1、一、概述一、概述1.有色合金概述有色合金概述有色金属有色金属定义定义:除除Fe、Cr、Mn之外的所有金属。之外的所有金属。有色金属分类有色金属分类重金属重金属(密度密度4.5):Cu、Ni 等。等。轻金属轻金属(密度密度4.5):Al、Mg 等。等。贵重金属贵重金属:Au、Ag、Pt 等。等。稀有金属稀有金属:W、Ti、Nb 等。等。半金属半金属:Si、Te、B 等。等。o本篇重点介绍铝合金、铜合金、钛合金本篇重点介绍铝合金、铜合金、钛合金o 有色金属的产量和有色金属的产量和用量不如黑色金属用量不如黑色金属多，但由于其具多，但由于其具有有许多优良的特性，许多优良的特性，如特殊的电、磁、如特殊的
2、电、磁、热性能，耐蚀性能热性能，耐蚀性能及高的比强度及高的比强度(强度强度与密度之比与密度之比)等，等，已已成为现代工业中不成为现代工业中不可缺少的金属材料可缺少的金属材料.各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比地壳中含量最高的金属元素地壳中含量最高的金属元素铝铝目前世界年产量最高的金属目前世界年产量最高的金属铁铁导电、导热性最好的金属导电、导热性最好的金属银银人体中含量最高的金属元素人体中含量最高的金属元素钙钙硬度最高的金属硬度最高的金属铬铬熔点最高的金属熔点最高的金属钨钨(3380)3380)熔点最低的金属熔点最低的金属汞汞（-38.87-38.87)密度最大
3、的金属密度最大的金属锇锇(1 1立方米锇重立方米锇重22.4822.48吨吨)密度最小的金属密度最小的金属锂锂(0.5340.534克克/厘米厘米3)3)人类历史上使用最早的金属元素人类历史上使用最早的金属元素铜铜2.铝合金性能特点铝合金性能特点四大工程材料之一：四大工程材料之一：钢铁、钢铁、铝铝、塑料、水泥塑料、水泥（1）优良的物理性能）优良的物理性能 l 密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低。密度小，熔点低，导电性、导热性好，磁化率低。纯铝的密度纯铝的密度2.72g/cm3，仅为铁的，仅为铁的1/3；熔点为；熔点为660.4；导电性仅次于导电性仅次于Cu、Au、Ag，是，是Cu的的6
4、2%。铝合金的密度。铝合金的密度也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝也很小，熔点更低，但导电、导热性不如纯铝,铝及铝合铝及铝合金的磁化率极低，属于非铁磁材料。金的磁化率极低，属于非铁磁材料。（2）抗大气腐蚀性能好）抗大气腐蚀性能好 在大气中，铝合金表面会很快形成一层致密的氧化膜，在大气中，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，氧化膜易破防止内部继续氧化。但在碱和盐的水溶液中，氧化膜易破坏；在热的稀硝酸、稀硫酸中也极易溶解。坏；在热的稀硝酸、稀硫酸中也极易溶解。（3）压力加工性能好，比强度高）压力加工性能好，比强度高l 纯铝为纯铝为fcc结构，结构，无
5、同素异构转变无同素异构转变，具有较高的塑性，具有较高的塑性（=3040%），易于压力加工成型，并有良好的低），易于压力加工成型，并有良好的低温性能。纯铝的强度低，温性能。纯铝的强度低，b=90-120Mpa，不能直接，不能直接用于制作受力的结构件，而用于制作受力的结构件，而铝合金铝合金通过冷成型和热处通过冷成型和热处理，其抗拉强度可达到理，其抗拉强度可达到500600Mpa，相当于低合金，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。钢的强度，比强度高，成为飞机的主要结构材料。铝合金分类铝合金分类变形铝合金变形铝合金（1）：成分小于成分小于B点的合金，点的合金，塑性好，能进行压力加工
6、成塑性好，能进行压力加工成形。形。铸造铝合金铸造铝合金（2）：成分大于成分大于B点的合金，点的合金，由于凝固时发生共晶反应，由于凝固时发生共晶反应，熔点低、流动性好，铸造性熔点低、流动性好，铸造性能好，能进行铸造成形。能好，能进行铸造成形。3.铝合金分类铝合金分类l 变形铝合金又分变形铝合金又分p 不可热处理强化不可热处理强化（3）p 可热处理强化可热处理强化（4）二、二、铝的合金强化铝的合金强化l 合金元素主要强化作用有：合金元素主要强化作用有：固溶强化固溶强化，沉淀强化沉淀强化，过过剩相强化剩相强化和和细化组织强化细化组织强化1.固溶强化固溶强化 合金元素加入到纯铝中，形成铝基固溶体，导致
7、晶合金元素加入到纯铝中，形成铝基固溶体，导致晶格发生畸变，增加位错运动阻力，从而提高强度。格发生畸变，增加位错运动阻力，从而提高强度。固溶强化效果不高，得结合其他强化手段共同强化固溶强化效果不高，得结合其他强化手段共同强化2.沉淀强化（时效强化）沉淀强化（时效强化）Al中添加在高温下有较高溶解度极限的合金元素，中添加在高温下有较高溶解度极限的合金元素，这些合金元素随温度的降低，溶解度急剧下降，沉淀这些合金元素随温度的降低，溶解度急剧下降，沉淀析出，均匀、弥散的共格或半共格强化相，在基体中析出，均匀、弥散的共格或半共格强化相，在基体中形成较强的应变场，增加位错运动的阻力形成较强的应变场，增加位错
8、运动的阻力 常用沉淀合金元素有：常用沉淀合金元素有：Cu，Mg，Zn，Si，Li等等3.过剩相强化过剩相强化 当当Al中加入的合金元素超过其溶解度时，合金在中加入的合金元素超过其溶解度时，合金在淬火加热时便有一部分不能溶于固溶体，而以第二淬火加热时便有一部分不能溶于固溶体，而以第二相形式存在，为过剩相，它们在铝合金中阻碍位错相形式存在，为过剩相，它们在铝合金中阻碍位错运动和滑移。运动和滑移。4.细化组织强化细化组织强化 添加微量合金元素细化固溶体基体或细化过剩相添加微量合金元素细化固溶体基体或细化过剩相来强化来强化Al合金。合金。不能通过加热、冷却发生相变再结晶细化组织。不能通过加热、冷却发生
9、相变再结晶细化组织。l 铝中常加元素及作用铝中常加元素及作用 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Li，Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。Cu:固溶强化沉淀强化，提高室温强固溶强化沉淀强化，提高室温强度及耐热性，是铝合金的主加元素；度及耐热性，是铝合金的主加元素；Mg:固溶强化，降低密度，提高耐蚀性，固溶强化，降低密度，提高耐蚀性，不能作高强铝合金的主添加元素单不能作高强铝合金的主添加元素单独加入。独加入。Mn:提高耐蚀性提高耐蚀性Si:过剩相强化过剩相强化Zn:固溶强化，沉淀强化，提高耐蚀性固溶强化，沉淀强化，提高耐蚀性Li:现在广泛关注的合金元素，提高弹现在广
10、泛关注的合金元素，提高弹性模量，降低密度，形成性模量，降低密度，形成Al3Li的强的强烈沉淀强化烈沉淀强化超轻结构材料，如超轻结构材料，如Al-Mg-Li系。系。三、三、铝合金相图及热处理铝合金相图及热处理1.铝合金重要的二元相图铝合金重要的二元相图 Al-Si，Al-Cu，Al-Mg,Al-Zn,Al-Mnl 相图特点：二元共晶转变相图特点：二元共晶转变L+以铝为基的固溶体以铝为基的固溶体包括：包括：CuAl2，Si，Mg5Al8，MnAl6LL+AB2.Al合金结晶过程合金结晶过程l 变形铝合金结晶过程变形铝合金结晶过程l 铸造铝合金结晶过程铸造铝合金结晶过程Al-Si合金亚共晶组织：合金
11、亚共晶组织：+（+Si）共晶体）共晶体3.铝合金的热处理铝合金的热处理 o 为获得优良的综合力学性能，铝合金一般需进行热处理为获得优良的综合力学性能，铝合金一般需进行热处理o 热处理工艺包括：退火，固溶处理，时效热处理工艺包括：退火，固溶处理，时效（1）退火）退火u 再结晶退火（完全退火）再结晶退火（完全退火）将经变形的工件加热到再结晶温度以上，保温一段时间，将经变形的工件加热到再结晶温度以上，保温一段时间，消除加工硬化，改善塑性。消除加工硬化，改善塑性。u 低温退火低温退火 消除内应力，提高塑性。消除内应力，提高塑性。u 均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）消除合金铸锭的成分偏析和内
12、应力，提高塑性。消除合金铸锭的成分偏析和内应力，提高塑性。（2）固溶处理）固溶处理 将合金加热到固溶线以上，并将合金加热到固溶线以上，并保温，快冷。得到过饱和不稳定保温，快冷。得到过饱和不稳定的固溶体组织，为后续的时效处的固溶体组织，为后续的时效处理作准备。理作准备。强度强度/硬度变化小，塑性明显硬度变化小，塑性明显（3）时效处理）时效处理u时效：指淬火后得到的铝合金时效：指淬火后得到的铝合金过饱和固溶体在一定温度下，过饱和固溶体在一定温度下，随时间增长而分解，导致合金随时间增长而分解，导致合金强度和硬度升高的现象。强度和硬度升高的现象。u时效实质是沉淀强化相从过饱时效实质是沉淀强化相从过饱和
13、固溶体中析出和长大和固溶体中析出和长大加热固溶加热固溶淬火过饱和淬火过饱和时效析出时效析出 在室温下进行的时效称在室温下进行的时效称自然时效自然时效；在加热条件下进行的；在加热条件下进行的时效称时效称人工时效人工时效。一般一般“回火回火”用于晶型转变的淬火合金，用于晶型转变的淬火合金，“时效时效”用于非晶型转变的淬火合金用于非晶型转变的淬火合金淬火淬火+时效组织形成示意图时效组织形成示意图4.4.铝合金时效析出过程铝合金时效析出过程铜富集区铜富集区称称G.P.区区 晶体结构与基体晶体结构与基体相同，相同，与基体形成共格应变区，引与基体形成共格应变区，引起点阵畸变。起点阵畸变。强度、硬度强度、硬
14、度。G.P.呈盘状，仅几个原呈盘状，仅几个原子层厚，室温下直径约子层厚，室温下直径约5nm，超过，超过200就不再出现就不再出现G.P.区。区。第一阶段：第一阶段：形成铜原子富集区形成铜原子富集区（1 1）以）以Al-CuAl-Cu合金为例合金为例Al-Cu合金合金G.P.区模型区模型第二阶段：第二阶段：铜原子富集区有序化铜原子富集区有序化随时间延长，或温度随时间延长，或温度提高，提高，G.P.区急剧长区急剧长大，大，G.P.区铜原子有区铜原子有序化，形成序化，形成”相相”相与基体仍然保相与基体仍然保持完全共格，具有正持完全共格，具有正方点阵方点阵 点阵常数点阵常数a=b=0.404nm，c=
15、0.768nm。它比。它比G.P.区周围的畸变更大，因此时效强化作用更大区周围的畸变更大，因此时效强化作用更大相周围基体应变模型相周围基体应变模型第三阶段：第三阶段：形成过渡相形成过渡相 ”相转变相转变 成过渡相成过渡相是正方点阵，点阵是正方点阵，点阵常数发生变化，成分常数发生变化，成分接近接近CuAl2完全共格完全共格局部局部共格，共格畸变共格，共格畸变减弱减弱强度、硬度开始降低，强度、硬度开始降低，合金此时进入合金此时进入过时效过时效状态状态第四阶段：第四阶段：形成稳定的形成稳定的过渡相过渡相完全脱溶，完全脱溶，形成稳定形成稳定相相相相与基体失去共格关与基体失去共格关系，共格畸变消失系，共
16、格畸变消失合金的强度、硬度进一步下合金的强度、硬度进一步下降，降，即所谓即所谓“过时效过时效”与基体完全共与基体完全共格，具有正方格，具有正方点阵，畸变最点阵，畸变最大，强度最高大，强度最高畸变消失，强度畸变消失，强度下降。下降。G.P.区区 过渡相过渡相 过渡相过渡相 平衡相平衡相合金系合金系时效过程的过渡阶段时效过程的过渡阶段析出稳定相析出稳定相Al-Cu形成铜富集区形成铜富集区G.P.区区G.P.区有序化区有序化相相形成过渡相形成过渡相 （CuAl2）Al-Mg-Si形成镁、硅富集区形成镁、硅富集区G.P.区区形成有序的形成有序的相相 （Mg2Si）Al-Cu-Mg形成铜、镁富集区形成铜
17、、镁富集区G.P.区区形成过渡相形成过渡相S S Al2CuMgAl-Mg-Zn形成镁、锌富集区形成镁、锌富集区G.P.区区形成过渡相形成过渡相M M （MgZn2）常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相常用铝合金系的时效过程及其析出的稳定相（2 2）影响时效析出相的因素）影响时效析出相的因素l 合金的种类不同，形成的合金的种类不同，形成的G.P.区、过渡相以及最后析出区、过渡相以及最后析出的稳定相各不相同，时效强化效果也不一样的稳定相各不相同，时效强化效果也不一样l 同一成分合金，时效温度不同，脱溶序列也不一样。同一成分合金，时效温度不同，脱溶序列也不一样。一般，时效温度很高，预脱溶阶段或过
18、渡相可能不一般，时效温度很高，预脱溶阶段或过渡相可能不出现或出现的过渡结构较少。温度低时，则可能只出现或出现的过渡结构较少。温度低时，则可能只停留在停留在G.P.区或过渡阶段。区或过渡阶段。各种脱溶相的相互关系（三种情况）各种脱溶相的相互关系（三种情况）a)各种脱溶相均独立成核。在较稳定的脱溶相形核各种脱溶相均独立成核。在较稳定的脱溶相形核时，较不稳定的脱溶相逐渐溶解，所偏聚的溶质时，较不稳定的脱溶相逐渐溶解，所偏聚的溶质转移到较稳定的相中。转移到较稳定的相中。b)稳定性较小的脱溶相经晶格改组转变成更稳定的稳定性较小的脱溶相经晶格改组转变成更稳定的脱溶相。例如脱溶相。例如Al-Cu中的中的GP
19、区改组为区改组为”，改组改组为为 c)较稳定的相在较不稳定的相中成核，然后在基体较稳定的相在较不稳定的相中成核，然后在基体中长大。中长大。（3 3）影响时效强化的主要因素）影响时效强化的主要因素固溶固溶处理处理 规律规律：淬火淬火T越高，淬火冷却越高，淬火冷却V越快，转移越快，转移t越越短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大短，过饱和程度越高，时效强化效果也越大 要点要点：在不过热过烧条件下，：在不过热过烧条件下，T淬淬高些，保温高些，保温t长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止长些。淬火冷却要保证不析出第二相。为了防止 淬火变形开裂，一般采用淬火变形开裂，一般采用2080水冷却水冷却化学
20、化学成分成分取决于溶质元素的取决于溶质元素的固溶度、固溶度随温度的变化固溶度、固溶度随温度的变化程度，及析出相与基体结构的差异。程度，及析出相与基体结构的差异。时效时效工艺工艺温度温度：对一定合金，有：对一定合金，有最佳时效温度最佳时效温度.时间时间：在一定时效温度下，有最佳时效时间。在一定时效温度下，有最佳时效时间。方式方式：单级单级和和多级多级时效。高强合金常用分级时效时效。高强合金常用分级时效u分级时效：先在分级时效：先在G.P.G.P.区溶解度线以下时效，再在较高温区溶解度线以下时效，再在较高温度下时效。弥散的度下时效。弥散的G.P.G.P.区能成为后续脱溶的非均匀形核区能成为后续脱溶
21、的非均匀形核位置。与较高温度一次时效相比，可得到更弥散的时效位置。与较高温度一次时效相比，可得到更弥散的时效相分布。相分布。时效时间对组织和性能的影响时效时间对组织和性能的影响130130时效时效不同成分不同成分铝铜合金硬度与时间的关系铝铜合金硬度与时间的关系 时效温度过低，扩散困难，时效温度过低，扩散困难，G.P.G.P.区不易形区不易形成，时效后强度、硬度低；温度过高，扩散易成，时效后强度、硬度低；温度过高，扩散易进行，析出相的临界晶核尺寸大，时效后强度、进行，析出相的临界晶核尺寸大，时效后强度、硬度偏低。因此，各种合金都有最适宜的时效硬度偏低。因此，各种合金都有最适宜的时效温度。温度。思
22、考题：思考题：直接析出稳定相在热力直接析出稳定相在热力学上是有利的，但为什么学上是有利的，但为什么不是直接析出稳定相不是直接析出稳定相?四、变形铝合金四、变形铝合金 四位字符体系：牌号的第一位数字表示组别，四位字符体系：牌号的第一位数字表示组别，2XXX8XXX表示。后两位数字是区别同一组不同的铝合金。第表示。后两位数字是区别同一组不同的铝合金。第二位字母表示原始合金的改型情况，二位字母表示原始合金的改型情况，A表示原始合金；表示原始合金；BY表示原始合金的改型合金。如表示原始合金的改型合金。如2A06表示主要合金元素为表示主要合金元素为铜的铜的6号原始铝合金。号原始铝合金。1、防锈铝合金、防
23、锈铝合金 Al-Mn和和Al-Mg两个合金系。用两个合金系。用“3A”或或“5A”加一组顺加一组顺序号表示。具有优良的抗蚀性、焊接性和塑性。不能进行序号表示。具有优良的抗蚀性、焊接性和塑性。不能进行热处理强化。切屑加工性差，适合于制作焊接管道、容器、热处理强化。切屑加工性差，适合于制作焊接管道、容器、铆钉、各种生活用具以及其它冷变形零件。铆钉、各种生活用具以及其它冷变形零件。Al-Mn合金合金 Mn 的作用的作用1）Mn形成固溶强化，最形成固溶强化，最大溶解度大溶解度1.82%，不能，不能时效强化。时效强化。2）少量）少量Mn，形成弥散析，形成弥散析出的出的MnAl6 质点，产质点，产生弥散强
24、化。过量生弥散强化。过量Mn，形成大量形成大量MnAl6，脆性，脆性大，塑性降低大，塑性降低。3）MnAl6与基体铝电极电与基体铝电极电位相近，耐蚀性好。位相近，耐蚀性好。Al-Mg：Mg的作用的作用:1）固溶强化；因溶解度大，）固溶强化；因溶解度大，强度大于强度大于Al-Mn。2）5%为单相合金，为单相合金，5%会析出会析出Mg5Al8，脆性相，脆性相，电极电位低于基体，成电极电位低于基体，成为阳极，恶化耐蚀性。为阳极，恶化耐蚀性。3）由于时效过渡相与基体）由于时效过渡相与基体不共格，故不进行时效不共格，故不进行时效处理。处理。常用的常用的AL-Mg合金：合金：LF2(5A02)：Mg2-2
25、.8%,LF3(5A03)：Mg3.2-3.8%+少量少量Mn，耐蚀性、强度；耐蚀性、强度；+少量少量Fe，细化晶粒。，细化晶粒。应用应用洗衣机外壳、装饰扣板、易拉罐等洗衣机外壳、装饰扣板、易拉罐等 目前世界各国在全铝易拉罐生产中普遍采用的目前世界各国在全铝易拉罐生产中普遍采用的铝合金板卷主要有三种铝合金板卷主要有三种:即罐体用即罐体用3004H19（Al-Mn系）铝合金板带系）铝合金板带 罐盖用罐盖用5182H19（Al-Mg系）铝合金板卷系）铝合金板卷 拉环用拉环用5042H19或或5082H19、5182H19 铝合金板铝合金板卷。卷。这三种铝材中这三种铝材中,用量最大的为罐体材料用量最
26、大的为罐体材料,占占2/3以以上。全世界的铝罐料产量由上。全世界的铝罐料产量由2001年的年的4.221百万吨百万吨上升到上升到2005年的年的4.82百万吨百万吨,即上升即上升14%。2 2、硬铝合金、硬铝合金 成分成分Cu为主要合金元素、加入为主要合金元素、加入Mn、Mg等元等元素强化的铝合金。素强化的铝合金。Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mn系。系。2A+顺序号表示顺序号表示分类分类低强度硬铝，如低强度硬铝，如2A01、2A10等合金；等合金；中强度硬铝，如中强度硬铝，如2A11等合金；等合金；高强度硬铝，如高强度硬铝，如2A12等合金等合金,2A12是使用最广的高强度硬铝合金是使用最广
27、的高强度硬铝合金性能性能 时效处理后具有高硬度、强度，优良时效处理后具有高硬度、强度，优良的加工性和耐热性，但塑性、韧性低，耐的加工性和耐热性，但塑性、韧性低，耐蚀性差。含蚀性差。含Cu、Mg低，强度较低而塑性低，强度较低而塑性高；反之，强度高而塑性低。高；反之，强度高而塑性低。强化相强化相 (CuAl2)、金属间化合物金属间化合物S(CuMgAl2)是是强化相。强化相。S相最高。相最高。要严格控制淬火温度。要严格控制淬火温度。如：如：牌号牌号 正常淬火温度正常淬火温度 过烧温度过烧温度 2A02 495505 510515 2A10 510520 540 2A12 495500 507转移时
28、间尽量短转移时间尽量短 30，航空件，航空件 15；冷速要快，热水淬；冷速要快，热水淬；常用自然时效。常用自然时效。热热处处理理特特性性应用应用飞机大梁、空气螺旋桨、铆钉及蒙皮等飞机大梁、空气螺旋桨、铆钉及蒙皮等Al-Cu-MgAl-Cu-Mg三元合金垂直截面三元合金垂直截面 3 3、超硬铝合金、超硬铝合金成分成分性能性能 Al-Zn-Cu-Mg系。系。7A+顺序号表示，室温顺序号表示，室温强度最高，强度最高，500700MPa，缺点是耐蚀性差，缺点是耐蚀性差，疲劳强度低，疲劳强度低，120的温度下使用。的温度下使用。强化相强化相:MgZn2 Al2Mg3Zn3特点特点应用应用 T淬淬范围较宽
29、，一般为范围较宽，一般为450480，人工分，人工分级时效：先在级时效：先在120时效时效3小时，第二次在小时，第二次在160时效时效3小时，形成小时，形成G.P.区和少量的区和少量的 相，相，达到最大强化状态。达到最大强化状态。应用应用：飞机工业中重要的结构材料。：飞机工业中重要的结构材料。4 4、锻铝合金、锻铝合金成分成分性能性能 Al-Mg-Si-Cu系合金。用系合金。用6A或或2A加顺序号表加顺序号表示。常用的合金有示。常用的合金有6A02、2A14等等 具有优良的具有优良的锻造性能，力学性能与硬铝相近，但热塑性及锻造性能，力学性能与硬铝相近，但热塑性及耐蚀性较高耐蚀性较高特点特点应用
30、应用 主要强化相是主要强化相是Mg2Si。Mg2Si具有自然时效倾具有自然时效倾向，淬火后应立即向，淬火后应立即人工人工时效。时效。主要用做航空仪表中形状复杂、强度要求高的主要用做航空仪表中形状复杂、强度要求高的锻件。锻件。五、铸造铝合金五、铸造铝合金 铸造铝合金应具有高的流动性，较小的收缩性等良铸造铝合金应具有高的流动性，较小的收缩性等良好的铸造性。共晶合金应最佳，但容易有大量硬脆化好的铸造性。共晶合金应最佳，但容易有大量硬脆化合物，使脆性增加。因此，实际使用的铸造合金并非合物，使脆性增加。因此，实际使用的铸造合金并非都是共晶合金。都是共晶合金。铸造铝合金的牌号用铸造铝合金的牌号用ZL+ZL
31、+三位数字表示。第一位三位数字表示。第一位数字是合金系别：数字是合金系别：1 1是是Al-SiAl-Si系合金；系合金；2 2是是Al-CuAl-Cu系合金；系合金；3 3是是Al-MgAl-Mg系合金；系合金；4 4是是Al-ZnAl-Zn系合金系合金。第二、三位数字是合金的顺序号。例如第二、三位数字是合金的顺序号。例如 ZL102ZL102表示表示2 2号号Al-SiAl-Si系铸造合金。系铸造合金。1 1、铝硅系铸造合金（硅铝明）、铝硅系铸造合金（硅铝明）特特点点 流动性最好流动性最好，比重轻，铸造收缩率小；焊接，比重轻，铸造收缩率小；焊接性、耐蚀性性、耐蚀性优良优良,致密度较小。致密度
32、较小。共晶组织中硅晶体呈粗针状或片状，有少量共晶组织中硅晶体呈粗针状或片状，有少量块状块状初生硅。常经变质处理。初生硅。常经变质处理。塑性较低，需要细化组织。塑性较低，需要细化组织。应应用用 常用合金常用合金：ZL102 和和ZL104等等.制造致密度要求不高、形状复杂铸件。制造致密度要求不高、形状复杂铸件。如如ZL105工作工作在在250的耐热零件，的耐热零件，ZL111形状复杂的内燃机汽缸等。形状复杂的内燃机汽缸等。u Al-Si合金成份位于共合金成份位于共晶点附近，铸态组织晶点附近，铸态组织（变质处理前）：（变质处理前）：（+Si）共晶体，）共晶体，Si呈粗大针状分布呈粗大针状分布，使使
33、合金变脆，强度和塑合金变脆，强度和塑性都很低。性都很低。u 浇注前向合金注液中浇注前向合金注液中加入可有效地细化晶加入可有效地细化晶粒的材料（变质剂），粒的材料（变质剂），从而提高合金强度，从而提高合金强度，称为变质处理或细化称为变质处理或细化晶粒强化。晶粒强化。以以Al-Si合金为例，浇注前加入合金为例，浇注前加入2-3%的变质剂（的变质剂（NaF和和NaCl）后，）后，可将针状可将针状Si改变为改变为细小粒状细小粒状Si，得，得到细小均匀的共晶体和初生到细小均匀的共晶体和初生固溶固溶体的体的亚共晶组织（亚共晶组织（+Si）+，显著，显著提高合金的强度和塑性。提高合金的强度和塑性。Al-Si
34、合金变质处理机理合金变质处理机理o Na等变质元素能促进硅的形等变质元素能促进硅的形核，并吸附在硅晶体的表面，核，并吸附在硅晶体的表面，阻止硅的长大，最终生长为阻止硅的长大，最终生长为球状或多面体状。球状或多面体状。o 同时同时Na的存在使液态合金产的存在使液态合金产生生510的过冷度，并使共的过冷度，并使共晶点向右移动，这样不仅形晶点向右移动，这样不仅形核率增加，细化共晶组织，核率增加，细化共晶组织，而且使合金组织由共晶成分而且使合金组织由共晶成分变为亚共晶成分。出现了初变为亚共晶成分。出现了初生生固溶体固溶体+细小均匀的共晶细小均匀的共晶体。体。变质处理对变质处理对Al-Si相图的影响相图
35、的影响未变质处理未变质处理 经变质处理经变质处理 ZL102的铸态组织的铸态组织ZL102 变质处理前后的组织形貌变质处理前后的组织形貌ZL102 变质处理前变质处理前 Si块块+（+Si针针）共晶共晶ZL102 变质处理变质处理 枝晶枝晶+（+Si）共晶共晶2 2、铝铜铸造合金、铝铜铸造合金 铝铜铸造合金的主要强化相是铝铜铸造合金的主要强化相是CuAl2。最大特点就是最大特点就是耐热性高耐热性高，但耐蚀性差。，但耐蚀性差。共有三种牌号：共有三种牌号：ZL201、ZL202、ZL203。Cu 热强性热强性脆性脆性 14%Cu ZL203,45%Cu 常用常用,铸造性较差铸造性较差 ZL202,
36、911%Cu 铸造性好铸造性好,耐蚀性耐蚀性 应用应用在较高温度下工作的高强零件，如内燃机在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。汽缸头、汽车活塞等。3 3、铝镁铸造合金、铝镁铸造合金 特特点点 比重轻，强度和韧性较高，比重轻，强度和韧性较高，优良的耐蚀性优良的耐蚀性、切削性和抛光性。切削性和抛光性。熔点低熔点低热强度较低，工作热强度较低，工作T200。结晶温度范围较宽，故流动性差，形成疏松结晶温度范围较宽，故流动性差，形成疏松倾向大，其铸造性较差。倾向大，其铸造性较差。应应用用 ZL301、ZL302二种牌号。二种牌号。制造承受冲击振动载荷和耐海水或大气腐制造承受冲击振动载荷
37、和耐海水或大气腐蚀、外形简单的重要零件蚀、外形简单的重要零件4 4、铝锌铸造合金、铝锌铸造合金 特特点点 锌固溶强化，极限溶解度为锌固溶强化，极限溶解度为31.6%，不形成，不形成金属间化合物。固溶金属间化合物。固溶13%Zn，在冷却时不发，在冷却时不发生分解，生分解，固溶强化固溶强化。强度强度较高较高，是最便宜的铸造铝合金。其主要，是最便宜的铸造铝合金。其主要缺点是耐蚀性差缺点是耐蚀性差。应应用用 常用常用ZL401。制作工作温度在。制作工作温度在200以下，形状复杂的汽车及飞机零件、医疗机以下，形状复杂的汽车及飞机零件、医疗机械和仪器零件。械和仪器零件。5 5、铸造铝合金的热处理、铸造铝合
38、金的热处理 除除ZL102ZL102外，其它合金均能进行热处理强化外，其它合金均能进行热处理强化。热热处处理理特特点点 为为变形或过热，最好在变形或过热，最好在350以下低温入以下低温入炉，随炉缓慢加热。炉，随炉缓慢加热。T淬淬高一些，高一些，t保保长一些，长一些，1520小时小时 淬火介质一般用淬火介质一般用60100的水。的水。如需时效，一般采用人工时效。如需时效，一般采用人工时效。小小 结结 铝合金没有同素异构转变。铝合金没有同素异构转变。铝合金热处理为固溶处理和时效强化。铝合金热处理为固溶处理和时效强化。铝合金时效基本过程是强化相的析出过程。铝合金时效基本过程是强化相的析出过程。各个阶
39、段的强化效果也不同。各个阶段的强化效果也不同。正确制定合金的固溶处理工艺，是保证获得正确制定合金的固溶处理工艺，是保证获得良好时效强化效果的前提。良好时效强化效果的前提。Cu、Mg、Zn、Si、MnLL+Al Me 工业纯铝工业纯铝：密度密度2.72。导。导电、导热性好，电、导热性好，抗蚀性好，塑抗蚀性好，塑性高性高防锈铝合金防锈铝合金只能变形强化。只能变形强化。Al-MgAl-Mn合金化合金化 固溶强化固溶强化细化组织强化细化组织强化时效强化时效强化第二相强化第二相强化基本过程基本过程：GP。条件：条件：Me能溶入能溶入；随随T而固溶度而固溶度；析出相强化作用大。析出相强化作用大。铸造铝合金
40、铸造铝合金：Al-Si，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301 可热处理强化可热处理强化特点：无同素异构转变；固溶处理和时效强化特点：无同素异构转变；固溶处理和时效强化硬铝硬铝：LY12Al-Cu-Mg系。系。性能特点：强度比较高，耐性能特点：强度比较高，耐热性好，抗蚀性差。热性好，抗蚀性差。热处理：淬火温度窄，要求热处理：淬火温度窄，要求冷速快，转移时间短冷速快，转移时间短超硬铝超硬铝：如如LC4Al-Zn-Mg-Cu系系性能特点：强度高，性能特点：强度高，耐热性、抗蚀性差。耐热性、抗蚀性差。热处理：淬火温度较热处理：淬火温度较宽宽锻铝锻铝：如如LD5Al-Mg-Si-Cu系系工艺特点：锻造性好，工艺特点：锻造性好，热处理：采用人工时热处理：采用人工时效效
