸造铝合金铸造铝合金：Al-Si ，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301 可热处理强化可热处理强化特点：无同素异构转变；固溶处理和时效强化特点：无同素异构转变；固溶处理和时效强化硬铝硬铝：LY12Al-Cu-Mg系。系。性性能能特特点点：强强度度比比较较高高，耐耐热性好，抗蚀性差。热性好，抗蚀性差。热热处处理理：淬淬火火温温度度窄窄，要要求求冷速快，转移时间短冷速快，转移时间短超硬铝超硬铝：如如LC4Al-Zn-Mg-Cu系系性性能能特特点点：强强度度高高，耐热性、抗蚀性差。耐热性、抗蚀性差。热热处处理理：淬淬火火温温度度较较宽宽锻铝锻铝：如如LD5Al-Mg-Si-Cu系系工艺特点：锻造性好，工艺特点：锻造性好，热热处处理理：采采用用人人工工时时效效