1、 鋁及鋁合金鋁及鋁合金 課前復(fù)習(xí)題1、金屬材料通常可分為幾類？、金屬材料通常可分為幾類？答:通常將金屬材料分為有色金屬和黑色金屬兩大類。黑色金屬是指鐵、錳、鉻及其合金；除此之外的所有金屬都稱為有色金屬。2、與黑色金屬相比，有色金屬有何特點(diǎn)？、與黑色金屬相比，有色金屬有何特點(diǎn)？答：比密度小、比強(qiáng)度高，在空間技術(shù)、原子能、計(jì)算機(jī)等新型工業(yè)部門應(yīng)用廣泛。 本課內(nèi)容1、工業(yè)純鋁的特性、用途及分類；、工業(yè)純鋁的特性、用途及分類；2、鋁合金的分類；、鋁合金的分類；3、鋁合金的時效強(qiáng)化；、鋁合金的時效強(qiáng)化；4、變形鋁合金；、變形鋁合金；5、鑄造鋁合金。、鑄造鋁合金。 工業(yè)純鋁的特性密度較小，約為2.7g/c

2、m3 ；面心立方晶格（FCC）；無同素異晶轉(zhuǎn)變；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，僅次于銀、金、銅。極強(qiáng)的抗大氣腐蝕能力，在空氣中鋁的表面生成致密的氧化膜，保護(hù)了內(nèi)部金屬不被腐蝕鈍化現(xiàn)象。但鋁不能耐酸、堿、鹽的腐蝕；非磁性、無火花材料；強(qiáng)度低，塑性好，比強(qiáng)度高；可通過冷變動強(qiáng)化提高強(qiáng)度、硬度； 工業(yè)純鋁應(yīng)用實(shí)例 工業(yè)純鋁的分類及牌號分類：工業(yè)純鋁分純鋁(99%wAL99.85)和高純鋁(wAL99.85%)兩類。純鋁又分為鑄造純鋁和變形鋁兩種。牌號：鑄造純鋁的牌號由“Z”和鋁的化學(xué)元素符號及表明鋁含量的數(shù)字組成，如ZAl99.5表示wAl=99.5%的鑄造純鋁；變形鋁的牌號用四位字符體系的方法命名，即用1表示，

3、牌號的最后兩位數(shù)字表示最低鋁百分含量100后小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字，第二位的字母表示原始純鋁的改型情況，如為A，表示原始純鋁，若為其它字母，則表示為原始純鋁的改型。如變形鋁1A30表示wAl=99.30%的原始純鋁。 鋁合金的分類用于制作鋁合金的合金元素大致分為主加元素（硅、銅、鎂、鋅、錳等）和輔加元素（鉻、鈦、鋯等）。鋁與主加元素的二元相圖一般都具有右圖所示形式，根據(jù)該相圖上最大溶解度D點(diǎn)，把鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金：成分在D點(diǎn)以左的合金，加熱到固溶線以上時，可得到單相固溶體，塑性好，宜于進(jìn)行壓力加工，稱為變形鋁合金。 鋁合金的分類變形鋁合金又分為兩類：成分在F點(diǎn)以左的合金，固

4、溶體成分不隨溫度而變，屬熱處理不可強(qiáng)化合金；成分在DF點(diǎn)之間的合金，固溶體成分隨溫度而變，屬熱處理可強(qiáng)化鋁合金。 鑄造鋁合金成分在D點(diǎn)以右的合金，由于有共晶組織存在，適于鑄造，稱為鑄造鋁合金。鑄造鋁合金中有成分隨溫度變化的固溶體，也能用熱處理強(qiáng)化。但距D點(diǎn)越遠(yuǎn)，強(qiáng)化效果愈不明顯。 鋁合金的時效強(qiáng)化固溶處理：將成分位于DF點(diǎn)之間的合金，加熱到 相區(qū)，經(jīng)保溫獲得單相 固溶體后迅速水冷，可在室溫下獲得過飽和的 固溶體，這種處理方式稱為固溶處理。時效強(qiáng)化：固溶處理后得到的組織是不穩(wěn)定的，有分解出強(qiáng)化相過渡到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。在室溫下放置或低溫加熱時，強(qiáng)度和硬度會明顯升高。這種現(xiàn)象稱為時效強(qiáng)化。在室溫下進(jìn)

5、行的稱自然時效；在加熱條件下進(jìn)行的稱人工時效。時效條件： 合金能在高溫形成均勻的固溶體，并且固溶體中溶質(zhì)的溶解度必須隨溫度的降低而顯著降低。 含4%Cu的Al-Cu合金的自然時效曲線 硬度時間 4%Cu的Al-Cu合金，加熱到550并保溫一段時間后, 在水中快冷時, 相(CuAl2)來不及析出, 合金獲得過飽和的 固溶體組織, 其強(qiáng)度為b250MPa。若在室溫下放置, 隨著時間的延續(xù), 強(qiáng)度將逐漸提高, 經(jīng)45天后, b可達(dá)400MPa。 回 歸自然時效后的鋁合金, 在230250短時間(幾秒至幾分鐘)加熱后, 快速水冷至室溫時, 可以重新變軟。如再在室溫下放置, 則又能發(fā)生正常的自然時效。這

6、種現(xiàn)象稱為回歸。一切能時效硬化的合金都有回歸現(xiàn)象。自然時效后的鋁合金在反復(fù)回歸處理和再時效時強(qiáng)度有所降低。時效后的鋁合金可在回歸處理后的軟化狀態(tài)進(jìn)行各種冷變形。利用這種現(xiàn)象，可隨時進(jìn)行飛機(jī)的鉚接和修理等。變形鋁合金的牌號四位字符，第一、三、四位為數(shù)字，第二位為字母“A”第一位數(shù)字表示主要合金元素： 2 3 4 5 6 7 Cu Mn Si Mg Mg2Si Zn例如：5A50表示以鎂為主要合金元素的變 形鋁合金。 變形鋁合金 變形鋁合金包括： 防銹鋁合金 硬鋁合金 硬鋁合金 鍛鋁合金 防銹鋁合金防銹鋁合金中主要合金元素是錳和鎂。錳提高抗蝕能力，并起固溶強(qiáng)化作用。鎂固溶強(qiáng)化，同時降低比重。 防銹

7、鋁合金鍛造退火后是單相固溶體，抗蝕性能高，塑性好。不能進(jìn)行時效硬化，屬于不可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，但可冷變形，利用加工硬化提高強(qiáng)度。 （5A50, 3A21）應(yīng)用：航空工業(yè)，承受焊接的零件，耐蝕郵箱 防銹鋁的應(yīng)用 硬鋁合金硬鋁合金為Al-Cu-Mg系合金, 另含有少量錳（1增加耐蝕性；2固溶強(qiáng)化）。它們可以進(jìn)行時效強(qiáng)化，屬于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金 。（2A01,2A11,2A12）耐蝕性差，需包覆一層薄的純鋁應(yīng)用：飛機(jī)螺旋槳，葉片，支架等 硬鋁的應(yīng)用 超硬鋁合金 超硬鋁合金為Al-Mg-Zn-Cu系合金, 含有少量的鉻和錳。牌號有7A04等。鋅、銅、鎂與鋁形成固溶體和多種復(fù)雜的第二相(例如MgZn

8、2、Al2CuMg、AlMgZnCu等)，合金經(jīng)固溶處理和人工時效后，可獲得很高的強(qiáng)度和硬度，是強(qiáng)度最高的一類鋁合金。但這類合金的抗蝕性較差，高溫下軟化快。用包鋁法可提高抗蝕性。 超硬鋁超硬鋁合金多用于制造受力大的重要構(gòu)件，例如飛機(jī)大梁、起落架等。 鍛鋁合金 鍛鋁合金為Al-Mg-Si-Cu或Al-Cu-Mg-Ni-Fe系合金。牌號有6A02、2A50等。合金的元素種類多但用量少，有良好的熱塑性、鑄造性能和鍛造性能，并有較高的機(jī)械性能。 這類合金主要用于承受重載荷的鍛件和模鍛件，通常要進(jìn)行固溶處理和人工時效。 鑄造鋁合金鑄造鋁合金主要有： 鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系及鋁鋅系四種，以鋁硅系應(yīng)用最廣泛

9、。 代號用“ZL”加三位數(shù)字表示，第一位數(shù)表示合金類別（1為鋁硅系，2為鋁銅系，3為鋁鎂系，4為鋁鋅系），第二、三位數(shù)字為合金序號。例如ZL102表示2號鋁硅系鑄造鋁合金。 牌號由Z和鋁的化學(xué)元素符號、主要合金元素符號及合金元素名義百分含量的100倍的數(shù)字組成。 鋁硅系合金 變質(zhì)處理僅含硅元素的鋁硅合金（如ZL102）通常稱硅鋁明。鑄造后幾乎全部得到共晶體組織(+Si), 具有優(yōu)良的鑄造性能(熔點(diǎn)低、流動性好、收縮小)。 在一般情況下，ZL102的共晶體由粗針狀硅晶體和 固溶體構(gòu)成, 強(qiáng)度和塑性都較差。 澆鑄前向合金液中加入占合金重量2%3%的變質(zhì)劑(常用鈉鹽混合物: 2/3NaF+1/3NaCl)以細(xì)化合金組織, 顯著提高合金的強(qiáng)度及塑性。這種處理方法即是變質(zhì)處理。 ZL102的鑄態(tài)顯微組織 變質(zhì)前顯微組織變質(zhì)后顯微組織 硅鋁明的性能與應(yīng)用硅鋁明的主要缺點(diǎn)是鑄件致密程度低，強(qiáng)度較低，且不能熱處理強(qiáng)化。為了提高鋁硅合金的強(qiáng)度可加入鎂、銅以形成強(qiáng)化相Mg2Si、CuAl2、CuMgAl2等。這樣的合金在變質(zhì)處理后進(jìn)行淬火時效，以提高強(qiáng)度，如ZL105、ZL108等合金。ZL102鑄造性能