金属材料3铝合金知识分享

金属材料金属材料3 3铝合金知识分享铝合金知识分享 2019 10 24 一 铝及铝合金的主要特点 二 铝合金的合金化原理 三 铝及铝合金分类 四 各类铝合金简介第三章铝及铝合金2019 10 24重要的有色金属 材料 产量占所有有色金属产量的近一半 在金属材料中仅次于铁 资源丰富 性能优良 一 铝及铝合金的主要特点世界原铝年消费量超过2700万吨日本接 近400万吨 其中 交通运输130万吨 汽车120万吨 建筑75万吨 门窗 用铝材占70 以上 包装业44万吨人均35Kg a我国是原铝生产大国 年 产量超过550万吨 铝加工材料 360万吨 年产3万吨以上大型铝材企 业超过25家其中铝型材210万吨 铝箔40万吨 铝板80万吨 铝带30 万吨 2019 10 24 1 密度小 比强度高 纯铝密度约为2 7g cm3 铝合金密度在2 63 2 85g cm3 约为钢铁的1 3 如Al 4Li 2 4g cm3 Al 12Fe 3 06g cm3 比Cu Fe及其合金轻得多 LY12比强度达到17 4 常用合金结构钢40Cr的为12 8 航空 航天器 汽车 高速磁悬浮列车 坦克装甲 建筑 交通运 输等轻量化 美国轿车每使用0 45kg铝合金零件 车重可减少1 021kg 美国汽车工业的用铝量已占其全部用铝量的8 以上 2019 10 2499 996 纯铝熔点660 37 99 97 为659 8 熔炼 铸造 加工比较容易 铸造性能好多数铝合金为共晶系 如Al Si铸件 活塞 气缸等 压力加工性能强度低 塑性好 能通过塑性加工制成各种形状的产 品 挤 拉 轧 缎 冲 获得管 带 型 棒 线 板 箔等制 品 2 熔点低 工艺性能好2019 10 24铝和铝合金无低温脆性 强度与 塑性均随温度的下降而升高 即使在超低温范围内也不出现类似普 通钢的低温脆性 适合于天然液化气装置 液氧储存容器 另外 高纯铝在极低温度下导电率比铜的高 可作超导体的稳定材 料 4 塑性好 易加工 低温性能好2019 10 24 5 抗腐蚀表面可生成致密的氧化膜 可起保护作用 但卤族离子和碱离子会破坏氧化膜 液态天热气输运管道 输油管道 冷冻装置 铝及铝合金有良好的表面处理性能 如 6063 6064锻铝通过阳极氧化处理可在表面形成一层透明的氧化膜 并可着上各种颜色 可作装饰用材 门窗等 特殊处理后可选择性的吸收太阳光 提高吸收太阳能的效率 作太 阳能装置 还可由硬质氧化处理提高耐磨性 阳极氧化还可以赋予合金电绝缘性 亲水性 润滑性等 2019 10 24仅次于Ag Au 金融 Cu 远优于Fe Ti等 在工业 金属 仅次于Cu 室温下电工铝的等体积电导率为62 IACS 单位质量导电能力是铜的2倍 可部分替代Cu 作电线 电缆或用于其他电器元件 民用铝锅 电冰箱的导热部件 家庭采暖 发动机散热片等 还有 电子元件的导电导热基座等 6 导电 导热性好2019 10 24热膨胀系数大为不锈钢 铜 黄铜的 约1 5倍 与其它金属联接 铆接 复合时 热膨胀系数差值较大 产生大的内应力 以变形 但Al Si系合金与显微强化的铝材的膨胀系数较低 无磁性几乎不受电磁场影响 且无磁性 用于罗盘 抛物面天线 电子计算机存储磁盘等 核性能热中子吸收面积小 在放射线作用下 性能变化不敏感 用于反应堆的工艺管 元件包壳材料 以及浓缩铀的离心分离筒 机械手 加速器 热核反应超真空装置等 7 其他2019 10 24纯铝强度低 b 80 100MPa 0 2 30 50MP a 35 40 HB 25 30 即使冷变形60 80 b 150 180MPa 但 1 1 5 难以 满足需要 需合金化 合金化的考虑以所需的性能要求和成本要求为中心 二 铝合金的合金化原理2019 10 24加工硬化固溶强化弥散强化细 晶强化因此 从合金化的角度看 可选择的元素应有如下特点 固溶 度大 低温 高温极限固溶度大 而低温的小 可形成作为结 晶晶核的第二相颗粒 钉扎晶界的稳定相颗粒 1 提高强度的途径2019 10 24合金元素在铝中的极限固溶度Zn AgMg GeCu LiSi MnTi CrV ZrFe at 28 813 813 52 72 41 631 590 90 740 40 210 080 025wt 7056 617 47 25 654 21 651 82除Ag Ge外 其他元素均是常见合金化 元素Zn Mg Cu Li 正开发 Si 铸铝 有时也包括Mn 可 作主加元素 起固溶强化 弥散强化作用 加入量 1at Zr V Cr Ti 有时也包括Mn 可作辅加元素 起细晶 补充强化 提 高再结晶温度 改善抗蚀性 Be 等作用 与铝形成包晶系 Fe Si通常在变形铝合金中为杂质 但在Al Mg Si Al Cu Mg Fe Ni Al Fe V Si等中例外 新技术的发展 如快速凝固 机械合金化等有可能改变元素的固溶 量和作用 2 常见合金化元素2019 10 24元素在铝合金中的溶解受其固态结 构结合力破坏和原子在铝中扩散速度的控制 可用铝合金相图大致确定 通常与铝形成易溶共晶的元素溶解较快 形成包晶的元素溶解慢 如 Al Mg Al Zn Al Cu Al Li等为共晶系 易熔炼 元素直接添加 Al Si Al Fe Al Be等虽存在共晶反应 由于熔点差别大 溶解慢 需较大过热才能 完全溶解 Al Ti Al Zr Al W Al Nb等为包晶体系 熔点相差大 组元应以中间合金形式添加 3 铝合金添加合金元素的溶解2019 10 24Al Cu CuAl2 Al Mg Al3Mg2 该相沉淀强化作用不大 易在晶界析出Al Mn MnAl6 有一定弥散强化作用Al Si Si一般要变质处理是针状Si变粒状 合金流动性好Al Cu Mg CuMgAl2 S Mg32 Al Cu 49 T Mg增加 S增多Al Mg Si Mg2Si Al Zn Mg Cu MgZn2 Al2Mg3Zn3 T Mg32 Zn Al 49Al Li AlLi Al2CuLi T Al2MgLi美国空军70年代发展的合金0812和 1212耐热铝合金中的Al12 Fe V 3Si 4 合金元素加入到铝中后可能产生的强化相2019 10 24 三 铝及铝合金分类 区变形铝合金形成固溶体合金 有利于压力 加工 区铸造铝合金合金元素或金属间化合物与铝形成共晶体 液 态金属流动性好 有利于铸造变形铝合金1 工业纯铝2 热处理不可 强化铝合金溶解度小或随温度变化不显著3 热处理可强化铝合金溶 解度随温度变化而变化2019 10 24铝及铝合金纯铝铝合金高纯铝 A l 99 93 工业纯铝 Al 98 8 硬铝Al Cu Mg 系锻铝Al Mg Si Cu 系 Al Cu Mg Fe Ni系超硬铝Al Zn Mg Cu 系Al Si系防锈铝Al Mn系 Al Mg系变形铝及铝合金铸造铝合金Al Zn系Al Mg系Al Cu系流动性好 填充性好 抗冷热裂共晶体较多 1 铝合金的大致类别2019 10 24铝及铝合金金牌号号纯纯铝铝铝合 金金高纯铝L0X L01 99 93 L02 L03 L04 99 996 工业纯铝Lx L1 99 85 L2 L3 L4 L5 L6 98 8 硬铝LYxx LY11 AAxx 2A11 LY12 AA2024 2A12 锻铝LDxx LD30 AA6061 6A30 LD7 AA2618 2A07 超硬铝LCxx LC4 LC9 AA7075 7A04 Al Si系ZL1xx ZL101 ZL111防锈铝LFxx LF21 AA3004 3A21 LF6 AA5083 5A06 变形铝及铝合金金铸造铝合 金金Al Zn系ZL4xx ZL401 ZL402Al Mg系ZL3xx ZL301 ZL302Al Cu系ZL2xx ZL201 ZL203稀土元素高熔点化合物 固溶强化 弥散 变质 细化晶粒 改善铸造性能 净化熔体 提高耐蚀性 2 中国铝及铝合金牌号与状态符号 旧 例LF21M LY12CS ZL201 T22019 10 24铝合金牌号Al 99 00 1 Al Cu2 Al Mn3 Al Si4 Al Mg5 Al Mg2Si6 Al Zn MgCu7 Al Sn Li8 3 美国AAA标准合金牌号2019 10 24热加工 T1 冷加工时效 T5 退 火 O 中间退火冷加工固溶处理冷加工 T3 时效 T8 自然时效 T4 时 效 T6 稳定化处理 过时效 T7 人工时效 T10 自然时效 T2 冷加 工 T9 状态分得细致 往往在状态符号后加一些数值 如T31 T36等 表示T3中的冷变形量为1 6 美国AAA标准状态符号2019 10 24在我国原有牌号基础上 吸收美国 牌号的表征优点 体现自己的特色 XXXX主加元素数字 美国牌号A 原有合金B C D 改进型 4 中国铝及铝合金牌号与状态符号 新 旧牌号美国牌号新牌号GB T3190 1982GB T16474 1996LF21AA30043A21LF6AA50835A06LY11AAxx2A11LY12AA20242A12LD 30AA60616A30LD31AA60636A31LD7AA26182A07LC9AA70757A042019 10 24热加工 R 中间退火 冷加工 中间退火 冷加工 Y或Yn n 1 2 3 4 退火 M或Yn 稳定化处理 无国标 说明Y 硬态M 软态Yn 半硬态Y1 3 4硬 Y2 1 2硬 Y3 1 3硬 Y4 1 4硬T 特硬态不热处理强化原因固溶强化大于时效强化 无多型性转变 即使时效强化但不明显 第二相晶界网状析出 生产中不进行 否 则更换合金 热处理不可强化铝合金特点组织简单 塑性好 焊接性好 耐蚀包 含纯铝 Al Mn Al Mg 防锈铝 热处理不可强化铝合金2019 10 24仅根据淬火 时效 的工艺表征 粗糙 热加工 冷加工 退火的 与热处理不可强化 铝合金的相同 热加工R退火M淬火C淬火 冷轧 冷加工 CY淬火 自然时效CZ淬火 人工时效CS对于变形铝材的状态符号 中国目前最多可达4位 而美 国可达6 7位实际上 热加工量 退火工艺 淬火工艺 形变热处理工艺均对 合金性能有遗传性影响 但上述的合金状态符号无法表达 热处理可强化铝合金2019 10 24 四 各类铝合金简介 一 纯铝与工业纯铝 二 热处理不可强化铝合金 三 热处理可强化铝合金 四 铸造铝合金2019 10 24 一 纯铝与工业纯铝1 纯铝 Al99 00 Al99 50 Al99 60 Al99 70 Al99 80 Al99 85 Al99 99 杂质能提高纯铝的力学性能除Mg Mn外 多数杂质降 低铝的抗蚀性2019 10 24多数杂质元素降低铝的导电性2019 10 24F e Si是纯铝的主要杂质Fe Si很少时 出现FeAl3和 Si 硬而 脆 呈针状或片状 塑性变差 还可能出现 Fe2SiAl8 汉字形图案 和 FeSiAl5 针状 三元化合物Fe Si总量小于0 65 时 应使Fe Si 以 减少铸锭开裂 超过0 65 铁硅比影响减少 当Mn存在时 Fe熔入Al6Mn中 减少Fe的有害作用 2019 10 242 工业纯铝1 系铝合金 国际注册40余个牌号 我 国22个牌号牌号铝含量性质用途119999 99切削性能差 焊接性能好 抗蚀性能优于镍铬系不锈钢电解电容箔 光子反光沉积膜106099 60强度低 可加工硬化化工 油罐车 过氧化氢储罐 电导体 焊 条 仪表105099 50焊接 加工性能好 耐蚀食品 化工 酿造工业 的挤压盘 管 电导体 小五金110099 00良好成形性和耐蚀性 低 强度热交换器 印刷板 铭牌114599 45Fe Si 0 55 绝热铝箔 热 交换器135099 50Fe0 4 Si0 5电线 导电绞线 变压器带材 汇流 排8A06Si0 55 Fe0 50 Fe Si1 0 Cu Mn Mg各0 1其它0 152019 10 24 二 热处理不可强化铝合金1 铝锰合金 3 系铝合金2 铝镁合金 5 系铝合金3A21 LF21 5A02 LF2 5083 LF4 5A03 LF3 等退火状态塑性好 加工硬化后比工业纯铝强度高 耐蚀性能和焊 接性能好 可切削加工 用于飞机油箱 船舶 化工设备和其他中 等强度耐蚀 可焊零件 A21可做饮料罐 2019 10 24 Al Mn合金3 系铝合金国际注册 系合金有 余个牌号 我国标准有 个牌号3003合金含有1 2 Mn 比1100合金强度高 成 形性好 用于低温装置 一般器皿和建筑材料 3A21与3003几乎相同 用于飞机油箱 油路管道和铆钉线材其他四 种是Al Mn系添加Mg 强度提高 抑制再结晶晶粒长大 能使铸锭加热处理 简单化 用于建筑材料 电灯灯口 饮料罐牌号Si FeCu MnMg Cr3A210 60 70 201 0 1 60 0530030 60 70 05 201 0 1 531 030 50 70 100 9 1 50 300 1030040 30 70 251 0 1 50 8 1 33 0050 60 70 301 0 1 50 20 0 600 1031050 60 70 300 3 0 80 20 0 800 202019 10 24抗蚀原理Al Mn合金系中形成的MnAl6化合物与纯铝的电极电位相当 Al Mn合金亚共晶部分结晶温度范围很窄 仅0 5 1 几乎与纯铝熔点 相当 另外液相线与固相线近似水平线 说明平衡结晶时 已结晶 的固溶体与残余液相成分差别很大 并且 Mn在液相中的扩散速度 远低于其他合金元素 故在结晶时易形成Mn偏析 Mn含量高 再结晶温度高 由于偏析 会造成板材退火出现粗大再 结晶晶粒解决办法均匀化 消除晶内偏析 加入Fe Ti Fe减少偏 析 Ti细化晶粒2019 10 243A21典型力学性能状态抗拉强度 MPa屈 服强度 MPa延伸率 退火状态1305023半硬态17013010硬态2201805 热处理要求 1 高温均匀化退火 590 620 使Mn固溶均匀 大变形 70 晶粒细化 形核析出均匀 2 高温 热轧 480 520 3 高温快速再结晶退火 盐浴或感应加热 500 短时间4 添加 适量Ti 抵消部分偏析 因为Ti是晶内偏析 与Mn偏析相反2019 10 24 Al Mg合金5 系铝合金Al Mg合金化合物 Mg2Al3有沿晶界网状析出倾向 时效强化效果不大 Mg从2 增加到10 耐蚀性和塑性下降 超过7 工艺性能显著 变坏Mn Cr提高焊接性和耐蚀性 强化Ti V细化晶粒 提高强度和 可焊性Be减轻熔化和焊接时的氧化Sb Bi消除高镁合金的钠脆现象C u Zn Fe Si是杂质但5A03加 5 0 8 Si 改善焊接性能2019 10 24Mg在铝中的溶解度大 牌号多牌 号旧牌号镁含量合金相特征用途50050 8 Mg5Al8中等强度 耐蚀性 好导线炊具仪表建筑50501 4 Mg5Al8杂质FeAl3可加工硬化 耐蚀性 好制冷机内衬板 汽车的汽 油导管50522 5 Mg5Al8MnAl6杂质相Mg 2Si FeAl 3 FeMn Al6燃料箱 仪表 5056LF5 15 0 Mg5Al8冷 热加工性好 焊接优良包铝或不包铝的线材5083LF 44 0 4 9 Mg5Al8MnAl6压力容器 焊接件 运输罐车2019 10 24耐蚀性好 的原因 Mg5Al8的电极电位低于基体相 当 均匀析出时 起阳极保护作用 耐蚀性最好 沿晶界析出时 增大晶界腐蚀和应力腐蚀倾向 Mg3 5 经过冷加工硬化 应力腐蚀不敏感5083合金的典型拉伸性能状态屈 服强度 MPa抗拉强度 MPa延伸率 O14529022H11219330316H1162283 1716H32122831716H342833459热处理特点 1 热加工温度范围宽 从2 60 510 合金元素含量提高 范围变窄2 退火温度345 附近 不需 要保温3 稳定化退火温度 120 150 2019 10 24 三 热处理可强化铝合金1 Al Cu系合金 2 系铝合金2 Al Si Cu Mg 系合金 4 系铝合金3 Al Mg Si系和Al Mg Si Cu系合金 6 系铝合金4 Al Zn Mg Cu系合金 7 系铝合金5 新型变形铝合金 8 系铝合金2019 10 241 Al Cu系合金 2 系铝合金用量最大 产品种类最多 国际注册牌号近60个 我国近40个 1 硬铝 Al Cu Mg系合金 硬度 强度高 故称硬铝 可热处理强化 典型牌号2A11 LY11 2A12 LY12 2 锻铝 Al Cu Mg Si系合金当Mg含量小于1 时 Si 0 5 能形成Mg2Si 有利于人工时 效 典型牌号2A50 LD5 2B50 LD6 2A14 3 耐热铝合金 Al Cu Mg Fe Ni系合金添加Ni 当Fe Ni约为1时 形成FeNiAl9 偏离比例出现AlC uNi Al7Cu2Fe 组成相为 S FeNiAl9 没有 宜人工时效典型牌 号2A70 LD7 2A80 LD8 2A90 LD9 2618 4 耐热铝合金 Al Cu Mn系列含Mg少或不含 添加一定量的Mn 合金由 CuAl2 T Al 12Mn2Cu 组成 过剩 提高耐热性 T相粗化缓慢 保持高温稳定性 典型牌号2A16 LY16 2B16 LY16 1 2A17 LY17 2A20 LY20 2219 LY19 2019 10 24 1 Al Cu Mg系合金 硬铝二元相 CuAl2 Al3Mg2 三元相S Al2CuMg T Al6CuMg4 和S强化效果好 T强化效果微弱 不起强化效果 铜含量愈高 S相愈少 多 铜镁比2 61时 4 5 Cu 1 5 2 Mg 合金强化相几乎全为S相 继续增加Mg会出现T和 强化效果降低 控制Mg 2 2019 10 24最高 强度在 S三相区2019 10 24高温强度最好在 S三相区图中 b为250 的瞬时强度阴影部分应力40MPa 300 下的持久时间2019 10 24Al Cu Mg系系合金硬度 强度高 故称硬铝 可热处理强化 和S相同时出现时强化效果最好 但用于高温结构时 由于S相更 稳定 因而采用人工时效获得主要以S相强化的合金 室温使用时采 用自然时效 Mn是2 系合金的组成元素 消除Fe的有害作用 抑制再结晶过程 挤压效应 Ti细化铸造组织 降低铸锭热裂倾向 Fe Si为杂质元 素2019 10 24硬铝耐蚀性差 因为两强化相均为阴极 代表LY11 AA xx 2A11 LY12 AA 2024 2A12 前者以 强化为主 后者以S相为主 易过烧 这类合金存在的问题是凝固时易出现非平衡组织 须均匀化 有挤 压效应 抗蚀性差 型材 管材等采用阳极氧化或涂漆以提高抗蚀 性 美国80年代开发装甲用2519合金 抗应力腐蚀 我国只是近来才开始研究用于装甲的铝合金 2124合金厚板用于制造飞机结构件 2419用于高温结构和高强焊件 2224挤压件 2324厚板与薄板用于波音767部分结构件 2219合金 用于火箭燃料箱 美国雷神 和土星II号火箭上用 2019 10 242A0 1 LY1主要成分Cu2 2 3 0 Mg0 2 0 5 强化相 S杂质相Mg2Si Fe2SiAl 8 Al7Cu2Fe性质耐热性不高 中等强度 中等抗蚀性 淬火自然时 效耐蚀性最好 使用温度超过100 会出现晶间腐蚀 用途线材 用于不超过100 结构件铆钉 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T429416724O1575924200 186262019 10 242A02 LY2主要成分Cu2 6 3 2 Mg2 0 2 4 Mn0 45 0 70 强化相S杂质相Mg2Si MnAl 6 Al7Cu2Fe性质有较好耐热性 可在300 以下温度使用 耐蚀性 不高 有应力腐蚀开裂倾向 可焊接 切削加工性能好 热塑性好 热处理500 5 固溶 165 175 时效16h用途棒材 可加工成锻件 用于200 300 涡轮喷气发动机 轴向压气机叶片 叶轮和盘 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T643027510200 37422816 1300 1719421 52019 10 242A11 LY11主要成分Cu3 8 4 8 Mg0 4 0 8 Mn0 4 0 8 强化相 S杂质相Mg2Si AlMnFeSi AlSiMnCuFe性质与2A12相 比 含Mg量低 强度略低 但塑性好 抗蚀性差 阳极氧化 涂漆 包铝可提高抗蚀性 热处理500 淬火 自然时效用途板 管 棒 型材及锻件 用做中等强度结构件 如飞机骨架 螺旋桨叶片 建筑 交通 造 船的结构件和配件状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T4375 10O225 122019 10 242A12 LY12主要成分Cu3 8 4 9 Mg1 2 1 8 Mn0 3 0 9 强化相S MnAl6杂质相Mg2Si AlMnFeSi AlSiMnCuFe性质 强度高 有一定耐热性 可在150 以下工作的零件 抗蚀性差 要包铝保护 焊接易出现裂纹 可铆接热处理要求严格 485 498 固溶 185 195 时效6 12h用途板 带 管 棒 线 型材及锻件 飞机蒙皮 骨架 筋梁 隔框等高强度结构件和150 以下工作零件 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 O0 5 能形成Mg2Si 有利于人工时效 主要强化相W S 典型牌号2A50 LD5 2B50 LD6 2A14 LD10 2 019 10 242A14 LD10主要成分Cu3 9 4 8 Mg0 4 0 8 Mn0 4 1 0 Si0 6 1 2 除Mn Si外 其他与2A11相当 强化相W Mg2Si S杂质 相 FeMnSi Al6性质强度高 与2A12相当 但铸锭热裂倾向比2A12小 有好的热塑性 锻造性 焊接性能和耐热性 缺点材料纵 横向性能差别大 人工时效有晶间腐蚀和应力腐蚀开 裂倾向热处理502 3 淬火 自然时效10d或160 5 时效18h 轧制 或冷加工材 170 5 时效10h 锻件 用途板 带 管 棒 线 型 材及锻件 用做高载荷结构件 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T6锻件47337311200 2942 2618T6板材461402102019 10 242A50 LD5主要成分Cu1 8 2 6 Mg0 4 0 8 Si0 7 1 2 Mn0 4 0 8 实质是在Al Mg Si基础上加铜 抑制自然时效 加强人工时效 强化相Mg2Si W 少量S杂质相 FeMnSi Al 6 TiAl3 性质中等强度 热塑性好 抗蚀性 焊接性 切削性能好缺点有挤 压效应 材料纵 横向性能差别大 有晶间腐蚀倾向热处理520 5 淬火 150 160 时效6 12h用途中等强度锻件和棒材 飞机隔框 接头 支架和摇臂等状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延 伸率 T6锻件392 6200 275 102019 10 242B50 LD6主要成分Cu1 8 2 6 Mg0 4 0 8 Si0 7 1 2 Mn0 4 0 8 在2A50基础上添加少量Cr Ti 强化相Mg2Si W 少量S 杂质相 FeMnSi Al 6 TiAl3 性质高温塑性比2A50好 其他性能相当热处理505 525 淬火 150 165 时效6 15h用途制造复杂锻件 如压气机叶轮 导流叶轮等状态抗拉强度 M Pa屈服强度 MPa延伸率 T6纵向38027510横向36524572019 10 24 3 Al Cu Mg Fe Ni 锻铝 耐热铝合金 添加Ni 当Fe Ni约为1时 形成FeNiAl9 偏离比 例出现AlCuNi Al7Cu2Fe 组成相为 S FeNiAl9 没有 宜人工时 效典型牌号2A70 LD7 2A80 LD8 2A90 LD9 26182019 10 242A 70 LD7主要成分Cu1 9 2 5 Mg1 4 1 8 Fe0 9 1 5 Ni0 9 1 5 Ti0 02 0 1 强化相S FeNiAl 9 Mg2Si Ni Fe AlCuNi Fe Ni Al7Cu2Fe 性质有良好耐热性 热态塑性好 临界变形度小 2 4 铸造和加工性能都好 但焊接性和耐蚀性都差 热处理520 535 固溶 190 5 时效20h 退火380 430 缓慢冷却用途锻件 棒材或板材 用于200 250 航空发动机或其他高温工作零件 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T6锻件41528219 6250 26 2 8 62019 10 24 4 Al Cu Mn 硬铝 耐热铝合金 含Mg少或不含 添加一定量的Mn 合金由 C uAl2 T Al12Mn2Cu 组成 典型牌号2A16 LY16 2B16 LY16 1 2A17 LY17 2A20 LY20 2219 LY19 这些合金中 除2A17含0 25 0 45 Mg外 其他几乎不含Mg合金中Cu大于6 已超过Cu的极限固溶 度 过剩的 CuAl2 提高耐热性 T相粗化缓慢 保持高温稳定性 Ti细化晶粒 提高再结晶温度 Zr V提高再结晶温度和固溶体稳定性Fe Si为杂质在二元铝合金中 以Al Cu合金耐热性最好 进一步合金化 又以Al Cu Mn耐热性能最好 2019 10 242A16 LY16主要成分Cu6 7 Mn0 4 0 8 Ti0 1 0 2 强化相 T TiAl3杂质相Fe2SiAl 3 AlMnFeSi性质室温强度和高温 300 以下 持久强度高 热塑性 好 可焊接 抗蚀性差 阳极氧化 涂漆 包铝可提高抗蚀性 热处理535 5 固溶 165 190 18 35h时效用途板 棒 型材及锻件 315 下高温结构件和高强度焊接件 发动机导轮 超音速飞机结构材料 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T6392314123001771271420 19 10 242 Al Si合金 4 系合金 Si不溶于Al 几乎以纯Si形式存在 不可热处理强化 Si超过3 应变质处理 熔点低 流动性好 容易补缩 可避免焊接裂纹 韧性和抗蚀性性好 对焊接有利 一般用做焊接铝用焊丝和钎料 加Cu Mg 可热处理强化 用于焊接可热处理强化铝合金 加少量N i 与Fe形成化合物 提高高温强度 硬度 低膨胀系数和高耐磨性 可用于制造活塞及其他高温下工作零件 国际牌号有30余个 我国 仅10个2019 10 244A11 AA4032 LD11主要成分Si11 0 13 5 其它Cu Mg Ni强化相Si Mg2Si CuAl 2 S AlCuNi或Al7Cu2Fe杂质相FeAl 3 AlFeSi性质铸造性能好 线膨胀系数小 耐磨性好 同时Fe Ni 含量高 有良好耐热性 可认为是耐热锻铝 抗应力腐蚀开裂性能好 但一般抗蚀性和焊接性较差 热处理505 515 固溶 170 175 时效8 12h 用途锻件 棒材 用于活塞和其他高温工作零件 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T6锻件3803159100 34530 09200 9062302019 10 244A01 AA4043 LT1 特殊铝 主要成分Si5 强化相Si杂质相Fe2SiAl 8 FeSiAl 3 FeAl3性质流动性好 很小的收缩率和良好焊接性能 抗蚀性也好 热处理热加工400 450 用途产品为线材 用于铝合金焊接时的填充金属 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 典型性能6255 282019 10 244A13 AA4343主要成分Si7 5 组成相Si Fe2SiAl 8 FeSiAl 3 FeAl 3 FeMn Al6性质熔点低 凝固范围窄 流动性好 很小的收缩率 和良好焊接性能 热处理热加工430 480 用途产品为板材 用做钎接合金板的包覆层 0 06 0 16mm 钎焊填充金属 钎接合金板基体为3A21 2019 10 243 Al Mg Si系铝合金 6 系合金 锻铝 Mg2Si是主要强化相 极限固溶度达到1 85 3 00 时仅0 27 可热处理强化 Mg2Si中Mg Si比为1 73 1 如果Mg含量过剩 对于生成Mg2Si而言 会降低Mg2Si在铝中的溶解 度导致时效效果降低 Mg2Si含量高增加淬火敏感性 一般要求Si过剩 国际牌号70余个 我国15个 2019 10 24 如6013Al 0 6 1 1 Cu 0 6 1 0 Si 0 8 1 2 Mg 0 2 0 8 Mn 由美国铝业公司1983年研制成功 广泛用于飞机 汽车结 构件 如美国海军反潜战斗机 巡逻机P 7A用6013 T6薄板取代包铝的2024 T3作蒙皮 我国仿制 该类合金锻造性好 对应力腐蚀不敏感 时效过程缓慢因而采用人 工时效 强度中等 耐蚀性 焊接性 加工性良好 常见合金6063 作建筑及装饰材料 工艺简单 淬火敏感性地 可 空气中淬火 在6063中加少量Cu和Cr获得6061合金 时效后强度更高 但淬火敏 感性增加 挤压后须重新固溶水中淬火 该类合金有停放效应 淬火后室温停留会降低随后的人工时效强化 效果 2019 10 246 系合金工艺性能好 能铸造成大规格的铸锭 加工性能优良 可大变形 生产大型 几何形状复杂的产品 特别适合于挤压成型Cr Mn可中和Fe的不良作用Cu可提高强度Zr T i细化晶粒 抑制再结晶典型型号6061 LD30 6063 LD31 2019 10 246061 LD30主要成分Mg0 8 1 2 Si0 4 0 8 Cu0 15 0 4 Cr0 4 0 35 强化相Mg2Si热处理525 530 固溶 160 18h时效用途建筑材料 卡车 船舶 铁道车辆结 构件 家具状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T631027617100 290262182019 10 246063 LD31主要成分Mg0 2 0 6 Si0 45 0 9 强化相Mg2Si热处理非常优良的挤压性能和低的淬火敏感性 挤压后风冷即可淬火 易抛光和阳极氧化用途建筑材料 船舶 飞 机 建筑等的装饰构件状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T62 412141210010 244 Al Zn Mg Cu 系 7 系铝合金分不含Cu 含Cu两类Al Zn Mg 主要特点是焊接性能好 强度在340 450MPa 比硬铝和超硬铝低 但比Al Mg Si和Al Mg系高 称为中强可焊铝合金 主要强化相T Al2Mg3Zn3 和 MgZn2 Al Zn Mg Cu 含Cu 强度在硬铝中是最高的 称为超硬铝7 系铝合金国 际牌号60余个 我国18个2019 10 24 1 Al Zn Mg中强可焊铝合金 含铜小于0 3 时 抗拉强度约400MPa 国内无牌 号 基本仿制 一般情况下 Zn Mg量小于7 还可加微量Mn Cr Zr等元素 抗应 力腐蚀 焊接性好 若Zn Mg高于7 强度虽可提高 但焊接性差 人工时效 淬火性好 可空冷淬火 Cu能提高强度和抗应力腐蚀能力 但对焊接不利 应控制在0 3以 下 典型牌号7A 05 7005 7A01 LB1 7A52 LC52 70202019 10 247A 05 7005合金主要成分Zn4 0 5 0 Mg1 0 1 8 少量Mn Cr Ti Zr强化相T Al2Mg3Zn3 和 MgZn2 性质有应 力腐蚀开裂倾向热处理400 固溶 分段人工时效100 110 时效8h 145 155 时效16h 用途高强度 高韧性的焊接组件 各种角杆 状态抗拉强度 MPa屈服强度 MPa延伸率 T5339334515T637231712O1 9383202019 10 24含铜量高于0 3 时 硬度特别高 故称超硬铝 铜的加入可显剧提高塑性和抗应力腐蚀性能 抵消了由于Zn Mg的高 含量带来的塑性与抗蚀性损失 挤压效应 铜在其中的作用可归结为SSS 强化相S的生成 降低晶内与晶界电 位差 其中7049锻件 挤压件 板 7149和7479锻件用于飞机结构件 747 5薄 厚板用于机身 翼皮 梁 子弹壳 7050用于起落架等 7039装甲 欧共体的阿娜亚火箭的燃料箱用Al Zn Mg合金制造 航母上有时7055 T74511 7150 T77511 7249 T76511代替7075 T6 特点主强化相为 GP 塑性低 高温稳定性差 分级时效 GP区形成慢 过时效 抗疲劳 应力腐蚀 为进一步提高抗 蚀性 包Al Zn合金 或阳极氧化着色 有挤压效应 用于大型骨架承力件 2 Al Zn Mg Cu超硬铝2019 10 247050合金主要成分Zn5 7 6 7 Mg1 9 2 6 Cu2 0 2 6 少量Zr强化相T Al2Mg3Zn3 MgZn2 S Al2CuMg 性质很 高的强度 良好的抗剥落腐蚀及抗应力腐蚀能力 高的断裂韧性和 疲劳强度 可挤压 自由锻和模锻热处理T736415 固溶 稳定化处理 冷变形 时效120 175 用途飞机结构件中的板件 挤压件和锻件状态抗拉强度 MPa 屈服强度 MPa延伸率 T73649642772019 10 247075 7A09合金主要成分Zn5 1 6 1 Mg2 0 3 0 Cu1 2 2 0 Cr0 16 0 3 强化相T Al2Mg3Zn3 MgZn2 S Al2CuMg 性质很高的强度 良好的低温强度 焊接性能差 抗应力腐蚀能力需双级时效来提高 需包铝和其他处理后使用热处理T 651 T7352等460 470 固溶双级时效100 110 6 8h 170 180 8 10h 用途飞机结构件 高强度抗腐蚀结构件状态抗拉强度 MPa屈服 强度 MPa延伸率 T651572503112019 10 245 新型铝合金 1 Al Li合金 2 Al Sc合金 3 Al Fe V Si合金2019 10 24Al Li合金由于其轻质 是航空航天工业大力发展的一类合金 20世纪20年代初 德国首先研制成功含Li的Al合金Scleron 典型成 分为Al 12Zn 3Cu 0 1Li 强度性能比硬铝高 1957年美国铝业公司开发出Al Cu Li系2020合金 用于制造侦察机主翼的上下蒙皮 苏联随后也发展了类似的合金O1420 我国60年代初研制成功Al Cu Li系合金S141 80年代研制出中强可焊的Al 1 5Li 4 4Mg 0 2Ag 0 12Zr和高强Al 1 9 2 4 Li 2 0 24 Cu 1 0 1 5 Mg 0 1 0 13 Zr合金 问题韧性低 缺口敏感 晶间脆性 生产困难 一度中断 70年代中期以后 由于石油危机 又受重视 注重高强 低密度 高弹性模量 1971年英国Fulmer研究所研制成功Al Mg Li Zr合金 Li添加入Al中 每增加1 Li 合金密度降低约3 比刚度提高9 左 右 该合金裂纹扩展慢 1 Al Li合金2019 10 24Al Li合金时效的基本过程S S Al3Li AlLi Al Mg Li S S Al3Li AlLi Al2MgLi Al Cu Li S S Al3Li AlLi Al2CuLi GP 与基体共格 呈球状 为L12结构 属NaCl结构 以粗 大粒子在晶内与晶界不均匀沉淀 是强度下降 可独立形核 也可由 相转变而成 生产中 传统的熔铸工艺不易控制 由于Li容易氧化烧损 熔体吸 氢 与炉衬反应 形成气孔和夹杂降低合金的塑性与韧性 目前采用快凝 粉末冶金方法 Mg不溶于 2019 10 24沉淀相 与母相共格强化 一旦 被位错切割 共格部分截面积减小 以后的位错便容易沿此 面滑移并堆积 引起应力集中 造成裂纹 无沉淀带时效后期 沿晶界沉淀 晶界脆化吸氢 钠防止局部优先变形均匀脱溶 弥散强化防止应力 集中欠时效 形变热处理 晶粒细化防止晶界脆化净化熔体 加微 量Bi减少晶内应力集中Al Li合金韧性低的原因及防止方法2019 10 24典型牌号及性能8090合 金Al Li Cu Mg合金 Li2 2 2 7 Cu1 0 1 6 Mg0 6 1 3 中等强度 但密度比 2024 7075低10 2090合金Al Cu Li合金 Cu2 4 3 0 Li1 9 2 6 强度与7075 T6相当 密度低8 2091合金Al Cu Mg Li合金 Cu1 8 2 5 Mg1 1 1 9 Li1 7 2 3性能与7 系相当 密度低8 5A90合金Al Mg Li Zr合金 Mg4 9 5 4 Li1 8 2 2 Zr0 08 0 13 中强可焊合金2019 10 24 2 Al Sc合金 以微量Sc 0 07 0 35 合金化的合金 与不含Sc的同类合金相比 Al Sc合金强度高 塑韧性好 耐蚀性能和焊接性能优异 是继Al Li合金之后的新一代航天 航空 舰船用轻质结构材料 20世纪70年代以后 俄罗斯科学院相继对Sc的存在形式和作用机理 做了系统研究 开发出Al Mg Sc Al Zn Mg Sc Al Zn Mg Cu Sc Al Mg Li Sc Al Cu Li Sc五个系列17个牌号的Al Sc合金 产品主要瞄准航天 航空 舰船的焊接荷重结构件 以及碱性腐蚀 环境的管材 铁路油罐