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1、适用于经冷加工提高强度的产品 T1由高温成型过程冷却，然后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成型过程冷却后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品。 T2由高温成型过程冷却，经冷加工后自然时效至基本稳定的状态。适用于由高温成型过程冷却后，进行冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品 T3固溶热处理后进行冷加工，再经自然时效至基本稳定的状态。适用于在固溶热处理后，进行冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品 T4固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态。适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品 T5由高温成型过程冷却，然后进行人工时效的状

2、态。适用于由高温成型过程冷却后，不经过冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品 T6固溶热处理后进行人工时效的状态。适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫宜、矫平，但不影响力学性能极限）的产品 T7固溶热处理后进行过时效的状态。适用于固溶热处理后，为获取某些重要特性，在人工时效时，强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品 T8固溶热处理后经冷加工，然后进行人工时效的状态。适用于经冷加工、或矫直、矫平以提高强度的产品 T9固溶热处理后人工时效，然后进行冷加工的状态。 T10由高温成型过程冷却后，进行冷加工，然后人工时效的状态。注：某些6XXX系的合金，无论是炉内固溶

3、热处理，还是从高温成型过程急冷以保留可溶性组分在固溶体中,均能达到相同的固溶热处理效果，这些合金的T3、T4、T6、T7、8和T9状态可采用上述两种三、冶金特性：变形铝合金的中的各种添加元素在冶金过程中相互之间会产生物理化学作用，从而改变材料的组织结构和相组成，得到不同性能、功能和用途的新材料，合金化对变形铝合金材料的冶金特性起重要的作用。以下简要介绍铝合金中主要合金元素和杂质对合金组织性能的影响。4.4.3.1铜元素 铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2相有着明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5%5%，铜含量在4%6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝

4、合金的含铜量处于这范围。 铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。4.4.3.2硅元素 共晶温度577时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，但这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。 若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为Mg2Si。镁和硅的质量比为1.73：1。设计A1-Mg-Si系合金成分时，基本上按此比例配置镁和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时,加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。 变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。4.4.3.

5、3镁元素 镁在铝中的溶解度随温度下降而迅速减小，在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。 镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高34MPa。如果加入1%以下的锰，可起补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al5化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。4.4.3.4锰元素 在共晶温度658时，锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，伸长率达最大值。A1-Mn合金是非时效硬化合金，即不可热处理强化。 锰能阻止铝

6、合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响。锰是铝合金的重要元素，可以单独加入形成Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰。4.4.3.5锌元素 锌单独加入铝中，在变形条件下对合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂倾向，因而限制了它的应用。 在铝中同时加入锌和镁，形成强化相MgZn2，对合金产生明显的强化作用。MgZn2含量从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。镁的

7、含量超过形成MgZn2相所需要的量时，还会产生补充强化作用。 调整锌和镁的比例，提高抗拉强度和增大应力腐蚀开裂抗力。所以在超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu合金，其强化效果在所有铝合金中最大，也是航天、航空工业、电力工业上的重要的铝合金材料。4.4.3.6微量元素和杂质的影响铁和硅 铁在A1-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅铸造合金中，均作为合金元素加入的，在其他铝合金中，硅和铁是常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。它们主要以FeAl3

8、和游离硅存在。当硅大于铁时，形成FeSiAl5（或Fe2Si2Al9）相，而铁大于硅时，形成-Fe2SiAl8（或Fe3SiAl12）。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。 钛和硼 钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。AlTi系合金产生包晶反应时，钛的临界含量约为0.15%，如果有硼存在则减小到0.01%。铬 铬在A1-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、A1-Mg系合金中常见的添加元素。在600时，铬在铝中溶解度为0.8%，室温时基本上不

9、溶解。 铬在铝中形成（CrFe）Al7和（CrMn）All2等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。 铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%，并随合金中过渡族元素的增加而降低。 锶 锶是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性能和最终产品质量。由于锶的变质有效时间长、效果和再现性好等优点，近年来在Al-Si铸造合金中取代了钠的使用。对挤压用铝合金中加入0.015%0.03%锶，使铸锭中-A1FeSi相变成汉字形-A1FeSi

10、相，减少了铸锭均匀化时间60%70%，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。对于高硅（10%13%）变形铝合金中加入0.02%0.07%的锶元素，可使初晶硅减少至最低限度，力学性能也显著提高，抗拉强度b由233MPa提高到236MPa，屈服强度0.2由204MPa提高到210MPa，伸长率5由9%增至12%。在过共晶Al-Si合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可顺利地热轧和冷轧。 锆元素 锆也是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入量为0.1%0.3%，锆和铝形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有锆存在时，

11、会降低钛和硼细化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。 稀土元素 稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次枝晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。 各种稀土加入量约为0.1%为好。混合稀土（La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金时效GP区形成的临界温度降低。含镁的铝合金，能激发稀土元素的变质作用。 杂质元素 在铝合金中有时还存在钒、钙、铅、锡、铋、锑、铍

12、及钠等杂质元素。这些杂质元素由于熔点高低不一，结构不同，与铝形成的化合物亦不相同，因而对铝合金性能的影响各不一样。 钒在铝合金中形成VA11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，但比钛和锆的作用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。 钙在铝中固溶度极低，与铝形成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大约5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi4,不溶于铝，由于减小了硅的固溶量，可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合金切削性能。CaSi2不能使铝合金热处理强化。微量钙有利于去除铝液中的氢。 铅、锡、铋元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改

13、善切削性能。铋在凝固过程中膨胀，对补缩有利。高镁合金中加入铋可防止钠脆。 锑主要用作铸造铝合金中的变质剂，变形铝合金中很少使用。仅在A1Mg变形铝合金中代替铋防止钠脆。锑元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善热压与冷压工艺性能。 铍在变形铝合金中可改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂。铍是有毒元素，能使人产生过敏性中毒。因此，接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。焊接材料中的铍含量通常控制在8g/ml以下。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。钠在铝中几乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，钠的熔点低（97.8），合金中存在钠时，在凝固过程中吸附在枝晶表面或晶界，热加工时，晶界上

14、的钠形成液态吸附层，产生脆性开裂即为“钠脆”。当有硅存在时，形成NaAlSi化合物，无游离钠存在，不产生“钠脆”。当镁含量超过2%时，镁夺取硅，析出游离钠，产生“钠脆”。因此高镁铝合金不允许使用钠盐熔剂。防止“钠脆”的方法有氯化法，使钠形成NaCl排人渣中，加铋使之生成Na2Bi进入金属基体；加锑生成Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。氢气在固态熔点的条件下比在固态的条件下的溶解度要高，所以在液态转化固态时就会形成气孔隙，氢气也可以用铝还原空气中水气而产生，也可以从分解碳氢化合物中产生。固态铝合液态铝都能吸氢，尤其是当某些杂质，如硫的化合物在铝表面上或在周围空气中。在液态铝中能形成氢化物的

15、元素能促进氢吸收量，但其他元素如铍、铜、锡和硅则会降低氢的吸收量。除了在浇铸中形成员升孔隙外，氢又导致次生孔隙、起泡以及热处理中高温变坏（内部气体沉积）。氢在铝合金中是一种及其有害的杂质，熔体中的氢含量应采用在线除气装置加以限制。四、变形铝合金的主要热处理方式：4.4.5.1变形铝合金的退火变形铝合金的退火可分为：铸锭的均匀化退火；热加工合金的预先退火；冷变形工序间的再结晶退火；半成品出厂前的成品退火等。A铸锭的均匀化退火（详见第18章内容）B变形铝合金的完全退火 非热处理强化的和热处理强化的变形铝合金，可通过完全退火至以“O”为标志的处理得最软、延性最好和最易加工的状态。这种处理状态应变硬化

16、产物通常是再结晶的，但热加工的产品可能保持在未再结晶的。可热处理强化的合金经完全退火，溶解物充分沉淀，从而防止了自然时效。对于如纯铝、防锈铝等不可热处理强化的铝合金，由于合金元素含量较少，这类合金一般只能用冷作硬化的方法进行强化。这种由于冷塑性变形而强化的合金，可采用高温退火的方法使之软化。若需要在提高塑性的同时还要求部分地保留由冷变形而获得的强化（即获得半冷作硬化状态）时，可采用300以下的低温退火。表4-7 为部分变形铝合金完全退火、快速退火、低温退火工艺。C 消除应力退火 对于冷作加工的锻造铝合金，仅为消除应变硬化影响的退火，称为去应力退火。除去应力退火采用345以下的温度，不需要很长的

17、保温时间。这种处理可导致简单的回复，部分或完全的再结晶。4.4.5.2变形铝合金的淬火（固溶热处理） 铝合金淬火是为了将固溶热处理时形成的固溶体以快速的淬冷方式获得亚稳定的过饱和固溶体，以求在随后的时效时获得高的强度和足够的塑性。A淬火温度的选择 工业上铝合金的淬火温度，取决于合金的成分和共晶温度。有些合金含量高、要求控制韧性的高强度铝合金，需要把温度控制在更严格的范围以内，但必须低于共晶转变温度。 淬火加热时，合金中的强化相溶入固溶体中越充分，固溶体的成分越均匀，则经淬火时效后的力学性能就越高。一般来说，加热温度越高，上述过程就进行得越快越完全。但温度过高会引起晶粒粗大，甚至发生过烧（局部熔

18、化）而使产品报废。 若淬火加热温度偏低，使热处理零件加热不足，强化相不能完全溶解，导致固溶体浓度大大降低和最终强度、硬度也相应显著降低。故淬火加热的温度是一个很重要的工艺参数。铝合金的加热温度范围很窄，因此，热处理加热炉的温度误差应很小，通常在5以内，这样铝合金的力学性能和金相组织才能得到保证。B固溶处理时间 在正常固溶热处理温度下，使未溶解或沉淀可溶相组成物达到满意的溶解程度和达到固溶体充分均匀所需的保温时间，随热处理前显微组织、加热方式（盐浴及空气循环炉）及零件的加工状态、合金的成分、零件的尺寸等不同而不同。加热温度越高，强化相溶人固溶体的速度越大，保温时间越短。淬火前的状态（如强化相的尺

19、寸、分布状态、成型方法等）对保温时间也有很大影响。有些在加热温度下晶粒容易粗大的合金（如6063，2A50等）在保证淬硬的条件下应尽量缩短保温时间，避免出现晶粒长大。就变形合金来说，变形度大的，所需保温时间比变形度小的要短些。退过火的合金其强化相的尺寸较粗大，保温时间长些。装炉量多、尺寸大的零件保温时间长些。装炉量少、零件之间间隔大的，保温时间要短些。表4-8为变形铝合金淬火加热保温时间。C 淬冷延迟 零件从加热炉到淬火介质之间的转移，无论是手工操作还是机械操作，必须在少于规定的最大时间限度内完成。最大容许转移时间或“淬冷延迟”时间，因周围空气的温度和流速以及零件的质量和辐射能力而异。 零件在

20、转移到淬火槽过程中，相当于在空气中冷却，由于冷却速度慢，固溶体的分解，降低时效强化效果，从而使产品力学性能和抗腐蚀性能下降，所以应当尽量缩短淬火转移时间，一般小零件转移时间不应超过10s，大件或大批零件不应超过15s。D 冷却速度的选择 淬火加热后必须快速冷却，以抑制合金在慢冷时必然会出现次生相的析出。如果出现这种析出相，固溶体的过饱和度就会下降，时效效果就会削弱。零件淬火时的实际冷却速度，取决于淬火介质的种类与温度，以及零件的有效厚度。为防止零件在淬火时发生变形，选择淬火介质温度时，还应考虑零件形状的复杂程度。 形状简单的变形铝合金淬火用水的温度一般低于40；对于铸造铝合金淬火用水的温度通常

21、在4080。4.4.5.3变形铝合金的时效 时效的基本工艺参数是加热温度与保温时间。加热速度与冷却速度的影响较小，一般不予考虑。时效有两种方式，一是自然时效，即淬火后在室温下放置若干小时，快速淬火保留下的空位导致了溶质原子富集区快速形成和强度迅速增加，在45天之后达到最大的稳定值。铝合金中的硬铝一般进行自然时效。硬铝中铜和镁在自然时效时形成e相（AlCu）和S相（m2CuMg） 比含硅、铜、镁的锻铝形成的强化相Mg2Si相及W相（m4Cu4MgsSi4）要快。自然时效的时间一般不少于4昼夜。二是人工时效，即淬火后重新加热到高于室温的某一温度若干小时。锻造铝合金一般进行人工时效，时效温度一般在1

22、50180之间，时效时间为612h。对于7A04之类的超硬铝合金通常采用120160的人工时效，时效时间为1224h，为了缩短时效时间，对于这类合金常采用分级人工时效。变形铝合金的热处理工艺规范见表。五、气孔、夹渣和烧损： 气孔：在一定的大气压下，温度越高，氢在铝中的溶解度就越大；温度越低，氢在铝中的溶解度就越小。在固态时，氢几乎不溶于铝。还可以看出，由固态到液态时，氢在铝中的溶解度出现一个突变现象。这种溶解度急剧变化的特点，决定了铝在凝固时，使氢原子从金属中析出成为分子氢，最后以疏松、气孔的形式存在于铸锭中。因此，也说明了铝及铝合金最容易吸收氢而造成疏松、气孔等缺陷。夹渣：在生产条件下，无论

23、采用何种熔炼炉生产铝合金，熔体直接与空气接触，也就是和空气中的氧和氮接触。铝是一种比较活性的金属，它与氧接触后，必须产生强烈的氧化作用而生成氧化铝。其反应式为：4Al+3Al3铝一经氧化，就变成了氧化渣，成了不可挽回的损失。氧化铝是十分稳定的固态物质，如混入熔体内，便成为氧化夹渣。3H2O+2Al Al2O3+6H2Al+N2 2AlN3Mg+N2 Mg3N2Mg3N2+6H2O 3Mg（OH）2+2NH3AlN+3H2 Al（OH）3+NH3CH4+2O2 CO2+2H2O3H2O+2Al Al2O3+3H23CO2+2Al 3CO+Al2O33CO+6Al Al4C3+Al2O3 烧损：相

24、同的条件下熔炼铝合金时，用大块料时烧损为0.8-2.0%,打捆片料时烧损为2-10%,碎屑料的烧损可高达30%,另外熔池表面越大，熔炼时间长，都会增加烧损。降低氧化烧损的方法：降低氧化烧损主要应从熔炼工艺着手。一是在大气下的熔炉中熔炼易烧损的合金时尽量选用熔池表面积小的炉子，如低频感应电炉；二是采用合理的加料顺序，快速装料以及高温快速熔化，缩短熔炼时间，易氧化烧损的金属尽可能后加；再其次采用覆盖剂覆盖，尽可能在熔剂覆盖下的熔池内熔化。对易氧化烧损的高镁铝合金，可加入0.0010.005%的铍；最后应正确地控制炉温及炉气性质。吸附除渣原理：吸附净化主要是利用精炼剂的表面作用，当气体精炼剂或熔剂精

25、炼剂在熔体中与氧化物夹杂相遇时，杂质被精炼剂吸附在表面上，从而改变了杂质颗粒的物理性质，随精炼剂一起被除去。吸附净化：浮游法 A 惰性气体吹洗 惰性气体指与熔融铝及溶解的氢不起化学反应，又不溶解于铝中的气体。通常使用氮气或氩气。 根据吸附除渣原理，氮气被吹入铝液后，形成许多细小的气泡。气泡在从熔体中通过的过程与熔体中的氧化物夹杂相遇，夹杂被吸附在气泡的表面并随气泡上浮到熔体表面。巳被带至液面的氧化物不能自动脱离气相而重新溶入铝液中，停留于铝液表面就可聚集除去，如图16-2所示。图16-2 浮游除渣原理图 图16-3 氮气气泡除气原理图 由于吸附是发生在气泡与熔体接触的界面上。只能接触有限的熔体

26、，除渣效果受到限制。为了提高净化效果。吹入精炼气体产生的气泡量愈多，气泡半径愈小，分布愈均匀，吹入的时间愈长效果愈好。 氮气的除气是根据分压差脱气原理，如图16-3所示。由于氮气泡中最初PH20，在气泡和铝液中的氢的平衡分压间存在差值，使溶于金属中的氢不断扩散进气泡中。这一过程直至气泡中氢的分压和铝液中的氢的平衡分压相等时才会停止。气泡浮出液面后，气泡中的H2，也逸出而进入大气中。因此，气泡上升过程中既带出氧化夹杂，也带出氢气。 通氮时的温度宜控制在7107200C，以避免氮和铝液反应形成氮化铝。 B 活性气体吹洗 对铝来说，实用的活性气体主要是氯气。氯气本身也不溶于铝液中，但氯和铝及溶于铝液

27、中的氢都迅速发生化学反应。 C12+H22HCl 3C12+2A12AlCl3 反应生成物HCl和AlCl3（沸点183）都是气态，不溶于铝液，它和未参加反应的氯一起都能起精炼作用，如图16-4所示。因此，净化效果比吹氮要好得多，同时除钠效果也显著。氯气虽然精炼效果好，但其对人体有害，污染环境，易腐蚀设备及加热元件，且易使合金铸锭结晶组织粗大，使用时应注意通风及防护。图16-5为10506063合金用氮气和氯气处理的效果。图16-4 吹Cl2精炼示意图图16-5 氮和氯精炼前后熔体中氢和钠含量变化 C 混合气体吹洗 单纯用氮气等惰性气体精炼效果有限，而用氯气精炼虽效果好但又对环境及设备有害，所

28、以将二者结合采用混合气体精炼，既提高精炼效果，又减少其有害作用。 混合气体有两气体混合，如N2-Cl2；也有三气体混合，如N2-Cl2-CO。N2-Cl2的混合比采用9：1或8：2效果较好。N2-Cl2-CO混合比为8：1：但现在为了减少环境污染，世界发达国家普遍采用（2-5）Cl2作为混合气体的组成部分，从使用效果来看几乎没有差异，这对于减少环境污染是极有利的。 D 氯盐净化 许多氯化物在高温下可以和铝发生反应，生成挥发性的AlCl3而起净化作用： Al+3MeClAlCl3+3Me。 式中Me表示金属。但不是所有的氯盐都能发生上述反应，需要看其分解压力而定。一般氯盐的分解压需大于氯化铝的分

29、解压，或它的生成热小于氯化铝的生成热，这种氯盐在高温下才能与铝发生反应。常用氯盐有氯化锌（ZnCl2）、氯化锰（MnCl2）、六氯乙烷（C2Cl6）、四氯化碳（CCl4）、四氯化钛（TiCl4）等。在熔体中反应如下： 3ZnCl2+2Al2AlCl3+3Zn 3MnCl2+2A12AlCl3+3Mn 3TiCl4+4Al4AlCl3+3Ti 因氯盐皆有吸潮特点，使用时应注意脱水和保持干燥；Zn对部分铝合金含量有限制，使用时应注意用量。C2Cl6为白色晶体，密度2.091gcm3，升华温度185.5，它不吸湿，不必脱水处理。使用、保管都很方便，为一般工厂所使用。C2Cl6加入熔体后发生如下反应： C2Cl6C2Cl4+Cl2 2Al+3C122AlCl3 C2C14CCl4+C CCl42Cl2+C H2+C122HCl C2C14沸点121，不溶于铝，熔炼温度下为气态，未完全反应的C2Cl4也和AlCl3一起参与精炼。由于产生气体量大，因此精炼效果好。但因C2Cl6密度小，反应快不好控制，近来制成种自沉精炼剂，压制成块，使用较方便。使用C2Cl6的缺点是分解出的C2Cl6和C12，有部分未反应即逸出液面，有强烈的刺激性气味，因此应采用较好的通风装置。 E 无毒精炼剂 几种无毒精炼