有色金屬熱處理第二章鋁及鋁合金

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1、有 色 金 屬 及 熱 處 理 第 一 節(jié) 純 鋁 及 其 合 金 化第 二 節(jié) 鋁 合 金 的 熱 處 理 原 理第 三 節(jié) 鑄 造 鋁 合 金 及 其 熱 處 理第 四 節(jié) 變 形 鎂 合 金 及 其 熱 處 理第 二 章 鋁 及 鋁 合 金 第 一 節(jié) 純 鋁 及 其 合 金 化一 、 純 鋁 及 其 合 金 特 性 a. 純 鋁 比 重 小 （ 2.7g/cm3） 、 強 度 低 、 熔 點 低 (660 ). 工 業(yè) 純 鋁 板 材 ： 冷 軋 b150MPa， 0.2100MPa； 退 火 b80MPa， 0.250MPa 鋁 合 金 比 重 小 ， 比 強 度 ( b/) 比 一

2、 般 高 強 鋼 高 的 多 . b. 資 源 多 （ 占 地 殼 總 儲 量 的 7%以 上 ） ， 成 本 低 .c. 抗 腐 蝕 性 能 好 ， 但 不 抗 鹽 堿 .d. 焊 接 性 能 和 加 工 性 能 好 C919 Al-Li合 金 機 身 等 直 段 部 段 . 塑 性 好 （ 面 心 立 方 結 構 ， 12個 滑 移 系 ） . 良 好 的 冷 熱 加 工 性 能 ， 450-500 可 軋 、 鍛 、 擠 等 . 切 削 性 好 . 鑄 鋁 合 金 的 鑄 造 性 能 極 好 .一 、 純 鋁 及 其 合 金 特 性 e. 導 電 性 好 ， 僅 次 于 銀 、 銅 和

3、金 ， 耐 大 氣 腐 蝕 ， 磁化 率 極 低 ， 接 近 于 非 鐵 磁 性 材 料 .一 、 純 鋁 及 其 合 金 特 性 e. 優(yōu) 良 的 低 溫 性 能 ， 無 低 溫 脆 性 .一 、 純 鋁 及 其 合 金 特 性 表 . 工 業(yè) 純 鋁 的 低 溫 性 能 鋁 及 鋁 合 金 用 途 ： 在 電 氣 工 程 、汽 車 、 建 筑 、 機 械 、 航 空 及 宇 航 工業(yè) 、 輕 工 業(yè) 都 有 廣 泛 用 途 .純 鋁 由 于 性 能 低 ， 鑄 造 性 能 差 ，而 主 要 用 來 配 置 鋁 合 金 ， 制 作 電 線電 纜 ， 電 纜 和 制 造 家 庭 用 器 皿 。

4、 龐 巴 迪 C系 列 飛 機 的 鋁 鋰 合 金 機 身 段 C919大 型 客 機 鋁 鋰 合 金 機 身 等 直 段 部 段 二 、 鋁 中 雜 質(zhì) 主 要 有 Fe、 Si， 其 次 Cu、 Zn、 Mg、 Ni、 Ti等 ， 對鋁 的 機 械 、 工 藝 和 腐 蝕 性 能 均 有 影 響 . 共 晶 T時 的 極 限 溶 解 度 ， 鐵 0.052 、 硅 1.65 ， 并隨 溫 度 下 降 而 急 劇 減 小 。 鋁 -鐵 合 金 鋁 -硅 合 金二 、 鋁 中 雜 質(zhì) 二 、 鋁 中 雜 質(zhì) Fe、 Si共 存 時 的 相 . FeAl3、 (Si)相 、 (Fe3SiAll2

5、)、(Fe2Si2Al9) . 當 WFeWSi， 富 Fe化 合 物 (Fe3SiAl12). 當 WSiWFe， 富 Si p(Fe2Si2). 骨 骼 狀 (Fe 3SiAll2)， 枝 條 狀 (Fe3SiAll2)， 粗 針 狀(Fe2Si2Al9)。 相 硬 脆 ， 塑 性 ， 后 者 尤 為 嚴 重 。 二 、 鋁 中 雜 質(zhì) 嚴 格 控 制 硅 含 量 ， Fe： Si2 3。 鋁 中 鐵 硅 比 不 當時 ， 純 鋁 鑄 錠 產(chǎn) 生 裂 紋 . 當 W (Fe+Si)小 于 0.65 時 ， 合 金 的 結 晶 間 隔 小 ， 鑄造 工 藝 性 ， WFeWSi 鑄 錠 開

6、裂 傾 向 . 當 W (Fe+Si)大 于 0.65 時 ， 共 晶 數(shù) 量 ， 共 晶 液 體 易 充填 熱 裂 紋 ， 鐵 硅 比 的 影 響 . E （ FeAl 3、 、 ） 鋁 ， 破 壞 純 Al表 面 氧 化 膜 連 續(xù)性 ， 耐 蝕 性 、 導 電 性 . 三 、 純 鋁 的 牌 號 和 用 途 高 純 鋁 ： LG1LG5 純 度 為 99.93%99.999% ， 編號 越 大 ， 純 度 越 高 。 主 要 用 于 科 研 及 電 容 器 。 工 業(yè) 高 純 鋁 ： L00及 L0 純 度 分 別 為 99.85%、 99.9%，主 要 用 于 鋁 箔 、 包 鋁 、

7、鋁 合 金 原 料 及 其 他 特 殊 用途 。 工 業(yè) 純 鋁 ： L 7L1 純 度 為 98.0%99.7%， 編 號 越大 ， 純 度 越 低 。 主 要 用 于 熔 制 配 制 鋁 合 金 、 制 作電 線 、 電 纜 和 日 用 器 皿 等 。 不 可 熱 處 理 強 化 ， 冷 變 形 強 度 （ 唯 一 ） ， 工 業(yè) 純鋁 可 按 冷 作 硬 化 或 半 冷 作 硬 化 使 用 。 熱 處 理 形 式 為 退 火 （ 350500 ） ， 保 溫 時 間 隨 工件 厚 度 而 定 。 T再 約 200 ， 雜 質(zhì) 元 素 T再 ， 其 中 鉻 、 錳 、 鐵 較 明顯 。三

8、、 純 鋁 的 牌 號 和 用 途 我 國 純 鋁 的 牌 號 及 雜 質(zhì) 含 量 （ GB1196-83）LG4LG3LG2LG1 新 標 準 改 型 情 況 （ B-Y） ：表 示 為 原 始 純 鋁 的改 型 （ 按 國 際 規(guī) 定用 字 母 表 的 次 序 選用 ） ， 與 原 始 純 鋁相 比 ， 其 元 素 含 量略 有 改 變 。三 、 純 鋁 的 牌 號 和 用 途 純 鋁 新 舊 牌 號 對 比 表三 、 純 鋁 的 牌 號 和 用 途 四 、 鋁 的 合 金 化 純 鋁 強 度 低 ， 很 少 用 作 結 構 材 料 . 純 鋁 與 鋁 合 金 ， 力學 、 物 理 及 化

9、 學 性能 均 發(fā) 生 了 變 化 . 如熔 點 、 凝 固 點 等 . 鋁 合 金 分 組 區(qū) 分 圖 四 、 鋁 的 合 金 化 主 要 依 靠 固 溶 強 化 和 沉 淀 強 化 機 械 性 能 ； 晶 粒 細 化 、 加 工硬 化 及 過 剩 相 強 化 也 能 發(fā) 揮 一 定 作 用 。 確 定 合 金 成 分 時 應 考 慮 ：1、 固 溶 強 化 能 力 合 金 組 元 的 固 溶 強 化 能 力 與 其 本 身 的 性 質(zhì) 及 固 溶 度 有 關 固 溶 度 10% 例 Al-Zn、 Al-Ag、 Al-Mg合 金 ， 固 溶 強 化 作 用差 ， 單 純 簡 單 的 二 元

10、合 金 無 使 用 價 值 。 主 要 是 它 們 具 有 相 近 原 子 的 半 徑 和 性 能 ， 晶 格 畸 變 可 用 于 鋁 合 金 化 的 某 些 元 素 的 溶 解 度四 、 鋁 的 合 金 化 1%固 溶 度 固 溶 度 線 . 溫 度 越 高 ， 固 溶 越 快 ， 也 越 完 全 ， 時 效 強 化 效 果 更好 。 但 不 應 高 于 固 相 線 ， 否 則 合 金 將 發(fā) 生 局 部 溶 化 ，即 造 成 過 燒 ， 嚴 重 降 低 合 金 的 性 能 . 鋁 合 金 的 淬 火 加 熱 T范 圍 很 窄 ， 溫 度 控 制 要 求 很 嚴 . 例 如 ： LY12硬

11、鋁 淬 火 加 熱 溫 度 為 498 3 ， 低 于490 ， 為 淬 火 不 足 ， 高 于 507 ， 三 元 共 晶 體 溶 化 .五 、 時 效 理 論 的 應 用 、 淬 火 加 熱 時 間 ： 取 決 于 合 金 性 質(zhì) 和 狀 態(tài) 。 鑄 件 加 熱 時 間較 長 ， 需 幾 十 分 鐘 到 幾 小 時 ； 變 形 產(chǎn) 品 ， 組 織 細 密 ， 加 熱時 間 較 短 ， 例 如 板 材 ， 只 需 幾 分 鐘 到 幾 十 分 鐘 。 、 鋁 合 金 淬 火 介 質(zhì) ： 一 般 用 水 ， 以 保 證 快 速 冷 卻 ， 變 形 產(chǎn)品 的 淬 火 溫 度 一 般 低 于 40

12、。 對 于 鑄 件 和 大 型 鑄 件 ， 為 減小 內(nèi) 應 力 和 變 形 開 裂 傾 向 ， 可 用 熱 水 淬 火 。 其 他 淬 火 介 質(zhì)還 有 油 、 液 氮 、 有 機 合 成 溶 液 等 。 、 淬 火 處 理 后 接 著 進 行 自 然 時 效 或 人 工 時 效 。 前 者 以 G.P.區(qū) 強 化 為 主 ， 后 者 以 過 渡 沉 淀 相 強 化 為 主 。五 、 時 效 理 論 的 應 用 、 鋁 合 金 時 效 后 的 性 能 特 點 ： 自 然 時 效 ： 塑 性 高 （ 10%15%） ， 抗 拉 強 度和 屈 服 強 度 差 值 較 大 （ 0.2/b= 0.7

13、0.8） ， 良 好 的沖 擊 韌 性 和 抗 蝕 性 。 人 工 時 效 ： 強 度 較 高 ， 屈 服 強 度 增 加 更 為 明 顯（ 0.2/b= 0.80.95） ， 但 塑 性 、 韌 性 、 和 抗 蝕 性一 般 較 差 。 通 過 改 變 時 效 T和 t， 人 工 時 效 可 分 為 完 全 時 效（ 也 稱 峰 值 時 效 ） 、 不 完 全 時 效 （ 也 稱 欠 時 效 ）及 過 時 效 、 穩(wěn) 定 化 時 效 等 。五 、 時 效 理 論 的 應 用 完 全 時 效 ： 強 度 最 高 ， 達 到 時 效 強 化 的 峰 值 ； 不 完 全 時 效 ： 時 效 溫 度

14、 稍 低 或 時 效 時 間 較 短 ， 以保 留 較 高 的 塑 性 ； 過 時 效 ： 時 效 程 度 超 過 強 化 峰 值 ， 相 應 綜 合 性 能較 好 ， 特 別 是 抗 蝕 性 較 高 ； 穩(wěn) 定 化 時 效 ： 溫 度 比 過 時 效 更 高 ， 其 目 的 是 穩(wěn) 定合 金 的 性 能 及 零 件 尺 寸 。 鑄造鋁合金的狀態(tài) 硬 鋁 （ Al-Cu-Mg系 ） 以 自 然 時 效 為 主 ， 可 以 保 證較 低 的 晶 間 腐 蝕 . 其 他 類 型 的 鋁 合 金 ， 特 別 是 超 硬 鋁 （ Al-Zn-Mg-Cu系 ） 選 用 仍 人 工 時 效 為 宜 。 不

15、 僅 可 以 充 分 發(fā) 揮時 效 強 化 效 果 ， 而 且 抗 應 力 腐 蝕 性 能 較 好 ； 高 溫 工 作 零 件 ， 采 用 人 工 時 效 ， 保 證 合 金 組 織 和性 能 的 穩(wěn) 定 性 。五 、 時 效 理 論 的 應 用 、 鋁 合 金 時 效 后 的 性 能 特 點 ： 、 停 放 效 應 淬 火 后 在 室 溫 停 放 一 段 時 間 再 進 行 人 工 時 效 處 理 時 ，將 使 鋁 合 金 的 時 效 強 化 效 應 降 低 。 通 常 在 鋁 合 金 中 添 加 其他 元 素 以 降 低 停 放 效 應的 影 響 。 如 在 Al-Mg-Si系 合 金 中

16、 加 入 0.2% 0.3%的 Cu， 可 以 大 大 減少 淬 火 后 停 放 效 應 對 合金 性 能 的 影 響 。 自 然 時 效 對 Al-1.75Mg2Si合 金 在160 人 工 時 效 硬 度 的 影 響 、 停 放 效 應 理 論 解 釋 ： Al-Mg-Si系 合 金 中 鎂 在 鋁 中 的 溶 解 度 遠 硅 。 室 溫 停 留 期 間 ， 過 剩 硅 將 首 先 偏 聚 ， 而 鎂 、 硅 原子 的 G.P.區(qū) 是 在 硅 核 上 形 成 的 . 停 放 時 間 短 ： 只 產(chǎn) 生 硅 偏 聚 ， 大 部 分 溶 質(zhì) 原 子 仍 保 留在 固 溶 體 內(nèi) ， 隨 后 人

17、 工 時 效 ， 鎂 和 硅 原 子 繼 續(xù) 向 硅 的偏 聚 團 上 遷 移 ， 形 成 大 量 穩(wěn) 定 晶 核 并 長 大 . 停 放 時 間 長 ： 合 金 內(nèi) 形 成 大 量 偏 聚 ， 固 溶 體 中 溶 質(zhì) 元素 濃 度 。 人 工 時 效 T ， 小 于 臨 界 尺 寸 的 G.P.區(qū)將 重 新 溶 入 固 溶 體 ， 穩(wěn) 定 的 晶 核 數(shù) 量 ， 形 成 粗 大 的過 渡 相 . 2、 分 級 時 效 單 級 時 效 的 優(yōu) 點 ： 生 產(chǎn) 工 藝 比 較 簡 單 ， 能 獲 得 很高 的 強 度 . 單 級 時 效 的 缺 點 ： 顯 微 組 織 的 均 勻 性 較 差 ，

18、 在 拉伸 性 能 、 疲 勞 和 斷 裂 性 能 與 應 力 腐 蝕 抗 力 之 間 難以 得 到 統(tǒng) 一 . 分 級 時 效 優(yōu) 點 ： 彌 補 單 級 時 效 的 缺 點 且 能 縮 短 生產(chǎn) 周 期 。 特 別 是 對 Al-Zn-Mg和 Al-Zn-Mg-Cu系 (超硬 鋁 ） 合 金 收 到 很 好 的 效 果 .五 、 時 效 理 論 的 應 用 分 級 時 效 ： 在 不 同 溫 度 進 行 兩 次 或 多 次 時 效 處 理 ，按 其 作 用 可 分 為 預 時 效 （ 又 稱 成 核 處 理 ） 和 最 終 時效 兩 個 階 段 . 預 時 效 處 理 溫 度 一 般 較

19、低 ， 目 的 是 形 成 高 密 度 的G.P.區(qū) . 最 終 時 效 通 過 調(diào) 整 沉 淀 相 的 結 構 和 彌 散 度 以 達到 預 期 的 性 能 要 求 .五 、 時 效 理 論 的 應 用2、 分 級 時 效 正 確 選 定 時 效 制 度 ， 必 須 了 解 主 要 熱 處 理 參 數(shù) 對鋁 合 金 顯 微 組 織 及 性 能 的 影 響 .Al-Cu系 合 金 的 G.P.區(qū) 和 過 渡 相 的 亞 穩(wěn) 相 界 圖 Al-MgZn2系 合 金 的 G.P.區(qū) 和 過渡 相 的 亞 穩(wěn) 相 界 圖 幾 種 等 溫 淬 火 與 時 效 制 度 示 意 圖TA時 效 溫 度 ，

20、TCG.P.區(qū) 的 溶 解 溫 度無 G.P.區(qū) 做 核 心 沉淀 相 不 均 勻 分 布 形 成 G.P.區(qū) 做 核 心保 證 組 織 的 均 勻 性G.P.區(qū) 連 續(xù) 形 成長 大 高 致 密 組 織 下 圖 所 示 為 幾 種 等 溫 淬 火 與 時 效 制 度 示 意 圖 . 五 、 時 效 理 論 的 應 用 3、 形 變 熱 處 理 形 變 熱 處 理 ： 將 塑 性 變 形 與 熱 處 理 聯(lián) 合 進 行 的 綜合 工 藝 . 目 的 ： 合 金 中 缺 陷 密 度 . 鋁 合 金 有 兩 類 形 變 熱 處 理 ： 高 溫 形 變 熱 處 理 、 低溫 形 變 熱 處 理 、

21、預 變 性 熱 處 理 .五 、 時 效 理 論 的 應 用 3、 形 變 熱 處 理（ 1） 鋁 合 金 高 溫 形 變 熱 處 理 形 變 時 再 結 晶 不 完 全 或 部 分 再 結 晶 . LD31合 金 擠 壓 件 （ 淬 火 臨 界 冷 卻 速 度 小 ， 空 氣 冷 卻 ） 熱 處 理 制 度 ： 擠 壓 時 坯 料 加 熱 T（ 480-520 ） ， 擠壓 缸 溫 度 （ 450-470 ） ， 材 料 流 動 v15m/min，空 氣 冷 卻 ， 人 工 時 效 T （ 160-170 ） 8h.五 、 時 效 理 論 的 應 用 鋁 合 金 高 溫 形 變 熱 處 理

22、工 藝1-淬 火 時 的 加 熱 與 保 溫 ； 2-壓 力 加 工 ； 3-開 始 變 形 時 的 溫 度 ； 4-快 冷 ； 5-淬 火 時瞬 時 重 復 加 熱 ； 6-淬 火 加 熱 溫 度 范 圍 ； 7-工 藝 塑 性 溫 度 范 圍 3、 形 變 熱 處 理（ 1） 鋁 合 金 低 溫 形 變 熱 處 理 最 常 用 的 低 溫 形 變 熱 處 理 方 式 ：（ 1） 淬 火 冷 （ 溫 ） 變 形 人 工 時 效（ 2） 淬 火 自 然 時 效 冷 變 形 人 工 時 效（ 3） 淬 火 人 工 時 效 冷 變 形 人 工 時 效五 、 時 效 理 論 的 應 用 3、 形 變

23、 熱 處 理（ 1） 鋁 合 金 低 溫 形 變 熱 處 理 LY12合 金 板 材 方 案 ： 淬 火 20%變 形 130 、 10-20h的 時 效 . 保 證 塑 性 ， b 60MPa， 0.2 100MPa. LY11合 金 板 材 方 案 ： 淬 火 150 軋 制 ， 變 形 程 度為 30%變 形 100 、 3h的 時 效 . 在 相 對 降 低 2倍情 況 下 ， 可 使 瞬 間 抗 力 50MPa， 0.2 130MPa. 五 、 時 效 理 論 的 應 用 五 、 時 效 理 論 的 應 用淬 火 后 立 即 冷 變 形 和 自 然 時 效 后 冷 變形 對 LY11

24、合 金 硬 度 的 影 響 4、 回 歸 處 理 回 歸 處 理 ： 將 經(jīng) 過 自 然 時 效 的 鋁 合 金 在 200-250短 時 間 加 熱 ， 然 后 迅 速 冷 卻 ， 可 使 合 金 的 硬 度 和 強度 恢 復 到 接 近 新 淬 火 狀 態(tài) 的 水 平 。 目 的 ： 零 件 修 復 和 校 形 、缺 少 重 新 淬 火 所 需 高 溫設 備 或 重 新 淬 火 會 導 致很 大 變 形 . 硬 鋁 中 的 回 歸 現(xiàn) 象 （ 214 ）五 、 時 效 理 論 的 應 用 第 三 節(jié) 鑄 造 鋁 合 金 及 其 熱 處 理 鋁 合 金 分 為 形 變 鋁 合 金 和 鑄 造

25、 鋁合 金 兩 大 類 。 形 變 鋁 合 金 ： 相 圖 中 D點 以 左 的部 分 。 該 類 鋁 合 金 加 熱 至 固 溶 線FD以 上 時 能 形 成 單 相 固 溶 體 ，塑 性 好 ， 適 用 于 壓 力 加 工 成 形 。 鑄 造 鋁 合 金 ： 相 圖 中 D點 以 右 的部 分 ， 有 共 晶 鋁 合 金 、 亞 共 晶 鋁合 金 和 過 共 晶 鋁 合 金 之 分 。 （ 1） 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點鑄造性能好（高流動性），可鑄造形狀復雜零件，線收縮小，切削性能好. 比強度高.抗蝕性好（含銅鋁合金除外）.導熱和導電性高.一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、

26、分 類 和 牌 號 （ 2） 鑄 造 有 色 金 屬 的 牌 號 ：有 色 純 金 屬 Z +該金屬元素符號+ 純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號)。 如ZAl99.5和ZTi-1。 鋁錠一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、 分 類 和 牌 號 一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、 分 類 和 牌 號 （ 2） 鑄 造 有 色 金 屬 的 牌 號 ：有 色 合 金 Z+基體元素符號+主要合金元素符號及其名義百分含量數(shù)字+其他合金元素符號及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等?；旌舷⊥猎胤栍肦E表示。優(yōu)質(zhì)合金在牌號后標注字母“A”。

27、一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、 分 類 和 牌 號 一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、 分 類 和 編 號鑄 造 鋁 合 金 的 代 號 表 示 方 法（ 3） 鑄 造 鋁 合 金 的 代 號 表 示 方 法 一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、 分 類 和 牌 號（ 4） 鑄 造 鋁 合 金 的 新 舊 牌 號 表 示 方 法 對 比 （5 ）鑄造鋁合金的狀態(tài) （ 6） 鑄 造 鋁 合 金 分 類 ：Al- Si系： 代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號，優(yōu)良鑄造性，氣密性好。Al-Cu系：代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號，較高的熱強性，鑄造工藝性和抗蝕性較低。Al-Mg系：代

28、號為ZL3+兩位數(shù)字順序號，高強和高抗蝕性，良好的切削加工。Al-Zn系： 代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號，有自淬火效應，內(nèi)應大為減少，比重較大，耐熱性也很低。一 、 鑄 造 鋁 合 金 的 特 點 、 分 類 和 牌 號 二 、 Al-Si系 鑄 造 合 金又稱鋁硅明，是航空工業(yè)應用最廣泛的一類鑄造合金，具有良好的工藝性和抗蝕性。共晶點Si量較低、既可保證合金組織形成大量共晶體，又不至于第二相數(shù)量過多而使材料塑性嚴重降低。Al-Si系 合 金 的 牌 號 及 主 要 成 分 Al-Si二 元 合 金 簡單鋁硅明 ZL102（1013%）具有優(yōu)良的鑄造性能（熔點低、流動性好、收縮?。?，相當好的抗

29、蝕性和耐熱性。焊接性能好，比重小，不能時效強化，強度較低。塑性太低，須經(jīng)過變質(zhì)處理，使共晶硅由粗片狀細化成粒狀. 硅 沉 淀 聚 集 速 度 很 快 ， 不 能 形 成共 格 或 半 共 格 的 過 渡 相二 、 Al-Si系 鑄 造 合 金 二 、 Al-Si系 鑄 造 合 金不 同 含 硅 量 的 合 金 變 質(zhì) 處 理 前 后 性 能 對 比 簡 單 鋁 硅 明 ZL102（ 1013%） 在普通鑄造條件下， ZL102組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和固溶體組成，強度和塑性都較差。生產(chǎn)上用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理，得到細小均勻的共晶體加一次固溶體組織，以提高性能。 獲 得 亞 共

30、晶 組 織 是 由 于 加 入 鈉 鹽 后 ， 鑄 造 冷 卻 較 快 的共 晶 點 左 移 的 緣 故 。 未 變 質(zhì) 處 理 經(jīng) 變 質(zhì) 處 理 ZL102的 鑄 態(tài) 組 織 二 、 Al-Si系 鑄 造 合 金ZL-102合 金 穩(wěn) 定 化 熱 處 理 規(guī) 范 簡 單 鋁 硅 明 ZL102（ 1013%） ZL102應 用 于 精 密 儀 器 ， 其 元 件 的 尺 寸 和 形 狀 使 用期 間 需 保 持 高 度 穩(wěn) 定 性 . 應用：制造飛機，儀表電動機殼體，氣缸體，風機葉片，發(fā)動機活塞等。主要用于金屬性鑄造，壓力鑄造，生產(chǎn)形狀復雜受力小的儀表殼體。 活 塞 (裙 部 為 鋁 硅

31、合 金 ) 復 雜 （ 特 殊 ） 鋁 硅 明 鋁 硅 明 的 強 度 ， Cu、 Mg等 元 素 ， 形 成 CuAl2或Mg2Si， 獲 得 能 進 行 時 效 硬 化 的 特 殊 鋁 硅 明 ， 可 變 質(zhì)處 理 . ZL101（ 6.0-8.0%Si， 0.2-0.4%Mg， 余 為 Al) Mg形 成 Mg2Si， 合 金 的 時 效 強 化 能 力 和 機 械 性 能 . 含 Si量 較 高 ， 保 證 合 金 的 鑄 造 工 藝 性 . Mg（ 0.5-0.6%） ZL101。 Mn消 除 Fe的 有 害 作 用 ，且 具 有 一 定 強 化 效 果 . 熱 處 理 制 度 ：

32、530-540 加 熱 ， 保 溫 五 小 時 ， 在 熱 水 中 淬 火 ，然 后 在 170-180 時 效 6-7小 時 。 經(jīng) 熱 處 理 后 ， 強 度 可 達200300MPa。 時 效 溫 度 影 響 ： 小 于 150 ， 以 G.P.區(qū) 為 主 ； 150-225 ， 為G.P.區(qū) +相 ， 強 化 效 應 最 好 。 大 于 225 淬 火 ， 為 Mg 2Si相 。 對 ZL104進 行 分 級 時 效 處 理 ， 可 提 高 其 綜 合 性 能 。 二 、 Al-Si系 鑄 造 合 金 ZL104 在 鋁 硅 明 中 ， 強 度 最 高 ， 鑄 造 性 能 好 ， 有很

33、 好 的 充 型 能 力 ， 較 小 的 線 收 縮 率 ， 無 熱 裂 、 疏松 傾 向 ， 抗 腐 蝕 性 能 、 切 削 加 工 性 能 和 焊 接 性 能都 較 好 ， 可 以 鑄 造 很 復 雜 的 零 件 . 易 產(chǎn) 生 氣 孔 和 集 中 縮 孔 （ 加 冒 口 ） ， 應 進 行 細 心的 精 煉 除 氣 操 作 . 含 Si量 較 高 ， 須 進 行 變 質(zhì) 處 理 . 用 作 承 受 較 大 載 荷 且 形 狀 復 雜 的 大 型 零 部 件 ， 如 汽 缸 體 、汽 缸 蓋 、 曲 軸 箱 、 增 壓 器 殼 體 以 及 航 空 發(fā) 動 機 壓 縮 機 匣 、承 力 框

34、架 等 用 途 十 分 廣 泛 .二 、 Al-Si系 鑄 造 合 金 復 雜 （ 特 殊 ） 鋁 硅 明ZL105： （ 含 硅 4.5-5.5%， 鎂 0.35-0.6%， 銅 1.0-1.5%） 降 低 硅 含 量 ， 提 高 銅 含 量 ， 目 的 是 提 高 耐 熱 性 . 室 溫 性 能 與 ZL104接 近 ， 高 溫 性 能 大 于 ZL104。 鑄 造 性 能 良 好 ， 吸 氣 性 較 小 ， 鑄 造 工 藝 較 ZL104簡 單 ， 無 需 變 質(zhì) 和 在 壓 力 釜 中 結 晶 . 耐 蝕 性 能 差 ， ZL105 ZL101 ZL104 ZL102。二 、 Al-S

35、i系 鑄 造 合 金 三 、 Al-Cu系 鑄 造 鋁 合 金 Al-Cu合 金 密 度 較 大 、 抗 蝕 性 和 鑄 造 性 能 差 ， 耐 熱性 好 ， 常 溫 和 高 溫 力 學 性 能 均 很 好 ， 適 合 制 造 大負 荷 或 高 溫 下 工 作 的 零 件 . 航 空 常 用 的 有 ZL203、 ZL201及 ZL202.ZL203（ 4.0-5.0%Cu） 存 在 不 平 衡 共 晶 體 +CuAl 2， 經(jīng) 淬 火 時 效 后 ， 強 度較 高 ， 可 作 結 構 材 料 ， 鑄 造 200 以 下 承 受 中 等 載荷 和 形 狀 較 簡 單 的 零 件 。 Si 金

36、屬 型 鑄 造 加 入 3%， 形 成 三 元 共 晶 體（ +CuAl2 +Si） ， 從 而 提 高 鑄 造 性 能 . 對 室 溫 及 高溫 性 能 不 利 . Fe 允 許 達 到 1.0%， 耐 熱 性 ， ， 形 成 Al7Cu2Fe相 ， 分 布 在 共 晶 界 上 ， 合 金 . Mg （ 5%） 為 兩 相 組 織 .二 、 防 銹 鋁 合 金 2、 Al-Mg系 合 金二 、 防 銹 鋁 合 金Al-Mg系 防 銹 鋁 的 牌 號 和 化 學 成 分 2、 Al-Mg系 合 金除 主 要 合 金 元 素 ， 尚 含 有 少 量 其 他 組 元 ： 添 加 硅 合 金 的 鑄

37、 造 性 能 （ 流 動 性 ） 。 錳 、 鉻 有 一 定 的 強 化 作 用 ， 合 金 的 抗 蝕 性 能 . 鈦 和 釩 細 化 晶 粒 ， 其 機 械 性 能 . 鈹 合 金 在 熔 煉 、 焊 接 及 其 他 熱 加 工 中 的 氧 化 傾 向 . 應 用 ： 航 空 工 業(yè) 應 用 廣 泛 ， 如 制 造 管 道 ， 容 器 ， 油箱 ， 鉚 釘 等 需 承 受 中 等 載 荷 的 零 件 .二 、 防 銹 鋁 合 金 屬 于 Al-Cu-Mg-Mn系 合 金 （ 2.5-6.0%Cu， 0.4-2.8%Mg， 0.4-1.0%Mn） . 可 進 行 時 效 強 化 ， 也 可

38、進 行 變 形 強 化 . 強 度 、 硬 度 高 ， 加 工 性 能 好 ， 耐 蝕 性 低 于 防 銹 鋁 。 常 用 硬 鋁 合 金 ： LY11（ 2A11） 、 LY12（ 2A12） 等 . 應 用 ： 制 造 沖 壓 件 ， 模 鍛 件 和 鉚 接 件 ， 如 螺 旋 槳 ，深 鉚 釘 等 ， 飛 機 翼 梁 .三 、 硬 鋁 合 金 三 、 硬 鋁 合 金 硬 鋁 的 性 能 :（ 1） 鉚 釘 硬 鋁 ， 又 稱 低 強 硬 鋁 （ 如 LY1、 LY10） 合 金 元 素 含 量 較 低 ， Cu/Mg比 值 高 ， (CuAl2)為 主 ， 強 度較 低 ， 但 具 有

39、較 高 的 塑 性 ， 適 應 于 鉚 釘 材 料 .（ 2） 中 強 硬 鋁 ， 又 稱 標 準 硬 鋁 （ 如 LY11） Cu/Mg比 值 較 高 ， (CuAl2)為 主 ， 其 次 為 S（ CuMgAl2）相 . 合 金 強 度 較 高 ， 塑 性 較 好 ， 可 作 為 航 空 螺 旋 槳 槳 葉 及中 等 強 度 的 緊 固 件 .（ 3） 高 強 硬 鋁 （ 如 LY12） Cu/Mg比 值 低 ， S為 主 ， 其 次 為相 .（ 4） 耐 熱 硬 鋁 （ 如 LY2） Cu/Mg比 值 在 硬 鋁 中 最 低 ， S為 主 . 具 有 較 高 的 耐 熱 性 ， 適 宜

40、制 作 高 溫 下 工 作 的 零 件 ， 如 航 空發(fā) 動 機 的 壓 氣 機 葉 片 等 . 三 、 硬 鋁 合 金Cu+Mg=5%的Al-Cu-Mg合 金 淬火 時 效 后 的 強 度 Al-Zn-Mg-Cu系 合 金 ， 并 含 有 少 量 Mn、 Cr（ 5-8%Zn， 1.7-3.6%Mg， 0.8-3.0%Cu， 0.1-0.5%Cr，0.2-0.8%Mn及 少 量 Ti等 ） . 時 效 強 化 效 果 超 過 硬 鋁 合 金 . 熱 態(tài) 塑 性 好 ， 但 耐 蝕 性 差 ， 低 于 硬 鋁 ， 抗 疲 勞 性 較差 ， 對 應 力 集 中 敏 感 ， 有 明 顯 的 應 力

41、 腐 蝕 傾 向 . 常 用 合 金 ： LC4（ 7A04） ， LC9（ 7A09） 應 用 ： 主 要 應 用 工 作 溫 度 較 低 ， 受 力 較 大 的 結 構 件 ，如 飛 機 大 梁 、 起 落 架 等 。三 、 超 硬 鋁 合 金 Al-Cu-Mg-Si系 合 金 ， 可 鍛 性 好 ， 力 學 性 能 高 ， 用于 形 狀 復 雜 的 鍛 件 和 模 鍛 件 ， 如 噴 氣 發(fā) 動 機 ， 壓 氣機 葉 輪 ， 導 風 輪 等 。 主 要 有 LD2、 LD5、 LD6、 LD10， 提 高 銅 含 量 ， 室溫 強 度 ， 耐 熱 性 升 高 ， 抗 蝕 性 ， 有 所

42、Al-Cu-Mg-Fe-Ni系 耐 熱 鍛 鋁 合 金 ， 常 用 牌 號 有 LD7（ 2A70） 、 LD8（ 2A80） 、 LD9（ 2A90） 等 ， 用 于制 造 150-225 下 工 作 的 零 件 ， 如 壓 氣 機 葉 片 ， 超 音速 飛 機 蒙 皮 等 。四 、 鍛 鋁 合 金 四 、 鍛 鋁 合 金 （ 1） Al-Cu-Mg-Fe-Ni系 耐 熱 鋁 合 金 常 用 合 金 有 LD7、 LD8和 LD9， 一 般 用 作 鍛 件 ， 也 可歸 入 鍛 鋁 。 最 廣 泛 應 用 的 是 LD7， 可 在 150225 范圍 內(nèi) 使 用 .（ 2） Al-Cu-Mn

43、系 耐 熱 鋁 合 金 常 用 的 有 LY16、 LY17， 可 加 工 成 板 材 、 棒 材 、 型 材和 模 鍛 件 等 半 成 品 。 擠 壓 和 模 鍛 制 品 可 在 200300下 工 作 ； 板 材 用 作 常 溫 和 高 溫 使 用 的 焊 接 件 .五 、 耐 熱 鋁 合 金 低 密 度 、 高 屈 服 強 度 、 高 彈性 模 量 和 良 好 的 高 低 溫 性 能特 點 . 良 好 的 腐 蝕 性 、 超 塑 性 和 優(yōu)良 的 加 工 性 能 ， 疲 勞 裂 紋 擴展 速 率 低 ， 斷 裂 韌 性 高 ， 力學 性 能 各 向 異 性 較 低 .用 其 取 代 常

44、規(guī) 鋁 合 金 ， 可 使可 使 構 件 質(zhì) 量 減 輕 10% 15%，剛 度 提 高 15% 20%。六 、 鋁 鋰 合 金 不 同 鋁 合 金 性 能 對 比 示 意 圖 六 、 鋁 鋰 合 金 隨 著 第 三 代 鋁 鋰 合金 的 不 斷 出 現(xiàn) 和 性能 的 不 斷 提 高 ， 在現(xiàn) 代 飛 機 制 造 中 ，鋁 鋰 合 金 的 用 量正 在 逐 漸 提 高 ， 并 部 分 取 代 了 傳 統(tǒng) 的 2XXX和 7XXX系鋁 合 金 ， 從 而 達 到 減 輕 飛 機 結 構 重 量 的 目 的 .鋁 鋰 合 金 機 身 板六 、 鋁 鋰 合 金 歐 美 日 在 航 空 航 天 領 域

45、 均 有 使 用 鋁 鋰 合 金 的 實 例 . 法 國 的 Rafele軍 用 戰(zhàn) 斗 機 以 及 Airbus公 司 的 A330， A340和A380等 機 型 的 機 翼 前 后 緣 、 附 件 蓋 、 座 椅 滑 軌 、 地 板 梁 、 機身 與 機 身 蒙 皮 等 部 件 . 空 客 A380-800飛 機 主 艙 橫梁 采 用 了 2196鋁 鋰 合 金 鍛壓 件 .龐 巴 迪 C系 列 采 用 先 進 鋁鋰 合 金 材 料 部 件 已 經(jīng) 占 到飛 機 材 料 使 用 總 量 的 23%. 龐 巴 迪 C系 列 飛 機 的 鋁 鋰 合 金 機 身 段 六 、 鋁 鋰 合 金 l

46、 “八 五 ” 期 間 ， 西 南 鋁 加 工 廠 研 究所 建 設 了 鋁 鋰 合 金 1t鑄 機 組 和 引 進了 6t鑄 機 組 兩 條 線 ， 并 于 1995年 底竣 工 和 驗 收 ， 生 產(chǎn) 的 鋁 鋰 合 金 已 在部 分 軍 用 飛 機 上 應 用 。l 我 國 目 前 已 初 步 掌 握 了 板 材 、 型 材 和 部 分 鍛 件 的 生 產(chǎn) 技 術 ， 研 制 出 了 中 等 強 度 、可 焊 的 5A90薄 板 合 金 和 高 強 度 的 2090合 金 。l 以 北 京 航 空 材 料 研 究 院 （ 621所 ） 為 首 的 國 內(nèi) 材 料 研 究 單 位 已 經(jīng)

47、進 行 了 鋁 鋰 合 金的 研 制 ， 并 在 軍 機 上 得 到 了 應 用 。l 目 前 C919大 型 客 機 鋁 鋰 合 金 機 身 等 直 段 部 段 在 中 航 工 業(yè) 洪 都 大 飛 機 部 裝 廠 房 順 利 下 線 。 C919大 型 客 機 鋁 鋰 合 金 機 身 等 直 段 部 段六 、 鋁 鋰 合 金 l與 第 二 代 鋁 鋰 合 金 相 比 ， 第 三 代 新 型 鋁 鋰 合 金 降 低 了 Li含量 ， 制 備 工 藝 簡 單 ， 成 本 也 較 第 二 代 合 金 有 了 很 大 的 降 低 ，在 民 機 上 使 用 的 門 檻 也 隨 之 降 低 ， 應 用

48、已 經(jīng) 比 較 可 行 。l在 性 能 水 平 上 ， 第 三 代 鋁 鋰 合 金 較 以 往 鋁 鋰 合 金 都 有 了 較大 幅 度 的 提 高 ， 其 中 尤 以 低 各 向 異 性 鋁 鋰 合 金 和 高 強 可 焊 鋁鋰 合 金 最 為 突 出 ， 結 合 設 計 優(yōu) 秀 的 綜 合 性 能 使 其 依 然 保 持 了很 好 的 減 重 效 益 ， 增 加 了 飛 機 的 可 靠 性 。l第 三 代 鋁 鋰 合 金 的 應 用 在 國 內(nèi) 處 于 最 基 礎 的 起 步 階 段 ， 與國 外 相 比 還 有 很 大 差 距 。六 、 鋁 鋰 合 金 1、 對 比 純 鋁 、 鑄 造 及 變 形 鋁 合 金 的 新 、 舊 牌 號 （ 代號 ） ， 并 舉 例 說 明 .2、 鋁 合 金 性 能 有 哪 些 特 點 ？ 鋁 合 金 可 以 分 為 哪 幾 類 ？試 根 據(jù) 二 元 鋁 合 金 一 般 相 圖 說 明 其 依 據(jù) .3、 簡 述 鋁 合 金 的 強 化 方 式 .4、 分 析 簡 述 鋁 合 金 時 效 過 程 中 相 結 構 及 組 織 的 變 化 、及 其 對 性 能 的 影 響 .5、 鋁 合 金 的 固 溶 時 效 處 理 與 鋼 的 淬 火 回 火 處 理 的 異同 .作 業(yè)