铝合金基本知识

铝合金基本知识（一）一、铝合金的分类及组织特点１．铝合金的分类及性能特点温度/合金元素含量1-变形铝合金;2-铸造铝合金;3-不能热处理强化;4-能热处理强化表1铝合金分类分类合金名称合金系性能特点示例铸造铝合金简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低ZL102特殊铝硅合金Al-Si-Mg铸造性良好，能热处理强化，力学性能较高ZL101AAl-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109铝铜铸造合金Al-Cu耐热性能好，铸造性能与抗蚀性能差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL301铝锌铸造合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸ZL401铝稀土铸造合金Al-Re耐热性好变形铝合金不能热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度低3A21Al-Mg5A05能热处理强化铝合金硬铝Al-Mg-Cu力学性能高2A11,2A12超硬铝Al-Mg-Cu-Zn室温强度最高7A04,7A09锻铝Al-Si-Mg-Cu锻造性能好耐热性能好2A14,2A50Al-Mg-Cu-Fe-Ni2A70,2A80二、铝合金的强化方法1．固溶强化在纯铝中加入合金元素（SiCuMgZnMnNi……等），形成铝基固溶体，从而提高铝合金的力学性能。2．时效强化合金元素在铝中的固溶度随温度的降低而减少，通过加热到一定温度、保温、淬火而得到过饱和的铝基固溶体，过饱和的铝基固溶体在室温下放置一段时间，或加热到某一温度，其强度、硬度随时间的延长而增高，塑性、韧性降低。在室温下放置产生时效的现象叫自然时效。加热产生时效的现象叫人工时效。3．过剩相强化合金元素超过其极限溶解度时，这些合金元素与铝或元素间形成硬而脆的金属间化合物，在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。4．变质处理加入微量元素（钛、锆、铍、锶、稀土等），在合金结晶时，作为晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。在铝合金液中加入微量钠或钠盐作为变质剂，进行变质处理，细化晶粒可以显著提高其强度和塑性。5．冷作硬化金属材料在再结晶温度以下变形，变形后材料即被强化，强化的程度随变形程度、变形温度及材料的性质而不同。同种材料，在同一温度下冷变形时，其变形程度越大，则强度越高。这是不能热处理的防锈铝合金和纯铝的强化方法。三、铸造铝合金1．铸造铝合金牌号○1在牌号的最前面用“Z”表示铸造，其后用化学元素符号及数字表示。例如：ZAlSi7Mg表示该平均含硅量为7%,平均含镁量为1%的铸造镁合金。○2用合金代号表示。合金代号由字母“Z”，“L”（它们分别是“铸”、“铝”的汉语拼音第一个字母）及其后的三位数字组成。ZL后面的第一位数字表示合金系列，1—表示铝硅合金；2—表示铝铜合金；3—表示铝镁合金；4—表示铝锌合金。其后的两位数字是表示该组合金的顺序。若为优质合金则在数字后加“A”，例如：ZL101A是铝硅合金，相当于ZAlSi7MgA。2．合金铸造方法和变质处理代号S—砂型铸造J—金属型铸造R—熔模铸造K—壳型铸造B—变质处理3．铸造铝合金状态代号F—铸态T1—人工时效T2—退火T4—固溶处理加自然时效T5—固溶处理加不完全人工时效T6—固溶处理加完全人工时效T7—固溶处理加稳定化处理T8—固溶处理加软化处理4．压铸用铝合金表2压铸用铝合金之成分ALCOAJIS化学成分%Si硅Cu铜Mg镁Zn锌Fe铁Mn锰Ni镍Sn锡ALA13ADC111-13≤0.1≤0.3≤0.5≤1.3≤0.3≤0.5≤0.1余量A360ACD39~1.0≤0.60.4~0.6≤0.5≤1.3≤0.3≤0.5≤0.1余量360ADC48.5~1.0≤0.60.4-~0.6≤0.5≤1.0≤0.3≤0.5≤0.1余量218ADC58.5~1.0≤0.24-~0.85≤0.1≤1.8≤0.3≤0.5≤0.1余量214ADC6≤1.0≤0.122.5~4≤0.4≤0.80.4~0.5≤0.1≤0.1余量43ADC74.5~9.5≤0.6≤0.3≤0.5≤1.3≤0.3≤0.5≤0.1余量85ADC84.5~7.52.0~4.85≤0.3≤1.0≤1.3≤0.3≤0.5≤0.3余量85ADC94.5~7.52.0~4.0≤0.3≤1.0≤2.0≤0.5≤0.5≤0.3余量A380ADC107.5~9.52.8~4.0≤0.3≤1.0≤1.3≤0.5≤0.5≤0.3余量384ADC1210.5~121.5~3.5≤0.3≤1.0≤1.3≤0.5≤0.5≤0.3余量A3566.5~7.5≤0.10.25~0.45≤0.0.1≤0.2≤0.1Ti≤0.010.08~0.2表3压铸铝合金之机械性能合金代号合金状态机械性能抗拉强度σbMPa（不小于）伸长率δ5%（不小于）A13ADC1压铸热处理2893.1A360ACD3压铸热处理318.53.5360ADC4压铸热处理3243.0218ADC5压铸热处理308.75214ADC6--43ADC7--85ADC8--85ADC9--A380ADC10压铸热处理318.52.5384ADC12压铸热处理328.32.5A356T62953.0表4压铸铝合金之特性及用途合金代号特性用途A13铸造性能极佳，适用于中强度复杂铸件。薄而复杂铸件A360铸件机械性能ADC12，表面光泽好于ADC12、ADC13汽车门铰链等218耐蚀性为压铸合金中最佳者，伸长率、冲击值高。航空机制动及接头，船舶用接头及用具托架43ADC6展延性佳，需要锚合之零件使用之，铸造性、耐压性及熔接性均优。海上用具、管接头、建筑用具、厨房用品、胶制品铸型ADC7A380机械加工性极佳，表面加工效果好。广泛使用之384铸造性佳期，机械性能与切削性能优良。活塞、带轮、空冷缸头等。四、变形铝合金1．变形铝合金牌号1XXX工业纯铝（Al≥99.00%）2XXXAl-Cu系合金3XXXAl-Mn系合金4XXXAl-Si系合金5XXXAl-Mg系合金6XXXAl-Si-Mg系合金7XXXAl-Zn系合金8XXX其他元素合金9XXX备用系在1XXX系列中，第二位数字表示对杂质范围的修改，若为零则表示杂质范围为生产中的正常范围；最后两位数字表示最低含铝量中小数点右边的两位数字。例如：1350—含铝量大于99.50%,有三种杂质应受到控制，即(V+Ti)≤0.02%，B≤0.05%，Ca≤0.03%。在2XXX~8XXX合金系列中，第二位数字表示对合金的修改次数，若为零则表示为原始合金；最后两位数字只用来区别该系列合金中不同牌号的铝合金。2．变形铝合金状态代号F—经过正常加工工序后所获得的产品状态。H—应变硬化（加工硬化）状态。O—退火状态。T—热处理状态3．常用变形铝合金热处理状态代号T1—热加工后自然时效；T2—热加工冷却后进行冷加工后自然时效；T3—固溶热处理后进行冷加工，然后自然时效；T4—固溶热处理和自然时效后到稳定状态；T5—热加工后人工时效；T6—固溶热处理后人工时效；T651—固溶热处理后人工时效，经消除应力处理。4．自行车用变形铝合金的化学成份及力学性能表5力学性能铝合金牌号及状态拉伸强度(25°CMPa)屈服强度(25°CMPa)硬度500kg力10mm球延伸率1.6mm(1/16in)厚度6061-T65131027695127005-T53350305117075-T65157250315011表6化学成份合金牌号硅Si铁Fe铜Cu锰Mn镁Mg锆Zr铬Cr锌Zn钛Ti60610.4~0.80.70.15-0.40.150.8-1.20.04~0.350.250.1570050.350.40.05~0.10.2~0.71.0~1.80.08~0.200.06~0.24.0~5.00.01~0.06707523.60.51.2-2.00.32.1-2.90.18-0.285.1-6.10.2五、铝合金的热处理规范1．铝合金热处理特点1）含碳量较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，而塑性很低。铝合金的热处理则不同，铝合金淬火后，其强度与硬度并不立即升高，塑性不但没有下降反而上升。不过这种淬火后的铝合金，放置一段时间（4~6昼夜），其强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间的增长而显著提高的现象，称为时效。在常温下进行的这种现象称自然时效，在高于室温的某一温度（100~200℃）下，保温一定时间而产生的时效作用，称人工时效。2）某些铝合金，如Al-Mg-Si系合金，在室温停留后再进行人工时效，合金的强度指标达不到最大值，而塑性则有所上升。如ZL101A(A356.2)铸造合金，淬火后在室温停留一天后再人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低10~20MPa，但塑性要比立即进行时效的铝合金有所提高。又例如7A04超硬铝合金，淬火后停留2~48小时后，再人工时效，бb和б0.2约降低15~35MPa。为避免强度损失，淬火后所有铝合金均应在2小时内进行人工时效。对6061材料，淬火后必须立即人工时效。3）二元铝-硅、铝-锰、铝-镁和铝-锌合金，因为其固溶度较小，或与铝生成的化合物的结构与基体差别不大，强化效果甚微，一般不采用时效强化处理。铝-铜、三元及多元铝合金，因在热处理过程中有溶解度变化和固态相变，则可通过热处理进行强化。4）为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧和晶粒长大的条件下，淬火的加热温度高些、保温时间长些有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。5）每种铝合金均有其相应的时效温度，过高或过低都会影响其时效强化的效果。6）经淬火、自然时效后的铝合金重新加热到200~250℃，然后快冷到室温，则合金强度下降，重新变软，性能恢复到刚淬火状态；如在室温下放置，则与新淬火的合金一样，仍能进行正常的自然时效，这种现象称为铝合金的回归现象。2．变形铝合金的热处理变形铝合金的主要热处理方式有退火、淬火、时效和回归四大类型。1）退火铸锭的均匀化退火：消除铸锭内的组织及成分的不均匀现象及残余应力，以利于其后的冷、热加工。按合金的牌号不同，退火温度在440℃~620℃之间，退火保温时间为4~24小时。完全退火：对于非热处理强化和热处理强化的锻造铝合金，可通过完全退火来获得最软、延展性最好和最易加工的状态。消除应力退火：对于冷加工后的锻造合金，为了克服应变硬化的影响，常在345℃下进行去应力退火。2）变形铝合金的淬火（铝合金固溶热处理）淬火的目的：将固溶热处理时获得的固溶体以快速的冷却方式获得亚稳定的过饱和的固溶体，以便在其后的时效处理时获得高的强度和足够的韧性。淬火加热温度：淬火加热时，为了使合金中的强化相能充分溶入固溶体中，以及使固溶体的成分均匀，从而在其后的时效处理后得到高的力学性能，希望加热温度在不产生过热的情况下尽可能高。固溶热处理时铝合金的加热温度范围很窄，要求其热处理炉的温度误差在±5℃以内。保温时间：与加热方式及加热的温度高低、合金成分、工件形状及尺寸、装炉量等因素有关。（可查表或按经验）。淬冷延时：工件从加热炉到淬冷介质转移，必须在最短时间内完成。以免因空冷而降低强化效果。小件不应超过10秒，大件和大批量零件不超过15秒。淬冷速度：淬火加热后必须快速冷却，否则会降低固溶体的过饱和度，而降低时效强化的效果。常用水作冷却介质，水温约40℃3）变形铝合金的时效时效的基本参数是加热温度与保温时间。加热速度与冷却速度的影响较小，一般不予考虑。自行车常用的变形铝合金的热处理规范见表7表7合金固溶温度(℃)淬火介质时效温度(℃)时效时间(h)硬度(HBS)6061（LD30）525~530室温水170~1756~895~1207005450±5/2.5h空冷160±513h韦氏15~187A03(LC3)470±5室温水双级100±5165±53/3≥1503．铸造铝合金热处理1）铝铸件的淬火温度与保温时间：由于铝铸件的形状复杂、偏析严重、晶粒粗大，通常其淬火加热温度要高一些