铝合金加工的冶金基础DOCWord文档格式.docx
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(1)化学组成(mass%)(JIS)
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Cr
Zn
Ti
其它
Al
各个
计
0.25
以下
0.40以下
0.05
------
0.03
--
99.50
以上
(2)调质
退火
约345℃*,空冷另外炉冷**
*
**保温时间,决定于炉内全部材料达到退火温度的时间,冷却速度不是很重要.
(3)物理性质
(4)机械性质
(i)于室温下标准的机械性质
(ii)高温以及低温的机械性质
(5)耐腐蚀性
(6)其它
焊接性
良好
钎焊性
良妇,但因高温强度低,有时会产生竺变形
机械加工性
因为是一般的软质,延性高,切削加工较难
表面处理性
良好,铸造时形成纵木模样,有时会形成阳极氧化皮膜的色调不均.
材料特性的概要
用途例
强度低,但成形性,焊接性,耐腐蚀性优越,另外,因为传热,导电性能优越,用于器物,反射板,照明器具,装饰品,导电材,热交换器.
其它特征及其
注意事项
再结晶时晶粒容易变大,成形后表面容易粗糙,方向异性大,深绞加工后,
因为变形电阻小,箔压延也容易.
(2)Al-Cu系,Al-Cu-Mg系
Al-Cu二元状态图如图1.4所示
Lα(Al)+Al2Cu(θ),548℃,Cu33.2%
Al中最大Cu固有溶度为548℃时5.65%,
300℃时0.45%,随着温度降低析出Al2Cu,
θ相约有52.5%~53.7%的Cu组成范围
是金属化合物Al2Cu,η相约有70.0%~72.1%的
Cu组成范围是化合物AlCu,
Al-Cu-Mg系的铝侧的状态图如图1.5
此三元系里存在Al-Cu系和Al-Mg系的
二元共晶和Al-Cu-Mg系的三元共晶
Lα(Al)+Al2CuMg,
518℃,Cu24.5%,Mg10.1%
Lα(Al)+Al2Cu+Al2CuMg
508℃,Cu33.1%,Mg6%
Lα(Al)+Al2CuMg+Mg32(Al,Cu)49,475℃
Lα(Al)+Mg32(Al,Cu)49,+Al3Mg2
450℃,Cu2.7%,Mg32%
另外,Al-Cu-Mg系还存在Al2CuMg,Al5Cu6Mg2,
AlCuMg,Mg32(AlCu)49,Al7Cu3Mg6,五种三元化合物.
此合金系的实用合金为重要的化合物Al2CuMg和
Al2Cu相,α(Al)+Al2Cu+Al2CuMg三相领域
的固溶限为,508℃时Cu4.05%,Mg1.75%,300℃时Cu0.4%,Mg0.3%。
因不纯物Fe的存在,晶出Al7Cu2Fe(α),如图1.6。
(3)Al-Mn系,Al-Mn-Mg系
Al-Mn二元系状态图如图1.7所示,
表示Mn4.1%以下时,为共晶反应,Mn
超过4.1%时,为领先于共晶反应的包晶反应.
Lα(Al)+Al6Mn,658.5℃,Mn1.95%
L+Al4MnAl6Mn,710℃,Mn4.1~13%
Al6Mn化合物里Mn25.2%,Al4Mn化合物
Mn大概为29.4~32%Al中的Mn固溶度
658.5℃时为1.82%,随着温度降低Mn
的固溶度则急剧减少.实用合金组成
Mn约为1.0%.
因不纯物Fe的存在,而构成Al-Mn-Fe系
三元共晶(图1.8)
Lα(Al)+Al6Mn+Al3Fe;
654℃
因为Fe的存在,Al中的Mn溶解度减少,
也易于生成Al6Mn.对于Al6Mn中Fe的
溶解度大,但对于Al3Fe中Mn的溶解度
小,不纯物Si的存在晶出三元化合物
Al12Mn3Si相,Fe和Si共存时则固溶象
Al12(MnFe)3Si的Fe.
Al-Mn系合金成份含有Mg的Al-Mn-Mg系的状态图如图1.9所示,Al侧因Mg的存在不生成三元化合物,α(Al)+Al6Mn共晶的共晶点向低温度侧,低Mn浓度侧移动.Al-Mn-Mg系的实用
合金组成大概Mn1%,Mg1%.
因不纯物Fe,Si的存在,而生成
Al16(Mn,Fe),Al12(MnFe)3Si,Mg2Si
(4)Al-Si系,Al-Si-Cu系,Al-Si-Mg系
Al-Si二元状态图如图1.2所示.
Al-Si系为577℃,Si12.6%里持
有共晶点的共晶系α(Al)固溶体
的最大Si固溶度为1.65%,随着
温度降低而减少.
Al-Si-Cu系的Al侧的状态图如
图1.10所示,实用合金的组成
Si为4~24%,Cu为2~4.5%
Al-Si系的亚共晶组成,作为初晶
α(Al)固溶体晶出树枝状晶体,
接下来向二元共晶凝固,最终凝固部
为Al-Si-Cu三元共晶.
Lα(Al)+Si;
577℃,Si12.6%
Lα+Si+Al2Cu;
524℃,Cu27.0%,
Si5.25%
三元共晶α(Al)的固溶度为524℃时,Cu4.9%,
Si1.1%,最终凝固部偏析,晶出的Al2Cu
相约为500℃的溶体化固溶于α相中,
α相中的Cu以及Si的固溶度和温度
同时明显降低.
Al-Si-Mg系的Al侧的状态图如
图1.11所示,三元系实用合金组成为
铸造用Si4~10%,Mg0.25~0.6%.
展伸材用合金Mg0.25~1.5%
Si0.20~1.5%,在其组成范围不存在
三元化合物.MG-Si系里生成
Mg2Si相,在Ai-Mg2Si拟二元系构
成拟二元共晶系。
Lα(Al)+Mg2Si;
595℃,Mg8.25%
Si4.75%(Mg2Si13%,Mg/Si=1.73)
α(Al)中的Mg2Si的固溶度从595℃
的1.85%(Mg0.68%,Si1.16%)开始,
随着温度低减,而急剧减少,析出Mg2Si
α(Al)中的Mg2Si的固溶度因过
剩的Si及其Mg的存在而减少。
Al-Si-Mg系,因Ai-Mg2Si拟二元系
而将α(Al)-Mg2Si-Si领域和
α(Al)-Mg2Si-Al3Mg2分开,各自的领域都存在三元共晶反应。
Lα(Al)+Mg2Si+Si
Lα(Al)+Mg2Si+Al3Mg2
凝固组织α(Al)-是由树枝状晶体和间隙晶出的
α+Si共晶相而构成,于最终凝固部里Mg浓缩
后形成非平衡的Mg2Si相。
展伸材用Al-Mg–Si系实用合金为提高强度,
而含有Cu0.1~0.9%,Mn0.05~1.0%,
Cr0.05~0.35%的合金,Cu约到0.4%固溶于
α(Al)中,在这以上则生成Al2CuMg或Al5Cu2Mg8Si6
Mn因为Al6Mn或不纯物Fe,Si的存在形成
Al6(Mn,Fe),α-ALMnSi.Cr形成Cr化合物
Al7Cr,Al7(Cr,Fe),Al13(Cr,Fe)4Si4.
不纯物Fe含有0.7%以下,生成
β-Al-FeSi,Q-Al-FeSiMg相.
(5)Al-Mg系
Al-Mg系状态图如图1.12所示
Al侧为共晶反应系
Lα(Al)+Al3Mg2,450℃,Mg35.0%
α(Al)中的Mg的最在固溶度为450℃时,
则为14.9%,Mg的固溶度很大,Al3Mg2
金属间化合物相(β)持有Mg36.1~37.8%的组成范围,实用合金Mg量为0.5~5.6%,如果Mg量多因凝固时的偏析而晶出Al3Mg2.
实用合金为了提高强度,控制再结晶,添加少量Mn,Cr等,Al-Mg-Mn系的情况下,生成α(Al)固溶体,β相(Al3Mg2),Al6Mn,Al10Mg2Mn。
Al-Mg-Cr系的情况下,生成α(Al)固溶体,β相(Al3Mg2),θ相(Al7Cr),E相(Al18Mg3Cr2)
因不纯物Si存在晶出Mg2Si,Fe的存在晶出Al6(Mn,Fe)。
(6)Al-Zn-Mg系
Al-Zn系状态图如1.13所示,
Al-Zn二元系里存在共晶,偏析反应
L(Al)+Zn,381℃,Zn94%
(Al)(Al)+Zn偏析反应:
277℃,Zn77.7%
(Al)中的Zn的最大固溶度为381℃时,
可达到83.1%,为277℃时可达到32.4%
Al-Zn-Mg三元系状态图如图1.14所示
Al-Zn-Mg系里存在Al-Al2Mg3Zn3(T)
拟二元共晶,α(Al)Al3Mg2,Al2Mg3Zn3
MgZn2之间的三元系共晶反应.
Lα(Al)+Al2Mg3Zn3
拟二元共晶反应:
489℃,Mg18%,Zn45%
Lα(Al)+MgZn2+Al2Mg3Zn3
三元共晶反应:
475℃,Mg11.3%,Zn60.4%
Lα(Al)+Al3Mg2+Al2Mg3Zn3
447℃,Mg30%,Zn12%
随着温度低下T相(Al2Mg3Zn3)及其η
相(MgZn2)的溶解度减少,析出T相及其η相.
图1.15表示Al-Zn-Mg-Cu四元合金于460℃生成的相,Al-Zn-Mg系含铜的实用组成的合金系形成三元系Al-Zn-Mg相以外的Al2CuMg或者Al2Cu.
1.2.21070
(1)化学组成(mass%)(JIS)
0.20
0.25以下
0.04
99.70
(2)调质
*中间退火,随着Fe,Si固溶量减少,软化温度降低
(3)物理性质
(4)机械性质
(5)耐腐蚀性
耐腐蚀性
良好,Fe量少,比1050合金好.
应力腐蚀开裂
退火材,硬质材,在使用中及实验室均未发现此现象
剥离腐蚀
(6)其它
成形性
到半硬质材为止,非常良好,硬质材也可,变形电阻小.
强度低,但成形性,焊接性,耐腐蚀性优越,另外,因为传热,导电性能优越,用于器物,反射板,照明器具,装饰品,导电材等.
1.32×
1.3.12011
Pb
bi
0.40
0.70以下
5.0
6.0
--------
-------
0.30
0.6
0.15
残部
*热处理的产品于退火时,最好加热415℃,将其温度保持1h以上,冷却最理想为每时30℃以下的速度冷却到260℃,260℃以下冷却速度无问题.
(3)物理性质
一般不可
冷加工性不怎么好,锻造可以。
切削加工性非常好
为了防腐蚀,在阳极氧化皮膜处理时,要检讨处理条件
快削合金,强度高(和2017同等),但耐腐蚀性不好,可热锻造,于腐蚀环境T8比T3合适。
用于棒,线,光学机械部品,螺丝制品。
Al中添加不固溶的少量Pb,Bi,而付与快削性。
1.3.22017
Zr+Ti
0.8
0.7
3.5~
4.5
0.4~
1.0
0.10
*热处理的产品于退火时,最好加热415℃,将其温度保持1h以上,冷却最理想为每时30℃以下的速度冷却到260℃,260℃以下冷却速度无问题.
(4)于室温下标准的机械性质
要注意设定相等的条件
比较好,但因常温时效性大,用于航空机的铆钉时,溶体化处理后1小时内铆接
比较好
硬铅.常温时效可以获得很大强度.切削加工性好,但耐腐蚀性较劣.用于机械部品,螺钉,铆钉,光学机械过给机的叶轮.
1980年下半年以后,铆钉用的Cu,Mg量大幅度下降,主要用提高溶体化处理后成形性的2217合金(Al-2.6%Cu-0.35%Mg)
1.43×
1.4.13003
1.5
-----
约415℃,空冷另外炉冷*
*保温时间,决定于炉内全部材料达到退火温度的时间,冷却速度不是很重要.
(ii)高温以及低温的机械性质
(i)于室温标准的机械性质
良好,特别适用于炉中钎焊。
冲床成形性优越,锻造性也好
因强度低,象软质材一样切削性不好。
成形性,耐腐蚀性很好,因强度比工业用纯铝约高10%,而被广泛使用。
用于器物,容器箱,化妆板等。
因为再结晶中的Mn的作用,有时会产生粗大结晶粒和很强的异方向性。
1.55000系合金
1.5.1实用合金的种类和用途
主要添加元素为镁。
JIS规格中规定了从镁含量低的5N01合金到5056合金,计13种,表1.5.1表示5000系合金的化学成分.光辉合金5N01合金为了防止其光辉性低减,尽量降低不纯物Fe,Si等,为了提高光辉性添加微量Cu主要构造用合金为了提高强度,结晶粒微细化,提高耐腐
蚀性而添加Mn和Cr元素。
5052以上含
镁合金为了控制Mg氧化,
很多情况下添加几ppm的Be,另一方面,
为了防止高镁合金热压延开裂,有时进行
Na地金规制。
不进行Na规制时,为防止
Na的恶化影响而采取其它方法添加0.02%
微量Bi也较有效.
表1.5.2表示的是5000系合金的特性和用途例.5000系合金有适当和强度,并且耐腐蚀性,成形加工性,表面处理性,焊接性都较优越而用途极为广泛.Mg添加得少的材料用于装饰用材,器物用材,Mg添加多的材料用于焊接构造材.特别是于海水中5000系合金经纯铝的耐孔食性优越,多用于海洋构造物和船舶用材.5052,5082,5182合金硬质材用于罐的终部,作为磁盘材料用的5086合金研磨和表面处理时材料要均一且平滑需要规制Fe,Si等不纯物。
表1.5.2JIS500系合金的特性和用途
合金称呼
5005
加工性,耐腐蚀性优越,阳极氧化后加工良好,比6063型材更平衡.
建筑用内外装,车辆船舶的内装
5052
有代表性的中强度合金,耐腐蚀性,加工性好,特别是疲劳强度高,耐海水性优越.
一般板金,船舶,车辆,建筑等
5652
规制了5052不纯物元素,控制过氧化氢气的分解的合金,其它特性和5052同等.
过氧化氢气容器
5154
比5052强度高了20%,其它特性和5052同等.
和5052同样的压力容器.
5254
5454
经5052强度高了20%,表示的特性和5154同等,在严峻的环境下耐腐蚀性比5154优越.
汽车用车轮,压力容器,海岸构造物.
5086
比5154强度高,耐海水性优越的非热处理系焊接构造用合金.
船舶,压力容器,磁盘
5082
接近于5083的强度,成形加工性,耐腐蚀性好.
罐的接头部分
5182
与5082相比,强度高了约5%,其它特性和5082相同
罐的接头部分,汽车用材
5083
实用非热处理合金中最高强度的焊接构造用合金,耐海水性,低温特性很好。
船舶,车辆,压力容器,低温用容箱
5056
耐腐蚀性优越,国切削加工表面的精加工,阳极氧化处理性和染色性很好
照相机镜胴,通信机械部品,拉链。
5N01
强度和3003等同,因光辉处理后的阳极氧化处理可以得到很好的光辉度,深绞性,耐腐蚀性很好
厨房用品,照相机,装饰部品,铬板
5N02
铆钉用合金,耐海水性良好
铆钉
1.5.2实用合金的诸性能
表1.5.3表示的是代表性实用5000系合金的展伸材的物理性质,比重受Mg的影响大,随Mg的添加量高而减低,另外,Al-Mg系合金为共晶系,Mg量超多溶融范围就越广.
表1.5.4表示的是代表性实用5000系合金展伸材的机械性质.图1.5.1表示的是Al-Mg二元合金退火材的Mg的量和拉伸性质的关系.因Mg的固溶强化Mg量越多强度就越高,延伸率为随Mg量增加有2%增加的倾向.但是同图1.5.2和张出成形限界图比较,二轴变形并不一定因Mg的比例而使破损歪斜增大.
图1.5.3表示5083合金于各温度下的抗拉性质.低温情况下,强度和延伸率都增加,5083合金因无低温脆性强度也很高而用于低温容器,在高温下,因延伸率增加,作为提高成形性的一个方法是,250℃前后的温间成形和更高温的超塑性成形等而用5182和5083合金试验.
表1.5.5表示5000系合金的电位及耐腐蚀性,5000系合金一般情况下耐腐蚀性很好,含3.5%以上Mg合金于加工状态下使用时,需考虑应力,腐蚀开裂,含Mg4%以上的Al-Mg合金的应力腐蚀开裂作为改善方法是,冷延加工后,比通常安定化处理温度约高180℃~250℃加热,冷却后进行10%以上冷间压延,有时进行更通常的安定化处理。
1.66000系合金
1.6.16063
(iii)蠕变特性
良好,适合于真空钎焊
铝合金中挤压加工性很好,适合于薄肉宽幅形材,以及复杂的中空形材
强度低,较劣
比6061合金强度低,挤压性很好,可以做成复杂的断面形材,因耐腐蚀性,表面处理性良好,多作为用于铝窗的代表性挤压合金.建筑,车辆,家具,家电制品,装饰品.
1.6.16061
(ii)于室温下标准的机械性质
良好,因金属组织,焊接条件热影响部会发生微小缺陷.
不可进行通常钎焊,但也有可能
作为中强度合金挤压加工性很好
中程度
阳极氧化皮膜处理性良好,但如果组织不均一就会产生表面处理不均
中强度,挤压性,耐腐蚀性,表面处理性优越,广泛应用于挤压材,板材,锻造材.用于铁道车辆,汽车部材,陆上构造物,船舶.
1.6.26N01