金屬材料學(xué)復(fù)習(xí)資料

1金屬材料學(xué)－復(fù)習(xí)2課程特點(diǎn)和要求特點(diǎn)綜合性、應(yīng)用性、經(jīng)驗(yàn)性要求掌握合金化理論的基本知識(shí)，了解材料成分設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，熟悉生產(chǎn)中常用的材料及其熱處理工藝、組織、性能之間的關(guān)系，根據(jù)零件技術(shù)要求，能正確地選擇材料和制訂工藝。思路主線：材料成分-工藝-組織-性能-應(yīng)用之間的有機(jī)關(guān)系核心：合金化原理3考試類型簡(jiǎn)答題：60%綜述題：40%考試成績(jī)：70%平時(shí)成績(jī)：30%4第三章

鋁合金內(nèi)容提要51.綜合運(yùn)用時(shí)效理論，結(jié)合時(shí)效過(guò)程成分、結(jié)構(gòu)、組織變化，綜合分析不同階段強(qiáng)化機(jī)制，及對(duì)材料性能影響。2.掌握變形鋁合金：四位數(shù)牌號(hào)，組分，組織，常見(jiàn)合金系及性能。3.掌握鑄造鋁合金：四位數(shù)牌號(hào)，組分，常見(jiàn)合金系及性能。4.合金化原則。主要合金元素“銅、鎂、硅、鋅、錳”及微量元素

、雜質(zhì)元素的主要沉淀強(qiáng)化相，作用。6第五節(jié)

鋁合金的經(jīng)典固溶時(shí)效理論7Al中添加合金元素，就能使其組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生改變，適于做加工材或鑄造零件合金化元素：Cu、Mg、Zn、Si強(qiáng)度Cr、Zr、Mn細(xì)化晶粒（1）在Al中溶解度有限溶于Al形成α固溶體（2）不溶于的Al的形成化合物β固溶處理及時(shí)效Al-M相圖變形鋁合金鑄造鋁合金能熱處理強(qiáng)化CD不能熱處理強(qiáng)化生產(chǎn)應(yīng)用：有色金屬及沉淀硬化不銹鋼等強(qiáng)化的主要手段。αβ

α＋βABγ9鋁基固溶體合金元素與鋁均形成有限固溶體；Mn、Mg、Zn等二元系不產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化相元素ZnMgCuLiMnSiCrVCdTiZrCaw82.217.45.64.21.821.650.720.60.471.150.280.1主要合金元素在鋁中的極限溶解度10鋁基固溶體Al-Mg：α固溶體隨Mg從2%增至6%，強(qiáng)度提高M(jìn)g5Al8相Al-Mn：MnAl6可阻止晶粒長(zhǎng)大Mn固溶于Al提高再結(jié)晶溫度Al-Zn：Zn固溶于Al起固溶強(qiáng)化，效果好11淬火：將鋁合金從固態(tài)下的高溫狀態(tài)以過(guò)冷或過(guò)飽和形式固定到室溫。結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，稱為固溶處理固溶處理及時(shí)效時(shí)效：淬火后的過(guò)飽和固溶體具有較高能量狀態(tài)的亞穩(wěn)定相，經(jīng)加熱到一定溫度或在室溫下保持一段時(shí)間，通過(guò)過(guò)飽和固溶體的脫溶分解，向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化性能：強(qiáng)度、硬度提高脫溶時(shí)效——時(shí)間效應(yīng)所引起的合金性能變化。脫溶/沉淀（時(shí)效的實(shí)質(zhì)）----從過(guò)飽和固溶體中析出第二相(沉淀相)或形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過(guò)渡相的過(guò)程。屬擴(kuò)散型相變。過(guò)飽和α固溶體析出固溶處理飽和α固溶體＋析出相（固溶淬火）固溶處理速冷人工時(shí)效自然時(shí)效Ttαβ

α＋βABα過(guò)飽和α飽和α＋析出相溶質(zhì)偏聚區(qū)亞穩(wěn)過(guò)渡相穩(wěn)定第二相固溶處理及時(shí)效13除硅以外，鋁合金的合金元素屬于置換式溶質(zhì)，對(duì)面心立方鋁基體產(chǎn)生球?qū)ΨQ畸變，固溶強(qiáng)化效果有限。(1)鋁合金過(guò)飽和固溶體的結(jié)構(gòu)硅置換式溶質(zhì)空位溶質(zhì)和空位的雙重過(guò)飽和固溶體14(1)鋁合金過(guò)飽和固溶體的結(jié)構(gòu)溶質(zhì)與空位存在結(jié)合力，使空位能穩(wěn)定處于固溶體中，時(shí)效時(shí)溶質(zhì)可通過(guò)空位機(jī)制擴(kuò)散，簇聚和形成沉淀相。Ni3Al的（111）密排面上回旋反位橋機(jī)制原子遷移過(guò)程示意圖Ni3Al中可能存在的兩種六步循環(huán)躍遷機(jī)制--彎曲110循環(huán)15(1)鋁合金過(guò)飽和固溶體的結(jié)構(gòu)固溶溫度愈高，空位濃度愈大，時(shí)效時(shí)溶質(zhì)擴(kuò)散愈快。

點(diǎn)缺陷的平衡濃度——ArrheniusequationNe—平衡空位數(shù)

N—原子總數(shù)

Ev—每增加一個(gè)空位的能量變化

k—玻爾茲曼常數(shù)

T—絕對(duì)溫度A由振動(dòng)熵決定的系數(shù)，取1~10，通常取1。T↑--C↑16鋁合金典型的沉淀過(guò)程的晶體結(jié)構(gòu)變化包括四個(gè)階段，G.P區(qū)、共格過(guò)渡相(θ’’)、半共格過(guò)渡相(θ’)、最終形成穩(wěn)定相(θ)

。(2)沉淀過(guò)程的晶體結(jié)構(gòu)變化雙重過(guò)飽和固溶體G.P區(qū)共格過(guò)渡相半共格過(guò)渡相穩(wěn)定相17(a)溶質(zhì)簇聚G.P區(qū)(G：Guinier，P：Preston)首先，在某晶面上出現(xiàn)溶質(zhì)簇聚，稱之為G.P區(qū)。(1)G.P區(qū)沒(méi)有獨(dú)立的晶體結(jié)構(gòu),與基體共格;(2)過(guò)飽和固溶體分解初期形成，形核功小、速度快，一般在母相中均勻形核，許多鋁合金可在室溫生成G.P區(qū);(3)熱力學(xué)上是亞穩(wěn)定的。(4)硬度上升。溶質(zhì)簇聚G.P區(qū)(001)α(010)α與母相共格，固彈性畸變能大、界面能??；18(a)溶質(zhì)簇聚G.P區(qū)(G：Guinier，P：Preston)G.P區(qū)形核：G.P.區(qū)數(shù)目比位錯(cuò)數(shù)目大的多，因此G.P.區(qū)的形核主要依靠濃度起伏的均勻形核，而不是依靠位錯(cuò)的不均勻形核。dCu=87%×dAl19G.P區(qū)可為盤(pán)狀，尺寸較小，厚度只有幾層原子，直徑一般不超過(guò)10nm；尺寸與時(shí)效溫度T有關(guān)，T高，尺寸大；也可呈球狀、針狀、圓盤(pán)狀，伴有強(qiáng)度、硬度升高。析出物體積一定，彈性畸變能按球狀→針狀→圓盤(pán)狀減小(a)溶質(zhì)簇聚G.P區(qū)(G：Guinier，P：Preston)溫度

→直徑大小25℃，<5nm100℃，15~20nm200℃，80nm20第二階段，沉淀出與基體共格的過(guò)渡相，以平衡相符號(hào)在上方加兩撇表示，如θ′′、δ′′等.過(guò)渡相在G.P.區(qū)形成之后，通過(guò)（1）G.P.區(qū)為基礎(chǔ)逐漸演變?yōu)檫^(guò)渡相，如Al-Cu合金；（2）與G.P.區(qū)無(wú)關(guān)，過(guò)渡相獨(dú)立形核長(zhǎng)大，如Al-Ag.(b)共格過(guò)渡相共格過(guò)渡相，θ′′、δ′′等共格界面21Al-Cu合金中，一般以G.P.區(qū)為基礎(chǔ)，沿其直徑或厚度（為主）方向長(zhǎng)大形成過(guò)渡相。Al-Cu合金中的θ′′相具有正方點(diǎn)陣，a=b=4.04?與Al相同，c=7.8?，CuAl2(b)共格過(guò)渡相薄片狀，厚度約為0.8~2nm，直徑約為14~15nm22(b)共格過(guò)渡相有確定的結(jié)構(gòu)和成分，與平衡相稍有不同，一般在位錯(cuò)等晶體缺陷處形核，尺寸大于G.P區(qū)，與基體完全共格，且與基體有所差別，所以界面有更高的彈性共格應(yīng)變場(chǎng)。不同合金中的共格有序相的形狀各異，合金的伴有硬度、強(qiáng)度的較大幅度提高。23第三階段，轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍哺襁^(guò)渡相，以平衡相右上方的一撇表示，如：θ′、S′、η′、δ′等。隨時(shí)效過(guò)程進(jìn)行，θ′′相周?chē)墓哺耜P(guān)系部分遭到破壞，發(fā)生θ′′→θ′轉(zhuǎn)變。θ′成分接近金屬化合物化學(xué)計(jì)量比。(c)半共格過(guò)渡相24(c)半共格過(guò)渡相半共格過(guò)渡相，θ′、δ′等半共格界面，彈性應(yīng)變場(chǎng)變?nèi)?強(qiáng)硬度降低與共格過(guò)渡相相比，其晶體結(jié)構(gòu)更接近平衡相，尺寸更大，加之，與基體的共格關(guān)系部分破壞，彈性應(yīng)變場(chǎng)變?nèi)?。Al-Cu,a=b=4.04?，c=5.8?，成分與CuAl2相當(dāng)25(d)平衡相結(jié)構(gòu)最終階段，沉淀相與基體脫離共格關(guān)系。隨θ′相成長(zhǎng)，周?chē)w中的應(yīng)力和應(yīng)變不斷增大，彈性應(yīng)變能也越來(lái)越大，θ′不穩(wěn)定。長(zhǎng)到一定尺寸后與α相完全脫離，達(dá)到平衡相結(jié)構(gòu)成為獨(dú)立的平衡相，強(qiáng)度、硬度顯著下降。平衡相，θ、δ等沉淀相與基體脫離共格，強(qiáng)度、硬度顯著下降G.P共格4.044.044.044.047.685.86.0666.0664.87相abc與基體關(guān)系共格半共格非共格母相α4.044.044.0427（a）G.P區(qū)呈圓片狀，是沿基體(100)面分布的Cu原子富集區(qū)（b）θ’’相，圓盤(pán)狀，成份接近CuAl2，正方結(jié)構(gòu)，a=b=0.404nm，c=0.78nm與基體一致，與基體共格，且產(chǎn)生一定的彈性畸變（c）

θ’’密度高，硬度最大當(dāng)時(shí)效溫度更高或時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)，θ’’→θ’,θ’，正方結(jié)構(gòu)，a=b=0.404nm，c=0.487nm,與基體非共格，應(yīng)變場(chǎng)減弱，硬度下降A(chǔ)l-Cu4.5%w合金540℃淬火后130℃16h，(b)130℃24h(c)160℃5h，(d)θ’’相與基體共格應(yīng)變場(chǎng)示意圖abcd28沉淀過(guò)程雖可分為幾個(gè)階段，但往往是相互交疊并競(jìng)爭(zhēng)的，在一定的溫度和時(shí)間有一個(gè)主要的階段。另外，不是所有的鋁合金沉淀過(guò)程都遵循以上四個(gè)階段。(2)沉淀過(guò)程的晶體結(jié)構(gòu)變化Al-Mg、Al-Zn合金在較高溫度時(shí)效，不出現(xiàn)G.P區(qū)和共格過(guò)渡相，直接形成半共格過(guò)渡相。MgZn2的不存在共格過(guò)渡相階段，Mg2Si的過(guò)渡相階段可忽略。Al-Li合金δ′（Al3Li）首先沉淀出非化學(xué)計(jì)量比有序相，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)計(jì)量比有序相Al3Li。2930淬火態(tài)，單相固溶體，銅原子在基體中混亂分布時(shí)效初期，單相固溶體中形成保持共格界面的GP區(qū)時(shí)效中期，形成半共格界面的過(guò)渡相高溫時(shí)效，固溶體中析出非共格界面的平衡相31(a)

共格界面(b)半共格界面(c)非共格界面彈性應(yīng)變能：大中小界面能：小中大脫溶不直接沉淀出穩(wěn)定相：平衡相一般與基體形成新的非共格界面、界面能大；脫溶產(chǎn)物與基體完全或部分共格，界面能小；界面能小的相，形核功小，易形成；且G.P區(qū)與基體濃度差較小，易通過(guò)擴(kuò)散形核并長(zhǎng)大，所以一般脫溶時(shí)先形成G.P.區(qū)。1、冷時(shí)效和溫時(shí)效冷時(shí)效：

較低溫度下進(jìn)行的時(shí)效其硬度一開(kāi)始迅速上升，達(dá)到一定值后恒定冷時(shí)效溫度越高，硬度上升愈快，能達(dá)到的硬度值越高故可用提高時(shí)效溫度的辦法縮短時(shí)效時(shí)間冷時(shí)效主要形成G.P區(qū)

時(shí)效時(shí)的性能變化1、冷時(shí)效和溫時(shí)效溫時(shí)效：較高的時(shí)效溫度下進(jìn)行，有孕育期，然后硬度迅速上升,

達(dá)到極值后隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降。（過(guò)時(shí)效）溫時(shí)效溫度越高，硬度上升速度越快，但能達(dá)到的最大硬度值越低，越容易出現(xiàn)過(guò)時(shí)效。溫時(shí)效析出的是過(guò)渡相與平衡相。

時(shí)效時(shí)的性能變化時(shí)效時(shí)引起硬度變化的因素：1）固溶體的貧化2）基體的回復(fù)與再結(jié)晶3）新相的析出使硬度隨時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)而單調(diào)下降使硬度升高但當(dāng)析出相與母相共格關(guān)系被破壞及析出相粗化后，硬度又將下降。時(shí)效前期，彌散析出相引起的硬化超過(guò)了前兩個(gè)因素所引起的軟化。（G.P區(qū)，θ〞）時(shí)效時(shí)的性能變化35G.P區(qū)θ’’θ’時(shí)效時(shí)的性能變化36鋁合金的固溶時(shí)效過(guò)程時(shí)效過(guò)程固溶過(guò)程溶質(zhì)和空位的雙重過(guò)飽和固溶體除硅以外，合金元素屬于置換式溶質(zhì)，球?qū)ΨQ畸變，固溶強(qiáng)化效果有限。半共格過(guò)渡相，θ′、S′等。晶體結(jié)構(gòu)接近平衡相，共格關(guān)系部分破壞，彈性應(yīng)變場(chǎng)變?nèi)?，硬度、?qiáng)度開(kāi)始下降。脫離共格關(guān)系，θ、S等,達(dá)到平衡相結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度、硬度顯著下降。共格過(guò)渡相，θ′′、δ′′等，確定的結(jié)構(gòu)和成分，一般在缺陷處形核，高共格應(yīng)變場(chǎng)。硬度、強(qiáng)度的較大幅度提高晶面上溶質(zhì)簇聚，G.P區(qū)。沒(méi)有獨(dú)立的晶體結(jié)構(gòu)，形核功小，均勻形核，硬度、強(qiáng)度提高。371、硬度高的質(zhì)點(diǎn)3、時(shí)效過(guò)程有一系列彌散分布亞穩(wěn)相，與基體共格，產(chǎn)生較大的共格應(yīng)變區(qū)2、沉淀相在鋁基固溶體中高溫溶解度高、低溫，溶解度降低，且析出較大體積分?jǐn)?shù)的沉淀相（3）沉淀強(qiáng)化機(jī)制鋁合金沉淀強(qiáng)化相基本條件38位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力↑位錯(cuò)通過(guò)G.P區(qū)能量↑半共格過(guò)渡相、穩(wěn)定相內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化共格、半共格過(guò)渡相位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相強(qiáng)化位錯(cuò)切過(guò)沉淀相強(qiáng)化

b↑（3）沉淀強(qiáng)化機(jī)制39時(shí)效早期的G.P區(qū)與基體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣參數(shù)不同,存在錯(cuò)配度，在析出相周?chē)鷮a(chǎn)生不均勻畸變區(qū)，不均勻應(yīng)力場(chǎng)；產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有一定的阻礙作用。①內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化(Mott-Nabarro機(jī)理根據(jù)位錯(cuò)理論，位錯(cuò)彎曲半徑r與切變模量G、柏氏矢量b、切應(yīng)力τ存在關(guān)系：r=Gb/2τ此關(guān)系沒(méi)有考慮到應(yīng)力場(chǎng)的間距、尺寸和體積分?jǐn)?shù)等重要參數(shù)。

40時(shí)效初期，應(yīng)力場(chǎng)高度彌散不足以使位錯(cuò)彎曲。在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的某一時(shí)刻，部分應(yīng)力場(chǎng)的峰值處于位錯(cuò)前方，對(duì)位錯(cuò)有向后推力，峰值處于位錯(cuò)后方的應(yīng)力場(chǎng)的作用力則反之，兩者的作用有一定程度的抵消，對(duì)位錯(cuò)的合阻力小。①內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化時(shí)效初期應(yīng)力場(chǎng)彌散位錯(cuò)直線位錯(cuò)前后應(yīng)力場(chǎng)有抵消合阻力小強(qiáng)度低41溶質(zhì)偏聚，應(yīng)力場(chǎng)的間距開(kāi)始拉開(kāi)，形成共格沉淀相，形成沉淀應(yīng)力場(chǎng)。新相顆粒間距拉大，使位錯(cuò)能夠彎曲繞過(guò)，整根位錯(cuò)可能全部處于能谷位置。42①內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化隨時(shí)效進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)及其間距變大位錯(cuò)彎曲同時(shí)越過(guò)多個(gè)應(yīng)力場(chǎng)峰值合阻力大高強(qiáng)度越多越粗應(yīng)力場(chǎng)——強(qiáng)化效果越好——內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化階段，強(qiáng)度隨應(yīng)力場(chǎng)的間距增大而提高，強(qiáng)度與沉淀物尺寸、間距的關(guān)系，與位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制相反。43②可變形微?！诲e(cuò)切過(guò)機(jī)制(Kelly-Nicholson理論)44質(zhì)點(diǎn)不太硬相與相之間有一定的間距析出相與基體協(xié)同變形45位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力↑位錯(cuò)切過(guò)晶格結(jié)構(gòu)不同能量↑形成臺(tái)階錯(cuò)配能↑反相疇界能↑新增界面能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)能量、張力變化

b↑②位錯(cuò)切過(guò)沉淀相強(qiáng)化粒子周?chē)鷱椥詰?yīng)力場(chǎng)粒子與基體彈性模量差46位錯(cuò)遇到粒子切截面能量↑后續(xù)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力↑

↑越多越密粒子——強(qiáng)化效果越好——加工硬化率塑性②位錯(cuò)切過(guò)沉淀相強(qiáng)化位錯(cuò)滑移集中＝共面滑移五種作用

47實(shí)驗(yàn)證明位錯(cuò)可以切過(guò)Al-Zn系合金的G.P區(qū)、Al-Cu系合金的G.P區(qū)和θ′′相、Al-Zn-Mg系合金的η′相、Al-Ag系合金的γ′相、Al-Li系合金的δ′相。上述沉淀物與基體的晶體結(jié)構(gòu)相似，共格位錯(cuò)可較容易地進(jìn)入并切過(guò)沉淀相；半共格，晶體結(jié)構(gòu)相似，位錯(cuò)也可切過(guò)。作用于時(shí)效前期。②位錯(cuò)切過(guò)沉淀相強(qiáng)化位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力來(lái)自三個(gè)方面，沉淀相與基體的錯(cuò)配度應(yīng)力場(chǎng)，沉淀相被位錯(cuò)穿過(guò)后新增界面能以及切截面上溶質(zhì)-溶劑原子關(guān)系變化引起的化學(xué)強(qiáng)化。48屈服強(qiáng)度σy與沉淀相體積分?jǐn)?shù)f和半徑r的關(guān)系，c、m、p為常數(shù)：σy=cmpfr②位錯(cuò)切過(guò)沉淀相強(qiáng)化位錯(cuò)切過(guò)沉淀相的某一滑移面，該面對(duì)后續(xù)位錯(cuò)的阻力減小，后續(xù)位錯(cuò)會(huì)沿相同滑移面連續(xù)切過(guò)之，出現(xiàn)共面滑移，對(duì)應(yīng)低的加工硬化率，對(duì)疲勞、塑性、斷裂韌性均有不利的影響。49對(duì)Al-Li、Al-Zn-Mg合金等，抑制共面滑移，是改善合金性能的核心技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)增大時(shí)效程度，使沉淀相尺寸、間距增大，可由位錯(cuò)切過(guò)機(jī)制變?yōu)槲诲e(cuò)繞過(guò)機(jī)制，但往往以犧牲強(qiáng)度為代價(jià)。②抑制共面滑移靠合金化引入位錯(cuò)不可切截沉淀相的復(fù)合沉淀強(qiáng)化和改變?cè)恋硐嗟慕Y(jié)構(gòu)是主要方案。50靠近③不可變形微?！獜澢?、變長(zhǎng)——包圍、連接——留下位錯(cuò)環(huán)——位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制位錯(cuò)線在相顆粒間凸出，擴(kuò)展、相遇、相消、重新連接成一根位錯(cuò)線，留下一圈位錯(cuò)環(huán)，位錯(cuò)密度不斷提高，粒子有效間距縮小，加工硬化率增加。后續(xù)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難，引起形變強(qiáng)化51繞過(guò)析出相強(qiáng)化當(dāng)析出相聚集長(zhǎng)大，析出相間距增大，析出相比較硬時(shí)，位錯(cuò)線不能以切過(guò)方式通過(guò)時(shí)，可繞過(guò)析出相。強(qiáng)化機(jī)制：位錯(cuò)線彎曲，長(zhǎng)度增加，形成新的位錯(cuò)環(huán)，均需增加外力做功，表現(xiàn)為強(qiáng)度增加；留下的位錯(cuò)環(huán)對(duì)下一根位錯(cuò)通過(guò)也產(chǎn)生阻力，引起形變強(qiáng)化。③不可變形微粒——位錯(cuò)繞過(guò)機(jī)制(Orowan理論)52位錯(cuò)遇到粒子彎曲變長(zhǎng)能量↑后續(xù)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力↑位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力↑

↑越多越密粒子——強(qiáng)化效果越好——加工硬化率↑位錯(cuò)滑移分散塑性↑③位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相強(qiáng)化留下位錯(cuò)環(huán)53隨時(shí)效進(jìn)行，當(dāng)沉淀相的尺寸和間距增大，或沉淀相與基體的晶體結(jié)構(gòu)差別較大，位錯(cuò)只能采用Orowan環(huán)形模型的方式繞過(guò)質(zhì)點(diǎn)，留下位錯(cuò)環(huán)。由于位錯(cuò)環(huán)對(duì)后續(xù)位錯(cuò)的反作用力，促進(jìn)后續(xù)位錯(cuò)交滑移進(jìn)入其它滑移面，使塑性變形均勻化，對(duì)應(yīng)高的加工硬化率。③位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相強(qiáng)化54③位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相強(qiáng)化位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相，屈服強(qiáng)度σy與沉淀相間距λ、切變模量G、柏氏矢量b的關(guān)系，σ0為不含沉淀相的屈服強(qiáng)度：σy=σ0+0.8Gb/λ此關(guān)系式說(shuō)明合金屈服強(qiáng)度隨沉淀間距增大而減少，與過(guò)時(shí)效對(duì)應(yīng)。還應(yīng)考慮到沉淀相尺寸、形貌、界面類型等條件的影響。55③位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相強(qiáng)化工業(yè)鋁合金中常有兩種或多種沉淀相同時(shí)存在，且同一沉淀相的尺寸、間距亦是不均勻的，其應(yīng)力場(chǎng)、抗位錯(cuò)切截能力方面存在差距和不均勻，勢(shì)必出現(xiàn)多種強(qiáng)化機(jī)制共存。上述強(qiáng)化機(jī)制基于沉淀相為球狀的假設(shè)或簡(jiǎn)化，多數(shù)沉淀相是非球狀，盤(pán)狀、針狀、片狀沉淀相往往與基體有一定的晶體學(xué)關(guān)系。56③位錯(cuò)繞過(guò)沉淀相強(qiáng)化不同晶面、晶向，位錯(cuò)與沉淀相的交互作用有所差異，在某些情況，位錯(cuò)不能繞過(guò)沉淀相，出現(xiàn)位錯(cuò)塞積。合金的性能是復(fù)雜作用的綜合表現(xiàn)，很難用一簡(jiǎn)單的關(guān)系式表達(dá)。57G.P區(qū)θ’’θ’

時(shí)效硬化曲線：

1)初期:形成G.P.區(qū)與母相保持共格關(guān)系，具有內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)，再加上切過(guò)強(qiáng)化效應(yīng)而使硬度顯著升高。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，G.P.區(qū)數(shù)量增多，硬度升高。當(dāng)G.P.區(qū)數(shù)量達(dá)到平衡值時(shí)硬度不再增加，出現(xiàn)平臺(tái)。2)中期：析出的θ″相也與母相保持共格關(guān)系，內(nèi)應(yīng)變強(qiáng)化，位錯(cuò)線可以切過(guò)θ″相，故θ″相的析出使硬度和強(qiáng)度進(jìn)一步升高，并隨θ″相數(shù)量及尺寸的增加而增加。當(dāng)θ″相粗化到位錯(cuò)線能夠繞過(guò)時(shí)，隨著顆粒尺寸和顆粒間距的增大，硬度開(kāi)始下降，出現(xiàn)過(guò)時(shí)效。3)后期：析出θ′相時(shí)，與母相保持半共格關(guān)系，且形成后很快粗化到位錯(cuò)線可以繞過(guò)的尺寸，半共格關(guān)系很快被破壞，因此θ′相出現(xiàn)不久硬度即開(kāi)始下降。θ相的析出只能導(dǎo)致硬度下降。58沉淀相強(qiáng)化如何獲得高強(qiáng)度合金?多、密、硬1.獲得大體積分?jǐn)?shù)脫溶相2.獲得高度彌散的第二相質(zhì)點(diǎn)。共格/半共格亞穩(wěn)相界面能小，易獲得彌散相；非共格平衡相界面能大，易獲得大顆粒相。3.沉淀相質(zhì)點(diǎn)本身對(duì)位錯(cuò)的阻力。大錯(cuò)配度引起大應(yīng)力場(chǎng)，強(qiáng)化效果好，界面能或反相疇界高，對(duì)強(qiáng)化有利。59（6）鋁合金中的相鋁的強(qiáng)度可通過(guò)合金化來(lái)大幅度提高主要元素：銅、鎂、硅、鋅、錳、鋰微量元素：鈦、釩、硼、鎳、鉻、稀土金屬雜質(zhì)元素：鐵、硅性能：不同元素形成不同合金相，分別起固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、過(guò)剩相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、冷變形強(qiáng)化以提高力學(xué)性能60鋁合金的相組成固溶+時(shí)效過(guò)程形成凝固或均勻化過(guò)程形成尺寸大于0.5μm,受載時(shí)，界面處出現(xiàn)位錯(cuò)塞積，成為裂紋源尺寸0.005-0.05μm，細(xì)小和彌散分布時(shí)，可阻礙再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大；其尺寸和間距較大時(shí)，則促進(jìn)再結(jié)晶形核尺寸小至0.01μm的時(shí)效強(qiáng)化相βMg2SiAl-Mg-Si系合金，強(qiáng)化效果一般，停放效應(yīng)η（MgZn2）和T（Al2Mg2Zn3）Al-Zn-Mg系合金，強(qiáng)化效果很好，耐熱性不佳，抗腐蝕性下降大TMn（Al2Mn2Cu）、TNi（Al6CuNi）Al-Cu-Mn和Al-Cu-Ni系合金，耐熱性很好δ（Al3Li）Al-Li系合金，與基體共格，強(qiáng)化效果好，易被位錯(cuò)切截，出現(xiàn)共面滑移S（Al2CuMg）Al-Cu-Mg系合金，強(qiáng)化效果和耐熱性好，抗腐蝕性降低。θ（CuAl2）Al-Cu、Al-Cu+其它系合金，強(qiáng)化和耐熱性均好，抗腐蝕性降低。61(1)粗大金屬間化合物，尺寸大于0.5μm,一般在凝固或均勻化過(guò)程形成，受載時(shí)，粗大金屬間化合物與基體的界面處出現(xiàn)位錯(cuò)塞積，成為裂紋源，嚴(yán)重危害疲勞性能。(6)合金的相組成(2)尺寸0.005-0.05μm的金屬間化合物，主要有含Cr、Mn、Zr的Al20CuMn3、Al12Mn2Cr、Al3Zr等，可再長(zhǎng)大；其尺寸和間距較大時(shí)，則促進(jìn)再結(jié)晶均勻化或過(guò)時(shí)效過(guò)程形成。其尺寸細(xì)小和彌散分布時(shí)，可阻礙再結(jié)晶和晶粒形核。62(3)尺寸小至0.01μm的沉淀物，亦稱時(shí)效強(qiáng)化相，在時(shí)效過(guò)程形成，鋁合金相組成中最重要的，是時(shí)效強(qiáng)化的基本條件。θ（CuAl2），S（Al2CuMg），βMg2Si，η（MgZn2）和T（Al2Mg2Zn3），TMn（Al2Mn2Cu）、TNi（Al6CuNi），δ（Al3Li）（6）合金的相組成TMn（Al2Mn2Cu）、TNi（Al6CuNi）分別為Al-Cu-Mn和Al-Cu-Ni系合金沉淀強(qiáng)化相，人工時(shí)效，耐熱性很好。63鋁合金中的沉淀強(qiáng)化相（a）θ-CuAl2相θ’’相：G.P區(qū)有序化結(jié)果G.P區(qū)：Cu原子富集區(qū)θ’相：

θ’’相轉(zhuǎn)化而來(lái)θ相：

CuAl2相θ（CuAl2）

Al-Cu、Al-Cu+其它系合金中的主要沉淀強(qiáng)化相，在自然時(shí)效時(shí)形成G.P區(qū)，人工時(shí)效至θ′′與θ′的過(guò)渡階段對(duì)應(yīng)強(qiáng)度峰值，強(qiáng)化效果和耐熱性均好，但使抗腐蝕性降低。64（a）θ-CuAl2相65鋁合金中的沉淀強(qiáng)化相（b）S相（Al2CuMg）w(Cu)/w(Mg)≥2時(shí)，出現(xiàn)S相；w(Cu)/w(Mg)=2.61時(shí)，全部為S相低溫下，Cu、Mg在（210）面偏聚，形成G.P區(qū)G.P區(qū)(共格)——→S’’相(共格)——→S’相(共格)——→S

相(非共格)時(shí)效時(shí)效時(shí)效S（Al2CuMg）

Al-Cu-Mg系合金的主要沉淀強(qiáng)化相，自然時(shí)效形成G.P區(qū)，人工時(shí)效至過(guò)渡相為強(qiáng)化峰值，強(qiáng)化效果和耐熱性好，但使抗腐蝕性降低。66鋁合金中的沉淀強(qiáng)化相（c）η相-MgZn2相、T相-Al2Mg3Zn3相G.P區(qū)(共格)——→η’相(共格)——→η

相(非共格)時(shí)效時(shí)效η（MgZn2）和T（Al2Mg2Zn3）

Al-Zn-Mg系合金的主要沉淀強(qiáng)化相，人工時(shí)效，過(guò)渡相的強(qiáng)化效果很好，耐熱性不佳，使抗腐蝕性下降較大。67鋁合金中的沉淀強(qiáng)化相（d）β相-MgSi2相w(Cu)/w(Mg)>1.73，過(guò)剩Mg，顯著降低β相溶解度；w(Cu)/w(Mg)<1.73，過(guò)剩Si對(duì)此無(wú)影響G.P區(qū)(共格)——→β’’相(共格)——→β’相(共格)——→β

相(非共格)時(shí)效時(shí)效時(shí)效βMg2SiAl-Mg-Si系合金的主要沉淀強(qiáng)化相，強(qiáng)化效果一般，有停放效應(yīng)，通常采用人工時(shí)效。68鋁合金中的沉淀強(qiáng)化相（e）δ相-Al3Li相過(guò)飽和固溶體——→δ’-Al3Li相(共格)——→δ相(非共格)時(shí)效時(shí)效δ’（Al3Li）

Al-Li系合金的主要時(shí)效強(qiáng)化相，L12結(jié)構(gòu)，與基體共格，呈球狀，強(qiáng)化效果好，易被位錯(cuò)切截，出現(xiàn)共面滑移。69鋁合金共晶中的過(guò)剩相過(guò)剩相：共晶中不溶于鋁基固溶體的第二相

一定數(shù)量的過(guò)剩相可提高合金的強(qiáng)度、硬度鑄造鋁合金希望獲得接近共晶成份的合金，既保證形成大量共晶組織以有較好的流動(dòng)性，又希望不因過(guò)剩相太多導(dǎo)致合金塑性下降。如：Al-Si合金中的硅晶體Al-Ce合金中的Al4Ce相70鋁合金中的微量合金相Al+Ti——→

TiAl3Al+Zr——→

Al3ZrAl+Re——→

Al4ReAl+Mn——→

MnAl6Al+Cr+Mn→

MnAl6+Al12Mg2Cr………………效用細(xì)化晶粒，細(xì)晶強(qiáng)化；合金系時(shí)效難熔金屬間化合物71鋁合金中的微量元素稀土：與氫結(jié)合，形成Lah2、CeH2、LaH3脫氧、脫硫，降低合金中夾雜物含量，起凈化作用；降低液態(tài)鋁合金的表面張力，提高流動(dòng)性氫：有害元素，以原子態(tài)析出并集合成分子，產(chǎn)生內(nèi)壓力，導(dǎo)致疏松、針孔、晶間裂紋等氫致缺陷72鋁的強(qiáng)度可通過(guò)合金化來(lái)大幅度提高主要元素：銅、鎂、硅、鋅、錳、鋰微量元素：鈦、釩、硼、鎳、鉻、稀土金屬雜質(zhì)元素：鐵、硅性能：不同元素形成不同合金相，分別起固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、過(guò)剩相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、冷變形強(qiáng)化以提高力學(xué)性能(7)主要元素和雜質(zhì)73（a）鋁合金中的雜質(zhì)多數(shù)雜質(zhì)能提高純鋁的力學(xué)性能，多數(shù)雜質(zhì)降低鋁的抗蝕性（Mg、Si除外）。74主要雜質(zhì)Fe、SiFeAl3α-Fe2SiAl5β-FeSiAl5性能：硬脆性針狀化合物、易沿晶斷裂；降低塑性、抗蝕性75雜質(zhì)Fe、Si對(duì)材料性能的影響76(b)主要元素鎂（Mg）最重要的合金元素之一，在鋁中的最大固溶度為17.4wt%，變形鋁合金的鎂含量為2-9wt%。Al-Mg+微量Mn系合金有優(yōu)良的抗腐蝕性，稱為防銹鋁。除作為Al-Mg系合金的第一位元素合金外，其它絕大多數(shù)鋁合金的第二位元素都是鎂，如Al-Cu-Mg+其它、Al-Zn-Mg+其它、Al-Si-Mg+其它等合金系。鎂與鋁、銅、鋅、硅等可形成Mg5Al8、S（Al2CuMg）、T（Al2Mg2Zn3）、η（MgZn2）、Mg2Si等時(shí)效強(qiáng)化相，而這些時(shí)效強(qiáng)化相對(duì)合金性能的影響有很大差別。77鋅（Zn）最重要的元素之一，Al-Zn-Mg+其它合金系的第一位合金元素，含量在3-7.5wt%，可與鋁、鎂等形成MgZn2、Al2Mg2Zn3等沉淀強(qiáng)化相，有很高的沉淀強(qiáng)化效果，但降低抗腐蝕性，此類合金中一般加入少量鉻、錳，其應(yīng)用在不斷增長(zhǎng)。(b)主要元素78銅（Cu）最重要的合金元素之一，Al-Cu系合金含銅2-10wt%，其中含銅4-6wt%時(shí)強(qiáng)度最佳。主要合金系有Al-Cu-Mg+其它、Al-Cu-Mn+其它、Al-Cu-Ni+其它等，銅與鋁、鎂、錳、鎳等可形成θ′（CuAl2）、S（Al2CuMg）、TMn（Al2Mn2Cu）、TNi（Al6CuNi）等沉淀強(qiáng)化相，構(gòu)成不同的性能特點(diǎn)，其共同特點(diǎn)是強(qiáng)度較高、耐熱性好、抗腐蝕性中等。(b)主要元素硅（Si）電解鋁的主要雜質(zhì)，也是鋁合金的最重要合金元素之一。Al-Si系合金鑄造性最佳。硅與鎂可形成Mg2Si相，有中等時(shí)效強(qiáng)化效果，伴有停放效應(yīng)。硅量5wt%左右的鋁合金陽(yáng)極化為黑色，用于制造裝飾品。79(7)主要元素和雜質(zhì)鋰（Li）重要的合金元素，每加入1wt%，提高彈性模量6%，降低比重3%，Al-Li合金是鋁合金中比重最低和剛度最高的。鋰有損于普通鋁合金的腐蝕性能、焊接性等。鎳（Ni）合金元素之一，一般與鐵按1：1加入，可形成耐熱性好的Al9FeNi相，提高耐熱性，降低熱膨脹系數(shù)。提高純鋁的強(qiáng)度，降低塑性，促進(jìn)點(diǎn)腐蝕。80(7)主要元素和雜質(zhì)鐵（Fe）是電解鋁的第一位雜質(zhì)，又是耐熱鋁合金的元素之一。如Al-Cu-Mg-Ni-Fe等合金，鐵和鎳按1：1加入，可形成耐熱性很好的Al9FeNi相。一般應(yīng)嚴(yán)格限制鐵量，通常含鐵的粗大針狀化合物對(duì)性能有害。銀（Ag）在鋁中的固溶度55wt%，因成本高，僅作微量元素應(yīng)用，微量銀可改善Al-Zn-Mg、Al-Cu、Al-Cu-Li系合金的性能。81(7)主要元素和雜質(zhì)錳（Mn）常見(jiàn)雜質(zhì)之一，降低電導(dǎo)率。也作為合金元素，Al-Mn+其它系合金具有良好的抗蝕性。細(xì)小彌散的含錳金屬間化合物阻礙再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，可使含鐵針狀化合物稍圓。鑄造時(shí)形成的含錳粗大化合物有損合金性能。鈧（Sc）可凈化熔體、改善鑄造組織、抑制再結(jié)晶，提高強(qiáng)度、韌性、耐熱性、可焊性，抗中子輻射損傷，但其價(jià)格極高。82(7)主要元素和雜質(zhì)錫（Sn）鋁基軸承合金的主加元素，Al-Sn系合金。微量錫提高Al-Cu系合金強(qiáng)度、抗腐蝕性，改善Al-Cu、Al-Zn系鑄造合金的切削性。降低純鋁抗蝕性，增大高鎂量的鋁合金的熱裂傾向。鈦（Ti）最重要的鑄造細(xì)化劑，一般與硼同用，形成TiB2。降低純鋁導(dǎo)電率。加入焊條合金，可改善焊縫組織和防止裂紋。鋯（Zr）很有效的控制晶粒結(jié)構(gòu)元素，與鋁形成細(xì)小彌散的Al3Zr，有強(qiáng)的阻礙再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大作用。降低鈦、硼細(xì)化鑄造組織的效果。83第七節(jié)

鋁合金的熱處理84鋁合金的熱處理工藝退火再結(jié)晶退火,再結(jié)晶溫度上，消除加工硬化低溫退火,消除內(nèi)應(yīng)力，增加塑性均勻化退火,消除鑄造成分偏析及內(nèi)應(yīng)力晶體缺陷密度高高的強(qiáng)化效果高溫形變熱處理,高溫變形并固溶，時(shí)效低溫形變熱處理，固溶，低溫變形，時(shí)效綜合形變熱處理，高溫變形并固溶，低溫變形，時(shí)效雙重過(guò)飽和α固溶體分解各種時(shí)效工藝固溶線以上保溫后快冷，雙重過(guò)飽和α固溶體固溶+時(shí)效形變普通時(shí)效固溶特點(diǎn)方法85鋁合金的熱處理(退火)回復(fù)及再結(jié)晶退火：中間退火，再結(jié)晶溫度以上保溫、空冷，消除加工硬化，提高塑性，以便繼續(xù)成形加工；最終退火，保證使用性能。再結(jié)晶溫度和加熱保溫時(shí)間：T再與變形程度和加熱時(shí)間有關(guān)，變形程度越大、退火時(shí)間越長(zhǎng)，一般T再越低，一般表示為T(mén)再≈0.4T熔；晶粒大?。?/p>

T再和變形程度86鋁合金的熱處理(退火)(2)低溫退火消除內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)增加塑性，通常在180～300℃保溫后空冷。(3)均勻化退火消除鑄錠或鑄件的成分偏析及內(nèi)應(yīng)力，使鑄錠晶內(nèi)化學(xué)成分均勻，改善第二相形狀和分布，提高塑性，改善加工性能和最終性能。高溫長(zhǎng)時(shí)間保溫后空冷。87鋁合金的熱處理(固溶處理)將鋁合金加熱到固溶線以上保溫后快冷，使第二相來(lái)不及析出，得到過(guò)飽和、不穩(wěn)定的單一α固溶體。淬火后鋁合金的強(qiáng)度和硬度不高，具有很好的塑性。88時(shí)效時(shí)效時(shí)淬火的后續(xù)工序。淬火獲得過(guò)飽和固溶體，具有較高能量狀態(tài)的亞穩(wěn)相。將材料加熱到一定溫度或室溫保持一段時(shí)間，以沉淀分解方式向低能穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變，伴隨強(qiáng)度、硬度提高。淬火+時(shí)效→優(yōu)良性能在室溫隨時(shí)間延長(zhǎng)，強(qiáng)度升高而塑性降低人工時(shí)效室溫與強(qiáng)度的關(guān)系89時(shí)效工藝自然時(shí)效分級(jí)時(shí)效室溫人工時(shí)效二個(gè)溫度加熱到一定溫度G.P區(qū)過(guò)渡相彌散欠時(shí)效G.P區(qū)、過(guò)渡相過(guò)時(shí)效峰值時(shí)效塑性高抗蝕好強(qiáng)度高時(shí)效90第八節(jié)

變形鋁合金91第一類是化學(xué)元素符號(hào)加含量，AlMgSi，AlMgSi3；第二類是四位數(shù)牌號(hào)，2024、7075；第三類是本國(guó)語(yǔ)言符號(hào)加數(shù)字，LY12、LC4。(1)變形鋁合金的分類、命名、代號(hào)美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等簽約了《推薦變形鋁及鋁合金產(chǎn)品的國(guó)際代號(hào)標(biāo)示系統(tǒng)的協(xié)議公告》。簽約者申請(qǐng)，由美國(guó)鋁協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)按ANSIH35.1標(biāo)準(zhǔn)登記，稱之為國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)。92(1)變形鋁合金的分類、命名、代號(hào)我國(guó)參照四位數(shù)牌號(hào)及其狀態(tài)代號(hào)制定了GBT16474-1996和16475-1996兩個(gè)國(guó)標(biāo)，1997年1月1日進(jìn)入新舊牌號(hào)和狀態(tài)代號(hào)同時(shí)使用的過(guò)渡期，暫未規(guī)定過(guò)渡時(shí)間。93①變形鋁合金的漢語(yǔ)拼音牌號(hào)漢語(yǔ)拼音加數(shù)字，第一個(gè)字母L表示鋁，后一位字母G、B、F、Y、D、C、T、Q分別表示高（純）、包（覆）、防（銹）、硬、鍛、超（硬）、特（殊）、釬（焊），其后一或二位數(shù)字為序號(hào)。94狀態(tài)名稱代號(hào)不包鋁、熱軋BR不包鋁、退火B(yǎng)M不包鋁、固溶（淬火）、加工硬化BCY不包鋁、固溶（淬火）、優(yōu)質(zhì)表面BCO不包鋁、固溶（淬火）、加工硬化、優(yōu)質(zhì)表面BCYO高強(qiáng)度材料G預(yù)拉伸板U過(guò)時(shí)效GS*②變形鋁合金的漢語(yǔ)拼音狀態(tài)代號(hào)95代號(hào)狀態(tài)說(shuō)明

F自由加工狀態(tài)熱處理和性能無(wú)要求產(chǎn)品O退火獲得最低強(qiáng)度H加工硬化H后須有2－3位數(shù)字W固溶僅適于自然時(shí)效合金T不同于F、O、H狀態(tài)T后須有1至多位數(shù)字③四位數(shù)牌號(hào)－基本狀態(tài)代號(hào)96四位數(shù)牌號(hào)合金系對(duì)應(yīng)的漢語(yǔ)拼音牌號(hào)1×××系純鋁LG×、L×、LT××2×××系A(chǔ)l-Cu+其它LY××、LD××3×××系A(chǔ)l-Mn+其它LF××4×××系A(chǔ)l-Si+其它LQ××、LT××5×××系A(chǔ)l-Mg+其它LF××6×××系A(chǔ)l-Mg與Si+其它LD××7×××系A(chǔ)l-Zn+其它LC××8×××系A(chǔ)l+其它（如Li、Sn）9×××系備用③四位數(shù)牌號(hào)－TX代號(hào)及其狀態(tài)

97漢語(yǔ)牌號(hào)的純鋁，LGX和LX，另外，部分歸為特殊鋁（LT××）。對(duì)應(yīng)國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的1×××系合金。（1）純鋁（1XXX）純鋁熱處理形式為退火，再結(jié)晶溫度約200℃，退火溫度350℃－500℃，常用冷變形提高其強(qiáng)度。具有優(yōu)良的抗腐蝕性、高導(dǎo)熱性、高導(dǎo)電性、可加工性，典型用途包括化工設(shè)備、反射器、熱交換器、導(dǎo)電器、電容器、食品包裝、裝訂鑲邊。純鋁的主要雜質(zhì)是鐵和硅，其次銅、鋅、鎂、錳、鎳、鈦等。鐵、硅雜質(zhì)，均有損于塑性；所有雜質(zhì)均降低純鋁的導(dǎo)電率，以硅、鈦、錳最為顯著。非合金變形鋁：控制雜質(zhì)極限；變形鋁合金：控制雜質(zhì)限量，添加少量合金元素98Al-Cu-Mg-（Mn）系，對(duì)應(yīng)硬鋁（LY××），著名的杜拉鋁(duralumin)屬此系合金；Al-Cu-Mg-Fe-Ni系和Al-Cu-Mn系，分別對(duì)應(yīng)鍛鋁（LD××）和硬鋁（LY××），也稱之為耐熱鋁合金；Al-Cu-Mg-Si系，對(duì)應(yīng)鍛鋁（LD××）。（2-1）Al-Cu系變形鋁合金（2XXX）99Al-CuAl-Cu-Mg-（Mn）Al-Cu-Mg-Fe-Ni:S相、θ相、FeNiAl9、Mg2Si相；過(guò)剩Ni形成AlCuNi（或Cu3Al6Ni）化合物，F(xiàn)e過(guò)剩形成AlCuFe。Al-Cu-MnAl-Cu-Mg-SiCu為4~4.8%θ-CuAl2相時(shí)效強(qiáng)化效果最佳θ-CuAl2，β-Mg2Al3；三元相：S-Al2CuMgT-Al6CuMg4，

強(qiáng)化效應(yīng)S>θ>β和TBe:提高氧化膜的致密性；Ti/Zr:細(xì)化晶粒，降低熱裂傾向;

Si:增加鑄造和焊接裂紋傾向；雜質(zhì)元素Fe、Si：含F(xiàn)e量增加，形成不溶解的化合物，損害時(shí)效能力、降低強(qiáng)度和韌性；Mg的主要作用是生成S相，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度，但延伸率下降較大；此外，Mg能改善θ相、α固溶體和晶界間的電極電位關(guān)系，因此能改善合金的耐蝕性。

Mn:生成(MnFe)Al6相，消除Fe的有害作用，提升耐蝕性；抑制再結(jié)晶；FeNiAl9

、AlCuNi、AlCuFe化合物在固溶體中不溶解，故無(wú)時(shí)效硬化作用，但在高溫能起彌散硬化作用，有利于耐熱性提高M(jìn)g2Si,沉淀強(qiáng)化效果100相組成：二元系θ-CuAl2，β-Mg2Al3；三元系：S-Al2CuMg，T-Al6CuMg4。，用于消除Fe的有害作用和抑制擠壓和固溶處理時(shí)的主要強(qiáng)化相是S和θ相，S效果最佳。添加Mn：Mn是2XXX系合金組成部分，抑制再結(jié)晶過(guò)程雜質(zhì)元素Fe、Si：含F(xiàn)e量增加，形成不溶解的化合物，損害時(shí)效能力、降低強(qiáng)度和韌性；Mg含量較小時(shí)，Si和Mg形成Mg2Si相，利于人工時(shí)效。但二者對(duì)耐熱性有害。(2-1)Al-Cu-Mg合金系（2XXX）①Al-Cu-Mg-（Mn）系變形鋁合金，成分范圍為：1.5%－6.8%Cu，0.2%－2.8%Mg，0.2%－1.2%Mn，存在晶間腐蝕傾向，薄板通常需包鋁或包防銹鋁，適應(yīng)于某些焊接方法。斷裂韌性不高，主要因含鐵、硅粗大的金屬間化合物，發(fā)展出一些高純Al-Cu-Mg-Mn系合金，斷裂韌性明顯提高。

Cu是主成分，有一定的固溶強(qiáng)化作用，θ相有明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果，由圖可看出，Cu含量為4.0~4.8％時(shí)強(qiáng)化效果最大（大部分2系合金的含Cu量處于這個(gè)范圍）。Cu提高強(qiáng)度，降低塑性。

為獲得高強(qiáng)度：

Mg含量<2％；研究表明：位于極限溶解度附近的固溶體合金具有最大的時(shí)效效果，固溶時(shí)有過(guò)剩的Cu、Mg時(shí)，時(shí)效效果下降。

Mg的主要作用是生成S相，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度，但延伸率下降較大；此外，Mg能改善θ相、α固溶體和晶界間的電極電位關(guān)系，因此能改善合金的耐蝕性。自然時(shí)效態(tài)屈服強(qiáng)度的變化Cu、Mg含量比不同，相組成物也不同。Cu含量越多，θ相越多，S相越少；Mg含量越多，θ相越少，S相越多，當(dāng)Cu/Mg＝2.61時(shí)（4~5％Cu，1.5~2.0％Mg），合金的強(qiáng)化相幾乎全是S相。Mg量再高，即出現(xiàn)T和β相，硬化效應(yīng)小，因此Mg量一般不超過(guò)2％。

在這些相中，S相強(qiáng)化效應(yīng)最大，θ相次之，β和T相較弱，故2XXX系合金的主要強(qiáng)化相是S和θ相。4.5％Cu截面

工業(yè)用2系的

Cu/Mg>8時(shí)，強(qiáng)化相主要是θ；

Cu/Mg＝8~4時(shí)，主要是S＋θ；

Cu/Mg＝4~1.5時(shí)，主要是S相；

θ相在時(shí)效過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化已討論，當(dāng)Cu/Mg＝2時(shí)，S相的沉淀過(guò)程為：GP區(qū)（MgCuAl2）

GP區(qū)是

Cu、Mg原子偏聚區(qū)，為針狀（也有人認(rèn)為是球狀）；是有序化的GP區(qū)，與母相共格，圓柱狀；是斜方晶格，與母相部分共格；當(dāng)相長(zhǎng)大到與母相失去共格關(guān)系時(shí)，即被平衡相S所取代。105②Al-Cu-Mg-Fe-Ni系變形鋁合金成分特點(diǎn)是：Cu/Mg比值較低，鐵、鎳含量接近。主強(qiáng)化相為S（CuMgAl2）、FeNiAl9，熱處理為固溶+人工時(shí)效。FeNiAl9不參與固溶與時(shí)效的溶解與沉淀，其作用是阻礙晶界遷移，提高耐熱性。服役溫度超過(guò)150℃。（2-2）Al-Cu-Mg-Fe-Ni系變形鋁合金1）組織除S相θ外，加入的Fe和Ni主要與Al形成FeNiAl9化合物；若Fe和Ni的含量比不為1:1，則存在過(guò)剩的Fe或過(guò)剩的Ni，此時(shí)可相應(yīng)地形成AlCuNi（或Cu3Al6Ni）化合物（過(guò)剩Ni）或AlCuFe（或Cu3Al6Fe）化合物（Fe過(guò)剩）；Si與Mg形成Mg2Si相。

2A90應(yīng)用最早，是在2A11的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，加入Fe、Ni、Si除形成Mg2Si外，F(xiàn)e和Ni形成FeNiAl9化合物，多余的Ni與Cu形成AlCuNi化合物。這些化合物在固溶體中不溶解，故無(wú)時(shí)效硬化作用，但在高溫能起彌散硬化作用，有利于耐熱性提高（主要是前者）。該合金的特點(diǎn)是含Ni量高，導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小，適于生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)活塞，缺點(diǎn)是脆性相多，塑性差。2）性能變化規(guī)律

單獨(dú)添加Fe或Ni時(shí)，由于形成不溶解的AlCuFe相或AlCuNi相，降低了固溶體中的Cu含量，因此合金的時(shí)效效果下降（淬火和時(shí)效態(tài)的性能急劇下降）；同時(shí)添加Fe或Ni時(shí)，由于Fe、Ni優(yōu)先形成FeNiAl9，減小了形成AlCuFe相和AlCuNi相的機(jī)會(huì)，因此提高了Cu在固溶體中的濃度（尤其當(dāng)Fe:Ni＝1:1時(shí)），使合金的強(qiáng)度急劇升高；加入0.4％以下的Si可提高合金的強(qiáng)度，改善耐熱性，但當(dāng)Si量較多時(shí)，由于Mg2Si量增多，而S相數(shù)量減少，合金的耐熱性降低。108（2-3）Al-Cu-Mn系變形鋁合金③Al-Cu-Mn系變形鋁合金銅含量較高，約為6%－7%，含少量錳0.2%－0.8%，主強(qiáng)化相為θ(CuAl2)、T(CuMn2Al12)。強(qiáng)化熱處理為固溶+人工時(shí)效，固溶時(shí)θ相溶入基體，T相彌散沉淀，T相對(duì)提高耐熱性起到重要作用，合金的服役溫度達(dá)200℃－300℃。

Mn也是2系合金的主要成分，所以有時(shí)用Al-Cu-Mg-Mn系代表2系合金，其主要作用是消除Fe對(duì)抗蝕性的有害影響，同時(shí)提高強(qiáng)度尤其是高溫強(qiáng)度，但其加入量應(yīng)<1％，否則形成粗大的脆性化合物（MnFe）Al6，降低合金的壓力加工性能。109④Al-Cu-Mg-Si系變形鋁合金是在Al-Mg-Si系合金的基礎(chǔ)上添加銅發(fā)展起來(lái)的，隨銅量增加，室溫強(qiáng)度和耐熱性明顯增高，停放效應(yīng)減弱，但降低塑性和耐蝕性。因銅量超過(guò)鎂、硅，劃歸國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的2×××系合金，又因其熱塑性好，我國(guó)將其劃歸為鍛鋁LD××。大致成分范圍為：3.5%－7.0%Cu，0.20%－1.0%Mg，0.20%－1.2%Si，一般控制硅量略高于鎂量。為避免停放效應(yīng)，人工時(shí)效應(yīng)在固溶后3小時(shí)內(nèi)或48小時(shí)或96小時(shí)以后進(jìn)行。（2-4）Al-Cu系變形鋁合金

微量Be能提高氧化膜的致密性，防止Mg在熔煉時(shí)的燒損；

Ti能細(xì)化晶粒，顯著降低熱裂傾向，在可焊合金及焊絲合金中廣泛應(yīng)用；

Zr與Ti一樣也是有效的晶粒細(xì)化劑，故能減輕鑄造和焊接裂紋，提高鑄錠和焊縫的塑性，此外還有與Mn相似的作用，即提高合金的再結(jié)晶溫度；

Si增加合金的鑄造和焊接裂紋傾向，降低合金的塑性，但當(dāng)Mg<1.0％、Si>0.5％時(shí)有好影響，表現(xiàn)在提高合金的人工時(shí)效速度和強(qiáng)度，但不影響自然時(shí)效能力（Mg2Si）；

Fe能與Cu、Mn、Si等形成不溶解的脆性相，降低合金的塑性和韌性，損害時(shí)效能力；近年來(lái)開(kāi)發(fā)出了高純硬鋁（2124、2048），合金的斷裂韌性明顯提高。⑤微量元素和雜質(zhì)對(duì)組織性能的影響

（2-5）Al-Cu系變形鋁合金牌號(hào)CuMgMnFeSi2A012.2~3.00.2~0.5－0.50.52A022.6~3.22.0~2.40.45~0.70.30.32A063.8~4.31.7~2.30.5~1.00.50.52A103.9－4.50.15~0.30.3~0.50.20.252A113.8~4.80.4~0.80.4~0.80.70.72A123.8~4.91.2~1.80.3~0.90.50.520243.8~4.91.2~1.80.3~0.80.50.521243.8~4.91.2~1.80.3~0.90.30.320482.8~3.81.2~1.80.2~0.60.20.1520362.2~3.00.3~0.60.1~0.40.50.5常用2系合金的成分112包括Al-Mn系和Al-Mn-Mg系合金，屬防銹鋁LF××和四位數(shù)牌號(hào)的3×××系鋁合金。大致成分范圍為：0.3%－1.8%Mn，或再加0.2%－1.3%Mg，不可熱處理強(qiáng)化。（3）Al-Mn系變形鋁合金3×××強(qiáng)度約高于純鋁20%，塑性加工性能好，可在冷、熱狀態(tài)成型，焊接性良好，大量用于飲料罐等食品包裝，廣泛用于要求深沖、受力不大、抗腐蝕性好的結(jié)構(gòu)，如油箱、導(dǎo)管、炊事用具、熱交換器、貯槽、遮蓬、家具、公路標(biāo)志、屋頂、覆墻板等。113Al-Mn合金在半連續(xù)鑄造時(shí)有發(fā)生晶內(nèi)偏析的傾向，Mn可提高合金的再結(jié)晶溫度，減少含鐵相的脆化作用。加少量銅，提高合金抗蝕性；添加鎂，提高強(qiáng)化效果，抑制再結(jié)晶晶粒粗大化傾向。3003合金含1.2%Mn，3004、3104、3204、3105是鋁錳合金加鎂的合金。3XXX系鋁合金有30余個(gè)牌號(hào)。Al-Mn系變形鋁合金114四位數(shù)牌號(hào)的4×××系鋁合金，對(duì)應(yīng)部分釬焊鋁LQ××和特殊鋁LT××，主要合金元素僅僅是硅，可分為兩類，一類硅量在共晶點(diǎn)附近，9.0－13%；另一類硅量在亞共晶范圍，3.5－9.0%，個(gè)別的硅量在1%左右。（4）Al-Si系變形鋁合金4×××主要特點(diǎn)之一是低熔點(diǎn)，即硅大幅度降低熔點(diǎn)而不產(chǎn)生脆性，作為焊絲、釬料滿足熔點(diǎn)低于基體的要求。另外，釬焊鋁（LQ××）可由Al－Si系合金（LT××）包履于Al－Mg系合金（LF××）上組成。另一主要特點(diǎn)是高耐磨性和低熱膨脹系數(shù)，在共晶成分，20－300℃的平均線膨脹系數(shù)較純鋁低20%，適宜于鍛造的活塞和其它高溫使用的部件。Al-Si合金不能熱處理強(qiáng)化，加Cu或Mg可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化；加Ni，與Fe形成化合物，提高高溫強(qiáng)度和硬度。115四位數(shù)牌號(hào)的5×××系合金，對(duì)應(yīng)部分防銹鋁（LF××），鎂的大致成分范圍為0.8－9.0%，其中，多數(shù)合金的鎂量3.0－5.5%，同時(shí)，一般含有少量錳或鉻。良好韌性、抗蝕性、焊接性。（5）Al-Mg系變形鋁合金5×××與Al-Mn系合金相比，Al-Mg系合金的強(qiáng)度高、焊接性好，抗蝕性好。主要用途包括食品包裝、油箱、導(dǎo)管、焊接壓力容器、家用電器、建筑裝飾、船舶和汽車(chē)構(gòu)件。高純的5×××系合金對(duì)應(yīng)部分特殊鋁（LT××），拋光和表面性能好，用于制造鐘表、儀表的表盤(pán)，家電、通訊裝置的面板。116國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的6×××系鋁合金，對(duì)應(yīng)部分鍛鋁LD××，大致成分范圍為：0.25－1.5%Mg，0.2－1.8%Si，部分合金含有少量Mn、Cu、Cr等。（6）Al-Mg-Si系變形鋁合金6×××具有中等強(qiáng)度，良好的可焊性、機(jī)加工性、抗腐蝕性，尤其熱成型性好，主要用途包括建筑型材、運(yùn)輸設(shè)備結(jié)構(gòu)件和焊接件等。鎂和硅量大致符合形式Mg2Si的比例，Mg∶Si=1.73∶1。鑒于，當(dāng)鎂量超過(guò)此比值，減小Mg2Si的固溶度，降低沉淀強(qiáng)化效果，故許多工業(yè)合金的硅量略超過(guò)此比值。117主要強(qiáng)化相：Mg2Si相。添加銅，除形成Mg2Si之外，還形成Cu2Mg8Si6Al5，有一定的自然時(shí)效能力。含Mn和Cr時(shí)，與Fe形成化合物；無(wú)Mn和Cr時(shí)，F(xiàn)e以FeAl3、FeAl6、Fe2SiAl8等形式存在?？蛇M(jìn)行人工時(shí)效或自然失效。該合金耐蝕性能好，無(wú)應(yīng)力腐蝕破裂傾向，在淬火人工時(shí)效狀態(tài)下游晶間腐蝕傾向。Al-Mg-Si系變形鋁合金118超硬鋁（LC××），四位數(shù)牌號(hào)的7×××系合金，多數(shù)合金的成分范圍為：1.0%-8.0%Zn，0.7%-3.7%Mg，<3.0%Cu，少量Cr、Mn、Zr、Ti和V等。（7）Al-Zn系變形鋁合金7×××①Al-Zn-Mg-Cu系合金，是目前的強(qiáng)度最高的工業(yè)規(guī)模應(yīng)用鋁合金，Zn、Mg、Cu的總量≥9%，主要缺點(diǎn)是高應(yīng)力腐蝕敏感性、低耐熱性和高缺口敏感性，其板材一般應(yīng)包鋁。②Al-Zn-Mg系合金，有中等強(qiáng)度和良好的抗均勻腐蝕性，室溫時(shí)效效果明顯，對(duì)固溶冷卻速度不敏感，焊接后無(wú)需熱處理強(qiáng)度會(huì)大幅度恢復(fù)，也稱為中強(qiáng)可焊鋁合金。缺點(diǎn)是高溫強(qiáng)度低，有應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕敏感性。119Al-Zn系變形鋁合金①Al-Zn-Mg-Cu系合金，加Cu主要為了改善抗應(yīng)力腐蝕能力，同時(shí)提高強(qiáng)度和塑性。加Mn、Cr、Zr、Ti提高抗應(yīng)力腐蝕能力②Al-Zn-Mg系合金，主要強(qiáng)化相T-Al2Mg3Zn3和η-MgZn2相加入少量Mn、Cr、Zr、Ti和Cu能提高抗應(yīng)力腐蝕能力；(Zn+Mg)%w<6%,當(dāng)(Zn+Mg)%w為8%~9%時(shí),強(qiáng)度提高，但塑性和抗應(yīng)力腐蝕性能下降。Fe、Si為有害雜質(zhì)，為保證合金斷裂韌度，應(yīng)盡量降低二者含量120Al-Zn-Mg-(Cu)合金系（7000）對(duì)于7000系合金，長(zhǎng)期困擾的問(wèn)題是7079-T6和7075-T6等合金抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性差，為此開(kāi)發(fā)了T73熱處理工藝。T73熱處理對(duì)防止應(yīng)力腐蝕很有效，但與T6處理相比，材料強(qiáng)度降低了15％。121Al-Zn-Mg-(Cu)合金系（7000）很多研究都圍繞著如何既獲得T6的強(qiáng)度又具有T73的抗應(yīng)力腐蝕性能。通過(guò)調(diào)整成分和工藝，出現(xiàn)了7049、7050、7150和7033等合金；添加Zr代替Cr，開(kāi)發(fā)了7010和7012合金；在T73之前對(duì)合金進(jìn)行熱變形；采用T77處理工藝的合金，如7055-T7751，用于B-777客機(jī)以承受壓縮載荷為主的上機(jī)翼翼面，使其重量減少了635kg；英國(guó)開(kāi)發(fā)、1999年6月在美國(guó)注冊(cè)的7034合金，則具有優(yōu)秀的損傷容限。122第九節(jié)

鑄造鋁合金123以鑄件形式應(yīng)用的鋁合金，鑄造鋁合金具有低熔點(diǎn)、流動(dòng)性好和傳熱快、好的鑄造性能、沖型性能、力學(xué)性能、化學(xué)性穩(wěn)定、鑄件表面光澤和表面缺陷少。許多鑄造鋁合金沒(méi)有熱裂傾向，故鑄造鋁合金應(yīng)用為廣泛。鑄造鋁合金在全世界的鋁消耗中，15－25%為鑄造鋁合金，鑄件成型一般采用壓模、硬模、砂模、熔模、石膏模，也易于用真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等，以壓模鑄造最多。124（1）分類和牌號(hào)②四位數(shù)牌號(hào)采用四個(gè)數(shù)字，在第三個(gè)數(shù)字后加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，如XXX.X。第一個(gè)數(shù)字表示合金系；隨后的兩個(gè)數(shù)字，純鋁表示純度，鋁合金表示順號(hào)；小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字，0表示鑄件，1表示鑄錠。125四位數(shù)牌號(hào)合金系對(duì)應(yīng)的漢語(yǔ)拼音牌號(hào)1XX.XAl，≥99.00%2XX.XAl-Cu+其它ZL－2××3XX.XAl-Si和/或Cu+其它ZL－1××、ZL－2××4XX.XAl-Si二元系ZL－1××5XX.XAl-Mg+其它ZL－3××6XX.X空缺7XX.XAl-Zn+其它ZL－4××8XX.XAl-Sn+其它9XX.X空缺（1）分類和牌號(hào)126部分ZL-2XX鋁合金，四位數(shù)牌號(hào)的2XX.X系鋁合金，主要強(qiáng)化相θ(CuAl2)，可熱處理強(qiáng)化。在鑄造鋁合金中，其耐熱性最佳、強(qiáng)度高，但抗蝕性低、鑄造流動(dòng)性較差、熱裂傾向大、比重高，適于大負(fù)荷或耐熱鑄件。（3）Al-Cu系鑄造鋁合金含銅9-11%的合金，具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和耐磨性，與低銅量的合金相比，鑄造流動(dòng)性有所改善，但塑性和韌性差，應(yīng)用有限，僅用于汽缸、活塞等。含銅3.5-5.5%的合金在此合金系中占主導(dǎo)地位，大約有幾十個(gè)牌號(hào)，成分較接近，多數(shù)合金的錳、鉻、鈦含量分別小于0.5%、0.25%、0.25%。127ZL202、ZL203僅含銅，分別為9%~11%，4%~5%；在Al-Cu合金中加Re、Mn、Zr構(gòu)成ZL206合金；外加Si、Mg，構(gòu)成ZL207合金；加Ni、Co、Zr、Sb、Ti構(gòu)成ZL208；形成復(fù)雜化合物相，在晶界上阻止變形，提高耐熱性，工作溫度高達(dá)400℃。128我國(guó)的部分ZL-1XX和部分ZL-2XX系合金，國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的3XX.X系合金，是最廣泛應(yīng)用的鑄造鋁合金。（4）Al-Cu-Si系鑄造鋁合金國(guó)際上牌號(hào)有100多個(gè)，銅、硅含量在很寬的范圍，一些合金的銅占優(yōu)，一些合金的硅占優(yōu)，一般都含有少量鎂(0.5%)、錳(<0.5%)，個(gè)別合金的鎂含量達(dá)0.7-1.3%，部分合金含有少量鎳。129（4）Al-Cu-Si系鑄造鋁合金當(dāng)銅的含量高于3-4%，形成θ(CuAl2)，可熱處理強(qiáng)化，鎂提高熱處理的敏感性。強(qiáng)度要求高的鑄件，選用含銅較多的合金。硅顯著改善鑄造流動(dòng)性和降低熱脆性，硅含量大于10%，有低的熱膨脹性，適合于某些高溫服役鑄件，硅含量大于12-13%，有初生硅相，耐磨性極好，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸和活塞常選用。130我國(guó)的部分ZL-1XX系合金，國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的4XX.X系合金。（5）Al-Si系鑄造鋁合金當(dāng)重點(diǎn)追求鑄造性能和抗蝕性時(shí)，可選用不含銅的鋁硅合金，主要優(yōu)點(diǎn)有流動(dòng)性好、鑄造時(shí)收縮小、耐腐蝕性、易焊接、熱膨脹系數(shù)低、良好的耐磨性、焊接性好。但致密性小，適于制造致密度要求不高的形狀復(fù)雜鑄件。131（5）Al-Si系鑄造鋁合金除少數(shù)合金外，其它合金均含有銅、鎂等元素，可熱處理強(qiáng)化合金。絕大多數(shù)鋁硅合金的硅含量4.5-13%，個(gè)別合金硅含量低至2%，個(gè)別達(dá)20%。約一半以上的合金硅含量4.5-6.0%；約1/3的合金硅含量10-13%，即，共晶點(diǎn)附近，如ZL102；少數(shù)幾個(gè)合金的硅含量6.5-7.5%；最近，過(guò)共晶鋁硅合金獲得了較多的應(yīng)用。經(jīng)變質(zhì)處理后，具有良好的力學(xué)性能、物理性能、耐腐蝕性和中等切削加工性能，應(yīng)用最為廣泛。132（5）Al-Si系鑄造鋁合金133（5）Al-Si系鑄造鋁合金ZL102變質(zhì)前：σb＝140MPaδ＝3％

后：σs＝180MPaδ＝8％134我國(guó)的ZL-3XX系合金，國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的5XX.X系合金。（6）Al-Mg系鑄造鋁合金最突出優(yōu)點(diǎn)是抗蝕性好，尤其對(duì)海水和海上氣氛的抗蝕性；比重低，具有中到高的強(qiáng)度和韌性，焊接、機(jī)加工和拋光性均佳，陽(yáng)極化處理化的表面美觀，常用于建筑、裝飾和化工工業(yè)。與鋁硅合金相比，鑄造性能差，鎂易氧化，從而增加鑄造難度與成本。135有Mg5Al8相，固溶度隨溫度顯著變化，但是卻不可沉淀強(qiáng)化。淬火時(shí)效后沉淀相形核困難，核心少，尺寸大，時(shí)效效應(yīng)小。Al-Mg合金是鑄造合金中抗蝕性最好的。固態(tài)鎂能全部溶解成為單相α固溶體合金。在腐蝕介質(zhì)中不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。Al-Mg合金如果不進(jìn)行固溶處理，β相存在于晶界處，發(fā)生晶間裂紋及腐蝕傾向。（6）Al-Mg系鑄造鋁合金136（6）Al-Mg系鑄造鋁合金國(guó)際上大約有近幾十個(gè)鋁鎂鑄造合金牌號(hào)，其中，約1/2合金的鎂含量占3.5-4.5%，少數(shù)更低，另一些合金鎂含量在6.5-11%。低鎂合金的強(qiáng)度不高而抗蝕性優(yōu)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，多用于裝飾性構(gòu)件。高鎂合金有應(yīng)力腐蝕傾向，應(yīng)盡量減少淬火應(yīng)力，避免析出網(wǎng)狀沿晶Mg5Al8相，一般不采用人工時(shí)效137ZL-4XX系合金，國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的7XX.X系合金。多為Al-Zn-Mg、Al-Zn-Si-Mg系合金（7）Al-Zn系鑄造鋁合金其中Al-Zn-Mg系合金具有較高的強(qiáng)度、良好的加工性和焊接性以及一般抗蝕性，但對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感，高溫性能較差，鑄造性能不佳?？蔁崽幚韽?qiáng)化，選用鑄造后直接人工時(shí)效或自然時(shí)效，此外，也可采用固溶時(shí)效工藝，以獲得更均勻的性能。138含鋅鑄造鋁合金有很大熱裂傾向。加Mg，可形成MgZn2相，強(qiáng)化效果顯著。加Si提高流動(dòng)性；加Ti，細(xì)化晶粒。鋅與鋁不形成化合物，

α2—→α1+η(Zn)Zn溶解度很大，隨溫度變化而變化。添加鋅后顯著提高鋁合金強(qiáng)度和硬度。（7）Al-Zn系鑄造鋁合金275℃共析139（7）Al-Zn系鑄造鋁合金國(guó)際上現(xiàn)有近20個(gè)牌號(hào)，鋅含量2.7-8.0%，鎂含量0.25-2.4%。按鋅、鎂含量分為二類，第一類鋅含量較低(2.7-4.5%)，鎂含量稍高(1.4-2.4%)；另一類鋅含量較高(6.6-8.0%)，鎂含量較低(0.25-1.0%)；個(gè)別合金含有少量銅。140國(guó)際四位數(shù)牌號(hào)的8XX.X系合金，含錫量約5.5-7.0%，少量鎳(0.7-1.5%)，同時(shí)含有銅，共派生約近10個(gè)牌號(hào)，主要用途是鑄造軸承。錫有極好的潤(rùn)滑性，鎳、銅、鎂起強(qiáng)化作用。（8）Al-Sn鑄造鋁合金一般采用硬模鑄造，大型軸承也有選用砂模鑄造。細(xì)小樹(shù)枝狀錫是獲得最佳耐磨性的組織條件，須用較快冷速的鑄造方法。從鑄造觀點(diǎn)，鋁錫合金是很獨(dú)特，凝固溫度范圍極寬。141練習(xí)題142第四章鎂合金內(nèi)容提要143鎂合金的主要合金化元素，沉淀相，性能特點(diǎn)及典型鎂合金144第五節(jié)

鎂的合金化理論145元素Al、LiZr、Si、CaAl、Zn、Th合金元素的分類Mg17Al12Mg5ThMgZn高強(qiáng)鎂合金耐熱鎂合金高強(qiáng)鎂合金固溶強(qiáng)化細(xì)化晶粒時(shí)效強(qiáng)化146鎂合金中的強(qiáng)化相Mg2Zn3相

脫溶過(guò)程有四個(gè)階段：G.P.區(qū)→MgZn2→MgZn2’→Mg2Zn3MgZn2沉淀時(shí)，達(dá)到最大沉淀強(qiáng)化效果γ-Mg17Al12相

脫溶時(shí)直接析出平衡相Mg17Al12，與基體不共格。147Mg12Re相：存在于鎂-輕稀土合金中。稀土在鎂中的溶解度差別很大，只有溶解度大的元素能達(dá)到較好的沉淀強(qiáng)化效果。釹與鎂形成Mg12Nd，脫溶過(guò)程經(jīng)歷四個(gè)階段：G.P區(qū)→DO19結(jié)構(gòu)β’’Mg3Nd→fcc-β’→Mg12NdMg24