铝及其合金超强ppt

（4）形成稳定θ相 时效后期，过渡相θ'从铝基固溶体中完全脱溶， 形成与基体有明显相界面的独立的稳定相 CuAl2，称为θ相，此时θ相与基体的共格关系 完全破坏，共格畸变也随之消失。并随时效温 度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大 合金的强度、硬度进一步降低。 以上讨论表明，4％Cu-Al合金时效的基本过程 可以概括为：过饱和固溶体→形成铜原子富集 区(GP区)→铜原子富集区有序化形成θ“相→形 成过渡相θ„→析出稳定相θ(CuAl2)+平衡的α固 溶体（图8-5）。
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α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α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。
（2）固溶处理（淬火）工艺
（3）时效温度 合金的时效过程亦是一种固态相变过程，析出 相的生核与长大伴随着溶质原子的扩散过程， 在不同温度时效时，析出相的临界晶核大小、 数量、分布以及聚集长大的速度不同，因而表 现出不同的时效强化曲线。各种不同合金都有 最适宜的时效温度。 若时效温度过低，由于扩散困难，GP区不易 形成，时效后强度、硬度低；当时效温度过高 时，扩散易于进行，则过饱和固溶体中析出相 临界晶核尺寸大、数量少，化学成分更接近平 衡相，结果在时效强化曲线上达到最大强度值 所需的时间短，强度峰值低（图8-6）。
8.3 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。

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 θ(CuAl2)和S(CuMg Al2)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。
（2）铜原子富集区有序化 在GP区的基础上铜原子进一步偏聚，GP区进一步扩 大，并有序化，即形成有序的富铜区，称为θ"相。由 于θ"相与基体仍保持共格关系，因此其周围基体产生 弹性畸变，它比GP区周围的畸变更大，对位错运动 的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大。GP区θ"相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 （3）形成过渡性θ' 随着时效过程的进一步发展，铜原子继续偏聚，当铜 与铝原子之比为1：2时，形成过渡相θ'。由于θ'相的 点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格 关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格.对位错运 动的阻碍作用亦就减小，故合金的硬度开始降低。
Chapter8 铝及其合金
重点及基本要求




通常将铁、铬、锰及其合金称为黑色金属；除此 以外的所有其它金属统称为有色金属。 轻金属: 比重小于3.5的金属称为轻金属；如铝、 镁、铍、锂等。 重金属: 比重大于3.5的金属称为重金属；如铜 、 锌、铅、镍等。 贵金属: 如金、银和铂等金属。 稀有金属: 如钨、钒、钼、铌、钛和锆等金属。 放射性金属: 如镭、铀和钍等金属。
表8-2 LF21合金的力学性能（不小于）
处理状态 M（退火） Y2（半硬） Y（硬） σb/ MPa 127 167 216 σ0.2/ MPa 49 127 176 δ10/% 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。
2、时效强化 由于合金元素在铝中有较大固溶度，且随 着温度的降低而固溶度急剧减小。故铝合 金经加热到某一温度淬火后，可以得到过 饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶 体放置在室温或加热到某一温度时，其强 度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、 韧性则降低，这个过程称作时效。 时效过程使合金的强度、硬度增高的现象 称为时效强化或时效硬化。 淬火（又称固溶）+时效处理是铝合金强化
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（如表8-5），
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（如表8-4、图8-15）。
3、过剩相强化 当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶 解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入 固溶体的第二相出现，称之为过剩相。 在铝合金中过剩相多数为硬而脆的金属间 化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错 运动的作用。使强度、硬度提高，而塑性、 韧性降低。 合金中过剩相的数量越多，其强化效果越 好，但过剩相过多时，由于合金变脆而导 致强度急剧降低。 在二元铝硅合金中，其主要强化手段是通 过过剩相强化。在铝硅合金中随着硅含量
二、淬火（固溶处理）
加热到固溶线温度以上，保温后快冷，其强度、 硬度并没有明显升高，而塑性却得到改善，这种 热处理称为固溶处理（淬火）。其目的是为后续 的时效处理作组织上的准备。 铝合金淬火加热温度范围很窄，但必须超过固溶 度线，以获得溶质的最大溶解度，增强随后的时 效强化效果。然而加热温度又不宜过高，否则会 引起过热或过烧。 铝合金淬火加热时一般采用盐炉或炉气循环的电 炉，以便精确地控制炉温。通常的冷却介质为水、 油、熔盐等。
4、细化组织强化

铸造铝合金中常加入微量元素（变质剂） 进行变质处理来细化合金组织，提高强度 和韧性。
变形铝合金中添加微量钛、锆、铍以及稀 土等元素，它们能形成难熔化合物，在合 金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作 用，提高合金的强度和塑性。

8.2铝合金的热处理与时效强化
一、退火
1、再结晶退火 适用于经过冷塑性变形的变形铝合金。将冷变形的铝 合金加热到再结晶温度以上保温一定的时间后空冷， 其目的是消除加工硬化，改善合金的塑性，以便进一 步进行塑性成形，如冷轧板的中间退火。 2、去应力退火 在再结晶温度以下某一温度（通常的温度为180～ 300℃）保温后空冷，其目的是消除内应力，适当增加 塑性，以利于随后进行小变形量的成形加工，同时保 留一定的加工硬化效果。这是不可热处理强化铝合金 常用的热处理方法。
8.1铝的合金化及铝合金的分类
一、工业纯铝
铝具有面心立方点阵，无同素异构转变。 铝的比重为2.72（g/cm3），约为铁的三分之一。 铝的熔点与其纯度有关，当纯度为 99.996%时，熔点




为660.24℃。 铝具有优良的导电、导热性，其导电性仅次于银和铜， 居第三位。 铝在大气中具有优良的抗蚀性。 铝在室温中即能与空气中的氧化合，表面生成一层薄 而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜，阻止氧向金 属内部扩散而起保护作用。 铝的主要用途是配制铝基合金。
三、铝合金的强化方式
1、固溶强化 纯铝通过加入合金元素形成铝基固溶体，起固 溶强化作用，使其强度提高。 根据合金化的一般规律，形成无限固溶体或高 浓度的固溶体型合金时，不仅能获得高的强度， 而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性 能。 铝的合金化一般都形成有限固溶体,如铝-铜、铝 -镁、铝-锌、铝-硅、铝-锰等二元合金均形成有 限固溶体，并且都有较大的极限溶解度,能起较 大的固溶强化效果。
3、均匀化退火
又称扩散退火。将铸件加热到较高的温度 （500～530℃）保温后炉冷或空冷。其目的 是为了消除铝合金铸锭或铸件的成分偏析及内应 力，提高塑性，降低加工及使用过程中变 形开裂的倾向而进行的热处理。对于要进行时效 强化的铸件，均匀化退火可与固溶处理合
并进行，原因在于淬火加热时即可达到均匀成分 和消除应力的目的。
二、铝合金的分类
根据合金元素的含量和加工工艺特点，铝合 金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。 1、铸造铝合金 合金含量比变形铝合金高一些（B点附近 合金）。 2、变形铝合金 变形铝合金是铸锭经过冷、热压力加工后形 成的各种型材。合金元素含量比较低，一 般不超过极限溶解度点的成分（D点以左合 金）。
3、超硬铝合金



三、时效
铝合金时效处理的目的是在一定的条件下使
沉淀强化相从淬火得到的过饱和固溶体中析 出，以获得满意的强化效果。
通常把在室温下进行的时效称为自然时效，
在某特定温度条件下进行的时效称为人工 时效。
α是铜在铝中的 固溶体，在室 温时的最大溶 解度为0.5%Cu， 加热到548℃时， 极限溶解度为 5.7%Cu。
经固溶处理获得的过饱和固溶体,在发生分解之
前有一段准备过程,这段时间称为孕育期。随
后，铜原子在铝基固溶体（面心立方晶格）的
{100}晶面上偏聚，形成铜原子富集区，称为
GP区。其晶体结构类型仍与基体α相同，并与
基体保持共格关系。所不同之处是GP区中铜 原子的浓度较高，引起点阵的严重畸变，阻碍 位错运动，因而合金的强度、硬度提高。

Al-Cu-Mg合金共有四个金属间化合物，其中有 两个强化相，即θ(CuAl2)相和S(CuMg Al2)相。 还有两个T(Al6CuMg4)相与β（Mg5Al6）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θ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。
图8-4为铝-铜二元合金状态图
1、时效的基本过程

以4％Cu-Al合金为例，该合金在室温时的平衡组 织为α＋θ（CuAl2），加热到固溶线以上，第二
相θ完全溶入α固溶体中，淬火后获得铜在铝中的
过饱和固溶体。

时效过程基本上就是过饱和固溶体分解（沉淀）
的过程，它包括以下四个阶段。
（1）形成铜原子富集区（GP区）
• 变形铝合金按其成分和性能特点可分为不 能热处理强化铝合金和可热处理强化铝合 金。 • 不能热处理强化铝合金是合金元素含量小 于状态图中 F点成分的合金，这类合金由于 具备好的抗蚀性，故称为防锈铝。 • 可热处理强化铝合金的合金元素含量比防 锈铝要高一些,成分相应于状态图中F与D之 间的合金，通过热处理能显著提高机械性 能,这类铝合金包括硬铝、超硬铝和锻铝。
2、影响时效的因素
（1）组成合金的元素能否溶于固溶体以及时效析出相 的情况。


铁、镍基本上不溶解于固态铝中，故铝-铁，铝-镍系合金 不能进行时效处理。 如果在铝中加入某些合金元素能形成结构与成分复杂的化 合物（第二相），如CuAl2(θ)、Mg2Si(β)、Al2CuMg(S)、 Mg2Zn(η)等等,则在时效析出过程中形成的GP区的结构就 比较复杂,与基体共格关系引起的畸变亦较严重。因此， 合金的时效强化效果就较为显著。 一般说来，在不发生过热、过烧的条件下，淬火加热温度 高些，保温时间长些比较好，有利于获得最大过饱和度的 均匀固溶体。 淬火冷却时要保证淬火过程中不析出第二 相。