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铝合金(非常经典)


2、力性 纯度 99.99 σb MPa 49 σ0.2 MPa 22 26 28 δ% 45 44 31 126~ 175 HB 84~112
99.7 65 (A00) 99.5 70
纯铝进行60~80%冷变形,σb 虽然能达到150~180MPa, 但δ已降低到1~1.5%,变脆
3、化学性能
Mg
Ge Cu Li Mn Si
450
424 548 600 658 577
17.4
7.2 5.65 4.2 1.82 1.65
18.5
2.7 2.4 16.3 0.9 1.59
Cd
V Zr Sn Fe Ni
649
661 660 228 655 640
0.4
~0.4 0.28 ~0.06 0.05 0.04
Al
Zn
2.862
2.665
Mn
2.240
铝合金常加入的元素为Zn、Mg、Cu、Si、Li。 • 在合金中可能形成: θ-CuAl2 S -Al2CuMg η-MgZn2 T -Al2Mg3Zn3 β-Mg2Si δ-AlLi β-Mg2Al3
铝中的主要杂质:Fe、Si 为了改善合金的塑性和抗蚀性,合金中常加入Mn、Cr、Zr、 Ti、Cu等微量元素。
T1- 从高温成形过程冷却和自然时效至基本稳定的状态
T2- 从高温成形过程冷却,然后冷加工和自然时效至基本稳定的状态 T3- 固溶处理、冷加工和自然时效至基本稳定的状态
T4- 固溶处理,自然时效到基本稳定的状态
T5- 从高温成形过程冷却,然后进行人工时效的状态 T6- 固溶处理,人工时效到强度最高的状态
第二节 变形铝合金
简单地说:
硬铝 超硬铝 锻铝 防锈铝
综合机械性能好(不耐蚀) 室温强度最高 热塑性好 耐蚀性好,易成形,焊接性好(强度低)
一、 硬铝
1、一般特点 较好的综合机械性能 σb=420~60MPa,σ0.2=280~300MPa,δ=15~17%。 耐蚀性低 有晶间腐蚀现象,应力腐蚀(SCC)倾向小。
W-固溶处理正在自然时效过程(不稳定)
H-冷作硬化状态 T-热处理状态
应变硬化状态:
H1-应变硬化。 H2-应变硬化加不完全退火。 H3-应变硬化稳定处理。 H112-加工过程的应变硬化(不控制应变量)。 H321-加工过程的应变硬化(控制应变量)。 H116-特殊应变硬化。
Hale Waihona Puke 热处理状态:在T后附有一位或多位数。对于T状态,列出 了在两次操作之间或操作之后的室温下可能发生 自然时效时间。如果这段时间在冶金学上有重要 意义的话,就应对这段时间加以控制。数字1~ 10表示处理的具体程序。
特点: 高的时效硬化能力; 中等强度(σb=300~450 MPa); 优良的可焊性; 好的热变形性和抗应力腐蚀性能; 宽的固溶处理温度范围; 低的淬火敏感性。
相组成:
工业上实际应用的Al-Zn-Mg合金成分范围处于: α+T和α+T+η相区 当Zn含量不变时, 随Mg含量增加合金中逐渐出现→η→T相。
0.09
0.21 0.08 ~0.01 0.025 0.02
铝合金中常见元素的原子直径(原子间最紧密距离)
元素 Mg Zr Li Sn Cd Ti Ag 原子直径Å 3.196 3.170 3.039 3.022 2.979 2.890 2.888 元素 V Cu Cr Ni Fe Ge Si 原子直径Å 2.632 2.556 2.498 2.491 2.482 2.450 2.351
随Mg含量增加,θ相减少,S相增加 Cu/Mg ≥8, 主要是θ相 Cu/Mg=8~4, 主要是θ+S相 Cu/Mg=4~1.5, 主要是S相, S相中Cu/Mg=2.61 θ相析出序列的GP区和θ′是圆片状 S相析出序列的GP区和S′是针状 强化效果: S→θ→T→β 耐热性: 随温度升高,S相比θ软化的慢, S相高温强化 效果好。
合金 LY1 固溶淬火温度 495~505℃ 过烧温度 535℃
LY2 LY6
LY10 LY11 LY12
495~505℃ 495~505℃
510~520℃ 495~510℃ 495~503℃
515℃ 518℃
540℃ 517℃ 507℃
时效: 除耐热硬铝LY2合金进行人工时效,大多数 硬铝都是在自然时效状态下应用。 硬铝自然时效状态下的抗蚀性(晶间腐蚀) 优于人工时效状态。
T7- 固溶处理,人工时效到过时效状态(稳定化处理的状态)
T8- 固溶处理后冷加工,然后进行人工时效的状态 T9- 固溶处理、人工时效、然后冷加工的状态 T10-从高温成形工序冷却,然后冷加工并进行人工时效的状态 TX51-通过拉伸消除应力的状态 TX52 - 通过压缩消除应力的状态 TX54 - 通过拉伸和压缩相结合的方法消除应力的状态
第二章 铝及其合金
第一节 工业纯铝、合金化及铝合金的分类、 牌号和状态符号 一、工业纯铝 1、物性 熔点 660.24℃;密度2.7×103kg/m3; 弹性模量(E)72000MPa 面心立方晶格 a=0.4049nm;原子直径0.286 nm 相对电导率 62%IACS (International Annealed Copper Standard) 电阻率 2.66×10-8Ωm (欧姆米) (99.9%Al); 顺磁性(磁化率215);
焊接性不好 主要用于以铆钉、螺栓、点焊为连接手段的结 构中。 可热处理强化
AlZnMg合金相图
2、硬铝的组织
在AlCuMg三元系合金相图铝角附近,按 Mg含量增加,依次可能出现以下四个相:
θ:CuAl2 S:Al2CuMg T:Mg32(CuAl)49 (也称CuMg4Al6) β:Mg2Al3 正方晶格 斜方晶格 立方晶格 面心立方
典型合金的热处理
LY12:495℃WQ→自然时效6天 (σb=450 MPa) 或→室温停3天→190℃×10h (σb=500 MPa)
不同合金自然时效硬化的能力和速度不同。
5、硬铝的性能和用途
按强度和用途分为:铆钉、中强、高强和耐热硬铝四大类 铆钉硬铝: LY1、 LY4 、LY9 、LY10,以线材供应。 LY1(剪切强度196 MPa)和LY10(剪切强度265 MPa) 自然时效状态工艺塑性良好,铆接时间不受限制。 LY4(剪切强度286 MPa)和LY9属于高强铆钉硬铝, 在淬火后规定时间内铆接,LY4在2~6h内铆接, LY9在20min内铆接。 中强硬铝: LY11:塑性好,以板、棒、型材应用于各种工业, 在航空工业中主要用于模锻螺旋桨叶。 高强硬铝: LY12: 强度最高,应用最广,用于制造主要受力件。 板材:飞机蒙皮、壁板。 型材:飞机隔框、翼肋、长桁 耐热硬铝: LY2: 较好的高温性能,用于制造在较高温度(150~250℃) 下工作的构件,如航空发动机内的压气机叶片。
LY12(相当2024)Al-4.3Cu-1.5Mg-0.6Mn LY11(相当2017)Al-4.3Cu-0.6Mg-0.6Mn LY2 Al-2.9Cu-2.2Mg-0.6Mn
4、硬铝的热处理
除生产工序中的热处理外,硬铝的主要热处理是淬火时效
淬火:原则是在防止过烧、晶粒粗化、包铝层污染的前提下,尽可能采用较高 的加热温度,以使强化相充分固溶,但硬铝的固溶温度范围窄,非常容 易过烧。
L3
L4 L5 L6
99.5
99.3 99 98.8
LG3
LG2 LG1
99.93
99.9 99.85
国产变形铝合金分五大类,常见只有四大类
名称 防锈铝 硬铝 锻铝 超硬铝 特殊铝 牌号 LF╳╳ LY╳╳ LD╳╳ LC╳╳ LT╳╳ 合金系 Al-Mn和Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Mg-Si-(Cu) Al-Zn-Mg-Cu 其它
• 铝的化学活泼性极高,标准电极电位(-1.67 伏)。 • 铝在空气中表面生成5~10nm厚的Al2O3保护膜, 在大气中耐蚀。 • 在浓硝酸中有极高的稳定性,与有机酸及食品几 乎不反应。 • 在硫酸、盐酸、碱、盐中不稳定。
4、特点
• • • • 质量轻 优秀的导电、传热和塑性变形性能 在大气中有良好的耐蚀性 强度低不适于作结构材料
3、硬铝的合金化
成分范围: Cu:2.5~6.0%,硬铝的主要成分 Mg:0.4~2.8%,主要作用生成S相 Mn:0.4~1.0%,消除Fe对抗蚀性的有害影响,抑 制再结晶产生挤压效应,超过1% 产生(MnFe)Al结晶相 有时加:Ti细化铸态晶粒 Be提高氧化膜的致密性,防止Mg的烧损。
典型合金的化学成分:
硬铝合金易产生晶间腐蚀的原因:
• 含Cu的固溶体和Cu2Al相的电极电位都较高,当Cu2Al在晶界沉淀时, 晶界附近出现含Cu较低的贫化带,该贫化带电极电位较低,在腐蚀介 质中成为阳极,而含Cu较高的晶粒内部和析出相(Cu2Al)则为阴极。 另外,晶界两侧的Cu贫化带很窄(面积小),阳极电流密度高,故遭 到强烈腐蚀(即沿晶界腐蚀)。 • 为了改善硬铝的抗蚀性,除合金化、热处理及其它措施(阳极化、涂 漆)外,在板材表面包覆一层纯度大于99.5%的纯铝。纯铝的电极电 位低于基体,可起阳极保护作用。包铝层厚度一般占板材厚度的4%, 厚板可减至2%。
二、超硬铝
(Al-Zn-Mg-Cu系合金)
超硬铝是在Al-Zn-Mg合金基础上加Cu发展起
来的,它的强度超过硬铝,可达600~700MPa,
所以称超硬铝。第二次世界大战后,才开始大批生
产和应用。
调质的45钢:σb=780~850 MPa
σ0.2=450~550 MPa
1、Al-Zn-Mg系中强可焊铝合金
合金化:
Zn+Mg的总量约4.5~7.6%(wt),Zn/Mg 一般在2~3.8, (MgZn2中Zn/Mg=5.38) 通常加入的微量元素: Mn 0.2~0.45%,显著提高SCR,增加淬火敏感性,产生剥落腐蚀。 Cr ≤0.3%, 显著提高SCR,增加淬火敏感性,产生剥落腐蚀。 Zr 0.15~0.3% 细化晶粒,提高可焊性。 Ti ≤0.2%, 细化晶粒,提高可焊性。 Cu ≤0.25%, 显著提高SCR,降低可焊性。 该合金不采用自然时效制度,其原因有二: ① Al-Zn-Mg系合金GP区长大速度缓慢,自然时效过程需数月才能达 到稳定阶段。 ② 与人工时效比较,自然时效的抗应力腐蚀能力差。
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