第八章 铝合金

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,铝及铝合金,尖端装备及其先进材料,论文要求：,1,、要有原创性，可图文并茂。,2,、约,5000,字，中英文皆可。,3,、,4,月,30,前，铸造楼,212,。,4,、打印稿,1.,铝及铝合金的性能特点,优良的物理性能,抗大气腐蚀性能好,加工性能好，比强度高,(1),优良的物理性能,密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低,.,纯铝的密度,2.72g/cm,3,，仅为铁的,1/3,，熔点为,660.4,，导电性仅次于,Cu,、,Au,、,Ag,。铝合金的密度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝、铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。,（,2,）,抗大气腐蚀性能好,铝和氧的化学亲和力大，在大气中，铝和铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏，因此不能用铝及铝合金制作的容器盛放盐和碱溶液。,（,3,）,加工性能好，比强度高,纯铝为面心立方晶格，无同素异构转变，具有较高的塑性（,=30,50%,，,=80%,），易于压力加工成型，并有良好的低温性能，纯铝的强度低，,n,=70Mpa,，虽经冷变形强化，强度可提高到,150,250,Mpa,，但也不能直接用于制作受力的结构件，而铝合金通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到,500,600,Mpa,，相当于低合金钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。,变形铝合金,一、非热处理强化变形铝合金,这类合金不能进行热处理强化，主要性能特点是具有优良的抗腐蚀性能，因而得名防锈铝合金，简称为防锈铝。还具有良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。为了提高其强度，可用冷加工方法使其强化。,防锈铝的切削加工工艺性能差，适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其它冷变形零件。,防锈铝合金包括铝,-,镁系合金、铝,-,锰系合金。,防锈铝用“铝”和“防”二字的汉语拼音第一个字母“,L”,和“,F”,加顺序号表示，如五号防锈铝用,LF5,表示。,1,、铝锰防锈铝合金,锰在铝中的最大溶解度为,1.82%,。锰和铝形成的金属间化合物,MnAl6,的沉淀强化效应小，但其弥散析出质点可阻止晶粒长大，细化合金的晶粒。锰溶于,相起固溶强化作用，减慢扩散速度，提高再结晶温度。,常用的铝锰合金为,LF21,合金，含锰,1.0-1.6%,，显微组织为含锰的,固溶体和弥散分布的,MnAl6,质点，有较高的强度和优良的塑性。,LF21,合金在大气和海水中与纯铝的耐蚀性相当，有良好的工艺性能，在航空工业中用于承受深冲加工而受力不大的零件，如油箱、润滑油导管、铆钉等零件，以及建筑构件。,表,8-2,为,LF21,合金的力学性能。,表,LF21,合金的力学性能（不小于）,处理状态,b,/,MPa,0.2/,MPa,10/%,M,（退火）,Y2,（半硬）,Y,（硬）,127,167,216,49,127,176,23,10,5,二、热处理强化变形铝合金,1,、硬铝合金,硬铝用“铝”和“硬”二字的汉语拼音第一个字母“,L”,和“,Y”,加顺序号表示，如十二号硬铝用,LY12,表示。,有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度。,铝,-,铜,-,镁系合金总称为硬铝合金。此外还含有锰和一些杂质元素铁、硅、镍、锌等。,不同牌号的硬铝合金具有不同的化学成分，其性能特点亦不同。,硬铝合金的成分与机械性能的关系，是由合金中析出的强化相所决定的。,Al-Cu-Mg,合金共有四个金属间化合物，其中有两个强化相，即,(CuAl,2,),相和,S(CuMg,Al,2,),相。还有两个,T(Al,6,CuMg,4,),相与,（,Mg,5,Al,6,）相。,S,相有很高的稳定性和沉淀强化效果，其室温和高温强化作用均高于,相。,这类合金还具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、管、棒、线、型材等，用于制作飞机蒙皮、壁板、隔框等。,2.,锻铝合金,锻铝用“铝”和“锻”二字的汉语拼音第一个字母“,L”,和“,D”,加顺序号表示，如五号锻铝用,LD5,表示。,锻铝合金属于铝,-,镁,-,硅系合金，其主要强化相是,Mg2Si,。,铝,-,镁,-,硅合金存在较严重的停放效应，若淬火后不立即时效处理，则会降低人工时效强化效果。,为减少停放效应，将铜加入合金，合金中还可以出现,(CuAl,2,),和,S(CuMgAl,2,),相起补充强化作用，提高合金强度。,锻铝中加入锰也可以减少铝,-,镁,-,硅合金的停放效应。合金中还可以加入铬和钛等，提高强度改善热塑性。,锻铝具有优良的热塑性，主要用于制作外形复杂的锻件。,压气机叶片,3,、超硬铝合金,超硬铝用“铝”和“超”二字的汉语拼音第一个字母“,L”,和“,C”,加顺序号表示，如四号超硬铝用,LC4,表示。,超硬铝合金是在铝锌镁合金系基础上发展起来的，在合金中形成强化相,(MgZn,2,),和,T(Al2Mg,3,Zn,3,),相。在高温下这两个相在,固溶体中有较大的溶解度，在低温有强烈的时效强化效应。,主要合金元素是锌、镁，有时还加入少量铜、锰、铬、钛等元素，进一步提高合金的力学性能。,超硬铝属于铝锌镁铜系合金。加入一定量铜，可以改善超硬铝的抗应力腐蚀性能；同时铜还能形成,(CuAl,2,),和,S(Al,2,CuMg),相起补充强化作用；铜还提高沉淀强化相的弥散度，消除晶界网状脆性相，改善晶界腐蚀倾向。但铜降低超硬铝的焊接性，故一般超硬铝采用铆接和粘接。,超硬铝在铝合金中是强度最高的，韧性也很高，用于飞机结构材料如翼梁、蒙皮。,缺点是疲劳强度较低，应力集中敏感，应力腐蚀倾向较大，其耐热性低于硬铝，只能在,120,以下使用。,飞机翼梁,(,腹板为硬铝合金,),飞机主起落架,铸造铝合金,铸造铝合金的命名,铸造铝合金的牌号用,“,铸铝,”,二字的汉语拼音第一个大写字母,“,ZL,”,加三位数字表示；,第一位数表示合金系别：（,1,为铝硅系合金；,2,为铝铜系合金；,3,为铝镁系合金；,4,为铝锌系合金）。第二、三位数字表示合金的顺序号。如,ZL111,表示,11,号铝硅系铸造铝合金。,铸造铝合金的主要牌号和化学成分如表。,活塞,(,裙部为铝硅合金,),ZL102,合金铸造组织,55,1.,铸造铝,硅合金,(ZL101,ZL111):,铝硅系合金,简单硅铝明,组织,+Si,共晶体，它的最大优点是铸造性能好，此外，密度小，抗蚀性，耐热性，焊接性也相当好，但强度低，这类合金只适用于制造形状复杂但对强度要求不高的铸件，如仪表壳体等。,特殊硅铝明,在该合金的基础上加入适当合金元素,Cu,、,Mn,、,Mg,、,Ni,等元素，发展成能时效强化的铝合金，称为特殊硅铝明，具有良好的铸造性和较高的抗蚀性及足够的强度，如,ZL108,、,ZL109,是我国目前常用的铸造铝活塞的材料。,2.,铝铜合金,铝,-,铜铸造合金的强化相是,(CuAl,2,),，有较高的强度和热稳定性，是所有铸造铝合金中耐热性最高的一类合金。,随铜含量的增加，耐蚀性降低，铸造性能变差。为了改善铸造性能，提高流动性，减少铸后热裂倾向，常加入一定量的硅。,适用于制作低于,200,，受中等负荷的零件。,3.,铸造铝,-,镁合金,(ZL301,、,ZL302):,密度,最小,(2.55g/cm,3,),，强度最高,(355MPa,左右,),的铸造铝合金，含镁,12,，强化效果最佳。合金在,大气,和,海水,中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可,切削,性，可用于作,雷达,底座、,飞机,的,发动机,机匣、,螺旋桨,、,起落架,等零件，也可作,装饰材料,。,铝镁合金铸造组织,150,鼓风机用密封件,(ZL102),及抗空架件,(ZL301),4.,铸造铝,锌合金,(ZL401,、,ZL402):,具有良好的铸造性,经变质处理和时效处理后,强度高,但耐蚀性差。,为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有,淬火,作用，即“自行淬火”。不经,热处理,就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作,模型,、型板及,设备,支架,等。,大型空压机活塞,(ZL401),Al-Li,合金,锂,(Li),是元素周期表中最轻的金属元素,密度只有,5360 kg/m,3,。在铝中每加入,1%(,质量比,),的锂,可使合金密度降低,3%,并增加弹性模量约,6%,。由于铝锂合金具有低密度、高比强度、高比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成形性能,用其取代常规铝合金,可使构件质量减轻,10%,15%,刚度提高,15%,20%,特别是它的价格比先进的复合材料便宜得多,被认为是,21,世纪航空航天工业最理想的轻质高强结构材料。,铝锂合金在航天方面的应用,在航天飞行器结构中,每增加,1 kg,的有效载荷可带来,44,11,万美元的效益,因此在一些新型空间结构中多采用铝锂合金结构。麦道空间系统公司用,2090,铝锂合金板材制成直径,2.44 m,、长度,3.05 m,的低温贮箱,用于三角翼火箭的燃料和液氧容器,减重,15%,。,通用动力空间公司在阿特拉斯和半人马运载火箭上使用,2090,铝锂合金,三个部件上铝锂合金总共用量,70 kg,减重,8%,。,铝锂合金在航天方面的应用,洛克希德公司在,20,世纪,80,年代中期开始选用铝锂合金锻件、厚板、薄板与挤压件,已成为世界上铝锂合金产品的最大用户,估计用量已超过,450 t,。如用,8090,合金制造了大力神运载火箭有效载荷舱,减重,182 kg,。,2XXX,系铝锂合金还将用于,X233,运载器和大力神,24,运载火箭的液氧贮箱和管道。,1997,年,12,月美国“奋进号”航天飞机外贮箱直径,8.4 m,、长度,47 m,采用,Weldalite2049,铝锂合金取代,2219,合金,使航天飞机运载能力提高了,3.4 t,。,俄罗斯在铝锂合金的研究、生产和应用方面一直处于领先水平,已将,1460,合金用于“能源号”运载火箭的低温贮箱,并在,1998,年将,Al21%L i,的合金用于航天飞机外燃料贮箱,提高荷载能力,16%,。,