变形铝合金基础理论 铝的强化方式铝的强化方式 2 变形铝合金基础理论 一、铝的基本属性 二、铝合金的牌号、状态和分类 三、铝的强化方式 四、铝的合金化规律 3 变形铝合金基础理论 三、铝的强化方式 4 三、铝的强化方式 u 强化的目的 纯铝的力学性能不高，不适宜制作承受较 大载荷的结构零件。为了提高铝的力学性能， 在纯铝中加入某些合金元素制成铝合金。铝合 金仍保持纯铝的密度小和抗腐蚀好的特点，而 力学性能比纯铝高得多。 5 三、铝的强化方式 u 强化的效果 可热处理强化的铝合金经热处理后其力学 性能可以和钢铁材料相媲美。铝合金与钢铁的 相对力学性能比较列于表2-15中。 6 三、铝的强化方式 u 强化的效果 表2-15 铝合金与钢铁的相对力学性能比较 力学性能 材料名称 低碳钢低合金钢高合金钢铸铁铝合金 相对密度1.01.01.00.920.35 相对比强度极限1.01.62.50.601.83.3 相对比屈服极限1.01.74.20.702.94.3 相对比刚度1.01.01.00.518.5 7 三、铝的强化方式 u 强化的效果 由于铝合金具备上述特性，因此铝合金广泛 应用于机械、汽车、摩托车、自行车、航空及 空间技术等行业和领域。 8 三、铝的强化方式 u 常见的合金化元素 铝在合金化时常加入的合金元素有铜、镁、 锌、硅、锰、铬、镍、钴、钛及锶等，稀土元 素在某些铝合金中也有适量加入。 9 三、铝的强化方式 u 常见的强化方法 合金元素元素对铝的强化作用主要通过以下 几方面实现 ： 、固溶强化 、时效强化 、过剩相强化 、细化组织强化及变质处理 、冷变形强化 10 三、铝的强化方式 、固溶强化 合金元素加入纯铝中形成铝基固溶体，起固 溶强化作用，使其强度提高。根据合金化的一 般规律，形成无限固溶体或有限固溶体型合金 时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良 的塑性与良好的压力加工性能。 11 三、铝的强化方式 、固溶强化 一般铝的合金化都形成有限固洛体，如Al-Cu 、Al-Mg、Al-Zn、Al-Si、Al-Mn等二元合金均形 成有限固溶体， 并且都有较大的极限溶解度（ 见表2-16），能起较大的固溶强化效果。在一 般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、 镁、锰、锌、硅、镍等元素。 12 三、铝的强化方式 表2-16 常用合金元素在铝中的溶解度 （wt%） 元素名称ZnMgCuMnSiCrFeNiTi 极限溶解度 （在一定温度下 ） 380 32.8 450 14.9 550 5.65 660 1.82 580 1.65 660 0.77 655 0.052 640 0.05 665 1.00 室温下的溶解度 （20） 220.20 0.05 0.05 0 0.10.10.1 13 三、铝的强化方式 、时效强化 合金元素对铝的另一强化作用是通过热处理 实现的。但由于铝没有同素异构转变，故铝合 金的热处理强化方法与钢不同。 14 三、铝的强化方式 、时效强化 铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素 在铝中有较大固溶度，且随温度的降低而急剧 减小的特点，故铝合金经加热到某一温度保温 后水中淬火，可以得到过饱和的铝基固溶体。 15 三、铝的强化方式 、时效强化 这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到 某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增 高，但塑性、韧性降低，这个过程称时效。 在室温下放置产生时效称为自然时效，加热 时产生的时效称为人工时效。 16 三、铝的强化方式 、时效强化 时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象 称为时效强化或时效硬化。淬火加时效处理是 铝合金强化的一种重要手段。 17 三、铝的强化方式 、过剩相强化 当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶解 度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体 的第二相出现，称之为过剩相。 18 三、铝的强化方式 、过剩相强化 在铝合金中过剩相多数为硬而脆的金属间化 合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的 作用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低 。 19 三、铝的强化方式 、过剩相强化 合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈 好，但过剩相过多时，由于合金变脆而导致强 度、塑性急剧降低。 20 三、铝的强化方式 、过剩相强化 例如：在二元铝硅铸造铝合金中，其主要强化 手段是通过过剩相强化。在铝硅合金中随着硅 含量增加，过剩相硅晶体的数量增多，合金的 强度、硬度相应提高。 21 三、铝的强化方式 、过剩相强化 但是，当合金中硅含量超过共晶成分时， 由于过剩相数量过多以及多角形的板块状初晶 硅的出现，导致强度和塑性急剧降低，所以二 元铝硅铸造铝合金的硅含量一般不能超过共晶 成分太多。 22 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 在铝合金中添加微量合金元素细化组织是提 高铝合金力学性能的另一种重要手段。 细化组织包括细化铝合金固溶体基体和细化 过剩相组织。 23 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及 稀土等元素，它们能形成难熔化合物，在合金 结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，提 高合金的强度和塑性。 24 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 例如，在锻造铝合金中为细化组织通常添加 0.05%-0.15的钛进行细化，铝锰防锈铝合金 铸锭中的组织细化，一般添加0.02%-0.30%钛 进行细化，通常钛以Al-Ti-B合金形式加入。 25 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 铸造铝合金中常加入微量元素作变质剂， 进行变质处理来细化合金组织，提高材料的强 度和塑性。 26 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 变质处理对不能热处理强化或强化效果不 大的铸造铝合金和变形铝合金具有特别重要的 意义。 27 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 如在铝硅铸造铝合金中加入微量钠或钠盐或 锑作变质剂进行变质处理，细化组织可以显著 地提高塑性和强度。 28 三、铝的强化方式 、细化组织强化及变质处理 同样在铸造铝合金中加入少量锰、 铬、 钴 等元素能使杂质铁形成的板块状或针状化合物 AlFeSi 细化，提高塑性，加入微量锶可消除或 减少初晶硅，并使共晶硅细化；粒子园整度提 高。 29 三、铝的强化方式 、冷变形强化 冷变形强化亦称冷作硬化，即金属材料在再 结晶温度以下的冷变形。冷变形后材料即被强 化，强化的程度随变形度、变形温度及材料本 身的性质而不同。 30 三、铝的强化方式 、冷变形强化 同一种材料在同一温度下冷变形时，变形 度越大则强度越高。但塑性随变形程度的增加 而降低。 31 三、铝的强化方式 、冷变形强化 冷变形强化是金属材料常用的强化方法之 一，不能热处理强化的纯铝、防锈铝合金主要 采用冷变形强化。 32 三、铝的强化方式 、冷变形强化 冷变形时，金属内部位错密度增大，且相互 缠结并形成胞状结构，阻碍位错运动。变形度 越大位错缠结越严重，变形抗力越大，强度越 高。 33