《工程材料》配套PPT

《工程材料》配套PPT,工程材料,工程,材料,配套,PPT 2022/10/119.1 概述oAl及其合金在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用量僅次于鋼鐵，居有色金屬首位。oAl及其合金的特點(diǎn):密度小，比強(qiáng)度和比剛度高，導(dǎo)熱導(dǎo)電性優(yōu)良，耐腐蝕。o應(yīng)用：應(yīng)用于宇航，飛機(jī)制造業(yè)，民用中主要用于建筑，運(yùn)輸，電力等行業(yè)第9章 鋁合金aluminium我國和世界鋁年產(chǎn)量我國和世界鋁年產(chǎn)量2022/10/11 現(xiàn)代飛機(jī)有現(xiàn)代飛機(jī)有70是鋁和鋁合金制造是鋁和鋁合金制造的，所以人們稱鋁是的，所以人們稱鋁是“會(huì)飛會(huì)飛”的金屬。的金屬。我國第一顆人造地球衛(wèi)星我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號東方紅一號”的外殼就是用鋁合金制成的。導(dǎo)彈的用鋁的外殼就是用鋁合金制成的。導(dǎo)彈的用鋁量占總質(zhì)量的量占總質(zhì)量的10105050。美國的阿波羅。美國的阿波羅號宇宙飛船使用的金屬材料中，鋁和鋁合金號宇宙飛船使用的金屬材料中，鋁和鋁合金占占7575。美美F-117隱身戰(zhàn)斗機(jī)隱身戰(zhàn)斗機(jī)(所用材料大部分是鋁合金所用材料大部分是鋁合金)2022/10/11o純Al老牌號：工業(yè)純老牌號：工業(yè)純Al的牌號以的牌號以“L”加一順序號數(shù)加一順序號數(shù)字表示字表示（括號內(nèi)為新牌號GB/164741996）o工業(yè)鋁L1（1070A）、L2（1060）、L3（1050A）、L4（1035）L6數(shù)字越大純度越低o高純鋁LG5(1A99)、LG4(1A97)、LG3（1A93）、LG2（1A90）、LG1（1A85）數(shù)字越大純度越高。o國際牌號：國際牌號：1350，“1”-純鋁，第二位表示對雜純鋁，第二位表示對雜質(zhì)范圍的控制要求，質(zhì)范圍的控制要求，“3”表示有三種雜質(zhì)應(yīng)受到控表示有三種雜質(zhì)應(yīng)受到控制，即（制，即（V+Ti)0.02%，B0.05%，Ga0.03%；“50”表示小數(shù)點(diǎn)后兩位。表示小數(shù)點(diǎn)后兩位。2022/10/111.Al的合金化及強(qiáng)化oAl的強(qiáng)度硬度都很低，難以作結(jié)構(gòu)材料，必須添加合金元素，并通過冷變形或熱處理來強(qiáng)化oAl無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能象鋼一樣通過熱處理相變強(qiáng)化o合金元素主要強(qiáng)化作用有：固溶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化，過剩相強(qiáng)化和細(xì)化組織強(qiáng)化2022/10/112合金元素的作用oCu 固溶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化，提高鋁合金的耐熱性oMg 固溶強(qiáng)化，降低密度，提高耐蝕性，不能單獨(dú)加入，必須配合其他合金元素加入oMn 提高耐蝕性oSi 過剩相強(qiáng)化，鑄造合金。oZn 固溶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化，提高耐蝕性2022/10/11o可將鋁合金分為可將鋁合金分為變形變形鋁合金鋁合金和和鑄造鋁合鑄造鋁合金金（以以B點(diǎn)為界點(diǎn)為界）兩）兩大類。大類。o變形鋁合金又分為可變形鋁合金又分為可熱處理強(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)化和不可熱處理強(qiáng)化（熱處理強(qiáng)化（以以D點(diǎn)點(diǎn)為界為界）兩類。）兩類。9.1.1.鋁合金的分類鋁合金的分類圖9.12022/10/11o根據(jù)國標(biāo)規(guī)定根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，變形鋁及鋁合金可直接引用國際，變形鋁及鋁合金可直接引用國際四位數(shù)字體系牌號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。四位數(shù)字體系牌號或采用國標(biāo)規(guī)定的四位字符牌號。oo19831983年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將美國國家標(biāo)準(zhǔn)納入年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將美國國家標(biāo)準(zhǔn)納入年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將美國國家標(biāo)準(zhǔn)納入年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將美國國家標(biāo)準(zhǔn)納入ISOISO國際標(biāo)準(zhǔn)中。國際標(biāo)準(zhǔn)中。國際標(biāo)準(zhǔn)中。國際標(biāo)準(zhǔn)中。o在國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T164741996）中，變形鋁用變形鋁用四位數(shù)字牌號：四位數(shù)字牌號：o第一位表示合金系列，按合金中主要元素分類。第一位表示合金系列，按合金中主要元素分類。o第二位字母表示原始合金的改型情況，第二位字母表示原始合金的改型情況，“A”表示原表示原始合金；始合金；“B”“Y”表示原始合金的改型合金。表示原始合金的改型合金。最最后兩位表示不同牌號的鋁合金。后兩位表示不同牌號的鋁合金。2022/10/11組別組別牌號系列牌號系列組別組別牌號系列牌號系列純鋁純鋁（鋁鋁含量不小于含量不小于99.00%）1以以鎂鎂和硅和硅為為主要合金元主要合金元素并以素并以MgMg2 2SiSi相相為為強(qiáng)強(qiáng)化相的化相的鋁鋁合金合金6以以銅為銅為主要合金元素的主要合金元素的鋁鋁合金合金2以以鋅為鋅為主要合金元素的主要合金元素的鋁鋁合金合金7以以錳為錳為主要合金元素的主要合金元素的鋁鋁合金合金3以其他元素以其他元素為為主要合金主要合金元素的元素的鋁鋁合金合金8以硅以硅為為主要合金元素的主要合金元素的鋁鋁合金合金4備備用合金用合金組組9以以鎂為鎂為主要合金元素的主要合金元素的鋁鋁合金合金5形變鋁合金的牌號形變鋁合金的牌號2022/10/11oGB 3190-82中的舊牌號仍可中的舊牌號仍可繼續(xù)使用，表示方法為繼續(xù)使用，表示方法為:o 防銹鋁合金：防銹鋁合金：LF+序號序號o 硬鋁合金：硬鋁合金：LY+序號序號o 超硬鋁合金：超硬鋁合金：LC+序號序號o 鍛鋁合金：鍛鋁合金：LD+序號序號鋁合金波紋管鋁合金波紋管鋁合金波紋管鋁合金波紋管鋁鋁合合金金制制品品鋁是可以回收利用的金屬鋁是可以回收利用的金屬鋁是可以回收利用的金屬鋁是可以回收利用的金屬2022/10/11Al-Mn系：3A21 3A02（代號代號LF21LF21，LF2Al-Mg：:5A02,5A03,5A12 代號代號LF2,LF3,LF12非非熱熱處處理理型型鋁鋁合合金金（防防銹銹鋁鋁合合金金）2022/10/11熱熱處處理理型型鋁鋁合合金金Al-Cu系：系：2A01,2A06,2A12（硬鋁合金）：代號（硬鋁合金）：代號 LY1,LY6,LY12Al-Zn-Mg-Cu系：系：7A03,7A09（超硬鋁合金）：（超硬鋁合金）：代號LC3,LC9 Al-Mg-Si-Cu系：6063，2A50,2A14;(鍛鋁合金）：鍛鋁合金）：代號 LD31,LD5,LD10 2022/10/119.1.2鋁合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)鋁合金熱處理強(qiáng)化特點(diǎn) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：淬火加熱時(shí)不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。淬火加熱時(shí)不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。熱處理強(qiáng)化包括固溶處理與時(shí)效處理。熱處理強(qiáng)化包括固溶處理與時(shí)效處理。固溶固溶處理處理+ss固溶度固溶度強(qiáng)度強(qiáng)度/硬度變化小硬度變化小塑性明顯塑性明顯時(shí)效時(shí)效處理處理第二相從固第二相從固溶體中析出溶體中析出力學(xué)性能等發(fā)生力學(xué)性能等發(fā)生顯著變化顯著變化 時(shí)效形式：人工時(shí)效，自然時(shí)效時(shí)效形式：人工時(shí)效，自然時(shí)效 一般一般“回火回火”用于晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金，用于晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金，“時(shí)效時(shí)效”用于非晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金。用于非晶型轉(zhuǎn)變的淬火合金。2022/10/11o一、固溶處理 將合金加熱到固溶線以上，并保溫，快冷。得到過飽和不穩(wěn)定的固溶體組織，為后續(xù)的時(shí)效處理作準(zhǔn)備。鋁合金固溶處理后，獲得了溶質(zhì)原子和空位雙重過飽和的固溶體，塑性和耐蝕性提高。加熱固溶淬火過飽和2022/10/11二、時(shí)效處理o時(shí)效：指淬火后得到的鋁合金過飽和固溶體在一定溫度下，隨時(shí)間增長而分解，導(dǎo)致合金強(qiáng)度和硬度升高的現(xiàn)象。o時(shí)效實(shí)質(zhì)是沉淀強(qiáng)化相從過飽和固溶體中析出和長大。o自然時(shí)效：在室溫下自發(fā)強(qiáng)化的過程。o人工時(shí)效：在某一人工加熱溫度下進(jìn)行的時(shí)效過程。共格或半共格亞穩(wěn)過渡相（或）強(qiáng)化效果最佳，數(shù)量越多，彌散度越大，強(qiáng)化效果越佳。2022/10/112003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.以以Al-Cu二元合金為例討論鋁合金的時(shí)效過程：二元合金為例討論鋁合金的時(shí)效過程：Al-Cu合金淬火+時(shí)效過程組織形成示意圖2022/10/11圖9.2 Al-Cu 合金各相析出溫度和時(shí)間2022/10/11Al-Cu合金淬火合金淬火過飽和過飽和固溶體固溶體形成第二相原子形成第二相原子富集區(qū)（富集區(qū)（GP區(qū)）區(qū)）原子富集區(qū)有序化（原子富集區(qū)有序化（）形形成過渡相成過渡相析出平衡相析出平衡相(CuAl2）。）。G.P.G.P.區(qū)區(qū) 過過渡相渡相 過過渡相渡相 平衡相平衡相 2022/10/11(1)1)形成銅原子富集區(qū)形成銅原子富集區(qū)銅富集區(qū)銅富集區(qū)稱稱G.P.區(qū)區(qū) 晶體結(jié)構(gòu)與基體晶體結(jié)構(gòu)與基體同，同，但產(chǎn)生了共格應(yīng)變區(qū)。但產(chǎn)生了共格應(yīng)變區(qū)。強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度。G.P.呈盤狀，僅幾個(gè)原呈盤狀，僅幾個(gè)原子層厚，室溫下直徑約子層厚，室溫下直徑約5nm，超過，超過200就不再出現(xiàn)就不再出現(xiàn)G.P.區(qū)。區(qū)。2022/10/11 G.P.區(qū)急劇長大，區(qū)急劇長大，G.P.區(qū)銅原子有序區(qū)銅原子有序化，形成化，形成相。相。相與基體仍然相與基體仍然保持完全共格，具保持完全共格，具有正方點(diǎn)陣。有正方點(diǎn)陣。點(diǎn)陣常數(shù)點(diǎn)陣常數(shù)a=b=0.404nm，c=0.768nm。它。它比比G.P.區(qū)周圍的畸變更大，因此時(shí)效強(qiáng)化區(qū)周圍的畸變更大，因此時(shí)效強(qiáng)化作用更大。作用更大。(2)銅原子富集區(qū)有序化銅原子富集區(qū)有序化2022/10/11 (3)3)形成過渡相形成過渡相 相轉(zhuǎn)變相轉(zhuǎn)變成過渡相成過渡相是正方點(diǎn)陣，是正方點(diǎn)陣，成分接近成分接近CuAl2 完全共格完全共格 局部共格局部共格強(qiáng)度、硬度開始降強(qiáng)度、硬度開始降低，合金此時(shí)處于低，合金此時(shí)處于過時(shí)效階段。過時(shí)效階段。2022/10/11過渡相過渡相完全脫溶完全脫溶形成穩(wěn)定相形成穩(wěn)定相CuAl2，()與基體非共格與基體非共格合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降 合金的種類不同，形成的合金的種類不同，形成的G.P.區(qū)、過渡相區(qū)、過渡相以及最后析出的穩(wěn)定相各不相同，時(shí)效強(qiáng)化以及最后析出的穩(wěn)定相各不相同，時(shí)效強(qiáng)化效果也不一樣效果也不一樣(4)形成穩(wěn)定的形成穩(wěn)定的2022/10/11合金系合金系時(shí)效過程的過渡階段時(shí)效過程的過渡階段析出穩(wěn)定相析出穩(wěn)定相Al-Cu形成銅富集區(qū)形成銅富集區(qū)G.P.G.P.區(qū)區(qū)G.P.G.P.區(qū)有序化區(qū)有序化相相形成過渡相形成過渡相 （CuAl2）Al-Mg-Si形成銅、硅富集區(qū)形成銅、硅富集區(qū)G.P.G.P.區(qū)區(qū)形成有序的形成有序的相相 （Mg2Si）Al-Cu-Mg形成銅、鎂富集區(qū)形成銅、鎂富集區(qū)G.P.G.P.區(qū)區(qū)形成過渡相形成過渡相S S S Al2CuMgAl-Mg-Zn形成銅、鋅富集區(qū)形成銅、鋅富集區(qū)G.P.G.P.區(qū)區(qū)形成過渡相形成過渡相M M M /（MgZn2）表表9.1 9.1 常用鋁合金系的時(shí)效過程及其析出的穩(wěn)定相常用鋁合金系的時(shí)效過程及其析出的穩(wěn)定相19192022/10/11峰時(shí)效：合金獲得很好的強(qiáng)化效果，時(shí)效組織中的強(qiáng)化相多為亞穩(wěn)平衡相。欠時(shí)效：過飽和溶質(zhì)原子偏聚或亞穩(wěn)相孕育析出。過時(shí)效：亞穩(wěn)相平衡相，與基體脫離平衡關(guān)系。圖圖9.4 1309.4 130時(shí)效時(shí)鋁銅合金的硬度與時(shí)間關(guān)系時(shí)效時(shí)鋁銅合金的硬度與時(shí)間關(guān)系 圖圖9.39.3時(shí)效溫度與硬度關(guān)系曲線時(shí)效溫度與硬度關(guān)系曲線 2022/10/11影響時(shí)效強(qiáng)化的主要因素影響時(shí)效強(qiáng)化的主要因素固溶固溶處理處理 規(guī)律規(guī)律：淬火淬火T越高，淬火冷卻越高，淬火冷卻V越快，轉(zhuǎn)移越快，轉(zhuǎn)移t越越短，過飽和程度越高，時(shí)效強(qiáng)化效果也越大。短，過飽和程度越高，時(shí)效強(qiáng)化效果也越大。要點(diǎn)要點(diǎn)：在不過熱過燒條件下，：在不過熱過燒條件下，T淬淬高些，保溫高些，保溫t長些。淬火冷卻要保證不析出第二相。為了防止長些。淬火冷卻要保證不析出第二相。為了防止 淬火變形開裂，一般采用淬火變形開裂，一般采用2080水冷卻。水冷卻。時(shí)效時(shí)效工藝工藝溫度溫度：對一定合金，有：對一定合金，有最佳時(shí)效溫度；最佳時(shí)效溫度；時(shí)間時(shí)間：在一定時(shí)效溫度下，有最佳時(shí)效時(shí)間；在一定時(shí)效溫度下，有最佳時(shí)效時(shí)間；方式方式：單級和多級時(shí)效。高強(qiáng)合金常用分級時(shí)效。：單級和多級時(shí)效。高強(qiáng)合金常用分級時(shí)效。2022/10/11思考題：思考題：直接析出穩(wěn)定相在熱力直接析出穩(wěn)定相在熱力學(xué)上是有利的，但為什么不學(xué)上是有利的，但為什么不是直接析出穩(wěn)定相是直接析出穩(wěn)定相?2022/10/11oMn，Mg是防銹鋁主要添加元素鎂提高電極電位，鎂提高電極電位，MnAl6與基體與基體電極電位相近，耐蝕性高。電極電位相近，耐蝕性高。衛(wèi)星天線衛(wèi)星天線（LF2）o用用“3A”或或“5A”加一組順序號表示。加一組順序號表示。具有優(yōu)良的抗蝕性、焊接性和塑性。具有優(yōu)良的抗蝕性、焊接性和塑性。o不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。適合于制作焊接不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。適合于制作焊接管道、容器、鉚釘、各種生活用具以及管道、容器、鉚釘、各種生活用具以及其它冷變形零件。其它冷變形零件。9.2.1防銹鋁9.2形變鋁合金wrought aluminium alloy2022/10/119.2.2硬鋁o主要是主要是Al-Cu-Mg系合金，系合金，2A+順序號表示順序號表示o可進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化?？蛇M(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化，也可進(jìn)行變形強(qiáng)化。o強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。強(qiáng)度、硬度高，加工性能好，耐蝕性低于防銹鋁。分類分類 低強(qiáng)度硬鋁，如低強(qiáng)度硬鋁，如2A01、2A10等合金；等合金；中強(qiáng)度硬鋁，如中強(qiáng)度硬鋁，如2A11等合金；等合金；高強(qiáng)度硬鋁，如高強(qiáng)度硬鋁，如2A12等合金等合金,2A12是使用最廣的高強(qiáng)度硬鋁合金是使用最廣的高強(qiáng)度硬鋁合金2022/10/11分類分類 時(shí)效處理后具有高硬度、強(qiáng)度，時(shí)效處理后具有高硬度、強(qiáng)度，優(yōu)良的加工性和耐熱性，但塑性、優(yōu)良的加工性和耐熱性，但塑性、韌性低，耐蝕性差。含韌性低，耐蝕性差。含Cu、Mg低，低，強(qiáng)度較低而塑性高；反之，強(qiáng)度高強(qiáng)度較低而塑性高；反之，強(qiáng)度高而塑性低。而塑性低。強(qiáng)化相強(qiáng)化相 （CuAl2）、）、金屬間化合物金屬間化合物S（CuMgAl2）是強(qiáng)化相，）是強(qiáng)化相，S相最高。相最高。2022/10/11要嚴(yán)格控制淬火溫度。要嚴(yán)格控制淬火溫度。如：如：牌號牌號 正常淬火溫度正常淬火溫度 過燒溫度過燒溫度 2A02 495505 510515 2A10 510520 540 2A12 495500 507轉(zhuǎn)移時(shí)間盡量短轉(zhuǎn)移時(shí)間盡量短 30，航空件，航空件 15；冷速要快，熱水淬；冷速要快，熱水淬；常用自然時(shí)效。常用自然時(shí)效。熱熱處處理理特特性性應(yīng)用應(yīng)用飛機(jī)大梁、空氣螺旋槳、鉚釘及蒙皮等飛機(jī)大梁、空氣螺旋槳、鉚釘及蒙皮等2022/10/11圖圖9.5 9.5 鋁銅鎂三元合金垂直截面鋁銅鎂三元合金垂直截面 2022/10/11成分成分性能性能 Al-Zn-Cu-Mg系。系。7A+順序號表示順序號表示 室溫強(qiáng)度最高，室溫強(qiáng)度最高，500700MPa，缺點(diǎn)，缺點(diǎn)是耐蝕性差，疲勞強(qiáng)度低，是耐蝕性差，疲勞強(qiáng)度低，120的的溫度下使用。溫度下使用。強(qiáng)化相強(qiáng)化相:MgZn2 Al2Mg3Zn3特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用 T淬淬范圍較寬，一般為范圍較寬，一般為450480，人工人工分級時(shí)效分級時(shí)效：先在：先在120時(shí)效時(shí)效3小時(shí)，小時(shí)，第二次在第二次在160時(shí)效時(shí)效3小時(shí)，形成小時(shí)，形成G.P.區(qū)區(qū)和少量的和少量的相，達(dá)到最大強(qiáng)化狀態(tài)。相，達(dá)到最大強(qiáng)化狀態(tài)。應(yīng)用應(yīng)用：飛機(jī)工業(yè)中重要的結(jié)構(gòu)材料。：飛機(jī)工業(yè)中重要的結(jié)構(gòu)材料。9.2.3超硬鋁合金2022/10/11o主要超硬鋁合金LC4的強(qiáng)化相如下：o(MgZn2)、T(Al2Mg3Zn3)、S，這些相在這些相在Al中有很高的溶解度中有很高的溶解度并隨溫度的下降而顯著減小，固溶并隨溫度的下降而顯著減小，固溶體過飽和度大，故有強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)體過飽和度大，故有強(qiáng)烈的時(shí)效強(qiáng)化效果?；Ч?。o缺點(diǎn)是應(yīng)力腐蝕敏感沿晶界連續(xù)分布性大，其原因?yàn)椋宏枠O區(qū)無沉淀帶，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕斷裂。o人工時(shí)效后，沿晶界析出較粗大(MgZn2)相，產(chǎn)生腐蝕坑，裂紋源。2022/10/11成分成分性能性能 Al-Mg-Si-Cu系合金。用系合金。用6A或或2A加順序加順序號表示。常用的合金有號表示。常用的合金有6A02、2A14等等 具有優(yōu)良的鍛造性能，力學(xué)性能與硬鋁具有優(yōu)良的鍛造性能，力學(xué)性能與硬鋁相近，但熱塑性及耐蝕性較高。相近，但熱塑性及耐蝕性較高。特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用 主要強(qiáng)化相是主要強(qiáng)化相是Mg2Si。Mg2Si具有自然具有自然時(shí)效傾向，淬火后應(yīng)立即時(shí)效傾向，淬火后應(yīng)立即人工人工時(shí)效。時(shí)效。主要用做航空儀表中形狀復(fù)雜、強(qiáng)度要主要用做航空儀表中形狀復(fù)雜、強(qiáng)度要求高的鍛件。求高的鍛件。9.2.4鍛鋁2022/10/11lAl-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛系耐熱鍛鋁合金鋁合金 l耐熱相為耐熱相為FeNiAl9相，它無時(shí)相，它無時(shí)效強(qiáng)化作用，但在高溫起彌散效強(qiáng)化作用，但在高溫起彌散強(qiáng)化作用。強(qiáng)化作用。l常用牌號有常用牌號有 2A70(LD7)、2A80(LD8)、2A90(LD9)等等。用于制造。用于制造150 225下工作的零件，如壓下工作的零件，如壓氣機(jī)葉片、鼓風(fēng)機(jī)葉片等散熱氣機(jī)葉片、鼓風(fēng)機(jī)葉片等散熱零件。零件。2A70鍛造鋁合金鍛造鋁合金 處理：固溶處理加人工處理：固溶處理加人工時(shí)效時(shí)效 浸蝕：浸蝕：2%氫氟氫氟酸酸+1%鹽酸鹽酸 顯微組織：晶粒顯微組織：晶粒+強(qiáng)化強(qiáng)化相粒子相粒子 放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：500X2022/10/119.3鑄造鋁合金Casting aluminum alloy（GB/T11731995）o優(yōu)點(diǎn) 良好的鑄造性能，抗腐蝕性能和切削加工性能，可制成各種形狀的復(fù)雜零件，還可通過熱處理改善鑄件的力學(xué)性能，熔煉工藝簡單，成本低。o缺點(diǎn) 力學(xué)性能水平不如鍛鋁合金。鑄造鋁合金輪轂2022/10/11o鑄造鋁合金應(yīng)具有高的流動(dòng)性，較小的收縮性等鑄造鋁合金應(yīng)具有高的流動(dòng)性，較小的收縮性等良好的鑄造性。共晶合金應(yīng)最佳，但容易有大量良好的鑄造性。共晶合金應(yīng)最佳，但容易有大量硬脆化合物，使脆性增加。因此，實(shí)際使用的鑄硬脆化合物，使脆性增加。因此，實(shí)際使用的鑄造合金并非都是共晶合金。造合金并非都是共晶合金。o鑄造鋁合金的老牌號用鑄造鋁合金的老牌號用ZL+三位數(shù)字三位數(shù)字表示。表示。o 第一位數(shù)字是合金系別第一位數(shù)字是合金系別：o1是是Al-Si、Al-Si-Mg系合金；系合金；2是是 Al-Cu系合系合金；金；3是是Al-Mg系合金；系合金；4是是Al-Zn系合系合 金。金。第第二、三位數(shù)字是合金的順序號二、三位數(shù)字是合金的順序號。o例如例如 ZL102表示表示2號號Al-Si系鑄造合金。系鑄造合金。2022/10/11鑄造鋁合金鑄造鋁合金包括：包括：oAl-Si系：系：（ZAlSi7Mg等）代號為等）代號為ZL1011011oAl-Cu系：（系：（ZAlCu5Mn等）代號為等）代號為ZL201203oAl-Mg系：（系：（ZAlMg10等）代號為等）代號為ZL301，ZL302oAl-Zn系：系：（ZAlZn11Si7等）等）代號為代號為ZL401，4022022/10/119.3.1.Al-Si系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金o又稱又稱硅鋁明硅鋁明。其中。其中 ZAlSi12(ZL102)是含是含12%Si的鋁硅二的鋁硅二元合金，稱為元合金，稱為簡單硅簡單硅鋁明鋁明o加入其他合金元素的加入其他合金元素的鋁硅鑄造合金稱鋁硅鑄造合金稱復(fù)雜復(fù)雜(或特殊或特殊)硅鋁明硅鋁明。57711.7%圖9.6鋁硅合金相圖2022/10/11鋁硅系鑄造合金鋁硅系鑄造合金特特點(diǎn)點(diǎn) 流動(dòng)性最好，比重輕，鑄造收縮率小流動(dòng)性最好，比重輕，鑄造收縮率小;焊接性、耐蝕性焊接性、耐蝕性優(yōu)良優(yōu)良,致密度較小。致密度較小。共晶組織中硅晶體呈粗針狀或片狀，共晶組織中硅晶體呈粗針狀或片狀，有少量有少量塊狀塊狀初生硅。常經(jīng)變質(zhì)處理。初生硅。常經(jīng)變質(zhì)處理。塑性較低，需要細(xì)化組織。塑性較低，需要細(xì)化組織。應(yīng)應(yīng)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、形狀復(fù)雜鑄件。制造致密度要求不高、形狀復(fù)雜鑄件。如如ZL105工作工作在在250的耐熱零件，的耐熱零件，ZL111形狀復(fù)雜的內(nèi)燃機(jī)汽缸等。形狀復(fù)雜的內(nèi)燃機(jī)汽缸等。2022/10/11鑄造鋁鑄造鋁 硅合金硅合金(ZL101)活塞活塞(裙部為鋁硅合金裙部為鋁硅合金)ZL102合金鑄造組織(化染)552022/10/11Al-Si合金變質(zhì)處理o在一般認(rèn)為Na離子等變質(zhì)元素能促進(jìn)硅的形核，并吸附在硅晶體的表面，阻止硅的長大，最終生長為球狀或多面體狀。o同時(shí)鈉的存在使液態(tài)合金產(chǎn)生510的過冷度，并使共晶點(diǎn)向右移動(dòng)，這樣不僅形核率增加，細(xì)化共晶組織，而且使合金組織由共晶成分變?yōu)閬喒簿С煞帧?-3%Na鹽（2/3NaF+1/3NaCl）或者（25%NaF+62%NaCl+13%KCl）2022/10/11o在普通鑄造條件下，在普通鑄造條件下，ZAlSi12(ZL102)組織幾乎全部為組織幾乎全部為共晶體，由粗針狀的硅晶體和共晶體，由粗針狀的硅晶體和 固溶體組成，強(qiáng)度和塑性固溶體組成，強(qiáng)度和塑性都較差。生產(chǎn)上用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理后，得到細(xì)小都較差。生產(chǎn)上用鈉鹽變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理后，得到細(xì)小均勻的共晶體加一次均勻的共晶體加一次 固溶體組織，可提高性能。固溶體組織，可提高性能。變質(zhì)前：變質(zhì)前：s 140MPa，3 后：后：s s 180MPa，8未變質(zhì)處理未變質(zhì)處理 經(jīng)變質(zhì)處理經(jīng)變質(zhì)處理 ZL102的鑄態(tài)組織的鑄態(tài)組織2022/10/119.3.2.Al-Cu系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金o這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，這類合金的耐熱性好，強(qiáng)度較高；但密度大，鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于鑄造性能、耐蝕性能差，強(qiáng)度低于Al-Si系系合金。合金。l常用牌號有常用牌號有ZAlCu5Mn(ZL201)、ZAlCu4(ZL203)等。等。主要用于制造在較高溫度下工主要用于制造在較高溫度下工作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸作的高強(qiáng)零件，如內(nèi)燃機(jī)汽缸頭、汽車活塞等。頭、汽車活塞等。汽缸頭汽缸頭2022/10/11鋁銅鑄造合金鋁銅鑄造合金 鋁銅鑄造合金的主要強(qiáng)化相是鋁銅鑄造合金的主要強(qiáng)化相是CuAl2。最大特點(diǎn)就是耐熱性高，但耐蝕性差。最大特點(diǎn)就是耐熱性高，但耐蝕性差。共有三種牌號：共有三種牌號：ZL201、ZL202、ZL203。Cu 熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性脆性脆性 14%Cu ZL203，45%Cu 常用常用,鑄造性較差鑄造性較差 ZL202,911%Cu 鑄造性好，耐蝕性鑄造性好，耐蝕性 2022/10/11Cu=4.55.5%時(shí)，綜合性能好。Cu 5.5%，產(chǎn)生（CuAl2）脆性相，力學(xué)）脆性相，力學(xué)性能下降。性能下降。鋁銅合金鑄造組織(化染)210圖9.72022/10/11o這類合金的耐蝕性好，這類合金的耐蝕性好，強(qiáng)度高，密度??；但強(qiáng)度高，密度??；但鑄造性能差，耐熱性鑄造性能差，耐熱性低。低。l常用代號為常用代號為ZAlMg10(ZL301)、ZAlMg5Si1(ZL303)等。等。l主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介主要用于制造外形簡單、承受沖擊載荷、在腐蝕性介質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。質(zhì)下工作的零件，如艦船配件、氨用泵體等。9.3.3.Al-Mg系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金2022/10/11鋁鎂鑄造合金特點(diǎn)及應(yīng)用鋁鎂鑄造合金特點(diǎn)及應(yīng)用 特特點(diǎn)點(diǎn) 比重輕，強(qiáng)度和韌性較高，優(yōu)良的耐比重輕，強(qiáng)度和韌性較高，優(yōu)良的耐蝕性、切削性和拋光性。蝕性、切削性和拋光性。熔點(diǎn)低熔點(diǎn)低熱強(qiáng)度較低，工作熱強(qiáng)度較低，工作T200 結(jié)晶溫度范圍較寬，故流動(dòng)性差，形結(jié)晶溫度范圍較寬，故流動(dòng)性差，形成疏松傾向大，其鑄造性較差。成疏松傾向大，其鑄造性較差。應(yīng)應(yīng)用用 ZL301、ZL303二種牌號。二種牌號。制造承受沖擊振動(dòng)載荷和耐海水或制造承受沖擊振動(dòng)載荷和耐海水或大氣腐蝕、外形簡單的重要零件。大氣腐蝕、外形簡單的重要零件。2022/10/11圖9.7 ZL301合金固溶處理后組織200圖9.6鋁鎂合金成分與性能關(guān)系2022/10/11o這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；這類合金的鑄造性能好，強(qiáng)度較高，可自然時(shí)效強(qiáng)化；但密度大，耐蝕性較差。但密度大，耐蝕性較差。l常用代號為常用代號為 ZAlZn11Si7(ZL401)、ZAlZn6Mg(ZL402)等。等。l主要用于制造形狀復(fù)雜主要用于制造形狀復(fù)雜受力較小的汽車、飛機(jī)、受力較小的汽車、飛機(jī)、儀器零件。儀器零件。9.3.4.Al-Zn系鑄造鋁合金系鑄造鋁合金圖9.8鋁鋅合金相圖2022/10/11特特點(diǎn)點(diǎn) 鋅固溶強(qiáng)化，極限溶解度為鋅固溶強(qiáng)化，極限溶解度為31.6%，不形成金屬間化合物。固溶不形成金屬間化合物。固溶13%Zn，在，在冷卻時(shí)不發(fā)生分解，冷卻時(shí)不發(fā)生分解，固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化。強(qiáng)度強(qiáng)度較高，是最便宜的鑄造鋁合金。較高，是最便宜的鑄造鋁合金。其主要缺點(diǎn)是耐蝕性差其主要缺點(diǎn)是耐蝕性差。應(yīng)應(yīng)用用 常用常用ZL401。制作工作溫度在。制作工作溫度在200以下，形狀復(fù)雜的汽車及飛機(jī)零件、醫(yī)以下，形狀復(fù)雜的汽車及飛機(jī)零件、醫(yī)療機(jī)械和儀器零件。療機(jī)械和儀器零件。2022/10/11熱熱處處理理特特點(diǎn)點(diǎn) 為為變形或過熱，最好在變形或過熱，最好在350以下以下 低溫入爐，隨爐緩慢加熱。低溫入爐，隨爐緩慢加熱。T淬淬高一些，高一些，t保保長一些，長一些，1520小時(shí)小時(shí) 淬火介質(zhì)一般用淬火介質(zhì)一般用60100的水。的水。如需時(shí)效，一般采用人工時(shí)效。如需時(shí)效，一般采用人工時(shí)效。2022/10/11鑄造鋁合金熱處理狀態(tài)及代碼（GB117386）類別代號國際標(biāo)準(zhǔn)鑄態(tài)FF人工時(shí)效T1T5退火T2 O 固溶處理自然時(shí)效T4T4固溶處理不完全人工時(shí)效T5T6固溶處理完全人工時(shí)效T6固溶處理穩(wěn)定化處理T7T7固溶處理軟化處理T8冷熱循環(huán)處理T92022/10/11 小小 結(jié)結(jié) 鋁合金沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。鋁合金沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。鋁合金熱處理為固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化。鋁合金熱處理為固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化。鋁合金時(shí)效基本過程是強(qiáng)化相的析出過程。鋁合金時(shí)效基本過程是強(qiáng)化相的析出過程。各個(gè)階段的強(qiáng)化效果也不同。各個(gè)階段的強(qiáng)化效果也不同。正確制定合金的固溶處理工藝，是保證獲得正確制定合金的固溶處理工藝，是保證獲得良好時(shí)效強(qiáng)化效果的前提。良好時(shí)效強(qiáng)化效果的前提。2022/10/11 Cu、Mg、Zn、Si、MnLL+Al Me 工業(yè)純鋁工業(yè)純鋁：密密度度2.72。導(dǎo)導(dǎo)電電、導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性好好，抗抗蝕蝕性性好好，塑塑性高性高防銹鋁合金防銹鋁合金只只能能變變形形強(qiáng)強(qiáng)化化。Al-Mg、Al-Mn系。系。LF5合金化合金化 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化細(xì)化組織強(qiáng)化細(xì)化組織強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化時(shí)效強(qiáng)化第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化基本過程基本過程：GP。條件：條件：Me能溶入能溶入；隨隨T而而固固溶溶度度；析出相強(qiáng)化作用大。析出相強(qiáng)化作用大。鑄造鋁合金鑄造鋁合金：Al-Si，ZL104Al-Cu，ZL201Al-Zn，ZL402Al-Mg，ZL301 可熱處理強(qiáng)化可熱處理強(qiáng)化特點(diǎn)：無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化特點(diǎn)：無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變；固溶處理和時(shí)效強(qiáng)化硬鋁硬鋁：LY12Al-Cu-Mg系。系。性性能能特特點(diǎn)點(diǎn)：強(qiáng)強(qiáng)度度比比較較高高，耐耐熱性好，抗蝕性差。熱性好，抗蝕性差。熱熱處處理理：淬淬火火溫溫度度窄窄，要要求求冷速快，轉(zhuǎn)移時(shí)間短冷速快，轉(zhuǎn)移時(shí)間短超硬鋁超硬鋁：如如LC4Al-Zn-Mg-Cu系系性性能能特特點(diǎn)點(diǎn)：強(qiáng)強(qiáng)度度高高，耐熱性、抗蝕性差。耐熱性、抗蝕性差。熱熱處處理理：淬淬火火溫溫度度較較寬寬鍛鋁鍛鋁：如如LD5Al-Mg-Si-Cu系系工藝特點(diǎn)：鍛造性好，工藝特點(diǎn)：鍛造性好，熱熱處處理理：采采用用人人工工時(shí)時(shí)效效2022/10/11o1.LF5合金的（）。o(a)鑄造性能好，(b)強(qiáng)度高，(c)耐腐蝕性好，(d)時(shí)效處理效果好。o2.ZL110是 合金，其組成元素是 。o3.Al-4%Cu合金的淬火時(shí)效的一般過程是什么？時(shí)效時(shí)間和溫度對鋁合金組織和力學(xué)性能有何影響？o4.下圖為同一成分Al-Si共晶合金的鑄態(tài)金相組織，分別寫出其組織及相的名稱？分析其結(jié)晶過程？2022/10/11o5.鋁銅合金的時(shí)效過程經(jīng)過下列步驟，試說明各個(gè)階段的性能變化規(guī)律？oGP GP 。o6.鋁合金的成分設(shè)計(jì)要滿足哪些條件才能有時(shí)效強(qiáng)化？o7.為什么固溶處理之后要進(jìn)行時(shí)效處理，影響時(shí)效硬化效果的因素有哪些？o8.什么叫固溶處理？什么叫時(shí)效熱處理？