有色金属及其合金（2）在线视频

二 变形铝合金的种类

我们看这一张表

根据铝合金的化学组成

可以将变形铝合金

分为八个大类

我们分别称为一系 二系 三系

四系 五系 六系 七系 八系铝合金

不同的系列的铝合金

它的化学组成是不一样的

而一部分铝合金可以

进行热处理强化

另外一些变形铝合金

不可以进行热处理强化

我们先学习第一类变形铝合金

即防锈铝合金

它的主要合金元素是锰和镁

锰提高抗蚀性能

并且固溶强化作用

镁起固溶强化作用

同时降低它的密度

锻造退火后

为单相固溶体

抗蚀性能高 塑性好

但不能进行时效硬化

属于不可热处理强化的铝合金

但可以通过冷变形

即通过加工硬化

来提高它的强度

常用的防锈铝合金

有以下几种类型

如典型的牌号3A21 即铝锰合金

它的含锰量约为1.4%

它的性能特点为抗蚀性

和强度比纯铝要高

具有良好的塑性和焊接性能

但因太软

而切削性能不好

它主要用于制造焊接件

容器 管道或需要进行深延伸

弯曲等方法制造的

低载荷零件以及制品

包括铆钉

又如5A05是铝镁合金

含镁量为5%

它的性能特点是

密度比纯铝小

强度比铝锰合金高

具有高的抗蚀性和塑性

焊接性能良好

但是切削加工性能不好

它主要用于制造焊接容器

管道以及承载中等载荷的

零件和制品

也可以用作铆钉

第二类为硬铝合金

即铝铜镁系合金

另外还含有少量的锰

它可以进行时效硬化

可以热处理强化的一种铝合金

也可以进行形变强化

铜和镁可以形成强化相

如θ相及s相

锰主要用于提高抗蚀性能

并起一定的固溶强化作用

此外还有少量的钛和硼

用于细化晶粒

提高合金的强度

典型的牌号有低合金硬铝

如2A02

它的特征是镁铜的含量较低

所以它的塑性好 强度低

采用固溶处理和自然时效

可以提高其强度和硬度

但时效速度较慢

主要用于制作铆钉

常称为铆钉硬铝

第二标准硬铝2A11

它的合金元素的含量为中等

强度和塑性也属于中等水平

退火后变形加工良好

时效后切削性能也很好

主要用于制造轧材 锻材

冲压件以及螺旋桨叶片

和大型的铆钉等等重要零件

第三类为高合金硬铝

如2A12

它含有较多的合金元素

强度和硬度较高

塑性和变形加工性能较差

主要用于制作航空模锻件

和重要的销 轴等零件

我们看这是一些

典型的铝合金的应用

做型材 做一些零件 做一些器件

包括汽车的车身

第三类超硬铝合金

即铝锰锌铜系合金

并含有少量的铬和锰

这一类合金主要是7系合金

如7A04 7A09等等

锌 铜 镁和铝能形成固溶体

也可以形成多种复杂的第二相

起强化作用

这一类合金经过固溶处理

和人工时效后

具有很高的强度和硬度

是强度最高的铝合金

主要用于制造承受大载荷的

重要构件

如飞机的大梁 起落架

等重要零部件

第四类锻铝合金

即铝镁硅铜 铝铜镁镍铁系合金

典型的牌号有2A50 2A70

2A14等等

这类合金它的合金元素种类多

但是它的用量较少

它的特征为具有良好的塑性

铸造性能和锻造性能

以及较高的力学性能

它需要进行固溶处理和人工时效

主要用于制造承受重载荷的

锻件和模锻件

下面我们举例说明

变形铝合金的工程应用

实例1飞机油箱

采用退火态铝合金

5A05制造

压力成形后焊接制造成油箱

特征为轻便 耐蚀性好

实例2 飞机螺旋桨叶片

用铝合金2A11制造

压力成形后

在505度至510度加热

水冷进行固溶处理

然后采用自然时效强化

它的抗拉强度达420兆帕

强度很高

下面我们学习第三类

铸造铝合金

铸造铝合金有以下几种类型

第一种为铝硅铸造合金

又叫硅铝明合金

我们先看第一种简单的

硅铝明合金即铸铝硅12合金

铸造后得到的为

α加硅的共晶体组织

这种合金具有良好的铸造性能

它的熔点低

流动性好 收缩小

一般情况下铸铝硅12的共晶体

有粗针状的硅晶体

和α固溶体构成

它的强度和塑性都较差

为了改善其组织和性能

在浇铸前向合金液中

加入变质剂

以细化合金的组织

显著提高合金的强度和塑性

所采用的变质剂

为钠盐的混合物

我们看下图

未经变质处理的铸铝硅12合金的

铸态组织为粗大的

针状组织的硅加上α固溶体

经变质处理以后

它的组织为b图

为初生的α加α加硅的共晶体

然后加上硅的析出物

即二次硅

从这里可以看出

合金已经变成了亚共晶的组织

获得亚共晶组织的原因是

加入钠盐后

铸造冷却速度较快时

它的共晶点向右移

所以使合金进入亚共晶成分区

铸铝硅12合金

它的铸造性能好

焊接性能好 密度小

并有相当好的抗蚀性和耐热性

但是它不能进行时效强化

强度较低

经变质处理以后

它的抗拉强度

一般不超过180兆帕

它主要用于制造形状复杂

但强度要求不高的铸件

如仪表 水泵的壳体

以及一些承受低载荷的零件

二 特殊硅铝明合金

为了提高强度

加入铜镁等元素

它能形成强化相

如铜铝二 镁二硅 铝二铜镁等

能进行时效硬化

也可以进行变质处理

如典型的牌号之一

铸铝硅七镁 铸铝硅九镁

都还有少量的镁

能生成镁二硅相

铸铝硅九镁的热处理工艺为

在530度至540度加热

保温5小时

在热水中淬火

然后在170度至180度

时效6至7个小时

它的抗拉强度可以达到

200至230个兆帕

主要用于制造低强度形状复杂的铸件

如电动机的壳体 气缸体

以及承受低载荷的零件

此外还有铸铝硅七铜四

铸铝硅十二铜一镁一镍一

这些合金 合金元素含量较高

含有铜镁等元素

能形成一些金属间化合物的强化相

它的特征是密度小

抗蚀性好 线膨胀系数较小

强度 硬度较高

耐磨性 耐热性

以及铸造性能都比较好

常用于铸造铝合金的活塞

以及铝合金发动机的

缸体和缸盖等等

第二类铸造铝合金

即铝铜铸造铝合金

铝铜合金的强度较高

耐热性好

但铸造性能不好

有热裂和疏松的倾向

耐蚀性能也较差

典型的牌号有以下几点

铸铝铜五锰

它的室温强度 塑性比较好

可以用于制作

在300度以下工作的零件

如铸造内燃机的气缸头

活塞等零件

铸铝铜四 它淬火时效后

强度较高

可以做结构材料

如铸造承受中等载荷

和形状较为简单的零件

第三类铝镁铸造合金

典型的牌号铸铝镁十

铸铝镁五硅一

它的性能特点为强度高

密度小 有良好的耐蚀性

可以进行自然时效

但铸造性能不好

耐热性较低

主要应用于制造承受冲击载荷

在腐蚀性介质中工作的

外形不太复杂的零件

例如舰船的配件 氨用泵体等等

四铝锌铸造铝合金

典型的牌号有铸铝锌十一硅七

铸铝锌六镁等

它的特点是价格便宜

铸造性能优良

变质处理和时效处理后强度较高

但抗蚀性差

热裂倾向大

主要用于制造汽车

拖拉机发动机零件

以及形状复杂的仪器元件

日用品等等

我们下面举例说明

铸造铝合金的应用

汽车发动机的活塞

采用铝铜合金

铸铝铜五锰来进行制造

采用砂型铸造

铸造清砂后进行加工

固溶处理后人工时效

抗拉强度可以达到335兆帕

此外铸造铝合金

还可以用来制造发动机的

进气排气管

电动机的壳体等等