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文檔簡介
有色金屬及熱處理有色金屬及熱處理第一節(jié)純鋁及其合金化第二節(jié)鋁合金的熱處理原理第三節(jié)鑄造鋁合金及其熱處理第四節(jié)變形鎂合金及其熱處理第二章鋁及鋁合金第一節(jié)純鋁及其合金化第二章鋁及鋁合金第一節(jié)純鋁及其合金化一、純鋁及其合金特性
a.純鋁比重?。?.7g/cm3)、強度低、熔點低(660℃).
工業(yè)純鋁板材:冷軋σb150MPa,σ0.2100MPa;退火σb80MPa,σ0.250MPa鋁合金比重小,比強度(σb/ρ)
比一般高強鋼高的多.第一節(jié)純鋁及其合金化b.資源多(占地殼總儲量的7%以上),成本低.c.抗腐蝕性能好,但不抗鹽堿.d.焊接性能和加工性能好—C919Al-Li合金機身等直段部段.
塑性好(面心立方結構,12個滑移系).
良好的冷熱加工性能,450-500℃可軋、鍛、擠等.
切削性好.
鑄鋁合金的鑄造性能極好.一、純鋁及其合金特性
b.資源多(占地殼總儲量的7%以上),成本低.塑性好(面e.
導電性好,僅次于銀、銅和金,耐大氣腐蝕,磁化率極低,接近于非鐵磁性材料.一、純鋁及其合金特性
e.導電性好,僅次于銀、銅和金,耐大氣腐蝕,磁化率極低,接e.
優(yōu)良的低溫性能,無低溫脆性.一、純鋁及其合金特性
表.工業(yè)純鋁的低溫性能e.優(yōu)良的低溫性能,無低溫脆性.一、純鋁及其合金特性表.鋁及鋁合金用途:在電氣工程、汽車、建筑、機械、航空及宇航工業(yè)、輕工業(yè)都有廣泛用途.純鋁由于性能低,鑄造性能差,而主要用來配置鋁合金,制作電線電纜,電纜和制造家庭用器皿。龐巴迪C系列飛機的鋁鋰合金機身段鋁及鋁合金用途:在電氣工程、汽車、建筑、機械、航空及宇航工業(yè)C919大型客機鋁鋰合金機身等直段部段C919大型客機鋁鋰合金機身等直段部段二、鋁中雜質(zhì)主要有Fe、Si,其次Cu、Zn、Mg、Ni、Ti等,對鋁的機械、工藝和腐蝕性能均有影響.共晶T時的極限溶解度,鐵0.052%、硅1.65%,并隨溫度下降而急劇減小。鋁-鐵合金二、鋁中雜質(zhì)鋁-鐵合金鋁-硅合金二、鋁中雜質(zhì)鋁-硅合金二、鋁中雜質(zhì)二、鋁中雜質(zhì)①
Fe、Si共存時的相.FeAl3、β(Si)相、α(Fe3SiAll2)、β(Fe2Si2Al9).
當WFe>WSi,富Fe化合物α(Fe3SiAl12).
當WSi>WFe,富Sip(Fe2Si2).
骨骼狀α(Fe3SiAll2),枝條狀α(Fe3SiAll2),粗針狀β(Fe2Si2Al9)。相硬脆,塑性↓↓,后者尤為嚴重。二、鋁中雜質(zhì)當WSi>WFe,富Sip(Fe2Si2二、鋁中雜質(zhì)②嚴格控制硅含量,F(xiàn)e:Si≥2~3。鋁中鐵硅比不當時,↑純鋁鑄錠產(chǎn)生裂紋.
當W(Fe+Si)小于0.65%時,合金的結晶間隔小,↑鑄造工藝性,WFe>WSi↓鑄錠開裂傾向.
當W(Fe+Si)大于0.65%時,共晶數(shù)量↑,共晶液體易充填熱裂紋,鐵硅比的影響↓.E
(FeAl3、α、β)>鋁,破壞純Al表面氧化膜連續(xù)性,↓耐蝕性、導電性.二、鋁中雜質(zhì)三、純鋁的牌號和用途
高純鋁:
LG1~LG5
純度為99.93%~99.999%
,編號越大,純度越高。主要用于科研及電容器。
工業(yè)高純鋁:
L00及L0純度分別為99.85%、99.9%,主要用于鋁箔、包鋁、鋁合金原料及其他特殊用途。
工業(yè)純鋁:L7~L1純度為98.0%~99.7%,編號越大,純度越低。主要用于熔制配制鋁合金、制作電線、電纜和日用器皿等。三、純鋁的牌號和用途高純鋁:LG1~LG5純度不可熱處理強化,冷變形↑強度(唯一),工業(yè)純鋁可按冷作硬化或半冷作硬化使用。熱處理形式為退火(350~500℃),保溫時間隨工件厚度而定。T再約200℃,雜質(zhì)元素↑T再,其中鉻、錳、鐵較明顯。三、純鋁的牌號和用途不可熱處理強化,冷變形↑強度(唯一),工業(yè)純鋁可按冷作硬化或我國純鋁的牌號及雜質(zhì)含量(GB1196-83)LG4LG3LG2LG1我國純鋁的牌號及雜質(zhì)含量(GB1196-83)LG4LG3L新標準改型情況(B-Y):表示為原始純鋁的改型(按國際規(guī)定用字母表的次序選用),與原始純鋁相比,其元素含量略有改變。三、純鋁的牌號和用途新標準改型情況(B-Y):表示為原始純鋁的改型(按國際規(guī)定用純鋁新舊牌號對比表三、純鋁的牌號和用途純鋁新舊牌號對比表三、純鋁的牌號和用途四、鋁的合金化純鋁強度低,很少用作結構材料.純鋁與鋁合金,力學、物理及化學性能均發(fā)生了變化.如熔點、凝固點等.鋁合金分組區(qū)分圖四、鋁的合金化純鋁強度低,很少用作結構材料.純鋁與鋁合金,力四、鋁的合金化主要依靠固溶強化和沉淀強化↑機械性能;晶粒細化、加工硬化及過剩相強化也能發(fā)揮一定作用。確定合金成分時應考慮:1、固溶強化能力—合金組元的固溶強化能力與其本身的性質(zhì)及固溶度有關①固溶度>10%
例Al-Zn、Al-Ag、Al-Mg合金,固溶強化作用差,單純簡單的二元合金無使用價值。主要是它們具有相近原子的半徑和性能,↓晶格畸變四、鋁的合金化主要依靠固溶強化和沉淀強化↑機械性能;晶粒細化可用于鋁合金化的某些元素的溶解度四、鋁的合金化可用于鋁合金化的某些元素的溶解度四、鋁的合金化②1%<固溶度<10%
如Al-Cu、Al-Li、Al-Mn、Al-Si等,在工業(yè)上都有實際應用.
Cu↑合金的常溫強度,且↑合金的耐熱性.Mn與Al形成的MnAl6與鋁的電化學性質(zhì)相近,故抗蝕性好.Al-Si系合金共晶點濃度較低,↑鑄造工藝性能.③固溶度<1%
如Cr、Ti、Ni、Zr等在鋁合金中一般起輔助作用.改進合金的晶粒結構、沉淀過程和形成新相,↑合金的使用性能和工藝性能。四、鋁的合金化②1%<固溶度<10%如Al-Cu、Al-Li、A2、沉淀硬化能力—單純的固溶強化總是有限的
較高的極限固溶度、明顯的溫度關系→沉淀過程中形成均勻、彌散的共格或半共格過渡相→能造成基體中較強烈的應變場→↑對位錯運動的抗力→↑↑強度.二元合金共晶相圖四、鋁的合金化2、沉淀硬化能力—單純的固溶強化總是有限的較高的極限有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件3、耐熱性高溫下工作的鋁合金,須考慮與耐熱性的關系.過渡族元素—一般能↑合金的高溫性能和T再,許多過渡族元素與鋁形成包晶系,因此有較高的熔點,如Al-Ti(665℃),Al-Cr(661℃),Al-Zr(660.5℃).共晶系,如Al-Mn(658.5℃),Al-Fe(655℃)等.非過渡元素—大多與鋁形成共晶溫度較低的共晶系,高溫性能下降。如常用的Al-Mg系(450℃),Al-Zn系(382℃).合金熔點愈低,耐熱性愈差.四、鋁的合金化3、耐熱性四、鋁的合金化某些鑄造鋁合金的成分與耐熱性的關系四、鋁的合金化某些鑄造鋁合金的成分與耐熱性的關系四、鋁的合金化4、組織強化通過細化晶粒(包括細化亞結構及增加位錯密度)和使合金保持未再結晶組織→強度↑10%~30%,且↑縱向的斷裂韌性和應力腐蝕抗力。制品在熱處理后仍保持再結晶的纖維狀組織→加入少量過渡族元素錳、鉻、鋯、鈦→↑再結晶溫度,彌散第二相質(zhì)點阻止再結晶過程晶粒長大。四、鋁的合金化4、組織強化通過細化晶粒(包括細化亞結構及增加位錯密度)和使鑄造鋁合金:加入微量元素(變質(zhì)劑)進行變質(zhì)處理來細化鑄態(tài)組織.如微量Na或Na鹽或者銻等進行變質(zhì)處理,細化組織,↑↑強度和塑性.變形鋁合金:微量Ti、Zr、Be、Re,形成難熔化合物,非自發(fā)晶核,細化晶粒,↑合金的強度和塑性.如AlMn合金中添加0.02~0.3%Ti細化組織.4、組織強化四、鋁的合金化鑄造鋁合金:加入微量元素(變質(zhì)劑)進行變質(zhì)處理來細化鑄態(tài)組織第二節(jié)鋁合金的熱處理原理鋁合金的基本熱處理形式是退火及固溶時效。退火屬軟化處理,目的是獲得穩(wěn)定的組織或優(yōu)良的工藝塑性固溶時效(淬火時效)為強化處理,借助時效硬化以提高合金的強度性能。本節(jié)目的:著重闡明鋁合金時效理論中的基本規(guī)律和特點,以及討論確定相應熱處理工藝參數(shù)的主要原則。第二節(jié)鋁合金的熱處理原理鋁合金的基本熱處理形式是退火及固鋁合金的固溶時效強化(固溶時效強化機制及步驟)固溶處理:加熱到第二相最大限度的融入固溶體的T,保溫后快冷,防止第二相析出,獲得過飽和固溶體.時效處理:過飽和固溶體室溫或加熱一定時間后,基體中析出新相的過程.
自然時效人工時效鋁合金的固溶時效強化(固溶時效強化機制及步驟)固溶處理:加熱
固溶時效處理的一般步驟⑴固溶處理:將合金加熱到固溶線以上、固相線以下溫度保溫,獲得成分均勻的固溶體組織。⑵淬火:將固溶處理后的工件快冷到較低溫度,得到過飽和單相固溶體。(與鋼淬火組織不同)⑶時效:使過飽和固溶體中析出細小彌散沉淀相的過程。
自然時效:室溫下時效;
人工時效:在高于室溫(固溶溫度與室溫之差的15%到25%)進行時效。固溶時效處理的一般步驟⑴固溶處理:將合金加熱到固溶線以一、Al-4Cu合金組織、性能的一般變化1、共晶轉(zhuǎn)變:L→α+θ(CuAl2)Cu在α中的極限固溶度:5.65%(548℃).T↓→固溶度↓↓Al-Cu二元相圖的富鋁部分一、Al-4Cu合金組織、性能的一般變化1、共晶轉(zhuǎn)變:Al-Al-Cu二元合金相圖Al-Cu二元合金相圖2、性能變化熱處理強化原因:淬火和時效后→大量彌散分布的θ?(CuAl2過渡相)→使α結晶點陣扭曲,并封閉了晶粒間的滑移面的緣故→
↑強度含Cu量對Al-Cu二元合金力學性能的影響2、性能變化熱處理強化原因:淬火和時效后→大量彌散分布的θ?鑄造鋁合金的狀態(tài)鑄造鋁合金的狀態(tài)含Cu量對Al-Cu二元合金鑄造性能的影響含Cu量對Al-Cu二元合金鑄造性能的影響二、過飽和固溶體的性質(zhì)合金時效處理之前,先要通過固溶處理以獲得過飽和固溶體。固溶體不僅對溶質(zhì)原子過飽和,且對空位也是過飽和,即處于雙重過飽和狀態(tài)。沉淀過程是一種原子擴散過程,而空位的存在是原子擴散所必須具備的條件。二、過飽和固溶體的性質(zhì)合金時效處理之前,先要通過固溶處理以獲空位形成示意圖空位運動示意圖空位形成示意圖空位運動示意圖三、時效過程中的組織變化
時效過程:從過飽和固溶體中析出一個成分不同的新相或由溶質(zhì)原子富集形成的亞穩(wěn)區(qū)過渡相的過程,屬于固態(tài)相變.具有固溶度變化的相圖,從單相區(qū)進入到兩相區(qū)時都會發(fā)生脫溶沉淀.
以Al-Cu合金為例:過飽和固溶體隨著時效時間的延長,將發(fā)生下列析出過程:
α過→G.P.區(qū)→θ″→θ′→θ
其中G·P區(qū)、θ″、θ′為亞穩(wěn)定相(θ″也可稱為G.P.2區(qū))
隨著時效時間的延長,組織變化過程為:
α過→α+
G.P.區(qū)→α+
θ″→α+
θ′→α+
θ三、時效過程中的組織變化時效過程:從過飽和固溶體中析出一個以Al-Cu二元合金為例討論鋁合金的時效過程:
(1)形成銅原子富集區(qū)銅富集區(qū)稱G.P.區(qū)
晶體結構與基體α同,但產(chǎn)生了共格應變區(qū)
強度、硬度↑。G.P.呈盤狀,僅幾個原子層厚,室溫下直徑約5nm,超過200℃就不再出現(xiàn)G.P.區(qū)。三、時效過程中的組織變化以Al-Cu二元合金為例討論鋁合金的時效過程:銅富集區(qū)G.P.區(qū)示意圖Al-Cu合金中G.P.區(qū)的共格應變圖三、時效過程中的組織變化G.P.區(qū)示意圖Al-Cu合金中G.P.區(qū)的共格應變圖三、時有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件
G.P.區(qū):Al-Cu合金單晶體自然時效時在基體{100}面上發(fā)生銅原子偏聚,構成富銅的圓盤形片(90%Cu).晶體結構與界面:溶質(zhì)原子富集區(qū)在母相{100}晶面上形成,點陣與基體α相相同(fcc),與α完全共格.
形成機理:完全依賴于淬火所保留下來的空位濃度(因為溶質(zhì)原子可借助于空位進行遷移)。固溶溫度↑,冷卻速度↑,淬火后固溶體保留的空位就越多,有利于↑G.P區(qū)的數(shù)量并使其尺寸↓。凡是能↑空位濃度的因素均能促進G.P區(qū)的形成。三、時效過程中的組織變化G.P.區(qū):Al-Cu合金單晶體自然時效時在基體{100}Al-4Cu合金的G.P.區(qū)組織(TEM)(540℃淬火,130℃
時效16h)×500000G.P.區(qū)是共格界面的彈性應變場引起的襯度效應造成的.三、時效過程中的組織變化Al-4Cu合金的G.P.區(qū)組織(TEM)(540℃淬火,1G.P.區(qū)急劇長大,G.P.區(qū)銅原子有序化,形成θ”相θ″相與基體仍然保持完全共格,具有正方點陣
點陣常數(shù)a=b=0.404nm,c=0.768nm。它比G.P.區(qū)周圍的畸變更大,因此時效強化作用更大(2)銅原子富集區(qū)有序化三、時效過程中的組織變化G.P.區(qū)急劇長大,θ″相與基體仍然點陣常數(shù)a=bθ″形狀與尺寸:θ″呈圓碟片狀,直徑為30nm,厚度為2nm.
晶體結構與界面:過渡相θ″與基體共格,它與基體的位向關系為{100}θ″//{100}基體。常在位錯、小角晶界、層錯以及空位團等處不均勻形核。形核速率受材料中位錯密度的影響。
(2)銅原子富集區(qū)有序化三、時效過程中的組織變化θ″形狀與尺寸:θ″呈圓碟片狀,直徑為30nm,厚度為2n有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件θ”相轉(zhuǎn)變成過渡相θ'θ'是正方點陣,成分接近CuAl2
完全共格→局部共格強度、硬度開始降低,合金此時處于過時效階段。
(3)形成過渡相θ'三、時效過程中的組織變化θ”相轉(zhuǎn)變θ'是正方點陣,完全共格→強度、硬度開始
形狀與尺寸:θ′是光鏡下觀察到的第一個脫溶產(chǎn)物,也呈圓碟片狀,尺寸為100nm數(shù)量級。
θ′相為正方點陣:a=b=0.404nm,c=0.58nm,它與基體部分共格,與基體的位向關系為{100}θ′//{100}基體。
θ′相的具體成分為Cu2Al3.6,很接近于平衡相θ(CuAl2)。三、時效過程中的組織變化
(3)形成過渡相θ'形狀與尺寸:θ′是光鏡下觀察到的第一個脫溶產(chǎn)物,也呈圓碟片過渡相θ'完全脫溶形成穩(wěn)定相CuAl2,(θ)與基體非共格合金的強度、硬度進一步下降
合金的種類不同,形成的G.P.區(qū)、過渡相以及最后析出的穩(wěn)定相各不相同,時效強化效果也不一樣(4)形成穩(wěn)定的θ三、時效過程中的組織變化過渡相θ'形成穩(wěn)定相CuAl2,合金的強度、硬度進一步下降合金系時效過程的過渡階段析出穩(wěn)定相Al-Cu①形成銅富集區(qū)—G.P.區(qū)②G.P.區(qū)有序化—θ"相③形成過渡相θ'θ(CuAl2)Al-Mg-Si①形成鎂、硅富集區(qū)—G.P.區(qū)②形成有序的β'相
β(Mg2Si)Al-Cu-Mg①形成銅、鎂富集區(qū)—G.P.區(qū)②形成過渡相S'SAl2CuMgAl-Mg-Zn①形成銅、鋅富集區(qū)—G.P.區(qū)②形成過渡相M'M(MgZn2)表常用鋁合金系的時效過程及其析出的穩(wěn)定相三、時效過程中的組織變化合金系時效過程的過渡階段析出穩(wěn)定相Al-Cu①形成銅富集區(qū)—各合金時效過程各合金時效過程有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件
固溶處理規(guī)律:淬火T越高,淬火冷卻V越快,轉(zhuǎn)移t越短,過飽和程度越高,時效強化效果也越大
要點:在不過熱過燒條件下,T淬高些,保溫t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20~80℃水冷卻時效工藝溫度:對一定合金,有最佳時效溫度.時間:在一定時效溫度下,有最佳時效時間.方式:單級和多級時效。高強合金常用分級時效.影響時效強化的主要因素固溶規(guī)律:淬火T越高,淬火冷卻V越快,轉(zhuǎn)移t越要點:在不三、時效硬化原因時效硬化—鋁合金主要強化手段,目前一般應用位錯理論來解釋.合金沉淀硬化產(chǎn)物影響:
其一,新相質(zhì)點本身的性能和結構與基體不同;其二,質(zhì)點周圍產(chǎn)生了應力場.根據(jù)位錯阻力的來源,時效硬化可用以下幾種強化機制來加以說明:三、時效硬化原因1、內(nèi)應變強化內(nèi)應變強化:指沉淀物或者溶質(zhì)原子→與母體金屬之間存在一定的錯配度時→產(chǎn)生應變場(應力場)→阻礙滑移位錯運動位錯通過高度彌散應力場a、合金(新淬火或輕微時效)→溶質(zhì)原子高度彌散→應力場間距小→位錯線不彎曲→位錯線上應力代數(shù)和大致抵消→位錯運動阻力小→硬度低r=Gb/2τ
r—彎曲半徑G—切變模量b—位錯的柏氏矢量τ—相應的切應力1、內(nèi)應變強化位錯通過高度彌散應力場a、合金(新淬火或輕微時應力場間距較大時位錯彎曲的情況b、合金時效↑→溶質(zhì)原子聚集→應力場間距↑
→位錯線彎曲(繞應力場)→硬度↑r=Gb/2τr—彎曲半徑G—切變模量b—位錯的柏氏矢量τ—相應的切應力應力場間距較大時位錯彎曲的情況b、合金時效↑→溶質(zhì)原子聚集2、位錯切過沉淀物的硬化沉淀相和基體共格,位錯可以從中通過;沉淀相與基體部分共格,晶體結構與基體相近時,位錯也可以切過;鋁合金在預沉淀階段或時效階段前期,運動位錯多以切過的方式通過沉淀相。位錯切過粒子示意圖(陰影表示多出的表面)(a)側視,(b)俯視2、位錯切過沉淀物的硬化位錯切過粒子示意圖(陰影表示多出的表位錯切過粒子時要消耗三種能量,運動阻力來自以下三方面:(1)粒子與基體的錯配引起的應力場.(2)位錯切過粒子后,粒子被滑移成兩部分,因而增加了表面能.(3)位錯通過粒子時,改變了溶質(zhì)-溶劑原子的近鄰關系,引起了所謂化學強化.2、位錯切過沉淀物的硬化位錯切過粒子時要消耗三種能量,運動阻力來自以下三方面:2、位3、位錯繞過沉淀物的硬化(彌散硬化)位錯滑移面上的沉淀相很硬或沉淀相凝集→相間距加大→位錯可以從粒子間凸進去,即繞過粒子(比切過粒子更容易一些)位錯每次通過粒子后,在粒子四周留下一圈位錯環(huán),故位錯密度不斷提高,粒子的有效間距不斷↓,造成硬化率↑。表示位錯從粒子間通過的示意圖3、位錯繞過沉淀物的硬化(彌散硬化)位錯滑移面上的沉淀相很硬四、時效動力學過飽和α固溶體的沉淀過程是一個擴散過程。與鋼類似,其沉淀速度與溫度的關系具有C-曲線的特點,過冷度與原子擴散速度相互制約在某一溫度達到最大值。Al-4Cu合金過飽和α固溶體的起始轉(zhuǎn)變曲線如圖所示:Al-4Cu合金過冷固溶體的起始分解曲線四、時效動力學過飽和α固溶體的沉淀過程是一個擴散過程。Al-鋼中測定C-曲線常用金相法和物理性能方法(如磁性法和膨脹法),這些方法不適合鋁合金.下圖為LY12合金等溫分解曲線,第一條是根據(jù)晶間腐蝕傾向確定的起始轉(zhuǎn)變曲線,其他各條是按照抗拉強度(實線)和屈服強度(虛線)變化所確定的條件轉(zhuǎn)變曲線。LY12(4.64%Cu,1.48%Mg,0.82%Mn)的C-曲線四、時效動力學98鋼中測定C-曲線常用金相法和物理性能方法(如磁性法和膨脹法)鋁合金時效動力學曲線主要受合金成分的控制,同時淬火溫度、應力狀態(tài)和生產(chǎn)工藝對其也有影響.例如:對同一合金系,隨著合金元素含量的增加,過飽和固溶度提高,分解速度加快,C-曲線左移。如圖所示:Al-Cu系按95%抗拉強度的條件起始轉(zhuǎn)變曲線.1Al-4.08%Cu;2Al-4.30%Cu;3Al-4.60%Cu-0.89%Mg;四、時效動力學鋁合金時效動力學曲線主要受合金成分的控制,同時淬火溫度、應力在工業(yè)鋁合金中大多含有少量錳、鋯、鉻等過渡族元素,盡管量不高,但對合金的時效動力學特性卻有強烈的影響.1342Cr、Zr、Mn等元素對Al-4.2%Zn-1.9%Mg合金93%條件起始轉(zhuǎn)變曲線的影響1-加0.24%Cr;2-加0.23%Zr;3-加0.2%Mn;4-未加在工業(yè)鋁合金中大多含有少量錳、鋯、鉻等過渡族元素,盡管量不高五、時效理論的應用實際生產(chǎn)中廣泛利用時效硬化現(xiàn)象來↑鋁合金的硬度,根據(jù)合金性質(zhì)和使用要求,可采用不同的時效工藝,主要包括單級時效、分級時效、形變時效和回歸處理與回歸再時效處理等。1、單級時效在淬火(或稱固溶處理)后只進行一次時效處理,可以是自然時效,也可以是人工時效,大多時效到最大硬化狀態(tài)。五、時效理論的應用實際生產(chǎn)中廣泛利用時效硬化現(xiàn)象來↑鋁合金的①、固溶處理目的:保證強化相充分固溶,加熱T>固溶度線.溫度越高,固溶越快,也越完全,時效強化效果更好。但不應高于固相線,否則合金將發(fā)生局部溶化,即造成過燒,嚴重降低合金的性能.鋁合金的淬火加熱T范圍很窄,溫度控制要求很嚴.
例如:LY12硬鋁淬火加熱溫度為498±3℃,低于490℃,為淬火不足,高于507℃,三元共晶體溶化.五、時效理論的應用①、固溶處理五、時效理論的應用②、淬火加熱時間:取決于合金性質(zhì)和狀態(tài)。鑄件加熱時間較長,需幾十分鐘到幾小時;變形產(chǎn)品,組織細密,加熱時間較短,例如板材,只需幾分鐘到幾十分鐘。③、鋁合金淬火介質(zhì):一般用水,以保證快速冷卻,變形產(chǎn)品的淬火溫度一般低于40℃。對于鑄件和大型鑄件,為減小內(nèi)應力和變形開裂傾向,可用熱水淬火。其他淬火介質(zhì)還有油、液氮、有機合成溶液等。④、淬火處理后接著進行自然時效或人工時效。前者以G.P.區(qū)強化為主,后者以過渡沉淀相強化為主。五、時效理論的應用②、淬火加熱時間:取決于合金性質(zhì)和狀態(tài)。鑄件加熱時間較長,需⑤、鋁合金時效后的性能特點:自然時效:塑性高(δ>10%~15%),抗拉強度和屈服強度差值較大(σ0.2/σb=0.7~0.8),良好的沖擊韌性和抗蝕性。人工時效:強度較高,屈服強度增加更為明顯(σ0.2/σb=0.8~0.95),但塑性、韌性、和抗蝕性一般較差。通過改變時效T和t,人工時效可分為完全時效(也稱峰值時效)、不完全時效(也稱欠時效)及過時效、穩(wěn)定化時效等。五、時效理論的應用⑤、鋁合金時效后的性能特點:五、時效理論的應用完全時效:強度最高,達到時效強化的峰值;不完全時效:時效溫度稍低或時效時間較短,以保留較高的塑性;過時效:時效程度超過強化峰值,相應綜合性能較好,特別是抗蝕性較高;穩(wěn)定化時效:溫度比過時效更高,其目的是穩(wěn)定合金的性能及零件尺寸。完全時效:強度最高,達到時效強化的峰值;鑄造鋁合金的狀態(tài)鑄造鋁合金的狀態(tài)硬鋁(Al-Cu-Mg系)以自然時效為主,可以保證較低的晶間腐蝕.其他類型的鋁合金,特別是超硬鋁(Al-Zn-Mg-Cu系)選用仍人工時效為宜。不僅可以充分發(fā)揮時效強化效果,而且抗應力腐蝕性能較好;高溫工作零件,采用人工時效,保證合金組織和性能的穩(wěn)定性。五、時效理論的應用⑤、鋁合金時效后的性能特點:硬鋁(Al-Cu-Mg系)以自然時效為主,可以保證較低的晶間⑥、停放效應淬火后在室溫停放一段時間再進行人工時效處理時,將使鋁合金的時效強化效應降低。通常在鋁合金中添加其他元素以降低停放效應的影響。如在Al-Mg-Si系合金中加入0.2%~0.3%的Cu,可以大大減少淬火后停放效應對合金性能的影響。自然時效對Al-1.75Mg2Si合金在160℃人工時效硬度的影響⑥、停放效應通常在鋁合金中添加其他元素以降低停放效應的影響。⑥、停放效應理論解釋:Al-Mg-Si系合金中鎂在鋁中的溶解度遠>硅。室溫停留期間,過剩硅將首先偏聚,而鎂、硅原子的G.P.區(qū)是在硅核上形成的.停放時間短:只產(chǎn)生硅偏聚,大部分溶質(zhì)原子仍保留在固溶體內(nèi),隨后人工時效,鎂和硅原子繼續(xù)向硅的偏聚團上遷移,形成大量穩(wěn)定晶核并長大.停放時間長:合金內(nèi)形成大量偏聚,固溶體中溶質(zhì)元素濃度↓↓。人工時效T↑,小于臨界尺寸的G.P.區(qū)將重新溶入固溶體,穩(wěn)定的晶核數(shù)量↓,形成粗大的過渡相.⑥、停放效應2、分級時效單級時效的優(yōu)點:生產(chǎn)工藝比較簡單,能獲得很高的強度.單級時效的缺點:顯微組織的均勻性較差,在拉伸性能、疲勞和斷裂性能與應力腐蝕抗力之間難以得到統(tǒng)一.分級時效優(yōu)點:彌補單級時效的缺點且能縮短生產(chǎn)周期。特別是對Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu系(超硬鋁)合金收到很好的效果.五、時效理論的應用2、分級時效五、時效理論的應用分級時效:在不同溫度進行兩次或多次時效處理,按其作用可分為預時效(又稱成核處理)和最終時效兩個階段.①預時效處理溫度一般較低,目的是形成高密度的G.P.區(qū).②最終時效通過調(diào)整沉淀相的結構和彌散度以達到預期的性能要求.五、時效理論的應用2、分級時效分級時效:在不同溫度進行兩次或多次時效處理,按其作用可分為預正確選定時效制度,必須了解主要熱處理參數(shù)對鋁合金顯微組織及性能的影響.Al-Cu系合金的G.P.區(qū)和過渡相的亞穩(wěn)相界圖Al-MgZn2系合金的G.P.區(qū)和過渡相的亞穩(wěn)相界圖正確選定時效制度,必須了解主要熱處理參數(shù)對鋁合金顯微組織及性幾種等溫淬火與時效制度示意圖TA—時效溫度,TC—G.P.區(qū)的溶解溫度無G.P.區(qū)做核心沉淀相不均勻分布形成G.P.區(qū)做核心保證組織的均勻性G.P.區(qū)連續(xù)形成長大高致密組織下圖所示為幾種等溫淬火與時效制度示意圖.五、時效理論的應用幾種等溫淬火與時效制度示意圖無G.P.區(qū)做核心沉淀相不均勻3、形變熱處理形變熱處理:將塑性變形與熱處理聯(lián)合進行的綜合工藝.目的:↑合金中缺陷密度.鋁合金有兩類形變熱處理:高溫形變熱處理、低溫形變熱處理、預變性熱處理.五、時效理論的應用3、形變熱處理五、時效理論的應用3、形變熱處理(1)鋁合金高溫形變熱處理形變時再結晶不完全或部分再結晶.LD31合金擠壓件(淬火臨界冷卻速度小,空氣冷卻)
熱處理制度:擠壓時坯料加熱T(480-520℃),擠壓缸溫度(450-470℃),材料流動v>15m/min,空氣冷卻,人工時效T(160-170℃)8h.五、時效理論的應用3、形變熱處理五、時效理論的應用鋁合金高溫形變熱處理工藝1-淬火時的加熱與保溫;2-壓力加工;3-開始變形時的溫度;4-快冷;5-淬火時瞬時重復加熱;6-淬火加熱溫度范圍;7-工藝塑性溫度范圍鋁合金高溫形變熱處理工藝3、形變熱處理(1)鋁合金低溫形變熱處理最常用的低溫形變熱處理方式:(1)淬火→冷(溫)變形→人工時效(2)淬火→自然時效→冷變形→人工時效(3)淬火→人工時效→冷變形→人工時效五、時效理論的應用3、形變熱處理五、時效理論的應用3、形變熱處理(1)鋁合金低溫形變熱處理LY12合金板材方案:淬火→20%變形→130℃、10-20h的時效.保證塑性,бb
↑60MPa,б0.2
↑100MPa.LY11合金板材方案:淬火→150℃軋制,變形程度為30%變形→100℃、3h的時效.在相對δ降低2倍情況下,可使瞬間抗力↑
50MPa,б0.2
↑130MPa.五、時效理論的應用3、形變熱處理五、時效理論的應用五、時效理論的應用淬火后立即冷變形和自然時效后冷變形對LY11合金硬度的影響五、時效理論的應用淬火后立即冷變形和自然時效后冷變形對LY14、回歸處理回歸處理:將經(jīng)過自然時效的鋁合金在200-250℃短時間加熱,然后迅速冷卻,可使合金的硬度和強度恢復到接近新淬火狀態(tài)的水平。目的:零件修復和校形、缺少重新淬火所需高溫設備或重新淬火會導致很大變形.硬鋁中的回歸現(xiàn)象(214℃)五、時效理論的應用4、回歸處理目的:零件修復和校形、缺少重新淬火所需高溫設備或第三節(jié)鑄造鋁合金及其熱處理
鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。形變鋁合金:相圖中D點以左的部分。該類鋁合金加熱至固溶線FD以上時能形成單相α固溶體,塑性好,適用于壓力加工成形。鑄造鋁合金:相圖中D點以右的部分,有共晶鋁合金、亞共晶鋁合金和過共晶鋁合金之分。第三節(jié)鑄造鋁合金及其熱處理鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合(1)鑄造鋁合金的特點鑄造性能好(高流動性),可鑄造形狀復雜零件,線收縮小,切削性能好.
比強度高.抗蝕性好(含銅鋁合金除外).導熱和導電性高.一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號(1)鑄造鋁合金的特點一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號(2)鑄造有色金屬的牌號:有色純金屬
Z+該金屬元素符號+純度百分含量數(shù)字(或用一短橫加順序號)。如ZAl99.5和ZTi-1。
鋁錠一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號鋁錠一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號
(2)鑄造有色金屬的牌號:有色合金Z+基體元素符號+主要合金元素符號及其名義百分含量數(shù)字+其他合金元素符號及其百分含量數(shù)字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等?;旌舷⊥猎胤栍肦E表示。優(yōu)質(zhì)合金在牌號后標注字母“A”。一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號(2)鑄造有色金屬的牌號:一、鑄造鋁合金的特點、分類有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件一、鑄造鋁合金的特點、分類和編號鑄造鋁合金的代號表示方法(3)鑄造鋁合金的代號表示方法一、鑄造鋁合金的特點、分類和編號鑄造鋁合金的代號表示方法(3一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號(4)鑄造鋁合金的新舊牌號表示方法對比一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號(4)鑄造鋁合金的新舊牌號表(5)鑄造鋁合金的狀態(tài)(5)鑄造鋁合金的狀態(tài)(6)鑄造鋁合金分類:Al-Si系:代號為ZL1+兩位數(shù)字順序號,優(yōu)良鑄造性,氣密性好。Al-Cu系:代號為ZL2+兩位數(shù)字順序號,較高的熱強性,鑄造工藝性和抗蝕性較低。Al-Mg系:代號為ZL3+兩位數(shù)字順序號,高強和高抗蝕性,良好的切削加工。Al-Zn系:代號為ZL4+兩位數(shù)字順序號,有自淬火效應,內(nèi)應大為減少,比重較大,耐熱性也很低。一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號(6)鑄造鋁合金分類:一、鑄造鋁合金的特點、分類和牌號二、Al-Si系鑄造合金又稱鋁硅明,是航空工業(yè)應用最廣泛的一類鑄造合金,具有良好的工藝性和抗蝕性。共晶點Si量較低、既可保證合金組織形成大量共晶體,又不至于第二相數(shù)量過多而使材料塑性嚴重降低。Al-Si系合金的牌號及主要成分二、Al-Si系鑄造合金Al-Si系合金的牌號及主要成分Al-Si二元合金Al-Si二元合金①簡單鋁硅明ZL102(10~13%)具有優(yōu)良的鑄造性能(熔點低、流動性好、收縮小),相當好的抗蝕性和耐熱性。焊接性能好,比重小,不能時效強化,強度較低。塑性太低,須經(jīng)過變質(zhì)處理,使共晶硅由粗片狀細化成粒狀.硅沉淀聚集速度很快,不能形成共格或半共格的過渡相二、Al-Si系鑄造合金①簡單鋁硅明ZL102(10~13%)硅沉淀聚集速度很快二、Al-Si系鑄造合金不同含硅量的合金變質(zhì)處理前后性能對比①簡單鋁硅明ZL102(10~13%)二、Al-Si系鑄造合金不同含硅量的合金變質(zhì)處理前后性能對比在普通鑄造條件下,ZL102組織幾乎全部為共晶體,由粗針狀的硅晶體和固溶體組成,強度和塑性都較差。生產(chǎn)上用鈉鹽變質(zhì)劑進行變質(zhì)處理,得到細小均勻的共晶體加一次固溶體組織,以提高性能。獲得亞共晶組織是由于加入鈉鹽后,鑄造冷卻較快的共晶點左移的緣故。未變質(zhì)處理
經(jīng)變質(zhì)處理
ZL102的鑄態(tài)組織在普通鑄造條件下,ZL102組織幾乎全部為共晶體,由粗針狀二、Al-Si系鑄造合金ZL-102合金穩(wěn)定化熱處理規(guī)范①簡單鋁硅明ZL102(10~13%)
ZL102應用于精密儀器,其元件的尺寸和形狀使用期間需保持高度穩(wěn)定性.二、Al-Si系鑄造合金ZL-102合金穩(wěn)定化熱處理規(guī)范①簡應用:制造飛機,儀表電動機殼體,氣缸體,風機葉片,發(fā)動機活塞等。主要用于金屬性鑄造,壓力鑄造,生產(chǎn)形狀復雜受力小的儀表殼體?;钊?裙部為鋁硅合金)應用:制造飛機,儀表電動機殼體,氣缸體,風機葉片,發(fā)動機活塞②復雜(特殊)鋁硅明↑鋁硅明的強度,Cu、Mg等元素,形成CuAl2或Mg2Si,獲得能進行時效硬化的特殊鋁硅明,可變質(zhì)處理.ZL101(6.0-8.0%Si,0.2-0.4%Mg,余為Al)Mg形成Mg2Si,↑↑合金的時效強化能力和機械性能.含Si量較高,保證合金的鑄造工藝性.Mg(0.5-0.6%)<0.3-0.4%,過量Si和Mg形成粗大Mg2Si相,↓合金塑性.二、Al-Si系鑄造合金②復雜(特殊)鋁硅明二、Al-Si系鑄造合金Al-Si-Mg三元合金相圖(a)液相面投影圖;(b)含8%Si的垂直截面Al-Si-Mg三元合金相圖ZL101合金變質(zhì)前后的顯微組織(砂型,200×)由于合金含Si量不高,組織為多量的樹枝狀α固溶體+(α+Si)共晶體組成。Mg2Si很細小,低倍光學顯微鏡難分辨.ZL101合金變質(zhì)前后的顯微組織(砂型,200×)由于合金含ZL101鑄造性能與ZL102相近,可以鑄造薄壁的形狀復雜的鑄件,具有較高的力學性能;Mg量取下限值,塑性較高,中等強度。常用來制造如泵殼體、齒輪箱等承受沖擊載荷的零件.汽缸頭Mg量取上限值,且采用淬火和完全時效時,較高的強度,一定的塑性??捎米鞒惺茌^大的動載荷和靜載荷的汽缸體等零部件.②復雜(特殊)鋁硅明二、Al-Si系鑄造合金ZL101鑄造性能與ZL102相近,可以鑄造薄壁的形狀復雜的②復雜(特殊)鋁硅明ZL104(8.0-10.5%Si,0.17-0.3%Mg,0.2-0.5%Mn)Si含量↑及加Mn,力學性能>ZL101。Mn消除Fe的有害作用,且具有一定強化效果.熱處理制度:530-540℃加熱,保溫五小時,在熱水中淬火,然后在170-180℃時效6-7小時。經(jīng)熱處理后,強度可達200~300MPa。時效溫度影響:小于150℃,以G.P.區(qū)為主;150-225℃,為G.P.區(qū)+β′相,強化效應最好。大于225℃淬火,為Mg2Si相。對ZL104進行分級時效處理,可提高其綜合性能。二、Al-Si系鑄造合金②復雜(特殊)鋁硅明二、Al-Si系鑄造合金ZL104在鋁硅明中,強度最高,鑄造性能好,有很好的充型能力,較小的線收縮率,無熱裂、疏松傾向,抗腐蝕性能、切削加工性能和焊接性能都較好,可以鑄造很復雜的零件.易產(chǎn)生氣孔和集中縮孔(加冒口),應進行細心的精煉除氣操作.含Si量較高,須進行變質(zhì)處理.用作承受較大載荷且形狀復雜的大型零部件,如汽缸體、汽缸蓋、曲軸箱、增壓器殼體以及航空發(fā)動機壓縮機匣、承力框架等用途十分廣泛.二、Al-Si系鑄造合金ZL104在鋁硅明中,強度最高,鑄造性能好,有很好的充型②復雜(特殊)鋁硅明ZL105:(含硅4.5-5.5%,鎂0.35-0.6%,銅1.0-1.5%)降低硅含量,提高銅含量,目的是提高耐熱性.室溫性能與ZL104接近,高溫性能大于ZL104。鑄造性能良好,吸氣性較小,鑄造工藝較ZL104簡單,無需變質(zhì)和在壓力釜中結晶.耐蝕性能差,ZL105<ZL101<ZL104<ZL102。二、Al-Si系鑄造合金②復雜(特殊)鋁硅明二、Al-Si系鑄造合金有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件三、Al-Cu系鑄造鋁合金Al-Cu合金密度較大、抗蝕性和鑄造性能差,
耐熱性好,常溫和高溫力學性能均很好,適合制造大負荷或高溫下工作的零件.航空常用的有ZL203、ZL201及ZL202.ZL203(4.0-5.0%Cu)存在不平衡共晶體α+CuAl2,經(jīng)淬火時效后,強度較高,可作結構材料,鑄造200℃以下承受中等載荷和形狀較簡單的零件。三、Al-Cu系鑄造鋁合金Al-Cu合金密度較大、抗蝕性和鑄Si金屬型鑄造加入3%,形成三元共晶體(α+CuAl2+Si),從而提高鑄造性能.對室溫及高溫性能不利.Fe允許達到1.0%,↑耐熱性,↓
δ,形成Al7Cu2Fe相,分布在共晶界上,↓合金δ.Mg(<0.03%)有害元素,↓↓合金的可焊性和δ.三、Al-Cu系鑄造鋁合金Si金屬型鑄造加入3%,形成三元共晶體(α+CuAl2三、Al-Cu系鑄造鋁合金ZL201及ZL201A(均添加了少量鈦的Al-Cu-Mn系合金)微量鈦細化晶粒,過量的鈦或出現(xiàn)鈦偏析時,會出現(xiàn)粗大的片狀Ti3Al.室溫強度超過其他常用鑄造鋁合金,耐熱性也很好,屬高強耐熱合金,鑄造工藝性能較差,氣密性較低.應用廣泛,可制作在250℃以下工作的零件,常用于鑄造內(nèi)燃機氣缸頭、活塞等零件.三、Al-Cu系鑄造鋁合金ZL201及ZL201A(均添加了有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件四、Al-Mg系鑄造合金優(yōu)良的抗蝕性,密度較低,強度和韌性較高,切削加工和拋光性能很好。但鑄造性能差,耐熱性低,易氧化和形成熱裂紋。常用的代號有:ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)、ZL302等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,比如艦船配件、氨用泵體等。
鼓風機密封件等(ZL102、301)四、Al-Mg系鑄造合金優(yōu)良的抗蝕性,密度較低,強度和韌性較ZL301合金
(屬Al-Mg合金,含鎂9.5%~11.5%)451℃共晶溫度下,極限固溶度可達14.9%Mg,溫度下降,將析出β相.合金在T4淬火狀態(tài)為α單相固溶體,σb可達300-400MPa,δ為12-15%.熱處理制度
430±5℃,加熱12-20h,40-50攝氏度油淬,或80-100℃水淬.析出相易連續(xù)網(wǎng)狀分布,避免采用人工時效處理,使用溫度限制在80℃以下.四、Al-Mg系鑄造合金ZL301合金(屬Al-Mg合金,含鎂9.5%~11.5Al-Mg二元合金相圖含Mg量對Al-Mg合金力學性能的影響四、Al-Mg系鑄造合金Al-Mg二元合金相圖含Mg量對Al-Mg合金力學性能的影響ZL302
(10.5%-13%Mg,0.8-1.2%Si,少量鈹、鈦)Si↑鑄造性能,Be降低合金在熔煉鑄造及熱處理時的氧化傾向,Ti細化晶粒.熱處理制度:425±5℃,15-20h,在油或100攝氏度水中淬火。性能:σb=240MPa,σ0.2=180MPa,HB=95,δ=3%.ZL303(4.5-5.5%Mg,0.8-1.3%Si,0.1-0.4%Mn)強度較低,抗蝕性能好,優(yōu)良的切削加工和表面加工性能,生產(chǎn)工藝簡單.應用:制作抗腐性和要求美觀的裝飾性零件。四、Al-Mg系鑄造合金ZL302(10.5%-13%Mg,0.8-1.2%Si主要鎂鋁鑄造合金的成分、性能及作用牌號代號砂型變質(zhì)處理熱處理方法力學性能用途舉例σb/MPaδ/%HBSZAlMg10ZL301砂型固溶處理+自然時效2801060
在大氣或海水工作的零件,在150℃以下工作.ZAlMg5SiZL303砂型145155
腐蝕介質(zhì)中工作的中載零件,嚴寒大氣及200℃以下工作的海輪配件等.四、Al-Mg系鑄造合金主要鎂鋁鑄造合金的成分、性能及作用牌號代號砂型變質(zhì)處理熱處理五、Al-Zn系鑄造合金良好的鑄造工藝性、切削加工性、焊接性及尺寸穩(wěn)定性,鑄態(tài)時有明顯的時效硬化能力,可免除淬火工序引起的變形和尺寸變化。但密度大,耐蝕性較差。大型空壓機活塞(ZL401)
常用代號為ZL401(ZAlZn11Si7)、ZL402(ZAlZn6Mg)等.
主要用于制造形狀復雜受力較小的汽車、飛機、儀器零件。五、Al-Zn系鑄造合金良好的鑄造工藝性、切削加工性、焊接性典型鋅鋁合金成分、性能及應用牌號代號砂型變質(zhì)處理熱處理方法力學性能用途舉例σb/MPaδ/%HBSZAlZn11Si7ZL401金屬型人工時效2451.590在200℃以下工作,結構形狀復雜的汽車、飛機、儀表零件等.五、Al-Zn系鑄造合金典型鋅鋁合金成分、性能及應用牌號代號砂型變質(zhì)處理熱處理方法力
總結:Al-Si合金:鑄造性能最好,中等強度,良好的抗蝕性,應用最廣.Al-Cu合金:鑄造性能、抗蝕性較差,有最高室溫機械性能,適合鑄造大負荷或耐熱鑄件.Al-Mg合金:最好的抗蝕性和較高強度,但鑄造性能和耐熱性差,適用于鑄造抗蝕、耐沖擊和表面裝飾性能高的鑄件.Al-Zn合金:強度、抗蝕性及鑄造工藝性好,但應用有限.總結:一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(1)根據(jù)合金的特性分類:①防銹鋁合金牌號以LF+合金順序號,如LF3、LF21.抗蝕、易加工成形和焊接、并具有良好的光制和低溫性能;因不能熱處理強化,強度較低.適于制作要求抗腐蝕及受力不大的零部件,如油管、油箱。在民用可加工成生活器皿及裝飾品.第四節(jié)變形鎂合金及其熱處理一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)第四節(jié)變形鎂合金及其熱處理(1)根據(jù)合金的特性分類:②硬鋁硬鋁牌號由LY+合金順序號組成,如LY11、LY12.具有強烈的時效硬化能力,熱處理后強度最高可達500MPa.較高的室溫強度,耐熱性較好,但抗蝕性及焊接性較差.目前航空工業(yè)中應用最廣泛的變形鋁合金.一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(1)根據(jù)合金的特性分類:一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(1)根據(jù)合金的特性分類:
③鍛鋁牌號以LD+合金順序號,如LD5、LD6等.以Al-Mg-Si系為主,有良好的冷、熱加工、焊接、抗蝕、低溫、疲勞、光制、等性能.適宜制作航空用各類鍛件.④超硬鋁牌號為LC+合金順序號,如LC4.熱處理后室溫強度可超過600MPa.一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(1)根據(jù)合金的特性分類:一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(2)變形鋁合金新牌號表示方法:一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)采用四位字符體系牌號,XAXX.
第一、三、四位為數(shù)字,第二位為英文大寫字母.
第一位代表材料的合金系(合金組別).
第二位大寫字母表示是原始材料(A),或改型材料(B-Y),注意第二位A不是代表Al.
第三、四位數(shù)字是材料的標識(對純鋁是材料的純度).5A06—LF6,2A12—LY12.(2)變形鋁合金新牌號表示方法:一、變形鋁合金的分類、牌號及(2)變形鋁合金新牌號表示方法:一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(2)變形鋁合金新牌號表示方法:一、變形鋁合金的分類、牌號及變形鋁合金的新舊牌號表示方法對比變形鋁合金的新舊牌號表示方法對比變形鋁合金新舊牌號對照變形鋁合金新舊牌號對照變形鋁合金新舊牌號對照變形鋁合金新舊牌號對照變形鋁合金新舊牌號對照變形鋁合金新舊牌號對照(3)變形鋁合金的狀態(tài)鋁及鋁合金的基礎狀態(tài)共五種.一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(3)變形鋁合金的狀態(tài)H(Y)狀態(tài)主要反應材料的硬化程度.HX、HXX、HXXX.第一位數(shù)字:加工硬化狀態(tài)的初始基本處理程度.第二位數(shù)字:HX狀態(tài)下材料冷變形加工后所保留的加工硬化程度.第三位數(shù)字:一些特殊處理狀態(tài).一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)材料不同的基本處理狀態(tài)第一次細分(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)材料不(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)材料不同的基本處理狀態(tài)第二次細分(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)材料不(3)變形鋁合金的狀態(tài)T狀態(tài)主要表示材料的熱處理(固溶、時效)狀態(tài),已經(jīng)熱處理和冷、熱加工的組合狀態(tài).TX狀態(tài):基本工藝狀態(tài).TXX、TXXX狀態(tài):特殊工藝處理狀態(tài).一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)(3)變形鋁合金的狀態(tài)一、變形鋁合金的分類、牌號及狀態(tài)T狀態(tài)的新、舊狀態(tài)代號對比T狀態(tài)的新、舊狀態(tài)代號對比T狀態(tài)的新、舊狀態(tài)代號對比T狀態(tài)的新、舊狀態(tài)代號對比二、防銹鋁合金Al-Mg系、Al-Mn系合金,不可熱處理強化,加工硬化提高其強度.鍛造退火后為抗蝕性、焊接性能、塑性好,切削性能差.Mn、Mg主要作用:提高抗蝕能力與塑性,并起固溶強化作用.MnAl6電極電位與Al基體接近,能提高抗蝕性,細化晶粒.二、防銹鋁合金1、Al-Mn系合金高塑性、高抗腐蝕穩(wěn)定性、焊接性能好.常用牌號:LF21(1.0-1.6%Mn,3A21).廣泛用于油罐、油箱、管道、鉚釘?shù)攘慵?LF21合金制品在退火過程中極易出現(xiàn)晶粒不均勻現(xiàn)象.與錳偏析有直接關系,晶粒四周和晶內(nèi)錳濃度的差異,↑再結晶T區(qū)間,容易產(chǎn)生粗晶.二、防銹鋁合金1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金1、Al-Mn系合金為防止這種現(xiàn)象,生產(chǎn)中常采用如下措施:
(1)鑄錠均勻化將鑄錠在600~620℃進行高溫均勻化退火,使MnAl6相均勻析出,消除晶內(nèi)偏析.(2)高溫壓延將鑄錠熱壓延溫度由390~440℃↑到480~520℃,↑過飽和α的分解,促使成分均勻.(3)適當控制鐵含量.(4)快速加熱
↓再結晶區(qū)間,使晶界附近和晶內(nèi)同時生核,容易獲得細晶組織.二、防銹鋁合金1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金1、Al-Mn系合金Al-Mn合金,Mn固溶度有明顯T關系(1.82↓0.3%).時效過程中形成中間過渡相,但沉淀硬化作用弱,時效和退火狀態(tài)性能接近.二、防銹鋁合金LF21合金退火規(guī)范1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金LF21合金退火規(guī)范1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金LF21合金典型機械性能MY2Y1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金LF21合金典型機械性能M1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金Al-Mn合金熱處理狀態(tài)、成分與性能的關系1-退火;2-淬火;3-自然時效;4-人工時效1、Al-Mn系合金二、防銹鋁合金Al-Mn合金熱處理狀態(tài)、2、Al-Mg系合金Al-Mg系合金含Mg量2-10%,保證良好加工塑性.Mg含量↑,強度↑,塑性↓,抗蝕性↓.固溶度有明顯的溫度關系,時效強化效果差.一般在M(O)或H(Y)狀態(tài)下使用.低Mg合金在O狀態(tài)處理后為單相α組織.高Mg合金(>5%)為兩相組織.二、防銹鋁合金2、Al-Mg系合金二、防銹鋁合金2、Al-Mg系合金二、防銹鋁合金Al-Mg系防銹鋁的牌號和化學成分2、Al-Mg系合金二、防銹鋁合金Al-Mg系防銹鋁的牌號和2、Al-Mg系合金除主要合金元素,尚含有少量其他組元:添加硅↑合金的鑄造性能(流動性)。錳、鉻有一定的強化作用,↑合金的抗蝕性能.鈦和釩細化晶粒,↑其機械性能.鈹↓合金在熔煉、焊接及其他熱加工中的氧化傾向.應用:航空工業(yè)應用廣泛,如制造管道,容器,油箱,鉚釘?shù)刃璩惺苤械容d荷的零件.二、防銹鋁合金2、Al-Mg系合金二、防銹鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Mn系合金(2.5-6.0%Cu,0.4-2.8%Mg,0.4-1.0%Mn).可進行時效強化,也可進行變形強化.強度、硬度高,加工性能好,耐蝕性低于防銹鋁。常用硬鋁合金:LY11(2A11)、LY12(2A12)等.應用:制造沖壓件,模鍛件和鉚接件,如螺旋槳,深鉚釘?shù)?,飛機翼梁.三、硬鋁合金屬于Al-Cu-Mg-Mn系合金(2.5-6.0%Cu,0.三、硬鋁合金三、硬鋁合金硬鋁的性能:(1)鉚釘硬鋁,又稱低強硬鋁(如LY1、LY10)合金元素含量較低,Cu/Mg比值高,θ(CuAl2)為主,強度較低,但具有較高的塑性,適應于鉚釘材料.(2)中強硬鋁,又稱標準硬鋁(如LY11)Cu/Mg比值較高,θ(CuAl2)為主,其次為S(CuMgAl2)相.合金強度較高,塑性較好,可作為航空螺旋槳槳葉及中等強度的緊固件.(3)高強硬鋁(如LY12)Cu/Mg比值低,S為主,其次為θ相.(4)耐熱硬鋁(如LY2)Cu/Mg比值在硬鋁中最低,S為主.具有較高的耐熱性,適宜制作高溫下工作的零件,如航空發(fā)動機的壓氣機葉片等.硬鋁的性能:三、硬鋁合金Cu+Mg=5%的Al-Cu-Mg合金淬火時效后的強度三、硬鋁合金Cu+Mg=5%的Al-Cu-Mg合金淬火時效后有色金屬熱處理第二章--鋁及鋁合金課件Al-Zn-Mg-Cu系合金,并含有少量Mn、Cr(5-8%Zn,1.7-3.6%Mg,0.8-3.0%Cu,0.1-0.5%Cr,0.2-0.8%Mn及少量Ti等).時效強化效果超過硬鋁合金.熱態(tài)塑性好,但耐蝕性差,低于硬鋁,抗疲勞性較差,對應力集中敏感,有明顯的應力腐蝕傾向.常用合金:LC4(7A04),LC9(7A09)應用:主要應用工作溫度較低,受力較大的結構件,如飛機大梁、起落架等。三、超硬鋁合金Al-Zn-Mg-Cu系合金,并含有少量Mn、Cr(5-8%Al-Cu-Mg-Si系合金,可鍛性好,力學性能高,用于形狀復雜的鍛件和模鍛件,如噴氣發(fā)動機,壓氣機葉輪,導風輪等。主要有LD2、LD5、LD6、LD10,提高銅含量,室溫強度,耐熱性升高,抗蝕性↓,δ有所↓Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金,常用牌號有LD7(2A70)、LD8(2A80)、LD9(2A90)等,用于制造150-225℃下工作的零件,如壓氣機葉片,超音速飛機蒙皮等。四、鍛鋁合金四、鍛鋁合金四、鍛鋁合金四、鍛鋁合金(1)Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鋁合金常用合金有LD7、LD8和LD9,一般用作鍛件,也可歸入鍛鋁。最廣泛應用的是LD7,可在150~225℃范圍內(nèi)使用.(2)Al-Cu-Mn系耐熱鋁合金常用的有LY16、LY17,可加工成板材、棒材、型材和模鍛件等半成品。擠壓和模鍛制品可在200~300℃下工作;板材用作常溫和高溫使用的焊接件.五、耐熱鋁合金(1)Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鋁合金五、耐熱鋁合金
低密度、高屈服強度、高彈性模量和良好的高低溫性能特點.良好的腐蝕性、超塑性和優(yōu)良的加工性能,疲勞裂紋擴展速率低,斷裂韌性高,力學性能各向異性較低.用其取代常規(guī)鋁合金,可使可使構件質(zhì)量減輕10%~15%,剛度提高15%~20%。六、鋁鋰合金低密度、高屈服強度、高彈性模量和良好的高低溫性能特點.六不同鋁合金性能對比示意圖
六、鋁鋰合金不同鋁合金性能對比示意圖六、鋁鋰合金
隨著第三代鋁鋰合金的不斷出現(xiàn)和性能的不斷提高,在現(xiàn)代飛機制造中,鋁鋰合金的用量正在逐漸提高,并部分取代了傳統(tǒng)的2XXX和7XXX系鋁合金,從而達到減輕飛機結構重量的目的.鋁鋰合金機身板六、鋁鋰合金隨著第三代鋁鋰合金的不斷出現(xiàn)和性能的不斷提高,在現(xiàn)代飛機制
歐美日在航空航天領域均有使用鋁鋰合金的實例.
法國的Rafele軍用戰(zhàn)斗機以及Airbus公司的A330,A340和A380等機型的機翼前后緣、附件蓋、座椅滑軌、地板梁、機身與機身蒙皮等部件.
空客A380-800飛機主艙橫梁采用了2196鋁鋰合金鍛壓件.龐巴迪C系列采用先進鋁鋰合金材料部件已經(jīng)占到飛機材料使用總量的23%.龐巴迪C系列飛機的鋁鋰合金機身段六、鋁鋰合金歐美日在航空航天領域均有使用鋁鋰合金的實例.空客A380
“八五”期間,西南鋁加工廠研究所建設了鋁鋰合金1t鑄機組和引進了6t鑄機組兩條線,并于1995年底竣工和驗收,生產(chǎn)的鋁鋰合金已在部分軍用飛機上應用。
我國目前已初步掌握了板材、型材和部分鍛件的生產(chǎn)技術,研制出了中等強度、可焊的5A90薄板合金和高強度的2090合金。以北京航空材料研究院(621所)為首的國內(nèi)材料研究單位已經(jīng)進行了鋁鋰合金的研制,并在軍機上得到了應用。目前C919大型客機鋁鋰合金機身等直段部段在中航工業(yè)洪都大飛機部裝廠房順利下線。
C919大型客機鋁鋰合金機身等直段部段六、鋁鋰合金我國目前已初步掌握了板材、型材和部分鍛件的生產(chǎn)技術,研制出與第二代鋁鋰合金相比,第三代新型鋁鋰合金降低了Li含量,制備工藝簡單,成本也較第二代合金有了很大的降低,在民機上使用的門檻也隨之降低,應用已經(jīng)比較可行。在性能水平上,第三代鋁鋰合金較以往鋁鋰合金都有了較大幅度的提高,其中尤以低各向異性鋁鋰合金和高強可焊鋁鋰合金最為突出,結合設計優(yōu)秀的綜合性能使其依然保持了很好的減重效益,增加了飛機的可靠性。第三代鋁鋰合金的應用在國內(nèi)處于最基礎的起步階段,與國外相比還有很大差距。六、鋁鋰合金與第二代鋁鋰合金相比,第三代新型鋁鋰合金降低了Li含量,制備1、對比純鋁、鑄造及變形鋁合金的新、舊牌號(代號),并舉例說明.2、鋁合金性能有哪些特點?鋁合金可以分為哪幾類?試根據(jù)二元鋁合金一般相圖說明其依據(jù).3、簡述鋁合金的強化方式.4、分析簡述鋁合金時效過程中相結構及組織的變化、及其對性能的影響.5、鋁合金的固溶時效處理與鋼的淬火回火處理的異同.作業(yè)1、對比純鋁、鑄造及變形鋁合金的新、舊牌號(代號),并舉例說有色金屬及熱處理有色金屬及熱處理第一節(jié)純鋁及其合金化第二節(jié)鋁合金的熱處理原理第三節(jié)鑄造鋁合金及其熱處理第四節(jié)變形鎂合金及其熱處理第二章鋁及鋁合金第一節(jié)純鋁及其合金化第二章鋁及鋁合金第一節(jié)純鋁及其合金化一、純鋁及其合金特性
a.純鋁比重?。?.7g/cm3)、強度低、熔點低(660℃).
工業(yè)純鋁板材:冷軋σb150MPa,σ0.2100MPa;退火σb80MPa,σ0.250MPa鋁合金比重小,比強度(σb/ρ)
比一般高強鋼高的多.第一節(jié)純鋁及其合金化b.資源多(占地殼總儲量的7%以上),成本低.c.抗腐蝕性能好,但不抗鹽堿.d.焊接性能和加工性能好—C919Al-Li合金機身等直段部段.
塑性好(面心立方結構,12個滑移系).
良好的冷熱加工性能,450-500℃可軋、鍛、擠等.
切削性好.
鑄鋁合金的鑄造性能極好.一、純鋁及其合金特性
b.資源多(占地殼總儲量的7%以上),成本低.塑性好(面e.
導電性好,僅次于銀、銅和金,耐大氣腐蝕,磁化率極低,接近于非鐵磁性材料.一、純鋁及其合金特性
e.導電性好,僅次于銀、銅和金,耐大氣腐蝕,磁化率極低,接e.
優(yōu)良的低溫性能,無低溫脆性.一、純鋁及其合金特性
表.工業(yè)純鋁的低溫性能e.優(yōu)良的低溫性能,無低溫脆性.一、純鋁及其合金特性表.鋁及鋁合金用途:在電氣工程、汽車、建筑、機械、航空及宇航工業(yè)、輕工業(yè)都有廣泛用途.純鋁由于性能低,鑄造性能差,而主要用來配置鋁合金,制作電線電纜,電纜和制造家庭用器皿。龐巴迪C系列飛機的鋁鋰合金機身段鋁及鋁合金用途:在電氣工程、汽車、建筑、機械、航空及宇航工業(yè)C919大型客機鋁鋰合金機身等直段部段C919大型客機鋁鋰合金機身等直段部段二、鋁中雜質(zhì)主要有Fe、Si,其次Cu、Zn、Mg、Ni、Ti等,對鋁的機械、工藝和腐蝕性能均有影響.共晶T時的極限溶解度,鐵0.052%、硅1.65%,并隨溫度下降而急劇減小。鋁-鐵合金二、鋁中雜質(zhì)鋁-鐵合金鋁-硅合金二、鋁中雜質(zhì)鋁-硅合金二、鋁中雜質(zhì)二、鋁中雜質(zhì)①
Fe、Si共存時的相.FeAl3、β(Si)相、α(Fe3SiAll2)、β(Fe2Si2Al9).
當WFe>WSi,富Fe化合物α(Fe3SiAl12).
當WSi>WFe,富Sip(Fe2Si2).
骨骼狀α(Fe3SiAll2),枝條狀α(Fe3SiAll2),粗針狀β(Fe2Si2Al9)。相硬脆,塑性↓↓,后者尤為嚴重。二、鋁中雜質(zhì)當WSi>WFe,富Sip(Fe2Si2二、鋁中雜質(zhì)②嚴格控制硅含量,F(xiàn)e:Si≥2~3。鋁中鐵硅比不當時,↑純鋁鑄錠產(chǎn)生裂紋.
當W(Fe+Si)小于0.65%時,合金的結晶間隔小,↑鑄造工藝性,WFe>WSi↓鑄錠開裂傾向.
當W(Fe+Si)大于0.65%時,共晶數(shù)量↑,共晶液體易充填熱裂紋,鐵硅比的影響↓.E
(FeAl3、α、β)>鋁,破壞純Al表面氧化膜連續(xù)性,↓耐蝕性、導電性.二、鋁中雜質(zhì)三、純鋁的牌號和用途
高純鋁:
LG1~LG5
純度為99.93%~99.999%
,編號越大,純度越高。主要用于科研及電容器。
工業(yè)高純鋁:
L00及L0純度分別為99.85%、99.9%,主要用于鋁箔、包鋁、鋁合金原料及其他特殊用途。
工業(yè)純鋁:L7~L1純度為98.0%~99.7%,編號越大,純度越低。主要用于熔制配制鋁合金、制作電線、電纜和日用器皿等。三、純鋁的牌號和用途高純鋁:LG1~LG5純度不可熱處理強化,冷變形↑強度(唯一),工業(yè)純鋁可按冷作硬化或半冷作硬化使用。熱處理形式為退火(350~500℃)
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