铝合金中的析出相资料

第二章铝及其合金
第一节工业纯铝、合金化及铝合金的分类、
牌号和状态符号
一、工业纯铝
1、物性
熔点660.24℃；密度2.7×103kg/m3；
弹性模量（E）72000MPa
面心立方晶格a=0.4049nm；原子直径0.286nm 相对电导率62％IACS（International Annealed Copper Standard）电阻率2.66×10-8Ωm (欧姆米)(99.9%Al)；
顺磁性（磁化率215）；
3、化学性能
•铝的化学活泼性极高，标准电极电位（－1.67伏）。

•铝在空气中表面生成5～10nm厚的Al2O3保护膜，在大气中耐蚀。

•在浓硝酸中有极高的稳定性，与有机酸及食品几乎不反应。

•在硫酸、盐酸、碱、盐中不稳定。

4、特点
•质量轻
•优秀的导电、传热和塑性变形性能•在大气中有良好的耐蚀性
•强度低不适于作结构材料
二、铝的合金化
•合金化原理主要固溶强化和时效强化
•固溶强化：元素溶解度大，与Al原子直径差大，例如Mg
和Mn
•时效强化：所加元素或形成的中间相，高温时在Al中有较大的溶解度，随温度降低溶解度急剧变小。

常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。

铝合金常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。

•在合金中可能形成：
θ－CuAl2S－Al2CuMg
η－MgZn2T－Al2Mg3Zn3
β－Mg2Si δ－AlLi
β－Mg2Al3
铝中的主要杂质：Fe、Si
为了改善合金的塑性和抗蚀性，合金中常加入Mn、Cr、Zr、Ti、Cu等微量元素。

三、分类、牌号和状态符号
(1)我国铝及其合金过去的分类和牌号：
采用汉语拼音加阿拉伯数字表示
纯铝：LG工业高纯铝；L工业纯铝
变形铝合金分类及牌号:
（L）（类）（序号）（状态）
(2)美国变形铝合金牌号及状态
牌号：用四位阿拉伯数字表示
第一位数表示合金系（即加入最多的那种元素）
第二位数表示原始合金或改进合金，0为原始合金，改进合金依次为1、2、3等
最后两位数表示具体合金牌号，对于纯铝表示小数点后两位铝含量（1145－99.45％Al，1200－99.00％Al）
目前我国变形铝合金牌号
表示方法基本与美国相同,不同之处在于第二位不用阿拉伯数字,而是用英文字母：
例如：7A04、7B04
状态：
F－加工态（热轧、挤压）,不控制应变硬化量O－退火再结晶状态，强度最低、塑性最高
W－固溶处理正在自然时效过程（不稳定）
H－冷作硬化状态
T－热处理状态
应变硬化状态：
H1－应变硬化。

H2－应变硬化加不完全退火。

H3－应变硬化稳定处理。

H112－加工过程的应变硬化（不控制应变量）。

H321－加工过程的应变硬化（控制应变量）。

H116－特殊应变硬化。

热处理状态：
在T后附有一位或多位数。

对于T状态，列出了在两次操作之间或操作之后的室温下可能发生自然时效时间。

如果这段时间在冶金学上有重要意义的话，就应对这段时间加以控制。

数字1～10表示处理的具体程序。

T1－从高温成形过程冷却和自然时效至基本稳定的状态
T2－从高温成形过程冷却，然后冷加工和自然时效至基本稳定的状态T3－固溶处理、冷加工和自然时效至基本稳定的状态
T4－固溶处理，自然时效到基本稳定的状态
T5－从高温成形过程冷却，然后进行人工时效的状态
T6－固溶处理，人工时效到强度最高的状态
T7－固溶处理，人工时效到过时效状态（稳定化处理的状态）
T8－固溶处理后冷加工，然后进行人工时效的状态
T9－固溶处理、人工时效、然后冷加工的状态
T10－从高温成形工序冷却，然后冷加工并进行人工时效的状态
TX51－通过拉伸消除应力的状态
TX52－通过压缩消除应力的状态
TX54－通过拉伸和压缩相结合的方法消除应力的状态
第二节变形铝合金
简单地说：
硬铝综合机械性能好（不耐蚀）
超硬铝室温强度最高
锻铝热塑性好
防锈铝耐蚀性好，易成形，焊接性好（强度低）
一、硬铝
1、一般特点
较好的综合机械性能
σb＝420～60MPa，σ0.2＝280～300MPa，δ＝15～17％。

耐蚀性低有晶间腐蚀现象，应力腐蚀（SCC）倾向小。

焊接性不好主要用于以铆钉、螺栓、点焊为连接手段的结构中。

可热处理强化
AlZnMg合金相图
2、硬铝的组织
在AlCuMg三元系合金相图铝角附近，按Mg含量增加，依次可能出现以下四个相：
θ：CuAl2正方晶格
S：Al2CuMg斜方晶格
T：Mg32（CuAl）49立方晶格
(也称CuMg4Al6)
β：Mg2Al3面心立方
随Mg含量增加，θ相减少，S相增加
Cu/Mg ≥8, 主要是θ相
Cu/Mg＝8～4，主要是θ＋S相
Cu/Mg＝4～1.5，主要是S相，
S相中Cu/Mg＝2.61
θ相析出序列的GP区和θ′是圆片状
S相析出序列的GP区和S′是针状
强化效果：S→θ→T→β
耐热性：随温度升高，S相比θ软化的慢，
S相高温强化效果好。

3、硬铝的合金化
成分范围：
Cu：2.5～6.0％，硬铝的主要成分
Mg：0.4～2.8％，主要作用生成S相
Mn：0.4～1.0％，消除Fe对抗蚀性的有害影响，抑
制再结晶产生挤压效应，超过1％
产生（MnFe）Al结晶相有时加：Ti细化铸态晶粒
Be提高氧化膜的致密性，防止Mg的烧损。

典型合金的化学成分：
LY12（相当2024）Al－4.3Cu－1.5Mg－0.6Mn LY11（相当2017）Al－4.3Cu－0.6Mg－0.6Mn LY2Al－2.9Cu－2.2Mg－0.6Mn
时效：
除耐热硬铝LY2合金进行人工时效，大多数硬铝都是在自然时效状态下应用。

硬铝自然时效状态下的抗蚀性（晶间腐蚀）优于人工时效状态。

硬铝合金易产生晶间腐蚀的原因：
•含Cu的固溶体和Cu2Al相的电极电位都较高，当Cu2Al在晶界沉淀时，晶界附近出现含Cu较低的贫化带，该贫化带电极电位较低，在腐蚀介
Al）则为阴极。

质中成为阳极，而含Cu较高的晶粒内部和析出相（Cu
2
另外，晶界两侧的Cu贫化带很窄（面积小），阳极电流密度高，故遭到强烈腐蚀（即沿晶界腐蚀）。

•为了改善硬铝的抗蚀性，除合金化、热处理及其它措施（阳极化、涂漆）外，在板材表面包覆一层纯度大于99.5％的纯铝。

纯铝的电极电位低于基体，可起阳极保护作用。

包铝层厚度一般占板材厚度的4％，厚板可减至2％。

典型合金的热处理
LY12：495℃WQ→自然时效6天
＝450MPa）
（σ
b
或→室温停3天→190℃×10h
＝500MPa）
（σ
b
不同合金自然时效硬化的能力和速度不同。

5、硬铝的性能和用途
按强度和用途分为：铆钉、中强、高强和耐热硬铝四大类
铆钉硬铝：
LY1、LY4、LY9、LY10，以线材供应。

LY1（剪切强度196MPa）和LY10（剪切强度265MPa）
自然时效状态工艺塑性良好，铆接时间不受限制。

LY4（剪切强度286MPa）和LY9属于高强铆钉硬铝，
在淬火后规定时间内铆接，LY4在2～6h内铆接，LY9在20min内铆接。

中强硬铝：
LY11：塑性好，以板、棒、型材应用于各种工业，
在航空工业中主要用于模锻螺旋桨叶。

高强硬铝：
LY12：强度最高，应用最广，用于制造主要受力件。

板材：飞机蒙皮、壁板。

型材：飞机隔框、翼肋、长桁
耐热硬铝：
LY2：较好的高温性能，用于制造在较高温度（150～250℃）
下工作的构件，如航空发动机内的压气机叶片。

二、超硬铝（Al-Zn-Mg-Cu系合金）
超硬铝是在Al-Zn-Mg合金基础上加Cu发展起来的，它的强度超过硬铝，可达600～700MPa，所以称超硬铝。

第二次世界大战后，才开始大批生产和应用。

调质的45钢：σ
＝780～850MPa
b
σ0.2＝450～550MPa
1、Al-Zn-Mg系中强可焊铝合金
特点：
高的时效硬化能力；
＝300～450MPa）；
中等强度（σ
b
优良的可焊性；
好的热变形性和抗应力腐蚀性能；
宽的固溶处理温度范围；
低的淬火敏感性。

相组成：
工业上实际应用的Al-Zn-Mg合金成分范围处于：
α＋T和α＋T＋η相区
当Zn含量不变时，
随Mg含量增加合金中逐渐出现→η→T相。

T相：Al2Mg3Zn3，立方晶格，a＝1.429～1.471nm。

η相：MgZn2，六方晶格，a＝0.521nm，c＝0.86nm。

Zn/Mg＝1～4，主要是T相。

Zn/Mg>4，出现η相。

Zn/Mg＝6～7，完全有η相组成。

时效序列：
无论合金是落在α＋T还是α＋η相区，实际上时效析出序列均如下：
球形GP区－η`－η－T
η`是部分共格的过渡相，六方晶格，
a＝0.496nm，c＝0.868nm。

110℃以下主要是GP区
110～140℃主要是η`
160～200℃主要是η
270℃以上可出现T相
合金化：
Zn＋Mg的总量约4.5～7.6％（wt），Zn/Mg一般在2～3.8，
（MgZn
2中Zn/Mg＝5.38）
通常加入的微量元素：
Mn0.2～0.45％，显著提高SCR，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。

Cr ≤0.3％，显著提高SCR，增加淬火敏感性，产生剥落腐蚀。

Zr0.15～0.3％细化晶粒，提高可焊性。

Ti≤0.2％，细化晶粒，提高可焊性。

Cu ≤0.25％，显著提高SCR，降低可焊性。

该合金不采用自然时效制度，其原因有二：
①Al-Zn-Mg系合金GP区长大速度缓慢，自然时效过程需数月才能达
到稳定阶段。

②与人工时效比较，自然时效的抗应力腐蚀能力差。

2、Al-Zn-Mg-Cu系超硬铝
四十年代初，人们发现在Al-Zn-Mg系合金中加入<2％Cu能改善合金的塑性和抗蚀能力，再加入少量的Cr等微量元素可强烈提高抗应力腐蚀性能，从此发展了Al-Zn-Mg-Cu合金，即超硬铝。

合金化：
Zn和Mg主要强化元素
Cu也起强化作用，
但主要还是提高SCR，极限溶解度2％Zn＋Mg＋Cu一般在9.75～13.5％
Mn、Cr、Zr、Ti的含量和作用与Al-Zn-Mg合金相似
Fe和Si为杂质
三、锻铝Al-Mg-Si及Al-Mg-Si-Cu系）
1、Al-Mg-Si合金
特点：
突出的特点是有优良的热塑性，适于生产锻件。

另外：
中等强度，良好的耐蚀性和可焊性（没有SCC）
易进行阳极氧化着色或上珐琅（Cu对阳极氧化不利）
第一个工业Al-Mg-Si合金是美国1923年的专利
（51S合金，0.6％Mg，1％Si）6063合金：0.68Mg，0.4Si，
Cu、Cr、Mn、Ti均<0.1％。