变形铝合金金相图谱.doc

总论属于防锈铝的有铝镁及铝锰系合金。属于硬铝的有铝铜镁及铝铜锰系合金。铝锌镁铜系为超硬铝。铝镁硅铜及铝铜镁铁镍系合金为锻铝。铝铜镁铁镍及铝铜锰系合金与铝铜镁系中的LY6、LY2合金有较好的耐热性，所以也称为耐热铝合金。在常用的合金元素中，铝和锌、镁、铜、锂、锰、镍、铁在靠铝一边形成共晶反应，和铬、钛形成包晶反应，在铝铅系中出现偏晶反应。它们在铝中的固溶度以锌、镁、铜、锂最大；锰、硅、镍、钛、铬、铁次之；以铅最小。合金中的铜、锂、硅等元素以及合金中的化合物Mg2Si、MgZn2、S(CuMgAl2)相等，由于随温度高低有较大的固溶度变化，经淬火及时效后使合金显著强化。热处理强化的变形铝合金中，以Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Mg-Zn系为基的合金用途最广。第一章工业纯铝纯铝具有比重小，导电性好、导热性高、熔解潜热大、光反射系数大、热中子吸收截面较小及外表色泽美观等特性。铝在空气中表面能生成致密而坚固的氧化膜，具有较好的抗蚀性。牌号品种规格或型号（毫米）工艺条件再结晶温度（）备注压延压挤退火条件温度变形率温度变形率盐浴炉或空气炉时间（分）开始终了L2L4L2L4L2L4L4L4L4热压板热压板冷压板冷压板棒材棒材二次压挤管材带材冷轧管10.58.00.51.010.51050416061816300-350300-350室温室温96979287.5350350350350室温冷轧9892969659空气炉盐浴炉空气炉盐浴空气盐浴盐浴1201048010201010190-200230-235200-205280-285400-405400-415260-270305-310285-290455-460355-360第二章铝镁系合金较高的抗蚀性、良好的焊接性及较好的塑性。表1铝镁系合金的化学成分合金牌号主要成分（）MgMnSiCrTiLF2LF3LF5LF6LF7LF10LF122.0-2.83.2-3.84.0-5.55.8-6.86.0-7.54.7-5.78.3-9.60.15-0.4或Cr0.3-0.60.3-0.60.5-0.80.3-0.60.2-0.60.4-0.80.5-0.8Sb0.004Be 0.0001-0.00050.02-0.10.05-0.15表2 镁含量对铝镁合金力学性能的影响合金牌号状态板材厚度（mm）力学性能b0.2（）LF2LF3LF5LF6退火退火退火退火2.02.02.02.018.922.530.533.512.016.517.021.221.525.023.0当镁含量超过5时，抗应力腐蚀性能变坏；镁含量超过7时，合金塑性降低，焊接性能变坏。锰有利于合金的抗蚀性，提高合金的强度。加入少量钛和钒能细化晶粒。在LF3合金中加入硅改善了合金的焊接性能。热处理特性在不同温度下，镁在铝中虽有较大的固溶度变化，但实际上合金没有明显的时效强化作用，这是由于在淬火、时效时形成的新相和基体不发生共格强化。一般为退火或冷作硬化状态。铝镁合金退火时组织和性能发生变化。当温度升高到某一较高温度后，即使退火温度继续升高，组织和性能仍较稳定。合金的再结晶温度与镁含量有密切关系。镁含量由2增高到5时，再结晶温度随镁含量的增加而下降；镁含量由5增高到9时，再结晶温度随镁含量的增加反而上升。表3 工业铝镁系合金部分产品的再结晶温度合金牌号品种规格型号mm工艺条件再结晶温度（）压延压挤退火条件温度变形率温度变形率盐浴炉等时间（分）开始终了LF2冷压板2.0室温80空气炉60245-250300-305LF31.0230-235260-265LF52.0225-230250-255LF62.0235-240270-275经冷轧的高镁合金板材，在室温下长期存放时，其力学性能有所变化。随着存放时间的增长，强度下降，延伸率显著提高。这种软化现象并随变形程度及镁含量的增加而表现得更加明显。为了防止合金冷加工后长期放置所产生的软化现象，在冷变形后，产品进行低温退火（150加热3h）处理。即稳定化处理。第三章 铝锰系合金常用牌号：LF21合金。较高的塑性、良好的抗蚀性及焊接性。可加工成板材、棒材及管材等半制品。表1 LF21合金的化学成分Mn(%)杂质不大于（%）FeSiCuZnMg其它总和1.0-1.60.70.60.20.10.050.10.75Mn：随含量的增加，合金强度随之提高。在1.0-1.6范围内，合金有较高的强度，良好的塑性和工艺性能。如继续提高Mn含量，合金强度虽有增加，但由于形成大量的脆性化合物MnAl6，合金在变形时容易开裂。改善抗蚀性。杂质铁能降低锰在铝中的溶解度。例如，加入0.03Fe可使锰在500时的溶解度降至0.15。铁可溶入MnAl6中形成(FeMn)Al6。难溶相，质硬而脆，显微硬度为704公斤/毫米2。实践证明：合金中加入一定量的铁能使板材在退火时得到较细的晶粒。在生产中把铁控制在0.40.7范围内。但铁和锰之和不应大于1.85，否则形成大量的(FeMn)Al6粗大片状偏析聚集物，会显著地降低合金的力学性能和工艺性能。杂质硅能增大合金的热裂倾向，降低铸造性能，硅含量应严加限制。热处理特性LF21合金退火时，极易产生粗大晶粒，致使合金半制品在深冲或弯曲时表面粗糙或出现裂纹。试验证明：合金出现粗大晶粒的主要原因是在半连续铸造铸锭的晶粒和枝晶内存在有严重的锰偏析。因锰能显著提高合金的再结晶温度，锰的晶内偏析又使合金的再结晶温度区间加宽，致使合金在退火时容易产生大晶粒。为保证LF21合金板材获得细晶粒，应采取以下措施。1铸锭均匀化 600-6202高温压延 将铸锭热压温度由390-440提高到480520，板材在退火时也能得到较细的晶粒。这是由于合金在高温压延时加速过饱和固溶体分解的结果。3适当控制铁的含量 在合金中加入少量钛的条件下，加入0.4以上的铁可明显细化板材的晶粒。4快速加热 快速加热能得到细晶粒，这是由于快速加热能缩小再结晶区间，在高锰和低锰处同时形核，因而产生细晶粒。第四章 铝铜镁系合金低强度硬铝如LY1、LY10等合金中强度硬铝如LY11等合金高强度硬铝如LY12等合金具有耐热性的硬铝如LY2等合金为提高抗蚀性能，在硬铝板材的表面上，包有一层工业纯铝。表1化学成分表合金牌号主要成分CuMgMnCrTiLY12.2-3.00.2-0.5-耐热铝合金LY22.6-3.22.0-2.40.45-0.7-LY43.2-3.72.1-2.60.5-0.8Be0.001-0.010.05-0.4LY63.8-4.31.7-2.30.5-1.0Be0.001-0.0050.03-0.15LY83.8-4.50.4-0.80.4-0.8-LY93.8-4.51.2-1.60.3-0.7-LY103.9-4.50.15-0.30.3-0.5-LY113.8-4.80.4-0.80.4-0.8-LY123.8-4.91.2-1.80.3-0.9-LY1、LY10主要强化相：含镁量较低，铜和铝形成化合物CuAl2。LY11主要强化相：CuAl2、少量S(CuMgAl2)相LY12强化相：S(CuMgAl2),强化效果比CuAl2更高。同时还使合金具有一定的耐热性。合金中加入0.3-1.0Mn，可以减少铁的有害影响，提高合金的耐蚀性；锰还能细化合金晶粒，加速时效作用，延缓压挤和固溶处理时的再结晶过程。Mn含量超过1时，能出现粗大的脆性化合物(FeMn)Al6的聚集物，使合金的工艺性能变坏。LY2主要强化相：S相当Cu：Mg等于或小于2.6时，形成S相；当大于2.6时，则形成S和CuAl2相或CuAl2相。第五章 铝镁硅铜系合金常用合金：LD2、LD5、LD6、 LD10该系合金是在铝镁硅系的基础上发展起来的。该系合金中，最早出现的是51S(镁0.6，硅0.9)。Mg2Si是主要强化相。该合金在淬火后，不立即时效，停留一段时间，会降低人工时效效果。为补偿这种损失，加入0.20.6铜和0.150.35锰（或铬）就成为LD2，加入1.8-2.6铜，0.4-0.8锰即是LD5。为消除LD5合金铸锭的柱状晶，防止制品形成粗晶的倾向，给合金中加入0.020.1钛和0.010.2铬。这个合金即为LD6.LD10合金的铜含量更高，和硬铝相当，为3.9-4.8，所以也叫高强度硬铝合金。合金中含铁0.20.4，能防止淬火加热时再结晶晶粒的长大，增加强化效果。但含铁量超过0.8时，因出现粗大的(FeMn)Al6相，降低合金塑性。表1合金化学成分表合金牌号主要成分（）CuMgSiMnTiCrLD20.2-0.60.45-0.90.5-1.2或Cr0.15-0.35-LD51.8-2.60.4-0.80.7-1.20.4-0.8-LD61.8-2.60.4-0.80.7-1.20.4-0.80.02-0.10.1-0.2LD103.9-4.80.4-0.80.6-1.20.4-1.0-表2 合金的相组成合金牌号主要相组成杂质相LD2(Al)，Mg2Si，W(Cu4Mg5Si4Alx)(FeMnSi)Al6，AlSiFeLD5或LD6(Al)，Mg2Si，W(Cu4Mg5Si4Alx)，CuAl2，少量S(CuMgAl2)(FeMnSi)Al6，TiAl3LD10(Al)，Mg2Si，S(CuMgAl2)，CuAl2，W(Cu4Mg5Si4Alx)(FeMnSi)Al6或Mn3SiAl12当镁与硅的比例为1.73时，形成Mg2Si。当比值小于1.08时，便可能形成W相，剩余的铜形成CuAl2。Mg2Si属于典型化学化合物，化合比为1.73。CuAl2、S(CuMgAl2)、W(Cu4Mg5Si4Alx)等相属于金属化合物。W相中的Cu：Mg：Si为4：5：4，含Al约30-40。W相与S、CuAl2、Mg2Si等相不同，在淬火加热时，只部分固溶，参与强化。热处理特性共同强化相：Mg2Si。这类合金淬火后，在室温的停留时间，会降低随后的人工时效效果。LD2合金表现明显，停留时间超过30min，强化效果明显下降，超过6小时，则强度达不到技术条件的要求。LD10合金淬火后，应在3h以内或48h以后进行人工时效，才能达到最好的力学性能。LD2:52010，150-160，保温6-15h。LD2退火温度380-420。LD5主要强化相：Mg2Si，CuAl2，W相等。515-525，155-170，保温4-15h。LD5合金的退火温度：350-400。LD10合金强化相：CuAl2、Mg2Si、少量S相。过烧敏感性大，淬火加热温度不得高于505。人工时效与退火制度同LD5合金。在生产中通常采用热水作冷却介质，以减轻残余应力。表3铝-镁硅铜系合金得再结晶参数第六章 铝锌镁铜系合金目前室温强度最高的一类铝合金，超硬铝。常用牌号：LC3、LC4、LC5、LC6。板、棒、线、管材，为提高合金的抗蚀性，其板材表面包有含1Zn的包铝层。表1 超硬铝化学成分表合金牌号主要成分（）CuMgZnMnCr TiLC31.8-2.41.2-1.66.0-6.7-0.02-0.08LC41.4-2.01.8-2.85.0-7.00.2-0.60.1-0.25-LC50.3-1.01.2-2.07.0-8.00.3-0.8-LC62.2-2.82.5-3.27.6-8.60.2-0.50.1-0.25-强化元素：锌、镁元素。增加锌、镁元素使强度提高，延伸率降低，抗应力腐蚀性能变坏。铜：提高合金的力学性能和改善抗蚀性。含量小于3，否则合金抗蚀性变坏。锰、铬：增加合金在淬火状态下的强度和人工时效效果，改善抗应力腐蚀性能。铁、硅：有害杂质。硅与镁生成Mg2Si，减少合金中主要强化相MgZn2和T(Mg3Zn3Al2)。铁与锰形成难溶的复杂化合物，降低了压挤制品的力学性能。热处理特性LC3、LC4：淬火温度420-480，淬火速度要快。高于480，该系合金的抗蚀性下降。120-140时效。抗拉强度与时效温度的关系曲线有两个高峰：20-80时效，第一个高峰，合金塑性较好，抗应力腐蚀性能较差；120-140，第二个高峰，延伸率较差，抗应力腐蚀性能好。阶段人工时效：不但能显著提高抗应力腐蚀性能，还能缩短时效时间。LC4合金退火，在空气中冷却有淬火效应。工艺：350-420，以冷却速度小于30/h冷至150出炉空冷。退火：LC4合金2.0mm冷压延板材（变形率为60，空气炉中加热，保温1.5h，室温下冷却）的再结晶温度为300，再结晶终了温度为370。压挤制品的再结晶温度较高，如壁厚2.0mm的型材，变形率97.8，在同样的退火条件下，其开始再结晶温度为400，再结晶终了温度为460。锰、铬、锆等少量元素，对合金的再结晶过程有很多的影响。锆的影响最大。如含2Mg及5Zn的合金板材，开始再结晶温度为295，终了再结晶温度为320，加入0.05Zr后，终了再结晶温度为485。因此这种合金在正常的淬火和退火状态下，其组织为在变形纤维组织的基体中出现少量再结晶晶粒。这种组织具有更高的抗应力腐蚀性能。第七章 铝铜镁铁镍系合金属于耐热铝合金。常用牌号：LD7、LD8、LD9。LD7耐热性最好。LD7主要强化相：S(CuMgAl2)LD8、LD9主要强化相：S(CuMgAl2)、Mg2Si相主要耐热相：S(CuMgAl2)、FeNiAl9热处理特性LD7 525540，165-180，保温10-16hLD8 525540，185-195，保温8-12hLD9 510520，150-180，保温6-16h对于大型的制件可采用阶段淬火方法，以减小淬火时产生的内应力，避免制件裂纹和翘曲。由于这种合金限制锰的含量，合金的再结晶倾向比较大。所以合金在热加工后，易得到完全的再结晶组织。这个合金在经热加工后，再经淬火热处理，合金不但充分再结晶，而且晶粒均已长大。淬火后，模锻件在各个截面上均呈比较粗大的、近似等轴的再结晶晶粒，这使合金制品的力学性能无明显的各向异性。而且晶粒较粗大，对合金的耐热性还更为有力。LD7合金k9模锻件三个方向上的力学性能试样号力学性能b（公斤/毫米2）（）1（横向）40.441.418.420.82（侧向）40.2-41.716.020.03（纵向）40.6-42.614.4-18.8第八章 铝铜锰系合金耐热变形铝合金。常用牌号：LY16、LY17。压挤和模锻半制品，用来制造200-300工作的零件。铝-铜-锰系合金化学成分合金牌号主要成分（）CuMnMgTiLY166.0-7.00.4-0.8-0.1-0.2LY176.0-7.00.4-0.80.25-0.450.1-0.2强化相：CuAl2 T(CuMn2Al12)相Cu：6.0-6.5%，再结晶温度高。Mn：0.4-0.5%，形成T相。弥散细小。1.2，T相增多，粗大，耐热性降低。Ti：细化晶粒，提高再结晶温度。0.2，生成高熔点化合物TiAl3。0.3，TiAl3呈粗大针状，耐热性下降。Mg：降低LY16的焊接性能，应控制在0.05以下。LY17合金中，加入0.25-0.45镁，室温强度提高，改善150-250下的耐热性能，焊接性能变坏。锌、铁、硅作为杂质加以控制。LY16：（Al）+