第8章 铝合金.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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/cm,3,，,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,CuAl,2,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,CuAl,2,，,(),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,（,CuAl,2,）,Al-Mg-,Si,形成铜、硅富集区,G.P.,区,形成有序的,相,（,Mg,2,Si,）,Al-Cu-Mg,形成铜、镁富集区,G.P.,区,形成过渡相,S,S Al,2,CuMg,Al-Mg-Zn,形成铜、锌富集区,G.P.,区,形成过渡相,M,M,（,MgZn,2,）,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,20,80,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；,B,Y,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,（,CuAl,2,）、,金属间化合物,S,（,CuMgAl,2,）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,:MgZn,2,Al,2,Mg,3,Zn,3,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,Mg,2,Si,。,Mg,2,Si,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,CuAl,2,。,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%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,T,200,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，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,、,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,