有色金属热处理第二章--铝及铝合金课件

有色金属及热处理有色金属及热处理有色金属及热处理第一节第一节 纯铝及其合金化纯铝及其合金化第二节第二节 铝合金的热处理原理铝合金的热处理原理第三节第三节 铸造铝合金及其热处理铸造铝合金及其热处理第四节第四节 变形镁合金及其热处理变形镁合金及其热处理第二章第二章 铝及铝合金铝及铝合金第一节 纯铝及其合金化第二章 铝及铝合金第一节第一节 纯铝及其合金化纯铝及其合金化一、纯铝及其合金特性一、纯铝及其合金特性a.纯铝比重小（纯铝比重小（2.7g/cm3）、强度低、熔点低）、强度低、熔点低(660).工业纯铝板材：冷轧工业纯铝板材：冷轧b150MPa，0.2100MPa；退火退火b80MPa，0.250MPa铝合金比重小，铝合金比重小，比强度比强度(b/)比一般高强钢高的多比一般高强钢高的多.第一节 纯铝及其合金化b.资源多（占地壳总储量的资源多（占地壳总储量的7%以上），成本低以上），成本低.c.抗腐蚀性能好，但不抗盐碱抗腐蚀性能好，但不抗盐碱.d.焊接性能和加工性能好焊接性能和加工性能好C919Al-Li合金机身等直段部段合金机身等直段部段.塑性好（面心立方结构，塑性好（面心立方结构，12个滑移系）个滑移系）.良好的冷热加工性能，良好的冷热加工性能，450-500可轧、锻、挤等可轧、锻、挤等.切削性好切削性好.铸铝合金的铸造性能极好铸铝合金的铸造性能极好.一、纯铝及其合金特性一、纯铝及其合金特性b.资源多（占地壳总储量的7%以上），成本低.塑性好（面e.导电性好，仅次于银、铜和金，耐大气腐蚀，磁导电性好，仅次于银、铜和金，耐大气腐蚀，磁化率极低，接近于非铁磁性材料化率极低，接近于非铁磁性材料.一、纯铝及其合金特性一、纯铝及其合金特性e.导电性好，仅次于银、铜和金，耐大气腐蚀，磁化率极低，接e.优良的低温性能，无低温脆性优良的低温性能，无低温脆性.一、纯铝及其合金特性一、纯铝及其合金特性表表.工业纯铝的低温性能工业纯铝的低温性能e.优良的低温性能，无低温脆性.一、纯铝及其合金特性表.铝及铝合金用途：铝及铝合金用途：在电气工程、在电气工程、汽车、建筑、机械、航空及宇航工汽车、建筑、机械、航空及宇航工业、轻工业都有广泛用途业、轻工业都有广泛用途.纯铝纯铝由于性能低，铸造性能差，由于性能低，铸造性能差，而主要用来配置铝合金，制作电线而主要用来配置铝合金，制作电线电缆，电缆和制造家庭用器皿。电缆，电缆和制造家庭用器皿。庞巴迪C系列飞机的铝锂合金机身段铝及铝合金用途：在电气工程、汽车、建筑、机械、航空及宇航工业C919大型客机铝锂合金机身等直段部段大型客机铝锂合金机身等直段部段C919大型客机铝锂合金机身等直段部段二、铝中杂质二、铝中杂质主要有主要有Fe、Si，其次，其次Cu、Zn、Mg、Ni、Ti等，对等，对铝的机械、工艺和腐蚀性能均有影响铝的机械、工艺和腐蚀性能均有影响.共晶共晶T时的极限溶解度，时的极限溶解度，铁铁0.052、硅、硅1.65，并，并随温度下降而急剧减小。随温度下降而急剧减小。铝铝-铁合金铁合金二、铝中杂质铝-铁合金铝铝-硅合金硅合金二、铝中杂质二、铝中杂质铝-硅合金二、铝中杂质二、铝中杂质二、铝中杂质Fe、Si共存时的相共存时的相.FeAl3、(Si)相、相、(Fe3SiAll2)、(Fe2Si2Al9).当当WFeWSi，富，富Fe化合物化合物(Fe3SiAl12).当当WSiWFe，富，富Sip(Fe2Si2).骨骼状骨骼状(Fe3SiAll2)，枝条状，枝条状(Fe3SiAll2)，粗针状，粗针状(Fe2Si2Al9)。相硬脆，塑性相硬脆，塑性，后者尤为严重，后者尤为严重。二、铝中杂质 当WSiWFe，富Si p(Fe2Si2二、铝中杂质二、铝中杂质 严格控制硅含量，严格控制硅含量，Fe：Si23。铝中铁硅比不当铝中铁硅比不当时，时，纯铝铸锭产生裂纹纯铝铸锭产生裂纹.当当W(Fe+Si)小于小于0.65时时，合金的结晶间隔小，合金的结晶间隔小，铸铸造工艺性，造工艺性，WFeWSi铸锭开裂倾向铸锭开裂倾向.当当W(Fe+Si)大于大于0.65时时，共晶数量，共晶数量，共晶液体易充，共晶液体易充填热裂纹，铁硅比的影响填热裂纹，铁硅比的影响.E（FeAl3、）铝铝，破坏纯，破坏纯Al表面氧化膜连续表面氧化膜连续性，性，耐蚀性、导电性耐蚀性、导电性.二、铝中杂质三、纯铝的牌号和用途三、纯铝的牌号和用途高纯铝：高纯铝：LG1LG5纯度为纯度为99.93%99.999%，编，编号越大，纯度越高。主要用于号越大，纯度越高。主要用于科研及电容器科研及电容器。工业高纯铝：工业高纯铝：L00及及L0纯度分别为纯度分别为99.85%、99.9%，主要用于，主要用于铝箔、包铝、铝合金原料及其他特殊铝箔、包铝、铝合金原料及其他特殊用途用途。工业纯铝：工业纯铝：L7L1纯度为纯度为98.0%99.7%，编号越，编号越大，纯度越低。主要用于大，纯度越低。主要用于熔制配制铝合金、制作熔制配制铝合金、制作电线、电缆和日用器皿等电线、电缆和日用器皿等。三、纯铝的牌号和用途 高纯铝：LG1LG5 纯度不可热处理强化，不可热处理强化，冷变形冷变形强度（唯一），工业纯强度（唯一），工业纯铝可按冷作硬化或半冷作硬化使用。铝可按冷作硬化或半冷作硬化使用。热处理形式为退火热处理形式为退火（350500），保温时间随工），保温时间随工件厚度而定。件厚度而定。T再再约约200，杂质元素，杂质元素T再再，其中，其中铬、锰、铁铬、锰、铁较明较明显。显。三、纯铝的牌号和用途三、纯铝的牌号和用途不可热处理强化，冷变形强度（唯一），工业纯铝可按冷作硬化或我国纯铝的牌号及杂质含量（我国纯铝的牌号及杂质含量（GB1196-83）LG4LG3LG2LG1我国纯铝的牌号及杂质含量（GB1196-83）LG4LG3L新标准新标准改型情况（改型情况（B-Y）：表示为原始纯铝的表示为原始纯铝的改型（按国际规定改型（按国际规定用字母表的次序选用字母表的次序选用），与原始纯铝用），与原始纯铝相比，其元素含量相比，其元素含量略有改变。略有改变。三、纯铝的牌号和用途三、纯铝的牌号和用途新标准改型情况（B-Y）：表示为原始纯铝的改型（按国际规定用纯铝新旧牌号对比表纯铝新旧牌号对比表三、纯铝的牌号和用途三、纯铝的牌号和用途纯铝新旧牌号对比表三、纯铝的牌号和用途四、铝的合金化四、铝的合金化纯铝强度低，很少用作结构材料纯铝强度低，很少用作结构材料.纯铝与铝合金，力纯铝与铝合金，力学、物理及化学性学、物理及化学性能均发生了变化能均发生了变化.如如熔点、凝固点等熔点、凝固点等.铝合金分组区分图铝合金分组区分图四、铝的合金化纯铝强度低，很少用作结构材料.纯铝与铝合金，力四、铝的合金化四、铝的合金化主要依靠主要依靠固溶强化和沉淀强化固溶强化和沉淀强化机械性能机械性能；晶粒细化、加工晶粒细化、加工硬化及过剩相强化硬化及过剩相强化也能发挥一定作用。也能发挥一定作用。确定合金成分时应考虑：确定合金成分时应考虑：1 1、固溶强化能力、固溶强化能力合金组元的固溶强化能力与其本身的性合金组元的固溶强化能力与其本身的性质及固溶度有关质及固溶度有关固溶度固溶度10%例例Al-Zn、Al-Ag、Al-Mg合金合金，固溶强化作用，固溶强化作用差，差，单纯简单的二元合金单纯简单的二元合金无使用价值。无使用价值。主要是它们具有相近原子的半径和性能，主要是它们具有相近原子的半径和性能，晶格畸变晶格畸变四、铝的合金化主要依靠固溶强化和沉淀强化机械性能；晶粒细化可用于铝合金化的某些元素的溶解度可用于铝合金化的某些元素的溶解度四、铝的合金化四、铝的合金化可用于铝合金化的某些元素的溶解度四、铝的合金化 1%1%固溶度固溶度10%10%如如Al-Cu、Al-Li、Al-Mn、Al-Si等，在工业上都有实际应用等，在工业上都有实际应用.Cu合金的常温强度，且合金的常温强度，且合金的耐热性合金的耐热性.Mn与与Al形成的形成的MnAl6与铝的电化学性质相近，故抗蚀性好与铝的电化学性质相近，故抗蚀性好.Al-Si系合金共晶点浓度较低，系合金共晶点浓度较低，铸造工艺性能铸造工艺性能.固溶度固溶度1%1%如如Cr、Ti、Ni、Zr等在铝合金中一等在铝合金中一般起般起辅助作用辅助作用.改进合金的晶粒结构、沉淀过程和形成新相，改进合金的晶粒结构、沉淀过程和形成新相，合合金的使用性能和工艺性能。金的使用性能和工艺性能。四、铝的合金化四、铝的合金化 1%固溶度固溶度线固溶度线.温度越高，固溶越快，也越完全，时效强化效果更温度越高，固溶越快，也越完全，时效强化效果更好。好。但不应高于固相线，否则合金将发生局部溶化，但不应高于固相线，否则合金将发生局部溶化，即造成过烧，严重降低合金的性能即造成过烧，严重降低合金的性能.铝合金的淬火加热铝合金的淬火加热T范围很窄，温度控制要求很严范围很窄，温度控制要求很严.例如：例如：LY12硬铝淬火加热温度为硬铝淬火加热温度为4983，低于，低于490，为淬火不足，高于，为淬火不足，高于507，三元共晶体溶化，三元共晶体溶化.五、时效理论的应用五、时效理论的应用、固溶处理五、时效理论的应用、淬火加热时间：淬火加热时间：取决于取决于合金性质和状态合金性质和状态。铸件铸件加热时间加热时间较长，需几十分钟到几小时；较长，需几十分钟到几小时；变形产品变形产品，组织细密，加热，组织细密，加热时间较短，例如板材，只需几分钟到几十分钟。时间较短，例如板材，只需几分钟到几十分钟。、铝合金淬火介质：铝合金淬火介质：一般用水一般用水，以保证快速冷却，变形产，以保证快速冷却，变形产品的品的淬火温度一般低于淬火温度一般低于40。对于铸件和大型铸件，为减。对于铸件和大型铸件，为减小内应力和变形开裂倾向，可用热水淬火。其他淬火介质小内应力和变形开裂倾向，可用热水淬火。其他淬火介质还有还有油、液氮、有机合成溶液油、液氮、有机合成溶液等。等。、淬火处理后接着进行自然时效或人工时效。淬火处理后接着进行自然时效或人工时效。前者以前者以G.P.区强化为主，后者以过渡沉淀相强化为主。区强化为主，后者以过渡沉淀相强化为主。五、时效理论的应用五、时效理论的应用、淬火加热时间：取决于合金性质和状态。铸件加热时间较长，需、铝合金时效后的性能特点：、铝合金时效后的性能特点：自然时效：自然时效：塑性高（塑性高（10%15%），抗拉强度），抗拉强度和屈服强度差值较大（和屈服强度差值较大（0.2/b=0.70.8），），良好的良好的冲击韧性和抗蚀性。冲击韧性和抗蚀性。人工时效：人工时效：强度较高，屈服强度增加更为明显（强度较高，屈服强度增加更为明显（0.2/b=0.80.95），），但塑性、韧性、和抗蚀性一但塑性、韧性、和抗蚀性一般较差。般较差。通过通过改变时效改变时效T和和t，人工时效可分为，人工时效可分为完全时效完全时效（也称峰值时效）、不完全时效（也称欠时效）（也称峰值时效）、不完全时效（也称欠时效）及过时效、稳定化时效等及过时效、稳定化时效等。五、时效理论的应用五、时效理论的应用、铝合金时效后的性能特点：五、时效理论的应用完全时效：完全时效：强度最高，达到时效强化的峰值；强度最高，达到时效强化的峰值；不完全时效：不完全时效：时效温度稍低或时效时间较短，以时效温度稍低或时效时间较短，以保留较高的塑性；保留较高的塑性；过时效：过时效：时效程度超过强化峰值，相应综合性能时效程度超过强化峰值，相应综合性能较好，特别是抗蚀性较高；较好，特别是抗蚀性较高；稳定化时效：稳定化时效：温度比过时效更高，其目的是稳定温度比过时效更高，其目的是稳定合金的性能及零件尺寸。合金的性能及零件尺寸。完全时效：强度最高，达到时效强化的峰值；铸造铝合金的状态铸造铝合金的状态铸造铝合金的状态硬铝（硬铝（Al-Cu-Mg系）系）以以自然时效自然时效为主，为主，可以保证可以保证较低的晶间腐蚀较低的晶间腐蚀.其他类型的铝合金其他类型的铝合金，特别是超硬铝（，特别是超硬铝（Al-Zn-Mg-Cu系）选用仍系）选用仍人工时效人工时效为宜。为宜。不仅可以充分发挥不仅可以充分发挥时效强化效果，而且抗应力腐蚀性能较好；时效强化效果，而且抗应力腐蚀性能较好；高温工作零件高温工作零件，采用人工时效，保证合金组织和，采用人工时效，保证合金组织和性能的稳定性。性能的稳定性。五、时效理论的应用五、时效理论的应用、铝合金时效后的性能特点：、铝合金时效后的性能特点：硬铝（Al-Cu-Mg系）以自然时效为主，可以保证较低的晶间、停放效应、停放效应淬火后在室温停放一段时间再进行人工时效处理时，淬火后在室温停放一段时间再进行人工时效处理时，将使铝合金的时效强化效应降低。将使铝合金的时效强化效应降低。通常在铝合金中添加其通常在铝合金中添加其他元素以降低停放效应他元素以降低停放效应的影响。的影响。如在如在Al-Mg-Si系合金中加入系合金中加入0.2%0.3%的的Cu，可以大大减，可以大大减少淬火后停放效应对合少淬火后停放效应对合金性能的影响。金性能的影响。自然时效对自然时效对Al-1.75Mg2Si合金在合金在160人工时效硬度的影响人工时效硬度的影响、停放效应通常在铝合金中添加其他元素以降低停放效应的影响。、停放效应、停放效应理论解释：理论解释：Al-Mg-Si系合金中镁在铝中的溶解度远系合金中镁在铝中的溶解度远硅。室温停留期间，过剩硅将首先偏聚，而镁、硅原硅。室温停留期间，过剩硅将首先偏聚，而镁、硅原子的子的G.P.区是在硅核上形成的区是在硅核上形成的.停放时间短：停放时间短：只产生硅偏聚，大部分溶质原子仍保留只产生硅偏聚，大部分溶质原子仍保留在固溶体内，随后人工时效，镁和硅原子继续向硅的在固溶体内，随后人工时效，镁和硅原子继续向硅的偏聚团上迁移，形成大量稳定晶核并长大偏聚团上迁移，形成大量稳定晶核并长大.停放时间长：停放时间长：合金内形成大量偏聚，固溶体中溶质元合金内形成大量偏聚，固溶体中溶质元素浓度素浓度。人工时效。人工时效T，小于临界尺寸的小于临界尺寸的G.P.G.P.区区将重新溶入固溶体，稳定的晶核数量将重新溶入固溶体，稳定的晶核数量，形成粗大的，形成粗大的过渡相过渡相.、停放效应2 2、分级时效、分级时效单级时效的优点：单级时效的优点：生产工艺比较简单，能获得很生产工艺比较简单，能获得很高的强度高的强度.单级时效的缺点：单级时效的缺点：显微组织的均匀性较差，在拉显微组织的均匀性较差，在拉伸性能、疲劳和断裂性能与应力腐蚀抗力之间难伸性能、疲劳和断裂性能与应力腐蚀抗力之间难以得到统一以得到统一.分级时效优点：分级时效优点：弥补单级时效的缺点且能缩短生弥补单级时效的缺点且能缩短生产周期。特别是对产周期。特别是对Al-Zn-Mg和和Al-Zn-Mg-Cu系系(超超硬铝）硬铝）合金收到很好的效果合金收到很好的效果.五、时效理论的应用五、时效理论的应用2、分级时效五、时效理论的应用分级时效分级时效：在不同温度进行两次或多次时效处在不同温度进行两次或多次时效处理，理，按其作用可分为按其作用可分为预时效预时效（又称成核处理）和（又称成核处理）和最终时最终时效效两个阶段两个阶段.预时效处理预时效处理温度一般较低，目的是形成高密度的温度一般较低，目的是形成高密度的G.P.区区.最终时效最终时效通过调整沉淀相的结构和弥散度以达通过调整沉淀相的结构和弥散度以达到预期的性能要求到预期的性能要求.五、时效理论的应用五、时效理论的应用2 2、分级时效、分级时效分级时效：在不同温度进行两次或多次时效处理，按其作用可分为预正确选定时效制度，必须了解主要热处理参数对正确选定时效制度，必须了解主要热处理参数对铝合金显微组织及性能的影响铝合金显微组织及性能的影响.Al-Cu系合金的系合金的G.P.区和过渡相区和过渡相的亚稳相界图的亚稳相界图Al-MgZn2系合金的系合金的G.P.区和过区和过渡相的亚稳相界图渡相的亚稳相界图正确选定时效制度，必须了解主要热处理参数对铝合金显微组织及性几种等温淬火与时效制度示意图几种等温淬火与时效制度示意图TA时效温度，时效温度，TCG.P.区的溶解温度区的溶解温度无无G.P.区做核心区做核心沉沉淀相不均匀分布淀相不均匀分布形成形成G.P.区做核心区做核心保证组织的均匀性保证组织的均匀性G.P.区连续形成区连续形成长大高致密组织长大高致密组织下图所示为几种等温淬火与时效制度示意图下图所示为几种等温淬火与时效制度示意图.五、时效理论的应用五、时效理论的应用几种等温淬火与时效制度示意图无G.P.区做核心 沉淀相不均匀3 3、形变热处理、形变热处理形变热处理：形变热处理：将塑性变形与热处理联合进行的综合将塑性变形与热处理联合进行的综合工艺工艺.目的：目的：合金中缺陷密度合金中缺陷密度.铝合金有两类形变热处理：铝合金有两类形变热处理：高温形变热处理、低温高温形变热处理、低温形变热处理、预变性热处理形变热处理、预变性热处理.五、时效理论的应用五、时效理论的应用3、形变热处理五、时效理论的应用3 3、形变热处理、形变热处理（1）铝合金高温形变热处理）铝合金高温形变热处理形变时再结晶不完全或部分再结晶形变时再结晶不完全或部分再结晶.LD31合金挤压件合金挤压件（淬火临界冷却速度小，空气冷却）（淬火临界冷却速度小，空气冷却）热处理制度：热处理制度：挤压时坯料加热挤压时坯料加热T（480-520），挤），挤压缸温度（压缸温度（450-470），材料流动），材料流动v15m/min，空气冷却，人工时效空气冷却，人工时效T（160-170）8h.五、时效理论的应用五、时效理论的应用3、形变热处理五、时效理论的应用铝合金高温形变热处理工艺铝合金高温形变热处理工艺1-淬火时的加热与保温；淬火时的加热与保温；2-压力加工；压力加工；3-开始变形时的温度；开始变形时的温度；4-快冷；快冷；5-淬火时瞬淬火时瞬时重复加热；时重复加热；6-淬火加热温度范围；淬火加热温度范围；7-工艺塑性温度范围工艺塑性温度范围铝合金高温形变热处理工艺3 3、形变热处理、形变热处理（1）铝合金低温形变热处理）铝合金低温形变热处理最常用的低温形变热处理方式：最常用的低温形变热处理方式：（1）淬火）淬火冷（温）变形冷（温）变形人工时效人工时效（2 2）淬火）淬火自然时效自然时效冷变形冷变形人工时效人工时效（3 3）淬火）淬火人工时效人工时效冷变形冷变形人工时效人工时效五、时效理论的应用五、时效理论的应用3、形变热处理五、时效理论的应用3 3、形变热处理、形变热处理（1）铝合金低温形变热处理）铝合金低温形变热处理LY12合金板材方案：合金板材方案：淬火淬火20%变形变形130、10-20h的时效的时效.保证塑性，保证塑性，b60MPa，0.2100MPa.LY11合金板材方案：合金板材方案：淬火淬火150轧制，变形程度轧制，变形程度为为30%变形变形100、3h的时效的时效.在相对在相对降低降低2倍倍情况下，可使瞬间抗力情况下，可使瞬间抗力50MPa，0.2130MPa.五、时效理论的应用五、时效理论的应用3、形变热处理五、时效理论的应用五、时效理论的应用五、时效理论的应用淬火后立即冷变形和自然时效后冷变淬火后立即冷变形和自然时效后冷变形对形对LY11合金硬度的影响合金硬度的影响五、时效理论的应用淬火后立即冷变形和自然时效后冷变形对LY14 4、回归处理、回归处理回归处理：回归处理：将经过自然时效的铝合金在将经过自然时效的铝合金在200-250短时间加热，然后迅速冷却，可使合金的硬度和强短时间加热，然后迅速冷却，可使合金的硬度和强度恢复到接近新淬火状态的水平。度恢复到接近新淬火状态的水平。目的：目的：零件修复和校形、零件修复和校形、缺少重新淬火所需高温缺少重新淬火所需高温设备或重新淬火会导致设备或重新淬火会导致很大变形很大变形.硬铝中的回归现象（硬铝中的回归现象（214）五、时效理论的应用五、时效理论的应用4、回归处理目的：零件修复和校形、缺少重新淬火所需高温设备或第三节第三节 铸造铝合金及其热处理铸造铝合金及其热处理 铝合金分为铝合金分为形变铝合金和铸造铝形变铝合金和铸造铝合金合金两大类。两大类。形变铝合金：形变铝合金：相图中相图中D点以左的点以左的部分。部分。该类铝合金加热至固溶线该类铝合金加热至固溶线FD以上时能形成单相以上时能形成单相固溶体，固溶体，塑性好，适用于压力加工成形。塑性好，适用于压力加工成形。铸造铝合金：铸造铝合金：相图中相图中D点以右的点以右的部分，部分，有共晶铝合金、亚共晶铝有共晶铝合金、亚共晶铝合金和过共晶铝合金之分。合金和过共晶铝合金之分。第三节 铸造铝合金及其热处理 铝合金分为形变铝合金和铸造铝合（1 1）铸造铝合金的特点铸造铝合金的特点铸造性能好（高流动性），可铸造形状复杂零件，铸造性能好（高流动性），可铸造形状复杂零件，线收缩小，切削性能好线收缩小，切削性能好.比强度高比强度高.抗蚀性好（含铜铝合金除外）抗蚀性好（含铜铝合金除外）.导热和导电性高导热和导电性高.一一、铸造铝合金的特点、分类和牌号、铸造铝合金的特点、分类和牌号（1）铸造铝合金的特点一、铸造铝合金的特点、分类和牌号（2 2）铸造有色金属的牌号：铸造有色金属的牌号：有色纯金属有色纯金属 Z+该金属元素符号该金属元素符号+纯度百纯度百分含量数字分含量数字(或用一短横加顺或用一短横加顺序号序号)。如如ZAl99.5和和ZTi-1。铝锭铝锭一一、铸造铝合金的特点、分类和牌号、铸造铝合金的特点、分类和牌号铝锭一、铸造铝合金的特点、分类和牌号一一、铸造铝合金的特点、分类和牌号、铸造铝合金的特点、分类和牌号一、铸造铝合金的特点、分类和牌号 （2 2）铸造有色金属的牌号：铸造有色金属的牌号：有色合金有色合金Z+基体元素符号基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分主要合金元素符号及其名义百分含量数字含量数字+其他合金元素符号及其百分含量数字。其他合金元素符号及其百分含量数字。如如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。等。混合稀土元素符号用混合稀土元素符号用RE表示。表示。优质合金在牌号后标注字母优质合金在牌号后标注字母“A”。一一、铸造铝合金的特点、分类和牌号、铸造铝合金的特点、分类和牌号 （2）铸造有色金属的牌号：一、铸造铝合金的特点、分类有色金属热处理第二章-铝及铝合金课件有色金属热处理第二章-铝及铝合金课件一一、铸造铝合金的特点、分类和编号、铸造铝合金的特点、分类和编号铸造铝合金的代号表示方法铸造铝合金的代号表示方法（3）铸造铝合金的代号表示方法）铸造铝合金的代号表示方法一、铸造铝合金的特点、分类和编号铸造铝合金的代号表示方法（3一一、铸造铝合金的特点、分类和牌号、铸造铝合金的特点、分类和牌号（4）铸造铝合金的新旧牌号表示方法对比）铸造铝合金的新旧牌号表示方法对比一、铸造铝合金的特点、分类和牌号（4）铸造铝合金的新旧牌号表（5）铸造铝合金的状态）铸造铝合金的状态（5）铸造铝合金的状态（6 6）铸造铝合金分类：）铸造铝合金分类：Al-Si系：系：代号为代号为ZL1+两位数字顺序号，优良铸造两位数字顺序号，优良铸造性，气密性好。性，气密性好。Al-Cu系：系：代号为代号为ZL2+两位数字顺序号，较高的热两位数字顺序号，较高的热强性，铸造工艺性和抗蚀性较低。强性，铸造工艺性和抗蚀性较低。Al-Mg系：系：代号为代号为ZL3+两位数字顺序号，高强和高两位数字顺序号，高强和高抗蚀性，良好的切削加工。抗蚀性，良好的切削加工。Al-Zn系：系：代号为代号为ZL4+两位数字顺序号，有自淬火两位数字顺序号，有自淬火效应，内应大为减少，比重较大，耐热性也很低。效应，内应大为减少，比重较大，耐热性也很低。一一、铸造铝合金的特点、分类和牌号、铸造铝合金的特点、分类和牌号（6）铸造铝合金分类：一、铸造铝合金的特点、分类和牌号二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金又称铝硅明又称铝硅明，是航空工业应用最广泛的一类铸造合，是航空工业应用最广泛的一类铸造合金，金，具有良好的工艺性和抗蚀性具有良好的工艺性和抗蚀性。共晶点共晶点Si量较低量较低、既可保证合金组织形成大量共晶、既可保证合金组织形成大量共晶体，又不至于第二相数量过多而使材料塑性严重降体，又不至于第二相数量过多而使材料塑性严重降低。低。Al-Si系合金的牌号及主要成分系合金的牌号及主要成分二、Al-Si系铸造合金Al-Si系合金的牌号及主要成分Al-Si二元合金二元合金Al-Si二元合金简单铝硅明简单铝硅明ZL102（1013%）具有优良的铸造性能（熔点低、流动性好、收缩小）具有优良的铸造性能（熔点低、流动性好、收缩小），相当好的抗蚀性和耐热性。焊接性能好，比重小，相当好的抗蚀性和耐热性。焊接性能好，比重小，不能时效强化，强度较低。不能时效强化，强度较低。塑性太低，须经过变质处理，使共晶硅由粗片状细塑性太低，须经过变质处理，使共晶硅由粗片状细化成粒状化成粒状.硅沉淀聚集速度很快，不能形成硅沉淀聚集速度很快，不能形成共格或半共格的过渡相共格或半共格的过渡相二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金简单铝硅明 ZL102（1013%）硅沉淀聚集速度很快二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金不同含硅量的合金变质处理前后性能对比不同含硅量的合金变质处理前后性能对比简单铝硅明简单铝硅明ZL102（1013%）二、Al-Si系铸造合金不同含硅量的合金变质处理前后性能对比在普通铸造条件下，在普通铸造条件下，ZL102组织几乎组织几乎全部为共晶体全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和由粗针状的硅晶体和 固溶体组成，强度和塑性都较固溶体组成，强度和塑性都较差。生产上用钠盐变质剂进行变质处理，得到差。生产上用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均细小均匀的共晶体加一次匀的共晶体加一次 固溶体组织固溶体组织，以提高性能。，以提高性能。获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较快的获得亚共晶组织是由于加入钠盐后，铸造冷却较快的共晶点左移的缘故。共晶点左移的缘故。未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金ZL-102合金稳定化热处理规范合金稳定化热处理规范简单铝硅明简单铝硅明ZL102（1013%）ZL102应用于精密仪器，其元件的尺寸和形状使用应用于精密仪器，其元件的尺寸和形状使用期间需保持高度稳定性期间需保持高度稳定性.二、Al-Si系铸造合金ZL-102合金稳定化热处理规范简应用：应用：制造飞机，仪表电动机壳体，气缸体，风机制造飞机，仪表电动机壳体，气缸体，风机叶片，发动机活塞等。主要用于金属性铸造，压力叶片，发动机活塞等。主要用于金属性铸造，压力铸造，生产形状复杂受力小的仪表壳体。铸造，生产形状复杂受力小的仪表壳体。活塞活塞(裙部为铝硅合金裙部为铝硅合金)应用：制造飞机，仪表电动机壳体，气缸体，风机叶片，发动机活塞复杂（特殊）铝硅明复杂（特殊）铝硅明铝硅明的强度，铝硅明的强度，Cu、Mg等元素，等元素，形成形成CuAl2或或Mg2Si，获得能进行获得能进行时效硬化的特殊铝硅明，可变质时效硬化的特殊铝硅明，可变质处理处理.ZL101（6.0-8.0%Si，0.2-0.4%Mg，余为，余为Al)Mg形成形成Mg2Si，合金的时效强化能力和机械性能合金的时效强化能力和机械性能.含含Si量较高，保证合金的铸造工艺性量较高，保证合金的铸造工艺性.Mg（0.5-0.6%）ZL101。Mn消除消除Fe的有害作用，的有害作用，且具有一定强化效果且具有一定强化效果.热处理制度热处理制度：530-540加热，保温五小时，在热水中淬火，加热，保温五小时，在热水中淬火，然后在然后在170-180时效时效6-7小时。经热处理后，强度可达小时。经热处理后，强度可达200300MPa。时效温度影响时效温度影响：小于小于150，以，以G.P.区为主；区为主；150-225，为，为G.P.区区+相，强化效应最好。大于相，强化效应最好。大于225淬火，为淬火，为Mg2Si相。相。对对ZL104进行分级时效处理，可提高其综合性能。进行分级时效处理，可提高其综合性能。二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金复杂（特殊）铝硅明二、Al-Si系铸造合金ZL104在铝硅明中，在铝硅明中，强度最高，铸造性能好，有强度最高，铸造性能好，有很好的充型能力，较小的线收缩率，无热裂、疏很好的充型能力，较小的线收缩率，无热裂、疏松倾向，松倾向，抗腐蚀性能、切削加工性能和焊接性能抗腐蚀性能、切削加工性能和焊接性能都较好，都较好，可以铸造很复杂的零件可以铸造很复杂的零件.易产生气孔和集中缩孔（加冒口），应进行细心易产生气孔和集中缩孔（加冒口），应进行细心的精炼除气操作的精炼除气操作.含含Si量较高，须进行变质处理量较高，须进行变质处理.用作承受较大载荷且形状复杂的大型零部件，如汽缸体、用作承受较大载荷且形状复杂的大型零部件，如汽缸体、汽缸盖、曲轴箱、增压器壳体以及航空发动机压缩机匣、汽缸盖、曲轴箱、增压器壳体以及航空发动机压缩机匣、承力框架等用途十分广泛承力框架等用途十分广泛.二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金ZL104 在铝硅明中，强度最高，铸造性能好，有很好的充型复杂（特殊）铝硅明复杂（特殊）铝硅明ZL105：（含硅：（含硅4.5-5.5%，镁，镁0.35-0.6%，铜，铜1.0-1.5%）降低硅含量，提高铜含量，目的是降低硅含量，提高铜含量，目的是提高耐热性提高耐热性.室温性能与室温性能与ZL104接近，接近，高温性能大于高温性能大于ZL104。铸造性能良好，吸气性较小，铸造工艺较铸造性能良好，吸气性较小，铸造工艺较ZL104简单，无需变质和在压力釜中结晶简单，无需变质和在压力釜中结晶.耐蚀性能差，耐蚀性能差，ZL105ZL101ZL104ZL102。二、二、Al-Si系铸造合金系铸造合金复杂（特殊）铝硅明二、Al-Si系铸造合金有色金属热处理第二章-铝及铝合金课件三、三、Al-CuAl-Cu系铸造铝合金系铸造铝合金Al-Cu合金合金密度较大、抗蚀性和铸造性能差，密度较大、抗蚀性和铸造性能差，耐热耐热性好，常温和高温力学性能均很好，性好，常温和高温力学性能均很好，适合制造大负适合制造大负荷或高温下工作的零件荷或高温下工作的零件.航空常用的有航空常用的有ZL203、ZL201及及ZL202.ZL203（4.0-5.0%Cu）存在不平衡共晶体存在不平衡共晶体+CuAl2，经淬火时效后，强度，经淬火时效后，强度较高，可作结构材料，铸造较高，可作结构材料，铸造200以下以下承受中等载承受中等载荷和形状较简单的零件。荷和形状较简单的零件。三、Al-Cu系铸造铝合金Al-Cu合金密度较大、抗蚀性和铸Si金属型铸造加入金属型铸造加入3%，形成三元共晶体，形成三元共晶体（+CuAl2+Si），从而提高铸造性能），从而提高铸造性能.对室温及高对室温及高温性能不利温性能不利.Fe允许达到允许达到1.0%，耐热性，耐热性，形成，形成Al7Cu2Fe相，分布在共晶界上，相，分布在共晶界上，合金合金.Mg（5%）为两相组织）为两相组织.二、防锈铝合金二、防锈铝合金2、Al-Mg系合金二、防锈铝合金2、Al-Mg系合金系合金二、防锈铝合金二、防锈铝合金Al-Mg系防锈铝的牌号和化学成分系防锈铝的牌号和化学成分2、Al-Mg系合金二、防锈铝合金Al-Mg系防锈铝的牌号和2、Al-Mg系合金系合金除主要合金元素，尚含有少量其他组元：除主要合金元素，尚含有少量其他组元：添加硅添加硅合金的铸造性能（流动性）。合金的铸造性能（流动性）。锰、铬锰、铬有一定的强化作用，有一定的强化作用，合金的抗蚀性能合金的抗蚀性能.钛和钒钛和钒细化晶粒，细化晶粒，其机械性能其机械性能.铍铍合金在熔炼、焊接及其他热加工中的氧化倾向合金在熔炼、焊接及其他热加工中的氧化倾向.应用：应用：航空工业应用广泛，如制造管道，容器，油航空工业应用广泛，如制造管道，容器，油箱，铆钉等需承受中等载荷的零件箱，铆钉等需承受中等载荷的零件.二、防锈铝合金二、防锈铝合金2、Al-Mg系合金二、防锈铝合金属于属于Al-Cu-Mg-Mn系合金（系合金（2.5-6.0%Cu，0.4-2.8%Mg，0.4-1.0%Mn）.可进行时效强化，也可进行变形强化可进行时效强化，也可进行变形强化.强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。强度、硬度高，加工性能好，耐蚀性低于防锈铝。常用硬铝合金常用硬铝合金：LY11（2A11）、）、LY12（2A12）等）等.应用：制造冲压件，模锻件和铆接件，如螺旋桨，应用：制造冲压件，模锻件和铆接件，如螺旋桨，深铆钉等，飞机翼梁深铆钉等，飞机翼梁.三、硬铝合金三、硬铝合金属于Al-Cu-Mg-Mn系合金（2.5-6.0%Cu，0.三、硬铝合金三、硬铝合金三、硬铝合金硬铝的性能硬铝的性能:（1）铆钉硬铝铆钉硬铝，又称低强硬铝（如，又称低强硬铝（如LY1、LY10）合金元素含量较低，合金元素含量较低，Cu/Mg比值高，比值高，(CuAl2)为主，为主，强度强度较低，但具有较高的塑性，适应于铆钉材料较低，但具有较高的塑性，适应于铆钉材料.（2）中强硬铝中强硬铝，又称标准硬铝（如，又称标准硬铝（如LY11）Cu/Mg比值较高，比值较高，(CuAl2)为主，为主，其次为其次为S（CuMgAl2）相相.合金强度较高，塑性较好，可作为航空螺旋桨桨叶及合金强度较高，塑性较好，可作为航空螺旋桨桨叶及中等强度的紧固件中等强度的紧固件.（3）高强硬铝高强硬铝（如（如LY12）Cu/Mg比值低，比值低，S为主，为主，其次为其次为相相.（4）耐热硬铝耐热硬铝（如（如LY2）Cu/Mg比值在硬铝中最低，比值在硬铝中最低，S为主为主.具有较高的耐热性，适宜制作高温下工作的零件，如航空具有较高的耐热性，适宜制作高温下工作的零件，如航空发动机的压气机叶片等发动机的压气机叶片等.硬铝的性能:三、硬铝合金三、硬铝合金Cu+Mg=5%的的Al-Cu-Mg合金淬合金淬火时效后的强度火时效后的强度三、硬铝合金Cu+Mg=5%的Al-Cu-Mg合金淬火时效后有色金属热处理第二章-铝及铝合金课件Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量系合金，并含有少量Mn、Cr（5-8%Zn，1.7-3.6%Mg，0.8-3.0%Cu，0.1-0.5%Cr，0.2-0.8%Mn及少量及少量Ti等等）.时效强化效果超过硬铝合金时效强化效果超过硬铝合金.热态塑性好，但耐蚀性差，低于硬铝，抗疲劳性较热态塑性好，但耐蚀性差，低于硬铝，抗疲劳性较差，对应力集中敏感，有明显的应力腐蚀倾向差，对应力集中敏感，有明显的应力腐蚀倾向.常用合金：常用合金：LC4（7A04），），LC9（7A09）应用应用：主要应用工作温度较低，受力较大的结构件，：主要应用工作温度较低，受力较大的结构件，如飞机大梁、起落架等。如飞机大梁、起落架等。三、超硬铝合金三、超硬铝合金Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Mn、Cr（5-8%Al-Cu-Mg-Si系合金系合金，可锻性好，力学性能高，用，可锻性好，力学性能高，用于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机，压气于形状复杂的锻件和模锻件，如喷气发动机，压气机叶轮，导风轮等。机叶轮，导风轮等。主要有主要有LD2、LD5、LD6、LD10，提高铜含量，室，提高铜含量，室温强度，耐热性升高，抗蚀性温强度，耐热性升高，抗蚀性，有所有所Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金系耐热锻铝合金，常用牌号有，常用牌号有LD7（2A70）、）、LD8（2A80）、）、LD9（2A90）等，）等，用于制造用于制造150-225下工作的零件，如压气机叶片，下工作的零件，如压气机叶片，超音速飞机蒙皮等。超音速飞机蒙皮等。四、锻铝合金四、锻铝合金四、锻铝合金四、锻铝合金四、锻铝合金四、锻铝合金（1）Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热铝合金系耐热铝合金常用合金有常用合金有LD7、LD8和和LD9，一般用作锻件，也可，一般用作锻件，也可归入锻铝。最广泛应用的是归入锻铝。最广泛应用的是LD7，可在，可在150225范范围内使用围内使用.（2）Al-Cu-Mn系耐热铝合金系耐热铝合金常用的有常用的有LY16、LY17，可加工成板材、棒材、型材，可加工成板材、棒材、型材和模锻件等半成品。挤压和模锻制品可在和模锻件等半成品。挤压和模锻制品可在200300下工作；板材用作常温和高温使用的焊接件下工作；板材用作常温和高温使用的焊接件.五、耐热铝合金五、耐热铝合金（1）Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热铝合金五、耐热铝合金 低低密密度度、高高屈屈服服强强度度、高高弹弹性性模模量量和和良良好好的的高高低低温温性性能能特特点点.良良好好的的腐腐蚀蚀性性、超超塑塑性性和和优优良良的的加加工工性性能能，疲疲劳劳裂裂纹纹扩扩展展速速率率低低，断断裂裂韧韧性性高高，力力学学性性能各向异性较低能各向异性较低.用用其其取取代代常常规规铝铝合合金金，可可使使可可使使构构件件质质量量减减轻轻10%10%15%15%，刚度提高刚度提高15%15%20%20%。六、铝锂合金六、铝锂合金 低密度、高屈服强度、高弹性模量和良好的高低温性能特点.六不同铝合金性能对比示意图不同铝合金性能对比示意图 六、铝锂合金六、铝锂合金不同铝合金性能对比示意图 六、铝锂合金 随随着着第第三三代代铝铝锂锂合合金金的的不不断断出出现现和和性性能能的的不不断断提提高高，在在现现代代飞飞机机制制造造中中，铝锂合金的用量铝锂合金的用量正正在在逐逐渐提提高高，并并部部分分取取代代了了传统的的2XXX和和7XXX系系铝合金合金，从而达到减，从而达到减轻飞机机结构重量的目的构重量的目的.铝锂合金机身板铝锂合金机身板六、铝锂合金六、铝锂合金 随着第三代铝锂合金的不断出现和性能的不断提高，在现代飞机制 欧美日在航空航天领域均有使用铝锂合金的实例欧美日在航空航天领域均有使用铝锂合金的实例.法法国国的的Rafele军军用用战战斗斗机机以以及及Airbus公公司司的的A330，A340和和A380等等机机型型的的机机翼翼前前后后缘缘、附附件件盖盖、座座椅椅滑滑轨轨、地地板板梁梁、机机身与机身蒙皮等部件身与机身蒙皮等部件.空客空客A380-800飞机主舱横飞机主舱横梁采用了梁采用了2196铝锂合金锻铝锂合金锻压件压件.庞巴迪庞巴迪C系列采用先进铝系列采用先进铝锂合金材料部件已经锂合金材料部件已经占到占到飞机材料使用总量的飞机材料使用总量的23%.庞巴迪庞巴迪C系列飞机的铝锂合金机身段系列飞机的铝锂合金机身段六、铝锂合金六、铝锂合金 欧美日在航空航天领域均有使用铝锂合金的实例.空客A380“八五”期间，西南铝加工厂研究所建设了铝锂合金1t铸机组和引进了6t铸机组两条线，并于1995年底竣工和验收，生产的铝锂合金已在部分军用飞机上应用。我国目前已初步掌握了板材、型材和部分锻件的生产技术，研制出了中等强度、可焊的5A90薄板合金和高强度的2090合金。以北京航空材料研究院（621所）为首的国内材料研究单位已经进行了铝锂合金的研制，并在军机上得到了应用。目前C919大型客机铝锂合金机身等直段部段在中航工业洪都大飞机部装厂房顺利下线。C919大型客机铝锂合金机身等直段部段大型客机铝锂合金机身等直段部段六、铝锂合金六、铝锂合金 我国目前已初步掌握了板材、型材和部分锻件的生产技术，研制出l与第二代铝锂合金相比，与第二代铝锂合金相比，第三代新型铝锂合金降低了第三代新型铝锂合金降低了LiLi含含量，制备工艺简单，成本也较第二代合金有了很大的降低量，制备工艺简单，成本也较第二代合金有了很大的降低，在民机上使用的门槛也随之降低，应用已经比较可行。在民机上使用的门槛也随之降低，应用已经比较可行。l在性能水平上，第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较在性能水平上，第三代铝锂合金较以往铝锂合金都有了较大幅度的提高，大幅度的提高，其中尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝其中尤以低各向异性铝锂合金和高强可焊铝锂合金最为突出，结合设计优秀的综合性能使其依然保持了锂合金最为突出，结合设计优秀的综合性能使其依然保持了很好的减重效益，增加了飞机的可靠性。很好的减重效益，增加了飞机的可靠性。l第三代铝锂合金的应用在第三代铝锂合金的应用在国内处于最基础的起步阶段，与国内处于最基础的起步阶段，与国外相比还有很大差距。国外相比还有很大差距。六、铝锂合金六、铝锂合金与第二代铝锂合金相比，第三代新型铝锂合金降低了Li含量，制备1、对比纯铝、铸造及变形铝合金的新、旧牌号（代号）、对比纯铝、铸造及变形铝合金的新、旧牌号（代号），并举例说明，并举例说明.2、铝合金性能有哪些特点？铝合金可以分为哪几类铝合金性能有哪些特点？铝合金可以分为哪几类？试根据二元铝合金一般相图说明其依据？试根据二元铝合金一般相图说明其依据.3、简述铝合金的强化方式、简述铝合金的强化方式.4、分析简述铝合金时效过程中相结构及组织的变化、分析简述铝合金时效过程中相结构及组织的变化、及其对性能的影响及其对性能的影响.5、铝合金的固溶时效处理与钢的淬火回火处理的异同、铝合金的固溶时效处理与钢的淬火回火处理的异同.作业作业1、对比纯铝、铸造及变形铝合金的新、旧牌号（代号），并举例说