金 A07122 ＿ ＿ HZL-50AЛ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ 5 11 注:YB－冶标，ＨＢ－航空、航天标准。 ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ 二、各元素在铝合金的作用

铜元素（Cu）

548℃时，铜在铝中的最大溶解度为5.65%，温度降到302℃时，铜的溶解度为0.45%。铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5%—5%，铜含量在4%—6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。 硅元素(Si)

在共晶温度577℃时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。

硅是改善流动性能的主要成份。从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。但结晶析出的硅易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。另外，硅可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低。 镁元素（Mg）

镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，铝镁合金的耐蚀性最好，因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金，它的凝固范围很大，所以有热脆性，铸件易产生裂纹，难以铸造。但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。

镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高34MPa。如果加入1%以下的锰，可补充强化作用。加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。 锰元素（Mn）

在共晶温度658℃时，锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。Al-Mn合金是非时效硬化合金，即不可热处理强化。

锰能改善含铜(Cu)，含硅(Si)合金的高温强度，若超过一定限度，容易形成硬点以及降低导热性；能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响。

锰是铝合金的重要元素，可以单独加入形成Al-Mn二元合金，更

多的是和其它合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰。 钛

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。在合金中只需微量可使机械性能提高，但导电率却下降。Al-Ti系合金产生包晶反应时，钛(Ti)的临界含量约为0.15%，如有硼存在可以减少。 铬

铬在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常见的添加元素。600℃时，铬在铝中溶解度为0.8%，室温时基本上不溶解。铬在铝中形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%，并随合金中过渡元素的增加而降低。 锶

锶是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。由于锶的变质有效时间长、效果和再现性好等优点，近年来在Al-Si铸造合金中取代了钠的使用。对挤压用铝合金中加入0.015%—0.03%锶，使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi相，减少了铸锭均匀化时间60%—70%，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。对于高硅（10%—13%）变形铝合金中加入0.02%—0.07%锶元素，可使初晶减少至最低限度，力学性能也显着提高。在过共晶Al-Si合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可顺利地热轧和冷轧。 锆元素

锆也是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入量为0.1%—0.3%，锆和铝形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有锆存在时，会降低钛和硼细化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。

稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。 钒

在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作

用，但比钛和锆的作用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。 钙

在铝合金中固溶度极低，与铝形成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大约5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi，不溶于铝，由于减小了硅的固溶量，可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合金切削性能。CaSi2不能使铝合金热处理强化。微量钙有利于去除铝液中的氢。 铅、锡、铋

元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改善切削性能。铋在凝固过程中膨胀，对补缩有利。高镁合金中加入铋可防止钠脆。 锑

主要用作铸造铝合金中的变质剂，变形铝合金很少使用。仅在Al-Mg变形铝合金中代替铋防止钠脆。锑元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善热压与冷压工艺性能。 铍

在变形铝合金中可改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂。铍是有毒元素，能使人产生过敏性中毒。因此，接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。

三、热处理方法 固溶处理

将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的目的：主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等 ,固溶体的性能。当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。

适用：多种特殊钢，高温合金，特殊性能合金，有色金属。 尤其适用：1.热处理后须要再加工的零件。 2.消除成形工序间的冷作硬化。 3.焊接后工件

时效处理

合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较时间进行时效处理的时效处理工艺，称为工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等

1.自然时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺，称为自然时效处理；

2. 人工时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理；

3. 振动时效处理：振动时效从80年代初起逐步进入实用阶段，振动时效处理则在不加热也不象自然时效那样费时的情况下，用给工作施加一定频率的振动使其内应力得以释放，从而达到时效的目的。 过时效后钢板还会发生时效，只是时效性减弱，因为即使过时效处理后，冷却到室温后铁素体基体中仍固溶了一部分碳氮，随着时间的变化，仍会像平衡态转变，慢慢析出，再有种可能就是发生应变时效，关于应变时效我就不详细说了。另外为了减弱这些碳氮的作用，带钢退火后还必须经过平整处理，消除钢板的上下屈服点，减少钢板在冲压的过程中产生滑移线或者拉伸应变痕，但是上下屈服点过一段时间后仍会再次出现，所以冷轧板就有一定的保质期，一般6个月，所以使用单位买了冷轧板，要经快使用，不能放置很长时间 基本理论是这样的：为了进一步降低固溶碳, 采用一次快冷到低于过时效温度, 然后再加热到过时效温度并实行倾斜过时效处理的所谓“R-OA ”工艺。快冷的目的就是将高温下铁素体晶格中溶解的高浓度的碳, 保持到较低的温度(250 ℃左右) , 使铁素体晶格产生严重的畸变, 从而有利于Fe3C 在铁素体晶格内部形核。Fe3C 形核之后的长大主要取决于热扩散过程, 显然温度越高扩散系数越大, 过时效时间就可缩短, 所以快冷到250 ℃左右之后, 又要加热到400 ℃左右的过时效温度, 以利于过饱和固溶体中的碳尽快析出。但是为降低固溶碳过时效温度也不能固定在400 ℃, 因为随着时效过程的进行, 在400 ℃温度条件下, 铁素体内碳的过饱和度越来越小, 最后接近其平衡浓度, 即接近Fe2 Fe3C 相图PQ 线。如果缓慢降低过时效温度, 即倾斜过时效的话, 碳的平衡浓度将随着温度的降低沿PQ 线而降低, 有利于固溶碳的进一步析出,使最后残余的固溶碳

含量降低, 这一方面可以降低固溶硬化, 更主要的是减小了固溶碳对可动位错的封锁或者钉扎, 使材料的抗时效性能、冲压性能(如制作D I 罐) 显着提高。可以从FE-C的C曲线去理解。

常见的热处理方法

由于热处理工序安排对车削类工艺影响较大，更重要的是往往由于热处理工序安排颠倒，使工件无法继续加工，而且所产生的废品往往是无法挽回的。为此对热处理工序的安排要加以了解，并引起重视。

下面将常见的热处理方法、目的和工序位置的安排分别介绍

如下：

一 、预备热处理

预备热处理包括退火、正火、调质和时效等。这类热处理的目的是改善加工性能，消除内应力和为最终热处理做好组织准备。退火、正火、调质工序多数在粗加工前后，时效处理一般安排在粗加工、半精加工以后，精加工之前。 1.退火和正火

目的是改善切削性能，消除毛坯内应力，细化晶粒，均匀组织；为以后热处理作准备。

例如：含碳量大于0.7%的碳钢和合金钢，为降低硬度便于切削加工采用退火处理；含碳量低于0.3%的低碳钢和低合金钢，为避免硬度过低切削时粘刀，而采用正火适当提高硬度。

一般用于锻件、铸件和焊接件。退火一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前进行。 2.调质

目的是使材料获得较好的强度、塑性和韧性等方面的综合机械性能，并为以后热处理作准备。

用于各种中碳结构钢和中碳合金钢。调质一般安排在粗加工之后，半精加工之前。

调质是最常用的热处理工艺。大部分的零件都是通过调质处理来提高材料的综合机械性能，即提高拉伸强度、屈服强度、断面收缩率、延伸率、冲击功。调质处理能大大提高材料的拉伸和屈服强度， 提高屈强比和冲击功， 使材料具有强度和塑韧性的良好配合。由于屈服强度、疲劳强度、冲击强度的提高，在零件设计时就可以采用更小的材料截面，从而减少机械设备的整体重量，节省零件占用空问和能量消耗。因此在某些场合为了减少机械空间和机械重量在设计过程中要有意识地利用调质工艺。

需要强调的是，一般来讲调质钢应该为中碳钢( C = 0．3％～0．6％)；碳钢中像30、35、40、45、50等钢种则既可以调质处理又可以正回火使用；而对高碳钢和低碳钢则不宜采用调质工艺