变形铝合金金相图谱

总论

属于防锈铝的有铝－镁及铝－锰系合金。属于硬铝的有铝－铜－镁及铝－铜－锰系合金。铝－锌－镁－铜系为超硬铝。铝－镁－硅－铜及铝－铜－镁－铁－镍系合金为锻铝。

铝－铜－镁－铁－镍及铝－铜－锰系合金与铝－铜－镁系中的L Y6、LY2合金有较好的耐热性，所以也称为耐热铝合金。

在常用的合金元素中，铝和锌、镁、铜、锂、锰、镍、铁在靠铝一边形成共晶反应，和铬、钛形成包晶反应，在铝－铅系中出现偏晶反应。它们在铝中的固溶度以锌、镁、铜、锂最大；锰、硅、镍、钛、铬、铁次之；以铅最小。

合金中的铜、锂、硅等元素以及合金中的化合物Mg2Si、MgZn2、S(CuMgAl2)相等，由于随温度高低有较大的固溶度变化，经淬火及时效后使合金显著强化。

热处理强化的变形铝合金中，以Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si、Al-Mg-Zn系为基的合金用途最广。

第一章工业纯铝

纯铝具有比重小，导电性好、导热性高、熔解潜热大、光反射系数大、热中子吸收截面较小及外表色泽美观等特性。铝在空气中表面能生成致密而坚固的氧化膜，具有较好的抗蚀性。

第二章铝－镁系合金较高的抗蚀性、良好的焊接性及较好的塑性。

表1铝－镁系合金的化学成分

表2 镁含量对铝－镁合金力学性能的影响

当镁含量超过5％时，抗应力腐蚀性能变坏；镁含量超过7％时，合金塑性降低，焊接性能变坏。

锰有利于合金的抗蚀性，提高合金的强度。加入少量钛和钒能细化晶粒。在LF3合金中加入硅改善了合金的焊接性能。

热处理特性

在不同温度下，镁在铝中虽有较大的固溶度变化，但实际上合金没有明显的时效强化作用，这是由于在淬火、时效时形成的新相β和基体不发生共格强化。一般为退火或冷作硬化状态。

铝－镁合金退火时组织和性能发生变化。当温度升高到某一较高温度后，即使退火温度继续升高，组织和性能仍较稳定。合金的再结晶温度与镁含量有密切关系。镁含量由2％增高到5％时，再结晶温度随镁含量的增加而下降；镁含量由5％增高到9％时，再结晶温度随镁含量的增加反而上升。

表3 工业铝－镁系合金部分产品的再结晶温度

经冷轧的高镁合金板材，在室温下长期存放时，其力学性能有所变化。随着存放时间的增长，强度下降，延伸率显著提高。这种软化现象并随变形程度及镁含量的增加而表现得更加明显。

为了防止合金冷加工后长期放置所产生的软化现象，在冷变形后，产品进行低温退火（150℃加热3h）处理。即稳定化处理。

第三章铝－锰系合金

常用牌号：LF21合金。较高的塑性、良好的抗蚀性及焊接性。可加工成板材、棒材及管材等半制品。

表1 LF21合金的化学成分

Mn：随含量的增加，合金强度随之提高。在1.0-1.6％范围内，合金有较高的强度，良好的塑性和工艺性能。如继续提高Mn含量，合金强度虽有增加，但由于形成大量的脆性化合物MnAl6，合金在变形时容易开裂。改善抗蚀性。

杂质铁能降低锰在铝中的溶解度。例如，加入0.03％Fe可使锰在500℃时的溶解度降至0.15％。铁可溶入MnAl6中形成(FeMn)Al6。难溶相，质硬而脆，显微硬度为704公斤/毫米2。

实践证明：合金中加入一定量的铁能使板材在退火时得到较细的晶粒。在生产中把铁控制在0.4－0.7％范围内。但铁和锰之和不应大于1.85％，否则形成大量的(FeMn)Al6粗大片状偏析聚集物，会显著地降低合金的力学性能和工艺性能。

杂质硅能增大合金的热裂倾向，降低铸造性能，硅含量应严加限制。

热处理特性

LF21合金退火时，极易产生粗大晶粒，致使合金半制品在深冲或弯曲时表面粗糙或出现裂纹。试验证明：合金出现粗大晶粒的主要原因是在半连续铸造铸锭的晶粒和枝晶内存在有严重的锰偏析。因锰能显著提高合金的再结晶温度，锰的晶内偏析又使合金的再结晶温度区间加宽，致使合金在退火时容易产生大晶粒。为保证LF21合金板材获得细晶粒，应采取以下措施。

1．铸锭均匀化600-620℃

2．高温压延将铸锭热压温度由390-440℃提高到480－520℃，板材在退火时也能得到较细的晶粒。这是由于合金在高温压延时加速过饱和固溶体分解的结果。

3．适当控制铁的含量在合金中加入少量钛的条件下，加入0.4％以上的铁可明显细化板材的晶粒。

4．快速加热快速加热能得到细晶粒，这是由于快速加热能缩小再结晶区间，在高锰和低锰处同时形核，因而产生细晶粒。

第四章铝－铜－镁系合金

低强度硬铝如L Y1、LY10等合金

中强度硬铝如L Y11等合金

高强度硬铝如L Y12等合金

具有耐热性的硬铝如LY2等合金

为提高抗蚀性能，在硬铝板材的表面上，包有一层工业纯铝。

表1化学成分表

LY1、LY10主要强化相：含镁量较低，铜和铝形成化合物CuAl2。

LY11主要强化相：CuAl2、少量S(CuMgAl2)相

LY12强化相：S(CuMgAl2),强化效果比CuAl2更高。同时还使合金具有一定的耐热性。

合金中加入0.3-1.0％Mn，可以减少铁的有害影响，提高合金的耐蚀性；锰还能细化合金晶粒，加速时效作用，延缓压挤和固溶处理时的再结晶过程。Mn含量超过1％时，能出现粗大的脆性化合物(FeMn)Al6的聚集物，使合金的工艺性能变坏。

LY2主要强化相：S相

当Cu：Mg等于或小于2.6时，形成S相；当大于2.6时，则形成S和CuAl2相或CuAl2相。

第五章铝－镁－硅－铜系合金

常用合金：LD2、LD5、LD6、LD10

该系合金是在铝－镁－硅系的基础上发展起来的。

该系合金中，最早出现的是51S(镁0.6％，硅0.9％)。Mg2Si是主要强化相。该合金在淬火后，不立即时效，停留一段时间，会降低人工时效效果。为补偿这种损失，加入0.2－0.6％铜和0.15－0.35％锰（或铬）就成为LD2，加入1.8-2.6％铜，0.4-0.8锰即是LD5。为消除LD5合金铸锭的柱状晶，防止制品形成粗晶的倾向，给合金中加入0.02－0.1％钛和0.01－0.2％铬。这个合金即为LD6.

LD10合金的铜含量更高，和硬铝相当，为3.9-4.8％，所以也叫高强度硬铝合金。

合金中含铁0.2－0.4％，能防止淬火加热时再结晶晶粒的长大，增加强化效果。但含铁量超过0.8％时，因出现粗大的(FeMn)Al6相，降低合金塑性。

表1合金化学成分表