金属材料zl301牌号解释

铝镁系合金：镁的含量是9.5-11% 、Fe的含量≤0.30% 、Si≤0.30% 、Cu≤0.10% 、Zn≤0.15% 、Mn≤0.15%、Ti ≤0.15% 、Zr≤0.20% 、Be≤0.07% 、Ni≤0.05%、Sn ≤0.01% 、Pb≤0.05% 、杂质总和≤1%

H62 含铜量为62%的普通黄铜；

H80 含铜量为80%的普通黄铜；

Qsn4-3 含锡4%含其他元素3%的普通青铜；

Ly8 8号硬铝；

LF21 21号防锈铝；

LC4 4号超硬铝；

ZL301 1号铝镁系铸造铝合金。

耐酸碱的铝合金型号有：5083H112、2319、ZL301等。

其实铝合金是不耐酸碱的，因为铝是很活跃的金属，能够与各种酸发生化学反应。现实中的耐酸碱铝合金，都是在表面上镀耐酸碱的玻璃或者氧化物薄膜。

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝和铝合金可以用各种不同的方法熔炼。常使用的是无芯感应炉和槽式感应炉、坩埚炉和反射式平炉（使用天然气或燃料油燃烧）以及电阻炉和电热辐射炉。炉料种类广泛，从高质量的预合金化铸锭一直到专门由低等级废料构成的炉料都可以使用。

介绍了铝合金熔模铸造的特点,铝合金熔模铸造常用的石膏型熔模铸造和陶瓷型熔模铸造工艺,铸造铝合金的精炼、变质、细化工艺和铝合金液的过滤净化技术。关键词:熔模铸造铝合金过滤净化中图分类号:TG146.2TG249.5文献标识码:B文章编号:1001-2449(2000)06-0048-03近十几年来,在世界铸件的构成中出现了一个引人注目的趋势,这就是铝合金铸件的生产量迅速增长。由于铝合金具有密度小、比强度高等一系列优良特性,广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等行业,尤其在汽车工业中,为了降低油耗,提高能源利用率,产品设计越来越考虑到轻量化,用铝合金铸件代替钢、铁铸件,将是长期的发展趋势。随着国内外航空、航天、汽车、船舶、机械、电子等行业所用零部件的结构向着大型、薄壁、复杂、整体、轻量化的方向发展,使铝合金精密铸造技术得到了迅速的发展。1铝合金熔模铸造的特点[1]1.1可制作大型、薄壁、复杂铸件目前,发达国家可以生产大型的电子设备框架、壳体等铝合金精铸件,最大尺寸可达800~1000mm,壁厚一般为1.5~2.0mm、局部仅为0.75mm,尺寸公差为0.125mm/25mm。1.2铸件表面质量优异精密薄壁铝合金铸件表面粗糙度一般要求严格,其Ra0.8~3.2m。1.3可为结构复杂、薄壁的部件提供整体成形技术零件经机加工后再焊接成组合件,使零部件的复杂程度受到限制,表面粗糙度增加,制造成本上升。而采用精密铸造技术可以使结构很复杂的零部件一次成形。如波音767飞机上的燃油增压泵壳体铸件,由22个蜡模分别压制后再组合成4个组合蜡模,然后把这4个组合蜡模组装成增压泵壳体整体蜡模,用石膏混合浆料灌注成石膏型,在真空下浇成铸件。1.4可显著提高材料利用率由锻造毛坯经机械加工成形的零件需要切除大量金属,造成金属材料的极大浪费。如用整体精密铸件代替经机械加工再组合的部件,就会大大提高材料利用率,从而显著降低产品的制造成本。1.5可大大缩短产品研制生产周期如美国巡航导弹AGM-89B,其弹体用9个大型整体铸件代替44个铝精密模锻件、机加工件焊接而成的组合件,使导弹的制造工时节省75%,制造成本降低30%。2铝合金熔模铸造工艺2.1熔模制作铝合金的熔点低,浇注温度也低,表面张力大,铝合金液表面易形成氧化膜,因而铝合金液对铸型壁上微小孔穴的复制能力较差,型壁上的微小凸起或夹杂物都会在铸件上造成较大的凹痕。因此,模料的性质和蜡模的表面质量对铝合金铸件的表面粗糙度有很大影响。糊状模料在表面粗糙度低的压型表面也复制不出表面粗糙度低的蜡模。为制得表面粗糙度低的熔模,应采用粘度小、覆型能力强的液态模料高压注射成型。对内腔复杂的铸件,熔模的内腔可采用水溶芯成型。2.2石膏型熔模铸造石膏型的复制性好,可获得尺寸精度高,表面粗糙度低的铸件石膏型的导热率低,同时又是热模浇注,因此能浇注出比陶瓷型精铸壁厚更薄的铸件[2],有利于薄壁铸件在压力下结晶凝固,能浇注出壁厚不均的薄壁精铸件而不产生缩松和缩孔。因此石膏型熔模铸造主要用于铸造大型、薄壁、复杂、整体的铝合金精密铸件。根据石膏型混合料的水粉比,量取定量自来水注入容器中,再将粉料均匀撒入水中搅拌2~5min,最好将搅拌器与模组箱套同置于真空室内,搅拌与灌浆都在真空下进行,可有效地防止石膏型产生气泡、憋气、浇不足等缺陷。为了稳定工艺,确保质量,搅拌的水温应控制在一定范围,在加水的同时,将其他液态附加剂如正辛醇溶入水中一起加入。石膏型凝固后到脱蜡之前应放置24h,使石膏充分硬化。对于拔模石膏型,拔模后可直接焙烧,无须脱蜡,由于型中没有残蜡,石膏型焙烧温度达到250~400即可,以去除自由水和结晶水。对于熔模石膏型,为了将脱蜡时渗入石膏型内的残蜡烧尽,应该焙烧至650~750。由于石膏型透气性较差,宜采用真空下浇注、负压或离心浇注。2.3陶瓷型壳熔模铸造采用传统的陶瓷型壳熔模铸造法,通过改进工艺可以制造复杂的中、小型铝合金熔模精铸件。由于铝合金熔模铸件壁薄、强度低,铸后只能通过轻轻敲击浇注系统的方法脱壳。但铝合金浇注温度低、密度小,浇注时所产生的动压力和静压力以及热冲击都小。因此,要求型壳具有较高的湿强度、良好的透气性、适当的高温强度和低的残留强度。为了降低型壳残留强度,可以采取以下措施[3]。(1)选用粘度较低、粘接强度较大的粘结剂,如选用硅酸乙酯水解液可能比硅溶胶更有利。(2)减少型壳层次。(3)加大加固层撒砂粒度。(4)降低型壳焙烧温度,在制壳涂料中加入附加物如氧化剂或乳胶等,使型壳的焙烧温度、型壳高温强度和残留强度降低,改善型壳的溃散性和透气性。3铝合金的熔炼工艺熔炼工艺过程是铝合金铸件生产的重要环节,铝合金熔炼不仅要保证合金的化学成分合格均匀,并在很大程度上决定铸件组织的致密程度和力学性能,为此应严格控制合金的熔炼工艺。3.1铸造铝合金的精炼处理铝的化学性质比较活泼,熔炼过程中易与水气反应,发生氧化并吸氢。氢在液态和固态铝合金中的饱和溶解度相差近20倍[4],因此铝合金铸件易产生针孔、夹杂等缺陷。精炼的目的就是去除铝合金液中的气体和非金属夹杂物。铝合金中的气体主要是氢(占85%以上),夹杂物主要是氧化铝。夹杂物和气体是相互作用的,有人测得,当铝合金液中杂质的含量为0.002%和0.2%时,相应的每100g铝合金液中氢含量为0.2ml和0.35ml,在高纯铝中每100g铝合金液中含氢量高达0.4ml时,才会出现气孔,而在工业纯铝中每100g铝合金液中含氢仅有0.1mg时,就会出现气孔,当合金液中杂质的含量<0.001%时,即使每100g铝合金液中含氢量达到0.3ml也不会出现针孔[5]。可见除气必须除渣,除渣是除气的基础。减少环境污染及降低生产费用是铝合金精炼技术发展的方向[6],目前国内外采用的精炼方法均存在这样或那样的不足,为此国内外研究者又开发了两类有效的精炼方法,即旋转叶轮法(RID法)和喷射熔剂法(FI法)。RID法使用于较小熔化量的铝合金精炼处理,试验证明RID法的除氢效率是传统的单管喷枪吹气法的3倍。喷射熔剂法于80年代初出现,并很快引起人们的关注,该法精炼处理效果优于传统熔剂法。旋转叶轮法和熔剂喷射法的原理、特点和适用范围见表1[7]。表1旋转叶轮法和熔剂喷射法的原理、特点和使用范围精炼方法工作原理技术特点使用范围熔剂喷射法(FI法)粉状熔剂以惰性气体作载体均匀喷入合金液,增加熔剂与合金液接触面积,增强除渣作用,同时熔剂改变气泡与合金液界面的性质,提高惰性气体的除氢效果精炼效果好,时间短,处理5~10min,100g熔液中的氢含量可降至0.06ml,熔剂用量少,对人体危害小,处理费用低,操作方便,质量稳定,使用干性熔剂时,铝的损耗小适用于除气除渣要求严格和精炼变质或细化一次完成的熔液处理旋转叶轮法(RID法)通过叶轮旋转切割将大气泡打碎成直径约为0.5mm的小气泡,它们均匀分布于合金液中,缓缓上升,可提高除气效果,为改善除渣作用可在惰性气体氮氩中加入5%~10%的氯或氟里昂等活性气体(旋转叶轮转速300~500r/min)除气效率高,可使100g熔液中的氢含量减少到0.06ml,惰性气体不污染环境,不引起合金烧损,并且处理费用低,工艺参数易于控制,重现性好。缺点是石墨制叶轮容易损坏,寿命低适用于各种合金,特别是含镁、钠、锶等易烧损元素的合金3.2铸造铝合金的变质和晶粒细化3.2.1变质处理A-lSi合金变质处理通常采用纯金属、中间合金和熔剂三种方式。钠变质一般采用熔剂方式,Sr,Sb,Te,RE等变质一般采用纯金属,Sr,RE还以中间合金或熔剂形式加入。近年来又开发了Na-Sr,Sr-RE等复合变质剂,取得了较好的效果。如采用w(RE)=0.2%和w(Sr)=0.04%复合变质剂对ZL101合金变质处理获得了单独加入w(Sr)=0.08%的变质效果[8],而且同时减小了铸件的针孔倾向,采用Na-Sr复合变质既解决了Na变质有效期短的问题,又解决了Sr变质潜伏期的问题。3.2.2晶粒细化自40年代起人们就发现在铝合金中加入微量钛和硼能大大的细化晶粒,使初晶-Al由粗大树枝晶变成细小等轴晶。同时改善合金的补缩能力,减小热裂倾向,减小针孔的尺寸和数量,使其分布更为弥散,改善合金的化学、电化学特性和表面质量。目前国内外常用的晶粒细化剂的作用特点及适用范围见表表2各种晶粒细化剂的作用特点细化剂作用特点加入量/%适用合金钛(Ti)Al3Ti,TiC可作为外来晶核,使晶粒细化,对A-lCu系合金细化效果更好,晶粒尺寸可由1~3mm减至0.2~0.5mm0.1~0.15ZL101A,ZL114A等0.2~0.25ZL201,ZL201A等钛硼(Ti+B)Al3Ti,TiB2,AlB2均可作为晶核,细化效果和抗衰退能力均较单独加钛好,中间合金中的钛硼质量比通常为5,而盐类细化剂中的则为7~10Ti:0.25B:0.005ZL205ATi:0.05B:0.01ZL101A,ZL105A锆(Zr)Al3Zr作为非自发核细化晶粒,对A-lMg系合金作用比Ti强0.1~0.15ZL301,ZL205A等4过滤净化技术近十多年来,合金液的过滤净化技术在国内外铸造生产中得到了广泛应用,采用陶瓷过滤片或硬化了的玻璃纤维过滤网[9],去除合金中夹杂,改善铸件力学性能、加工性能、使用性能和提高铸件合格率方面的效果十分显著。对铝合金液的过滤净化可采用柔性玻璃纤维过滤网,将其放入型壳浇口杯中或放入型壳直浇道中,能有效地去除铝液中的非金属夹杂物,并显著地减少砂眼、气孔、渣眼等缺陷,提高合金性能,因此过滤净化技术在铝合金熔模铸造中得到越来越广泛的应用。5结语铝合金熔模铸造技术是近净形化先进制造技术之一,随着铝铸件在国民经济中需求量增加,在21世纪将会得到更加迅速的发展。我们应在铝合金熔模铸造用原辅材料质量的提高、大型薄壁复杂铝合金精铸件整体成形技术、铝合金熔炼质量炉前检测技术、铝合金浇注充填技术等方面开展研究,以提高我国铝合金熔模铸造的技术水平,推动行业技术进步。参考文献1叶荣茂,王惠光,田竞.有色合金薄壁精密铸件铸造工艺的发展和特点.特种铸造及有色合金,1995(2):33~342谭德睿,陈美怡.艺术铸造.上海:上海交通大学出版社,1996.3蒋育华.提高铝合金陶瓷型壳熔模精铸件质量的技术途径和方法.全国熔模精密铸造理论与技术学术研讨会,山东威海,1994.4熊艳才,黄志光,王文清.铝及铝合金含氢量直接测定的研究与进展.特种铸造及有色合金,1995(4):12~155康积行,付高升.铝熔体中夹杂物和气体的行为.特种铸造及有色合金,1995(5),5~86杨长贺.面向21世纪的铝液除氢净化技术.特种铸造及有色合金,1999(增刊):109~1117航空制造工程手册.北京:航空工业出版社,1994.8李沛勇,贾均,郭景杰.亚共晶A-lSi合金熔体处理的研究进展.特种铸造及有色合金,1997(2):36~399陈纟采中,佘植中,周善民等.钢精铸件过滤技术的研究.特种铸造及有色合金,1998(1):18~21

铝合金分为两大系列：加工铝合金和铸造铝合金

加工铝合金有1-7系列牌号，比如1100，2219，3003等

铸造铝合金按我国的分法，共分4类，如下：

铝硅系列：如ZL102，ZL104等，以1打头

铝铜系列：如ZL201，ZL205等，以2打头

铝镁系列：如ZL301，ZL303等，以3打头

铝锌系列：如ZL401，ZL402等，以2打头

ZL指的是铸造铝合金的汉语拼音缩写。

一、防锈铝合金

防锈铝合金包括铝-镁系和铝-锰系合金以及工业纯铝。防锈铝合金的牌号及化学成分见表6-2。

这类铝合金的主要性能特点是具有优良的耐蚀性能，因而得名防锈铝合金，简称为防锈铝。此外，还具有良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。这类合金不能进行热处理强化，力学性能比较低。为了提高其强度，可用冷加工方法使其强化。但由于防锈铝的切削加工工艺性差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其他冷变形零件。

1.铝-镁系合金

铝-镁系合金的化学成分中，镁是合金的主要组成元素，此外，还加入少量锰、钛等其他元素。

镁含量对合金力学性能的影响是随着镁含量的增加，合金的强度、塑性亦相应提高。但是，当合金中的镁含量超过5%Mg时，合金的抗应力腐蚀性能降低；当镁含量超过7%时，合金的塑性降低，焊接性能也变坏。这可能是与镁含量增加使合金在液态结晶时成分偏析倾向增大有关。由于合金不平衡结晶的结果，合金组织中出现脆性的β(Mg2Al3)相，而导致铝-镁合金性能变坏。实验指出，在镁含量较低的5A02和5A03合金中没有发现β(Mg2Al3)相，随着镁含量的增加，在5A05中可以看到少量β(Mg2Al3)相，而在5A06 合金中，由于镁含量增加，β(Mg2Al3)相的数量亦相应的增加。

铝-镁合金中加入少量（0.3%～0.8%）锰，不仅能改善合金的耐蚀性，而且还能提高合金的强度。少量的钛或钒主要是起细化晶粒的作用，少量硅可以改善合金的焊接性能。

在铝-镁系防锈铝中，铁、铜和锌等是有害的杂质元素，它们能使合金的耐蚀性能与工艺性能恶化，故其含量应严格控制。

在铝-镁合金中，镁在固态铝中虽然有较大的溶解度，且随温度变化亦比较大，但由于铝-镁合金淬火后，在时效过程中形成的过渡相β′与基体不发生共格关系，其时效强化效果甚微，故铝-镁系合金含7%以下的防锈铝均不采用时效处理来提高强度。

为了提高铝-镁系防锈铝的强度，可以采用冷加工硬化的方法使其强度提高。但是，含镁高的铝-镁系防锈铝在冷加工硬化后，随着在室温放置时间的增长，合金的强度、特别是屈服强度明显下降，而延伸率显著提高。而且，这种软化现象随着合金的镁含量和变形度增加而表现得更明显。为了防止高镁防锈铝冷加工后的软化现象，冷变形后应进行稳定化处理，即加热到150℃保温3小时，使之在室温下力学性能稳定化。

2.铝-锰系防锈铝

铝-锰系防锈铝中常见的合金牌号是3A21。锰是该合金的主要组成元素，锰含量在1.0%～1.6%范围内的合金具有较高的强度，同时具有较高的塑性、焊接性以及优良的耐蚀性。当锰的含量超过1.6%时，由于形成大量的脆性化合物MnAl6，虽然强度有所提高，但合金的塑性显著降低，压力加工工艺性能变坏，故防锈铝中锰含量一般不超过1.6%。

铁和硅是合金中的主要杂质。铁降低锰在铝中的溶解度，并能溶于MnAl6中，形成（FeMn）Al6，这是硬而脆的难溶相。实践证明，合金中含有少量铁能细化合金组织，但铁含量过高时，则由于形成大量的（FeMn）Al6相，而显著降低合金的力学性能与工艺性能，降低铸造性，故应严格控制其含量，一般控制在0.6%以下。

铝-锰系防锈铝因其时效强化效果不佳，故不采用时效处理。3A21合金制品的热处理主要是退火。但3A21合金退火时，极易产生晶粒粗大，导致合金半制品在深冲或弯曲时表面粗糙或产生裂纹。为了保证获得细晶粒的3A21合金制品，应提高退火时的加热速度，或在合金中加入少量钛的同时，加入0.4%铁来细化合金组织。或者将铸锭在600～620℃进行均匀化退火，消除锰在晶内和晶间的严重偏析。从而获得均匀细小的晶粒，以改善压力加工工艺性能。

二、硬铝合金

铝-铜-镁系合金是使用较早，用途很广的铝合金。它有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故铝-铜-镁系合金总称为硬铝合金。此外，这类合金还具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在国民经济和国防建设中。

硬铝合金的主要合金元素是铜、镁，此外还含有锰和一些杂质元素铁、硅、镍、锌等。硬铝合金的牌号及化学成分见表6-2。

不同牌号的硬铝合金具有不同的化学成分，其性能特点亦不同。含铜、镁量低的硬铝强度较低而塑性高；含铜、镁量较高的硬铝则强度高而塑性较低。硬铝合金的成分与力学性能的关系，是由合金中形成的强化相所决定的。硬铝合金中铜与镁比值不同，形成的强化相亦不同，其强化相与强化效果亦不同。镁含量低时，形成的主要强化相是θ相(CuAl2)，当镁量增加时，θ相减少，而形成强化效果比θ相更大的、并具有一定耐热性的S(Al2CuMg)相。进一步增加镁含量，则相继形成强化效果较差的T(Al6CuMg4)相与β(Al3Mg2)相。当铜与镁的比值一定时，铜和镁总量愈高，强化相数量愈多，强化效果愈大。

在硬铝合金中除主要元素铜和镁外，还加入一定量的锰。锰能改善硬铝的耐蚀性，细化合金组织，淬火是锰溶于固溶体起固溶强化作用，使淬火硬铝的强度提高30~70MPa。但含锰量过高时塑性显著降低，因此，硬铝合金中的锰含量控制在0.3%～1.0%。此外，锰还能提高硬铝的耐热性能和削弱杂质铁的有害作用。硬铝合金中的锰含量控制在0.3%～1.0%。

铁是硬铝中的有害元素，它不仅能与铝形成金属间化合物FeAl3，降低合金的塑性与耐蚀性能，而且还能夺取合金中的铜形成Cu2FeAl7难溶化合物，减少强化相θ和S的数量，降低时效强化效果。此外，铁还能与硅、锰等元素形成粗大的脆性化合物，使工艺性能变差。因此，在硬铝合金中铁含量一般都控制在0.5%以下。

硅在硬铝中亦是以杂质存在。当合金中铁含量较低时，硅与镁优先形成Mg2Si化合物，消耗一部分镁，使强化相S(Al2CuMg)相减少。从而降低硬铝的自然时效强化效果。硅对硬铝的塑性没有太大的影响，相反当合金中有铁存在时，硅与铁形成Fe2SiAl2相，可以减少由于形成粗大片状的(FeMn)Al2相的是有害元素，作用。在硬铝中硅的含量一般控制在0.5%～0.7%。

镍在硬铝合金中亦是有害杂质。镍能与铜形成AlCuNi难溶化合物，从而减少了强化相θ(CuAl2)、S(Al2CuMg)相的数量，使硬铝的时效强化效果降低，因此镍含量应限制在0.1%以下。

锌在硬铝中以杂质存在，它对硬铝的室温力学性能没有影响，但降低硬铝的热硬性，并增加焊接时形成裂纹的倾向，也需严加控制。

硬铝合金按其合金元素含量及性能不同，可分为三种类型：即低强度硬铝，如2A01、2A03、2A10等合金；中强度硬铝如2A11 等合金；高强度硬铝，如2A12等合金。

1.低强度硬铝

这类硬铝合金镁含量较低（2A10）或含铜、镁量都比较低（2A01）。其主要强化相是θ(CuAl2)相，所以时效强化效果较小，强度比较低，具有较高的塑性，而且时效硬化速度比较缓慢。时效强化后具有较高的剪切抗力，适宜作铆接材料。

2.中强度硬铝

中强度硬铝亦称标准硬铝。这类合金的铜、镁含量都比较高。它在图6-9中（如2A11合金）处于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相区左侧，主要强化相亦是θ(CuAl2)相，其次是S(Al2CuMg)相。但铜和镁总量较高，镁量较低，因此具有较高的强度和较好的塑性。退火后工艺性能良好，可进行冷弯、冲压等工艺过程焊接性能良好，耐蚀性中等。被切削加工性在退火状态比较差，但时效硬化状态被切削加工性良好。主要用作中等载荷的结构零件。

3.高强度硬铝

为了提高硬铝合金的强度和屈服极限，在中强度硬铝的基础上，同时提高铜和镁的含量或单独提高镁的含量而形成高强度硬铝。，如2A12合金。它在图6-9中处于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相区的右侧。其主要强化相是S(Al2CuMg)相，其次是θ(CuAl2)相。由于S相的自然时效强化效果比θ相强，故2A12合金具有比2A11更高的强度和屈服极限以及良好的耐热性，但塑性和某些工艺性能较差些。2A12合金是工业中应用最广泛的一种高强度硬铝合金。

硬铝合金的耐蚀性比防锈铝要差的多，特别是在海水中的耐蚀性更差。所以凡需要在腐蚀环境中工作的硬铝合金零件，其表面都要包一层高纯度铝，以提高其抗蚀能力，但是，包铝的硬铝材料热处理后的力学性能要比未包铝的低些。

硬铝淬火加热的过烧敏感性很大，为获得最大固溶度的过饱和固溶体，2A12合金最理想的淬火温度为500±3℃，但实际生产条件下很难办到，所以2A12合金常用的淬火温度为495～500℃。

硬铝合金淬火加人工时效状态比淬火加自然时效具有更大的晶间腐蚀倾向，所以除高温工作的构件外，一般采用自然时效。2A12合金淬火后自然时效与力学性能的关系。

淬火冷却速度对硬铝合金的强度及耐蚀性都有强烈的影响。当淬火冷却速度低时，由于淬火过程中强化相，如θ(CuAl2)相沿晶界大量析出，而降低自然时效强化效果和增大晶间腐蚀倾向。因此硬铝合金淬火时，在保证不变形开裂的前提下，冷却速度愈快愈好。对于2A11和2A12合金，淬火冷却速度分别不小于20℃/s和14℃/s，通常采用清水作淬火介质。

三、超硬铝合金

铝-锌-镁-铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500～700 MPa，超过高强度的硬铝2A12合金（400～430 MPa），故称为超硬铝合金。超硬铝合金的牌号及化学成分见表6-2。超硬铝合金中，主要合金元素是锌、镁、铜，有时还加入少量锰、铬、钛等元素。

锌和镁是合金的主要强化元素，在合金中形成强化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn3)相，它们在铝中都有很大的溶解度变化，具有显著的时效强化效果。但含锌、镁量过高时，虽然合金强度很高，但塑性和抗应力腐蚀性能降低。

在合金中加入一定量铜，可以改善超硬铝的抗应力腐蚀性能，同时铜还能形成θ(CuAl2)和S(Al2CuMg)相起补充强化作用，提高合金强度。但铜含量超过3%时，合金的耐蚀性反而降低，故超硬铝合金中的铜含量应控制在3%以下。

在超硬铝中加入锰和铬可以提高合金在淬火状态下的强度和人工时效强化效果，同时改善合金的抗应力腐蚀性能。

铁和硅都是有害杂质，。铁与锰形成难溶的复杂化合物相，降低合金的力学性能，并使铆接性能变差。硅在合金中夺取镁形成Mg2Si相，使合金中主要强化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn2)相的数量减少，降低时效强化效果。铁和硅同时存在时，对超硬铝合金的性能影响比单独存在时要小。如铁和硅的含量均低于0.5%。时，实际上对合金的力学性能没有影响。

7A04合金的主要强化相是η相和T相，其次为S相，若在7A04合金的基础上稍提高锌、镁、铜含量，如7A06合金的组织中，η相与T相数量增多，而S相减少，则合金具有更强烈的时效强化效果，故7A06比7A04合金热处理后具有更高的强度，Rm可达600～700 MPa。

超硬铝和硬铝比较，淬火温度范围比较宽。对于6%Zn和含3%Mg以下的合金，淬火温度为450～480℃。但淬火温度不宜超过480℃，否则会降低合金的耐蚀性能。合金淬火时应尽量缩短淬火转移时间，以防止含铜相析出，降低合金时效效果。

超硬铝热处理与硬铝不同，超硬铝自然时效的时间很长，要经50～60天才能达到最大强化效果；此外自然时效的超硬铝比人工时效的具有更大的应力腐蚀倾向，因此超硬铝均采用人工时效处理。为了进一步提高合金的抗应力腐蚀性能，可采用分级人工时效，即在120℃时效6小时，然后再在160℃时效3小时，以进一步消除内应力。

超硬铝若退火后空冷，有淬火效应。因此，退火冷却速度不易过快,一般不大于30℃/h，炉冷至150℃出炉空冷。

超硬铝合金的主要缺点是耐蚀性差。为了提高合金的耐蚀性能，一般板材表面包含有1%Zn的包铝层。此外，超硬铝的室温强度虽比硬铝高得多，但耐热强度不如硬铝，当温度升高时，超硬铝合金中固溶体迅速分解，强化相聚集长大，而使得强度急剧降低。故超硬铝合金不宜在120～130℃温度以上工作。超硬铝主要用作受力较大的结构零件。

四、锻铝合金

铝-镁-硅-铜系合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制造外形复杂的锻件，故称为锻铝合金。锻铝合金的牌号及化学成分见表6-2。

锻铝合金是在铝-镁-硅系合金的基础上发展起来的。铝中加入镁和硅能形成Mg2Si化合物，它在铝中有较大的固溶度，且随温度降低而急剧减小。当Mg2Si相从过饱和固溶体中析出时引起晶格严重崎变，故Mg2Si相是一个极有效的强化相。但是，Mg2Si相具有一定的自然时效强化倾向，若淬火后不立即时效处理，则会降低人工时效强化效果。为了弥补这种强度损失，在铝-镁-硅系中同时加入铜和少量锰。

在铝-镁-硅-铜系中，锰的主要作用不仅是阻止在结晶退火时晶粒粗大，而且还能提高合金的淬火温度上限，从而提高合金在淬火态的强度。加入铜，可显著地改善热加工塑性和提高热处理强化效果，并且还能抑制挤压效应，降低因加入锰而引起的各向异性。

铝-镁-硅-铜系锻铝合金的相组成主要是a、Mg2Si、W(Cu4Mg5Si4Alx)相，当合金中铜含量较高时，亦有θ（CuSi2）和S(Al2CuMg)相。

锻铝合金的热处理由于共同的强化相Mg2Si和W(Cu4Mg5Si4Alx)相在室温下析出缓慢，所以在自然时效时很难达到最大的强化效果，必须采用人工时效。

锻铝合金热处理的共同缺点是淬火后在室温下的停留时间不宜过长，否则显著降低人工时效强化效果。而且停留时间愈长，人工时效强化效果愈差。因此，锻铝合金淬火后应立即进行时效处理。

铸造铝合金

铸造铝合金除要求具备一定的使用性能外，还要求具有优良的铸造工艺性能。成分处于共晶点的合金具有最佳铸造性能，但由于此时合金组织中出现大量硬脆的化合物，使合金的脆性急剧增大。因此，实际使用的铸造合金并非都是共晶合金，它与变形铝合金相比较只是合金元素含量高一些。

铸造铝合金的牌号按着GB/T8063-1994标准，用“ZAl＋主加元素符号和百分比含量＋辅加元素符号和百分比含量＋辅加元素符号和百分比含量……”表示。

铸造铝合金的代号用“铸造”二字的汉语拼音第一个大写字母“ZL”加三位数字表示。第一位数表示合金系别：1表示为铝硅系合金；2表示为铝铜系合金；3表示为铝镁系合金；4表示为铝锌系合金；如ZL110表示10号铝硅系合铸造铝合金，一、铝-硅铸造合金

铝-硅合金具有极好的流动性，铸造收缩性和线膨胀系数小，优良的焊接性、耐蚀性以及足够的力学性能。但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。

在简单的二元铝-硅合金中，加入某些强化元素后组成的多元铝-硅合金称为特殊铝-硅合金。

1.简单的铝-硅合金

简单的二元铝-硅合金（ZL102）是硅含量11%～13%的合金。铸造后的组织为粗大的针状硅与铝基固溶体组成的共晶体和少量的板块状初晶硅。由于组织中粗大的针状共晶硅的存在，合金的力学性能不高，抗拉强度Rm不超过140 MPa，延伸率A不小于3%。

若浇注前在熔融合金中加入2%～3%的变质剂，进行变质处理，则可以细化组织。常用的变质剂为2/3NaF+1/3 NaCl或25% NaF+62.5%NaCl+12%KCl混合物，经搅拌均匀后浇入铸型。

经变质处理后的ZL02合金的抗拉强度Rm达180MPa，延伸率A可达8%。铝-硅合金变质处理虽能细化组织，改善力学性能，但由于变质剂钠易与熔融合金中的气体起反应，使变质处理后的铝合金铸件产生气孔（亦称针孔）等铸造缺陷，为了消除这种铸造缺陷，浇注前必须进行精炼脱气，致使铸造工艺复杂化。故目前对于硅含量小于7%～8%的合金一般都不进行变质处理。

简单的铝-硅合金经变质处理后，可以提高力学性能。但由于硅在铝中的固溶度变化不大，且硅在铝中的扩散速度很快，极易从固溶体中析出，并聚集长大，时效处理时不能起强化作用，故简单铝-硅合金的强度不高。为了进一步提高铝-硅合金的力学性能，常加入铜、镁等合金元素，形成时效强化相，并通过热处理强化，进一步提高力学性能，以扩大其应用范围。

2.含镁特殊铝-硅合金

若在铝-硅合金中加入适量的镁，能形成Mg2Si相，它在α固溶体中的固溶度随温度降低而显著减小。在固溶处理时能全部溶入α固溶体，经时效处理能产生显著的强化效果。但镁的加入量过高时，固溶处理后尚有一部分未溶解的过剩相Mg2Si存在，使合金变脆。

常用的特殊铝-硅合金有ZLl04、ZLl01等合金。例如，ZL104合金的成份标于图中所示位置，在室温时的平衡组织为α固溶体与(α+ Si)二元共晶体以及自α固溶体中析出的Mg2Si相。热处理后的抗拉强度Rm达240 MPa，延伸率为3.6%。铸造、焊接、耐蚀性能等均较高。

3.含铜特殊铝-硅合金

在铝-硅合金中加入铜能形成θ (CuAl2)强化相，通过热处理能进一步提高合金强度。常用的含铜特殊铝-硅合金有ZL107合金， ZL107经热处理后抗拉强度达260MP，延伸率为3%。

4.含铜、镁特殊铝-硅合金

铝-硅合金中同时加铜、镁形成的多元合金。．其组织中除Mg2Si、CuAl2等相外，还有Al2CuMg、W（AlxCu4Mg5Si）等强化相。常用的合金有ZL103、ZL105、ZL110等合金。多元特殊铝-硅合金，因其热处理后具有更高的力学性能，故可用作受力较大的内燃机零件，如缸体、缸盖、曲轴箱等。

二、铝-铜铸造合金

铝-铜铸造合金的最大特点是耐热性高，是所有铸造铝合金中最高的一类合金。其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的收缩率和形成裂纹的倾向则减小。但由于铜含量增加，使合金的脆性增加，故铸造铝台金的铜含量一般不超过14%。铝-铜合金的最大缺点是耐蚀性差，且随铜含量的增加耐蚀性降低。

铜含量不同，铝-铜铸造合金的性能特点不同，其用途并不一样。铜含量4%～5%的合金热处理强化效果最好，具有高的强度和塑性，但铸造性能较差。例如ZL203合金适宜制造形状比较简单强度要求较高的铸件。中等铜含量(8%～10%左右）的合金热处理强化效果较差，但铸造性能较好，例如ZL202合金适宜铸造形状复杂，但强度和塑性要求不太高的大型铸件。铜含量高的合金具有高的耐热性能和优良的铸造性能。适宜铸造形状复杂和在高温工作的铸件，如汽车、摩托车发动机的活塞等。

三、铝-镁铸造合金

铝-镁铸造合金是密度最小（2.55)、耐蚀性最好、强度最高（抗拉强度可达350MP)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差，形成疏松倾向大，其铸造性能不如铝-硅合金好，且熔化浇铸过程中易形成氧化夹渣，使铸造工艺复杂化。此外，由于合金的熔点较低，故热强度较低，工作温度不超过200℃。

常用的铝-镁铸造合金有ZL301、ZL302合金。ZL301合金由α固溶体及其析出的Mg5Al8相所组成。由于铝-镁合金时效处理过程中不经历GP区阶段，而直接析出Mg5Al8相，故时效强化效果较差，且强烈降低合金的耐蚀性和塑性。因此ZL301合金常以淬火状态使用。ZL301合金经固溶处理后抗拉强度Rm达350MPa，延伸率达10%。铝-镁铸造合金常用做制造承受冲击、振动载荷和耐海水或大气腐蚀、外形较简单的重要零件和接头等。

四、铝-锌铸造合金

锌在铝中的溶解度很大，极限溶解度为32%。铝中加入10%以上的锌能显著提高合金的强度，故铝锌铸造合金具有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金，其主要缺点是耐蚀性差。

常用的铝-锌铸造合金是ZL401合金。由于这种合金含有较高(6.0%～8.0%）的硅，又称含锌特殊铝-硅合金。在合金中加入适量的锰、铁和镁，可以显著提高合金的耐热性能。主要用于制作工作温度不超过200℃，结构形状复杂的汽车、飞机零件、医疗机械和仪器零件等。

五、铸造铝合金的热处理特点及代号

铸造铝合金中除了铝-硅合金ZL102、铝-镁合金ZL302外，所有其他合金均能热处理强化。

铸造铝合金与变形铝合金比较，其组织粗大，有严重的晶内偏析和粗大的针状化合物。此外，铸件的形状亦比较复杂。因此，铸造铝合金的热处理除了具有一般变形铝合金的热处理特性外，淬火加热温度一般比较高，保温时间比较长，一般均在15～20小时左右。其次，由于铸件的形状比较复杂，壁厚不均匀，为了防止淬火时引起变形开裂，一般采用温度较高（60～100℃）的水作淬火冷却介质。此外，为了保证铸件的耐蚀性以及组织与性能和尺寸稳定性，凡是需要时效处理的铸件，一般都采用人工时效。

铸造铝合金的热处理可根据铸件的工作条件和性能要求，选择不同的热处理方法。能力知识点6 耐热铝合金

一、耐热铝合金的合金化

耐热铝合金的合金化与耐热钢相类似，主要也是通过固溶强化、过剩相强化和晶界强化等几方面来提高其热强性的。

1.固溶强化

耐热铝合金的固溶强化，要求加入的合金元素与形成的固溶体具有高的热强性，而不显著降低合金的熔点，以保证合金具有较高的再结晶温度。其次，加入的合金元素要能增大原子间的结合力，减慢原子的扩散过程和固溶体分解速度。耐热铝合金通常采用多种合金元素进行合金化。这些合金元素加入后一般降低合金的熔点很少。它们多数是一些熔点比铝高的过渡族元素，常用的合金元素有锰、铁，铜、锂以及稀士元素等。

2.过剩相强化

耐热铝合金大多是多相合金，一定数量的耐热性能好的过剩相是耐热铝合金不可缺少的，熔点高的、成分和结构复杂、并在高温下与共存的固溶体互相作用微弱的过剩相，具有高的热稳定性。铝合金中热稳定性好的过剩相有A12CuMg(S)、AI6Cu3Ni(T),、Al.xCu,4Mg5Si4(W)、AI2FeSi等。

3.晶界强化

在铝合金中加入钛、锆和稀土元素等都能有效地强化晶界。特别是稀土元素能与铝中的多种杂质元素起作用，清除晶界处的杂质、达到净化晶界与提高晶界抗蠕变的目的，从而显著地提高铝合金的耐热性能。

二、耐热铝合金牌号

耐热铝合金根据加工工艺特点不同可分为耐热变形铝合金和耐热铸造铝合金。常用耐热变形铝合金牌号有：2A02、2A16、2A17、2A70、2A80、2A90等；常用耐热铸造铝合金牌号有：ZL110、ZL108、ZL109等，1.耐热变形铝合金

1）．耐热硬铝合金

耐热硬铝合金为铝-铜-锰系合金，常用的有2A02、2A16、2A17合金。铜和锰是这类合金的重要组成元素。铜含量为6.0%～6.5%的合金具有高的再结晶温度，因此耐热性能高；同时铜的加入能形成CuAl2强化相，通过人工时效可使合金强化。锰在铝中的扩散系数小，并降低铜在铝中的扩散速度，减慢α固溶体的分解和减小强化相在高温下聚集长大倾向，是保证合金耐热性的主要元素。合金的锰含量在0.4%～0.5%时，能形成细小弥散的T (CuMn2Al12）相，提高合金的耐热性。但锰含量超过1.2%时，由于T相数量增多，相界面增加，加速了扩散过程，使合金耐热性降低。因此，在耐热硬铝合金的锰含量应控制在0.4%～0.8%。

合金中加入少量钛能细化组织且提高合金的再结晶温度，因而提高合金的耐热性。但钛含量超过0.2%时，反而使合金耐热性降低，故钛含量应控制在0.1%～0 .2%。

2A17合金是在2A16 的基础上加入0.25%～0.45% Mg的合金。镁能提高合金的室温强度，有利于提高合金在150～250℃下的耐热性能，但它使合金的焊接性能变坏，故应控制在0.5%以下。

耐热硬铝主要用于制作挤压和模锻的半制品，制造在200～300℃下工作的零件，如压缩机叶片盘或加工成板材用作常温和高温下工作的焊接容器。

2）.耐热锻铝合金

耐热锻铝合金属于铝-铜-镁-铁-镍系合金，铝-铜-镁-铁-镍系合金属于耐热锻铝合金，常用的牌号是2A70,2A80、2A90合金。这类合金中的主要耐热相为S(A12CuMg)相，因此，合金中应力求使S(A12CuMg)相的数置达到极限值。为此，合金中应相对地降低铜含量，而适当提高镁含量，以保证获得最大数量的S(A12CuMg)相，从而获得优良的耐热性能。

铁和镍按1:1的比例同时加入合金时，能形成FeNiAl9，对提高合金的耐热性有良好的作用。但合金中单独加入铁或镍时，都使合金的耐热性降低。

耐热锻铝合金除了具有较好的耐热性外，还具有小的热膨胀系数，良好的导热性以及加工工艺性能。可加工成各种棒材、锻件以及制作在150～225℃下工作的结构零件。

2.耐热铸造铝合金

活塞是发动机中传递能量的一个重要零件，它在工作时承受高温、高压、并高速地往复运动。因此，作为活塞材料，除了要求密度小、导热性好外，还要求具备优良的耐热性和耐磨性以及良好的加工工艺性。活塞铝合金是典型的耐热铸造铝合金。它是在二元铝-硅合金ZL102的基础上，分别加入一定量的铜、镁、镍、锰及稀土元素等，组成的多元铝-硅铸造合金。其中铝-硅-铜-镁系的ZL110和ZL108以及铝-硅-铜-镁-镍系的ZL109合金，是最常用的耐热铸造铝合金，主要用于制造活塞。

铝-硅合金中加入铜和镁能形成CuAI2和Mg2Si以及W(AI5Mg5Cu4Si4）相，起强化作用，但镁量过高会出现粗大的过剩相Mg2Si，使合金变脆，并使合金的吸气性增加。锰能提高合金的耐热性。它在固溶体中的扩散系数很小，当合金凝固时锰被保留在固溶体中，起固溶强化作用，提高了固溶体在高温下的稳定性，从而提高合金的耐热性。锰还能形成具有高温硬度的T(CuMn2Al12)相，显著提高合金的热硬性。镍在合金中能形成具有热硬性的AI3Ni或〔CuNi）2AI3相，提高合金的热强度。在ZL109合金组织中主是α, Si, Mg2Si, AI3Ni等相。

耐热铝合金的热处理必须保证在工作温度下具有高的组织与性能稳定性。因此，耐热铝合金固溶处理后，均采用人工时效处理。

佳发铝材不是原生铝，是再生铝。

再生铝合金是由废铝合金材料和废旧铝或含铝的废料，经过重新熔化后提炼而得到的铝合金或铝金属，是金属铝的一个重要来源。而原生铝就是用开采铝矿得到的铝矿石，通过电解槽提炼出的纯铝。相对比再生铝，强度、硬度、韧性、抗氧化性能更强，使用寿命更长。

家装里面铝合金饭用得比较少，铝塑用得比较多。铝合金板材成分和铝合金型材差不多，类别 合金名称 合金主要成分（合金系） 热处理和性能特点 举例

铸造铝合金材料 简单铝硅合金 Al-Si 不能热处理强化，力学性能较低，铸造

性能好 ZL102

特殊铝硅合金 Al-Si-Mg 可热处理强化，力学性能较高，铸造性

能良好 ZL101

Al-Si-Cu ZL107

Al-Si-Mg-Cu ZL105 ZL110

Al-Si-Mg-Cu-Ni ZL109

铝铜铸造合金 Al-Cu 可热处理强化，耐热性好，铸造性和耐

蚀性差 ZL201

铝镁铸造合金 Al-Mg 力学性能高，抗蚀性好 ZL301

铝锌铸造合金 Al-Zn 能自动淬火，宜于压铸 ZL401

铝稀土铸造合金 Al-Re 耐热性好，耐蚀性高 ZL109RE

变形铝合

金材料 不能热处理强化铝合

金 工业纯铝 ≥99.90% Al 塑性好，耐蚀，力学性能低 1A99 1050 1200

防锈铝 Al-Mn 力学性能较低，抗蚀性好，可焊，压力

加工性能好 3A21

Al-Mg 5A05

可热处理强化铝合金 硬铝 Al-Cu-Mg 力学性能高 2A11 2A12

超硬铝 Al-Cu-Mg-Zn 室温强度最高 7A04 7A09

锻铝 Al-Mg-Si-Cu 锻造性能好，耐热性能好 6A02 2A70 2A80

Al-Cu-Mg-Fe-Ni