工程材料学(第8章 铝合金)

如：变形铝合金的形 变再结晶退火，铸造铝合 金通过改变铸造工艺（如 变质处理）及加入微量元 素（如0.1～0.3%Ti）的方 法（分析铝钛相图）都可 以达到细化组织的目的。
5、形变强化： 对合金进行冷塑性变形，利用金属的加工硬化提高合
金强度。这是不能热处理强化铝合金的主要强化方法。
沉淀强化相的脱溶过程
要手段。
3）淬火后合金性能的变化 对铝合金及大多数有色金属合金而言：经过淬火，不
同合金的性能变化也大不相同。可能有四种情况：①σ↑， δ或ψ↓；②σ↓，δ或ψ↑；③σ↑，δ或ψ↑；④σ，δ或ψ基本无 变化。
本篇主要介绍目前工程中广泛应用的铝、镁、钛、 铜及其合金和相关材料，了解这些材料的典型性能特 点，合金化及热处理以及材料一般用途等。
第一节 铝合金中的合金元素
概述
1、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量8.2%）； 2、密度低（ 2.63～2.85g/cm3 ），比强度高； 3、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于Ag、Cu、Au
例如：铝、镁、钛、铍等轻金属具有相对密度小、 比强度高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶和 军事领域；银、铜、金（包括铝）等贵金属具有优良 导电导热和耐蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少 的材料；镍、钨、钼、钽及其合金是制造高温零件和 电真空元器件的优良材料；还有专用于原子能工业的 铀、镭、铍；用于石油化工领域的钛、铜、镍等。
而位居第四位，约为纯铜导电率的60％）； 4、耐蚀性好（Al2O3膜的存在，只有在卤素离子及碱离子
的强烈作用下氧化膜才会遭到破坏）； 5、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。
工业纯铝
物理性能Байду номын сангаас
工业纯铝有银白色光泽，密度小（2.72g/cm3），熔点低（660℃）， 为非磁性材料。
相图分析：
2、时效（沉淀）强化：
单纯靠固溶作用对Al合金的强化作用是很有限的，另 一种更为有效的强化方式是Al合金的固溶（淬火）处理+ 时效热处理。
铝合金中较强的沉淀强化效果的基本条件： ① 沉淀强化相是硬度高的质点； ② 加入铝中的合金元素应有较高的极限固溶度，且
其随温度降低而显著减小； ③ 淬火后形成的过饱和固溶体在时效过程中能析出
3）变质处理 ：以铝硅合金为例（如图所示），共晶组织中 的硅晶体呈初针状或片状，此时共晶的强度和塑性很低，
若使共晶硅细化成颗 粒，可以显著改善组 织的塑性。通常采用 变质处理，加入钠盐 变质剂，使共晶合金 变成α固溶体和细小的 共晶组成的亚共晶组 织，共晶中硅呈细粒 状。
4、细晶强化：
通过向合金中加入微量合金元素，或改变加工工艺及 热处理工艺，使合金基体及沉淀相和过剩相细化，既提高 合金的强度，还会改善合金的塑性和韧性。
第八章 铝合金
铝合金、镁合金和钛合金质轻又耐蚀，为航空结 构件之优选材料。铜和铜合金有很好导电和导热性， 为电气和仪表元器件之优选。
金属分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属包 括铁、铬、锰；工业中主要是指钢铁材料。而黑色金属 以外的所有金属则为有色金属（非铁金属材料）。相对 于黑色金属，有色金属有许多优良的特性，在工业领域 尤其是高科技领域具有极为重要的地位。
铝合金的分类及强化
铝的合金化和强化方式
为改善铝的机械性能，研究发现向铝中加入适量的某 些合金元素，并进行冷变形加工或热处理，可大大提高其 机械性能，其强度甚至可以达到钢的强度指标。
目 前 铝 中 主 要 可 能 加 入 的 合 金 元 素 有 Cu 、 Mg 、 Si 、 Mn、Zn和Li等，它们可单独加入，也可配合加入。由此得 到多种不同工程应用的铝合金。除上述主加元素外，许多 Al合金还常常要加入一些辅助的微量元素，如Ni、B、Zr、 Cr、Ti、稀土等，进一步改善合金的综合性能。
固态铝具有面心立方晶体结构，无同素异构转变。因此铝具有良好 的塑性和韧性，在0～253℃之间塑性韧性不降低。
分类
纯铝按其纯度分为高纯、工业高纯和工业纯，纯度依次降低。
应用
工业纯铝强度低，室温下仅为(45～50)MPa，故一般不宜用作结构 材料。工业纯铝主要用作配制铝基合金；高纯铝则主要用于科学试验， 化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还可用于制作电线、铝箱、屏蔽壳 体、反射器、包覆材料及化工容器等。
均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中 能形成强烈的应变场。
3、过剩相强化：
1）定义： 当合金元素加入量超过其极限溶解度时，合 金固溶处理时就有一部分第二相不能溶入固溶体，这部分 第二相称作过剩相。
2）过剩相对合金性能的影响 ： 过剩相一般为强硬脆的 金属间化合物，当其数量一定且分布均匀，对铝合金有较 好的强化作用，但会使合金塑性韧性下降；数量过多还会 脆化合金，其强度也会下降。
无论加入哪种合金元素，各类Al合金的相图一般都具 有如下图的形式，相图靠Al端都具有共晶相图特点。
以相图上合金元素在Al中的最大饱和溶解度D为界线将 各种Al合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
变形铝合金
是指成分小于D点的合金可以得到单相固溶体组织， 塑性变形能力好，适合于冷热加工。
变形铝合金又可分为热处理强化和不可热处理强化铝 合金两种：成分小于F点的合金其固溶体成分不随温度而 变化，故不能用热处理强化； 反之则可以通过时效处理而 沉淀强化。
1、概述： 1）定义： 淬火是指将合金通过加热到固溶体溶解度曲 线以上温度保温，然后以大于临界冷却速度急速冷却，从 而得到过饱和固溶体的热处理方法。 时效是指将淬火状 态的合金在一定温度下保持适当时间，使淬火得到的过饱 和固溶体发生分解，从而大大提高合金的强度。
2）淬火及时效的作用： 铝合金重要的综合热处理方式，提高铝合金强度的重
铸造铝合金：
是指成分比D点高的合金属铸造铝合金。这类合金有良 好的铸造性能，熔液流动性好，收缩性好，抗热裂性高， 可直接浇铸在砂型或金属型内，制成各种形状复杂的甚至 薄壁的零件或毛坯。
铝合金的强化方式
1、固溶强化：
铝合金中常加入的主要合金元素Cu，Mg，Zn，Mn， Si，Li等都与Al形成有限固溶体，有较大的固溶度（见表 10-1），具有较好的固溶强化效果。