铝合金基本知识

一、铝合金的分类及组织特点 １．铝合金的分类及性能特点

温度/合金元素含量1-变形铝合金;2-铸造铝合金;3-不能热处理强化;4-能热处理强化表1 铝合金分类

分类 合金名称 简单铝硅合金 合金系 Al-Si Al-Si-Mg 特殊铝硅合金 Al-Si-Cu Al-Si-Mg-Cu Al-Si-Mg-Cu-Ni 铝铜铸造合金 铝镁铸造合金 铝锌铸造合金 铝稀土铸造合金 不能热处理变形铝合金 能热处理强化铝合金 强化铝合金 防锈铝 硬铝 超硬铝 锻铝 Al-Cu Al- Mg Al- Zn Al-Re Al- Mn Al- Mg Al- Mg-Cu Al- Mg-Cu-Zn Al-Si-Mg-Cu Al- Mg-Cu-Fe-Ni 耐热性能好，铸造性能与抗蚀性能差 力学性能高，抗蚀性好 能自动淬火，宜于压铸 耐热性好 铸造性良好，能热处理强化，力学性能较高 性能特点 铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较低 示例 ZL102 ZL101A ZL107 ZL105,ZL110 ZL109 ZL201 ZL301 ZL401 3A21 5A05 2A11,2A12 7A04,7A09 2A14,2A50 2A70,2A80

铸造铝合金 抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度低 力学性能高 室温强度最高 锻造性能好 耐热性能好 二、铝合金的强化方法

1．固溶强化

在纯铝中加入合金元素（Si Cu Mg Zn Mn Ni……等），形成铝基固溶体，从而提高铝合金的力学性能。 2．时效强化

合金元素在铝中的固溶度随温度的降低而减少，通过加热到一定温度、保温、淬火而得到过饱和的铝基固溶体，过饱和的铝基固溶体在室温下放置一段时间，或加热到某一温度，其强度、硬度随时间的延长而增高，塑性、韧性降低。在室温下放置产生时效的现象叫自然时效。加热产生时效的现象叫人工时效。 3．过剩相强化

合金元素超过其极限溶解度时，这些合金元素与铝或元素间形成硬而脆的金属间化合物，在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 4．变质处理

加入微量元素（钛、锆、铍、锶、稀土等），在合金结晶时，作为晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。

在铝合金液中加入微量钠或钠盐作为变质剂，进行变质处理，细化晶粒可以显著提高其强度和塑性。 5．冷作硬化

金属材料在再结晶温度以下变形，变形后材料即被强化，强化的程度随变形程度、变形温度及材料的性质而不同。同种材料，在同一温度下冷变形时，其变形程度越大，则强度越高。这是不能热处理的防锈铝合金和纯铝的强化方法。 三、铸造铝合金 1．铸造铝合金牌号

1 在牌号的最前面用“Z”表示铸造，其后用化学元素符号及数字表示。例如：○

ZAlSi7Mg表示该平均含硅量为7%,平均含镁量为1%的铸造镁合金。

2 用合金代号表示。合金代号由字母“Z”，“L”（它们分别是“铸”、“铝”的汉语○

拼音第一个字母）及其后的三位数字组成。ZL后面的第一位数字表示合金系列，1—表示铝硅合金；2—表示铝铜合金；3—表示铝镁合金；4—表示铝锌合金。其后的两位数字是表示该组合金的顺序。若为优质合金则在数字后加“A”，例如：ZL101A是铝硅合金，相当于ZAlSi7MgA。

2．合金铸造方法和变质处理代号

S—砂型铸造 J—金属型铸造 R—熔模铸造 K—壳型铸造 B—变质处理 3．铸造铝合金状态代号

F—铸态 T1—人工时效 T2—退火

T4—固溶处理加自然时效 T5—固溶处理加不完全人工时效 T6—固溶处理加完全人工时效 T7—固溶处理加稳定化处理 T8—固溶处理加软化处理 4．压铸用铝合金

表2 压铸用铝合金之成分

化学成分% ALCOA A13 A360 360 218 214 43 85 85 A380 384 JIS Si硅 ADC1 ACD3 ADC4 ADC5 ADC6 ADC7 ADC8 ADC9 11-13 9~1.0 8.5~1.0 8.5~1.0 ≤ 1.0 4.5~9.5 Cu铜 ≤ 0.1 ≤ 0.6 ≤ 0.6 ≤ 0.2 ≤ 0.12 ≤ 0.6 Mg镁 ≤ 0.3 0.4~0.6 0.4-~0.6 4-~0.85 2.5~4 ≤ 0.3 ≤ 0.3 ≤ 0.3 ≤ 0.3 ≤ 0.3 Zn锌 Fe铁 Mn锰 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.1 ≤ 0.4 ≤ 0.5 ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.0 ≤ 1.3 ≤ 1.3 ≤ 1.0 ≤ 1.8 ≤ 0.3 ≤ 0.3 ≤ 0.3 ≤ 0.3 Ni镍 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.1 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 Ti A356 6.5~7.5 ≤ 0.1 0.25~0.45 ≤ 0.0.1 ≤ 0.2 ≤ 0.1 0.08~0.2 ≤ 0.01 Sn锡 AL ≤ 0.1 余量 ≤ 0.1 余量 ≤ 0.1 余量 ≤ 0.1 余量 ≤ 0.1 余量 ≤ 0.1 余量 ≤ 0.3 余量 ≤ 0.3 余量 ≤ 0.3 余量 ≤ 0.3 余量 ≤ 0.8 0.4~0.5 ≤ 1.3 ≤ 1.3 ≤ 2.0 ≤ 1.3 ≤ 1.3 ≤ 0.3 ≤ 0.3 ≤ 0.5 ≤ 0.5 ≤ 0.5 4.5~7.5 2.0~4.85 4.5~7.5 2.0~4.0 2.8~4.0 1.5~3.5 ADC10 7.5~9.5 ADC12 10.5~12 表3 压铸铝合金之机械性能

合金代号 A13 A360 360 218 214 43 85 85 A380 384 A356 ADC1 ACD3 ADC4 ADC5 ADC6 ADC7 ADC8 ADC9 ADC10 ADC12 合金状态 压铸热处理 压铸热处理 压铸热处理 压铸热处理 2 318.5 324 308.7 - - - - 318.5 328.3 295 机械性能 抗拉强度σbMPa（不小于） 伸长率δ5%（不小于） 3.1 3.5 3.0 5 - - - - 2.5 2.5 3.0 压铸热处理 压铸热处理 T6

表4 压铸铝合金之特性及用途 合金代号 A13 A360 218 43 特性 铸造性能极佳，适用于中强度复杂铸件。 铸件机械性能ADC12，表面光泽好于ADC12、ADC13 耐蚀性为压铸合金中最佳者，伸长率、冲击值高。 展延性佳，需要锚合之零件使用之，铸造性、耐压性及熔接性均优。 机械加工性极佳，表面加工效果好。 铸造性佳期，机械性能与切削性能优良。 航空机制动及接头，船舶用接头及用具托架 海上用具、管接头、建筑用具、厨房用品、胶制品铸型 广泛使用之 活塞、带轮、空冷缸头等。 用途 薄而复杂铸件 汽车门铰链等 ADC6 ADC7 A380 384

四、变形铝合金 1．变形铝合金牌号

1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX 6XXX 7XXX 8XXX 9XXX 工业纯铝（Al≥ 99.00%） Al-Cu系合金 Al-Mn系合金 Al-Si系合金 Al-Mg系合金 Al-Si-Mg系合金 Al-Zn系合金 其他元素合金 备用系 在1XXX系列中，第二位数字表示对杂质范围的修改，若为零则表示杂质范围为生产中的正常范围；最后两位数字表示最低含铝量中小数点右边的两位数字。例如：1350—含铝

量大于99.50%,有三种杂质应受到控制，即(V+Ti)≤0.02%，B≤0.05%，Ca≤0.03%。 在2XXX~8XXX合金系列中，第二位数字表示对合金的修改次数，若为零则表示为原始合金；最后两位数字只用来区别该系列合金中不同牌号的铝合金。 2．变形铝合金状态代号

F—经过正常加工工序后所获得的产品状态。 H—应变硬化（加工硬化）状态。 O—退火状态。 T—热处理状态

3．常用变形铝合金热处理状态代号

T1—热加工后自然时效；

T2—热加工冷却后进行冷加工后自然时效； T3—固溶热处理后进行冷加工，然后自然时效； T4—固溶热处理和自然时效后到稳定状态； T5—热加工后人工时效； T6—固溶热处理后人工时效；

T651—固溶热处理后人工时效，经消除应力处理。 4．自行车用变形铝合金的化学成份及力学性能 表5 力学性能

铝合金牌号 及状态 6061-T651 7005-T53 7075-T651 拉伸强度 (25°C MPa) 310 350 572 屈服强度 (25°C MPa) 276 305 503 硬度500kg力10mm球 95 150 延伸率 1.6mm(1/16in)厚度 12 11 11 表6 化学成份

合金 牌号 硅Si 铁Fe 铜Cu 0.15-0.4 1.2-2.0 锰Mn 0.15 0.3 镁Mg 0.8-1.2 2.1-2.9 锆Zr 铬Cr 0.04~0.35 锌Zn 0.25 5.1-6.1 钛Ti 0.15 0.2 6061 0.4~0.8 0.7 7005 7075 0.35 23.6 0.5 0.4 0.05~0.1 0.2~0.7 1.0~1.8 0.08~0.20 0.06~0.2 4.0~5.0 0.01~0.06 0.18-0.28

五、铝合金的热处理规范

1．铝合金热处理特点

1）含碳量较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，而塑性很低。铝合金的热处理则不

同，铝合金淬火后，其强度与硬度并不立即升高，塑性不但没有下降反而上升。不过这种淬火后的铝合金，放置一段时间（4~6昼夜），其强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间的增长而显著提高的现象，称为时效。在常温下进行的这种现象称自然时效，在高于室温的某一温度（100~200℃）下，保温一定时间而产生的时效作用，称人工时效。

2）某些铝合金，如Al-Mg-Si系合金，在室温停留后再进行人工时效，合金的强度指标达不到最大值，而塑性则有所上升。如ZL101A(A356.2)铸造合金，淬火后在室温停留一天后再人工时效，强度极限较淬火后立即时效的要低10~20MPa，但塑性要比立即进行时效的铝合金有所提高。又例如7A04超硬铝合金，淬火后停留2~48小时后，再人工时效，бb和б0.2约降低15~35MPa。为避免强度损失，淬火后所有铝合金均应在2小时内进行人工时效。对6061材料，淬火后必须立即人工时效。

3）二元铝-硅、铝-锰、铝-镁和铝-锌合金，因为其固溶度较小，或与铝生成的化合物的结构与基体差别不大，强化效果甚微，一般不采用时效强化处理。铝-铜、三元及多元铝合金，因在热处理过程中有溶解度变化和固态相变，则可通过热处理进行强化。

4）为获得良好的时效强化效果，在不发生过热、过烧和晶粒长大的条件下，淬火的加热温度高些、保温时间长些有利于获得最大过饱和度的均匀固溶体。

5）每种铝合金均有其相应的时效温度，过高或过低都会影响其时效强化的效果。 6）经淬火、自然时效后的铝合金重新加热到200~250℃，然后快冷到室温，则合金强度下降，重新变软，性能恢复到刚淬火状态；如在室温下放置，则与新淬火的合金一样，仍能进行正常的自然时效，这种现象称为铝合金的回归现象。 2．变形铝合金的热处理

变形铝合金的主要热处理方式有退火、淬火、时效和回归四大类型。 1）退火

铸锭的均匀化退火：消除铸锭内的组织及成分的不均匀现象及残余应力，以利于其后的冷、热加工。按合金的牌号不同，退火温度在440℃~620℃之间，退火保温时间为4~24小时。

完全退火：对于非热处理强化和热处理强化的锻造铝合金，可通过完全退火来获得最软、延展性最好和最易加工的状态。

消除应力退火：对于冷加工后的锻造合金，为了克服应变硬化的影响，常在345℃下进行去应力退火。

2）变形铝合金的淬火（铝合金固溶热处理）

淬火的目的：将固溶热处理时获得的固溶体以快速的冷却方式获得亚稳定的过饱和的固溶体，以便在其后的时效处理时获得高的强度和足够的韧性。

淬火加热温度：淬火加热时，为了使合金中的强化相能充分溶入固溶体中，以及使固溶体的成分均匀，从而在其后的时效处理后得到高的力学性能，希望加热温度在不产生过热的情况下尽可能高。固溶热处理时铝合金的加热温度范围很窄，要求其热处理炉的温度误差在±5℃以内。

保温时间：与加热方式及加热的温度高低、合金成分、工件形状及尺寸、装炉量等因素有关。（可查表或按经验）。

淬冷延时：工件从加热炉到淬冷介质转移，必须在最短时间内完成。以免因空冷而降低强化效果。小件不应超过10秒，大件和大批量零件不超过15秒。

淬冷速度：淬火加热后必须快速冷却，否则会降低固溶体的过饱和度，而降低时效强化的效果。常用水作冷却介质，水温约40℃ 3）变形铝合金的时效

时效的基本参数是加热温度与保温时间。加热速度与冷却速度的影响较小，一般不予考虑。

自行车常用的变形铝合金的热处理规范见表7 表7

合金 6061（LD30） 7005 7A03(LC3) 固溶温度(℃) 525~530 450±5/2.5h 470±5 淬火介质 室温水 空冷 室温水 时效温度(℃) 170~175 160±5 双级100±5 165±5 时效时间(h) 6~8 13h 3/3 硬度(HBS) 95~120 韦氏15~18 ≥150 3．铸造铝合金热处理

1）铝铸件的淬火温度与保温时间：

由于铝铸件的形状复杂、偏析严重、晶粒粗大，通常其淬火加热温度要高一些，保温时间要长一些。 2）淬火介质：

为了减小变形和防止开裂，尺寸较小、形状简单、强度要求高的铸件，用60~80℃的水作冷却介质；尺寸较大、形状复杂、强度要求不高的铸件，用80~100℃的水作冷却介质。

3）铝合金铸件时效

凡是淬火后需要时效处理的铝合金铸件，多采用人工时效。 常用铸造铝合金热处理规范见表8 表8

热处理 状态 T6 T7 T6 T5 T4 淬火 加热温度 ℃ 535±5 535±5 515±5 515±5 435±5 保温时间 h 2~6 2~6 3~8 10~15 8~15 60~100 水温 ℃ 加热温度 ℃ 150±5 250±5 205±5 150±5 290±5 时效 保温时间 h 15 2~4 6~10 2~4 3 空气 冷却介质 合金牌号 ZL101 ZL108 ZL203 ZL301 ZL401