铝及铝合金

第1章铝及铝合金1.1概述1.2工业纯铝1.3铝合金1.4铝合金应用铸造有色金属及其合金牌号表示方法统一如
下:①铸造有色纯金属的牌号为Z+该金属元素符号+纯度百分含量数字(或用一短横加顺序号)。如ZAl
99.5和ZTi-1。②铸造有色合金的牌号为Z+基体元素符号+主要合金元素符号及其名义百分含量数字+其他合金元
素符号及其百分含量数字。如ZAlSi7Cu4、ZCuZn31Al2、ZSnSb11Cu6等。混合稀土元素符号用
RE表示。优质合金在牌号后标注字母“A”。铸造铝合金包括：Al-Si系：代号为ZL1+两位数字顺
序号Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号Al-Zn系：代号为ZL4+两位数
字顺序号⑴Al-Si系铸造铝合金在普通铸造条件下，ZL102组织几乎全部为共晶体，由粗针状的硅晶体和?固溶体组成，强度和
塑性都较差。生产上用钠盐变质剂进行变质处理，得到细小均匀的共晶体加一次?固溶体组织，以提高性能。加入其他合金元素的铝硅铸
造合金称复杂(或特殊)硅铝明。Al-Si系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能。⑵Al-Cu
系铸造铝合金这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。⑶Al-
Mg系铸造铝合金这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差,耐热性低。⑷Al-Zn系铸造铝合金
这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。⑶平衡相θ：θ是正方点阵：a＝b＝0.905n
m，c＝0.486nm，一般与基体不共格，但亦存在一定的结晶学位向关系，其界面能高，形核功也高。为减小形核功，往往在晶界处形核，所
以平衡相形核是不均匀的。淬火态，单相固溶体，铜原子在基体中混乱分布时效初期，单相固溶体中形成保持共格界面的GP区时效后期，形
成半共格界面的过渡相高温时效，固溶体中析出非共格界面的平衡相Al－4％Cu：自然时效初期有一段孕育期，强度提高不明显，维持在
250MPa左右，孕育期后3～5天强度明显提高，增至400MPa左右，并趋于稳定。人工时效曲线：随着加热温度的提高，时效强化的速
度加快，但强化效果变差。2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金2.2铝合金共析钢淬火与铝合金固溶的区别工艺
操作相同，即加热、保温和快冷。共析钢退火态组织为珠光体，淬火加热时转变为单相奥氏体，淬火过程中奥氏体转变为马氏体。共析钢淬火后
形成的马氏体硬而脆，铝合金退火态组织为固溶体及分布其上的强化相，固溶加热时固溶体基体因强化相的溶入而引起成分变化，其晶体结构并未
改变，固溶冷却过程中，晶体结构也完全不发生变化，仅是将高温固溶体强制冻结到室温。铝合金固溶后的基体仍保持了铝合金原有的良好塑性，
并原有的强化相溶入基体使塑性进一步提高，强度因基体合金元素浓度的提高而提高共析钢的淬火铝合金的固溶处理2.2.3铝合金的
固溶时效强化2.2.2铝合金的强化2.2铝合金2.2铝合金2.2.4铝合金的合金化铝合金强化是以Al与合金
元素间形成的金属间化合物在固溶体中的溶解度变化为基础。各元素在铝中的极限溶解度：Zn（31.6→2）、Mg（17.4→1）
、Cu（5.65→0.5）、Mn（1.82）、Si（1.65）、Ag（56.5）、Ge（7.2）、Li（4.2）、Ti（1.3）
Zn、Mg、Cu、Si与Al组成的二元和三元化合物在Al中的溶解度随温度的降低而强烈地减小，故可通过热处理来提
高强度，能形成这种化合物或强化饱和固溶体。Al—Zn—Mg—Cu系，为热处理强化型Al合金。
Al—Mg、Al—Si和Al—Mn等，加入的台金元素虽然也有明显的溶解度变化，但热处理强化效果不大，只能以退火或冷作硬化状态应用
，故称之为非热处理强化型铝合金。Cr、Mn、Zr等在Al中的溶解度很小，但明显改善合金强度和抗蚀性、抑制再结晶和
细化晶粒。铝锭2.2.4铸造铝合金2.2铝合金铸造铝合金铝锌系合金铝镁系合金铝铜系
合金铝硅系合金铸造、机械性能良好高温强度高（耐热），易腐蚀强度、塑性高，耐腐蚀，铸造时易氧化强度高，
易腐蚀，价格低2.2.4铸造铝合金2.2铝合金又称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅
二元合金，称为简单硅铝明.577℃12.7%未变质处理经变质处理ZL102的铸态组织活塞(裙部为铝硅合金)用于
制造飞机、仪表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞等。余量Be0.15～0.400.10～0.300.35～0.55
6.5～8.5ZL116ZAlSi8MgBe余量Sb0.1～0.251.2～1.80.4～0.654.8～6.2
ZL115ZAlSi5Zn1Mg余量Be0.04～0.070.10～0.200.45～0.606.5～7.5ZL11
4AZAlSi7Mg1A余量0.10～0.350.10～0.350.4～0.61.3～1.88.0～10.0ZL1
11ZAlSi9Cu2Mg余量0.2～0.55.0～8.04.0～6.0ZL110ZAlSi5Cu6Mg余量Ni
0.8～1.50.8～1.30.5～1.511.0～13.0ZL109ZAlSi12Cu1Mg1Ni1余量0.3～0
.90.4～1.01.0～2.011.0～13.0ZL108ZAlSi12Cu2Mg1余量3.5～4.56.5～7
.5ZL107ZAlSi7Cu4余量0.10～0.250.3～0.50.3～0.51.0～1.57.5～8.5Z
L106ZAlSi8Cu1Mg余量0.4～0.551.0～1.54.5～5.5ZL105AZAlSi5Cu1MgA
余量0.4～0.61.0～1.54.5～5.5ZL105ZAlSi5Cu1Mg余量0.2～0.50.17～0.35
8.0～10.5ZL104ZAlSi9Mg余量10.0～13.0ZL102ZAlSi12余量0.08～0.20
0.25～0.456.5～7.5ZL101AZAlSi7MgA余量0.25～0.456.5～7.5ZL101ZAl
Si7MgAl其他TiMnZnMgCuSi主要元素(质量分数)(%)合金代号合金牌号在200℃以下工作
的内燃机气缸头、活塞等702235固溶处理+完全时效金属型0.2?0.50.17?0.358.0?1
0.5ZL104ZAlSi9Mg504135砂型变质处理形状复杂的仪表壳体、水泵壳体、工作温度在200℃以下高气
密性、低载零件等503145退火金属型10.0?13.0ZL102ZAlSi12701225砂型变质处
理固溶处理+完全时效602195砂型形状复杂的零件，如飞机仪表零件、抽水机壳体、柴油机零件等602205
固溶处理+不完全时效金属型0.25?0.456.5?7.5ZL101ZAlSi7MgHBSδ/%σb
/MPaMnMgSi用途举例力学性能热处理方法铸造方法化学成分w/%代号牌号典型铸造铝硅合金的成分、性能
和应用汽缸头常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等。主要用于制造在较高温度下工作的
高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。余量Ni0.2～0.3Zr0.15～0.25RE4.4～5.00.9～1.20.
15～0.253.0～3.41.6～2.0ZL207ZAlRE5Cu3Si2余量Cd0.15～0.25V0.05～0
.3Zr0.05～0.2B0.005～0.060.15～0.350.3～0.54.6～5.3ZL205AZAlCu5
MnCdVA余量Cd0.15～0.250.15～0.350.6～0.94.6～5.3ZL204AZAlCu5MnCd
A余量4.0～5.0ZL203ZAlCu4余量0.15～0.350.6～1.04.8～5.3ZL201AZAl
Cu5MnA余量0.15～0.350.6～1.04.5～5.3ZL201ZAlCu5MnAl其他TiMnMg
CuSi主要元素(质量分数)(%)合金代号合金牌号典型铸造铝铜合金的成分、性能和应用形状简单的中载零件，如托架、
在200℃以下工作并切削加工性好的零件等。703215固溶处理+不完全时效砂型4.0?5.0ZL203ZAl
Cu4904335固溶处理+不完全时效在300℃以下工作的零件，如发动机机体、气缸体等708295固溶处理
+自然时效砂型Ti0.15?0.350.6?1.04.5?5.3ZL201ZAlCu5MnHBSδ
/%σb/MPa其他MnCu用途举例力学性能热处理方法铸造方法化学成分w/%代号牌号常用代号
为ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Si1)等.主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下
工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。鼓风机密封件等(ZL102、301)1.1概述1825年由丹麦化学家奥斯德发现
。1827年德国化学家武勒重复了奥斯德的实验，并不断改进制取铝的方法。1854年德国化学家德维尔用钠代替钾还原氯化铝，制得铝锭。
地壳中含量7%以上，在全部化学元素中含量占第三位(仅次于氧和硅)，在全部金属元素中占第一位。铝呈银白色，密度2.702g/cm3
，熔点660.37℃，沸点2467℃。铝热法：用铝从其它氧化物中置换金属。如：
8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe+795千卡高温下铝也与非金属反应，亦溶于酸或碱中。但与水、硫化物，浓硫
酸、任何浓度的醋酸，以及一切有机酸类均无作用。铝以化合态存在于各种岩石或矿石里，如长石、云母、高岭土、铝土矿、明矾。铝由其氧化
物与冰晶石（Na3AlF6）共熔电解制得。纯铝大量用于电缆、日用器皿；其合金质轻而坚韧，是制造飞机、火箭、汽车的结构材料。1.
2工业纯铝1.2.1纯铝的特性铝：原子序数为13，原子量为26.98，面心立方结构，熔点660℃，密度2.702，晶格常
数4.05?，原子直径2.86?，标准电极电位－1.67V高的耐大气腐蚀性：铝在大气中极易和氧作用生成一层牢固致密的氧化膜，厚
度约为50～100?，可防止铝继续氧化；即使在熔融状态，仍然能维持氧化膜的保护作用。因此，铝在大气环境中是抗蚀的。Al2O3膜具
有酸、碱两重性，因此，纯铝除在氧化性的浓硝酸(80～98％)中有极高的稳定性外(优于Ni—Cr系不锈钢)，在硫酸、盐酸、碱、盐和海
水中均不稳定。良好的低温性能、无低温脆性：在摄氏零度以下随着温度的降低，其强度和塑性提高。高的导电性：位于银、铜、金之后。高
的导热性：热交换器。无磁性：冲击不产生火花，用于制作如仪表材料、电气设备的屏蔽材料，易燃、易爆物的生产器材等。低强度、高塑性：
强度为80MPa~130MPa，延伸率30~50%，铝箔。1.2.2铝中杂质主要杂质为Fe和Si，其
次有Cu、Zn、Mn、Ni、Ti等。Fe、Si含量及相对比例(铁硅比)对纯铝性能有很大影响。共
晶温度时的极限溶解度，铁0.052％、硅1.65％，并随温度下降而急剧减小。铝中存在很少的铁或硅时就出现FeAl3或β(Si)，
它们性质硬脆，使纯铝塑性变差，尤其针状的FeAl3影响更甚。Fe、Si共存时，出现FeAl3和β(Si)相、α(F
e3SiAll2)及β(Fe2Si2Al9)。WFe>WSi，富Fe化合物α(Fe3SiAl12)。WSi>WFe，富Si
p(Fe2Si2)，骨骼状α(Fe3SiAll2)，枝条状α(Fe3SiAll2)，粗针状β(Fe2Si2Al9)。这些相又硬又脆
，使铝的塑性急剧下降，后者尤为严重。硅含量控制要求更严格，Fe：Si≥2～3。铝中铁硅比不当时，会引起纯铝铸锭产
生裂纹。W(Fe+Si)小于0.65％时，WFe>WSi以减少铸锭开裂倾向。W(Fe+Si)大于0.65％时，共晶数量增加，
热裂纹易被共晶液体充填而愈合。所以铁硅比的影响减小。FeAl3、α、β相的电位比铝高，破坏了纯铝表面氧化膜的连续性
，因而降低了纯铝的耐蚀性，同时也降低了纯铝的导电性。1.2工业纯铝1.2工业纯铝1.2.3纯铝的牌号旧标准新标准
LG1、LG2、LG3、LG4、LG5L2、L3、L4、L6、L4-1、L5-18A06：Al：余量、Si≤0.55、
Cu≤0.10、Mg≤0.10、Zn≤0.10、Mn≤0.10、Fe：0.000～0.500、FeSi：0.0
00～1.500注：单个:≤0.05;合计:≤0.151A85、1A90、1A93、1A97、1A99、1060、
1050A、1035、8A06、1A30、1100LG1、LG2、LG3、LG4、LG5、L2、L3
、L4、L6、L4-1、L5-1高纯铝：≥99.999℅工业高纯铝：99.95℅～99.996℅
工业纯铝：99.00℅～99.85℅高纯铝牌号Al含量%SiFeCuPbZn
GaTiCdAgIn总量Al-0599.9992.82
.82.80.51.00.51.00.20.20.210.0(pp
m)Al-05599.9995Si+Fe+Cu+Zn+Ti+Ga5.0(ppm)工业
高纯铝牌号Al含量%FeSiCuZ
nTi其它杂质每种总和Al99.99699.9960.00100
.00100.00150.0010.0010.0010.004
Al99.99399.9930.00150.00130.00300.001
0.0010.0010.007Al99.9999.990.00
300.00300.00500.0020.0020.001
0.04Al99.9599.950.020.020.01
0.0050.0020.0050.05工业纯铝牌号
Al含量%FeSiCuGaMg其它每种
总和Al99.8599.850.120.080.0050.0300.
0300.0150.15Al99.8099.800.150.10
0.010.030.030.020.20Al99.70
99.700.200.130.010.030.030.
030.30Al99.6099.600.250.180.01
0.030.030.030.40Al99.5099.50
0.300.250.020.030.050.03
0.50Al99.0099.000.500.450.020.05
0.050.051.001.2工业纯铝12001CAl99-
A12001200-1200(L5)11003L54Al99.0A2A11001100Al
99.01100(L5-1)1050A1BAl99.5A1-1050Al99.51050A(L
3)---A0A10601060-1060(L2)1070A-Al99.7A00
A10701070Al99.71070(L1)-1AAl99.8AB2A10801080
Al99.81A80(LG1)--Al99.9AB11N901090-1A90(LG2)-
S1Al99.98RAB0001N991199-1A99(LG5)法国(NF)英国(BS)
德国(DIN)原苏联(ΓOCT)日本(JIS)美国(AA)国际(ISO)中国(GB)1.2工业纯铝1.
2.4纯铝的应用高纯铝主要用于科研、化学工业、电子工业以及其它一些特殊用途。日常生活用品用1050A(L3)制造。大部分纯铝
用于熔制铝合金，有些纯度不高的铝有时也用来加工成各种半成品。1A50食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉1
A60要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途1070用于加工需要有良好的成形性和高
的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印
刷板、铭牌、反光器具1A45包装及绝热铝箔，热交换器1A99电解电容器箔，光学反光沉积膜超高纯铝：5N5
-6N的超高纯铝（每种杂质的最大含量0.4ppm）比原铝更好的导电性、延展性、反射性和抗腐蚀性，在电子工业及航
空航天等领域有着广泛的用途。半导体制造业用溅射靶材：制造芯片时，等离子态铝沉积于硅片上形成一层薄而均匀、缺陷极少的铝膜，随后在膜
上涂一层感光性树脂，经曝光腐蚀掉无用的部位(未感光的树脂)，而保留的极窄的铝条便是所需的导电体。???集成电路配线：超高纯铝中
的痕量杂质铀与钍是越少越好，因为它们是放射性元素，在不断释放α粒子，造成集成电路出现故障，使程序失误与混乱。超高纯铝5N2
U+Th<5ppb（wt%）、超高纯铝5N5U+Th<1ppb（wt%）超导电缆稳定化材料：5N2及5N5靶材应用于平板显
示器用溅射靶材。电气电子材料：5N2超纯铝用于制造光电子存储媒体，如CD、CD-ROM、CD-RW、数据盘或微型盘、DVD银
盘等。在银盘中用5N超纯铝溅射膜作为光反射层。pmpartperthousand千分之一；ppmpartpe
rmillion百万分之一；ppbpartperbillion10亿分之一；pptpartpert
rillion万亿分之一1.2工业纯铝2.2.1铝合金的牌号、分类与应用2.2铝合金形变铝合金：相图中D点以左
的部分。该类铝合金加热至固溶线FD以上时能形成单相α固溶体，塑性好，适用于压力加工成形。不能热处理强化的形变铝合金：相图中F点
以左的部分，组织为单相固溶体，且其溶解度不随温度而变化，无法进行热处理强化；可热处理强化的形变铝合金：相图中F和D之间的形变铝
合金，固溶体的溶解度随着温度而显著变化，可进行热处理强化。铸造铝合金：相图中D点以右的部分，有共晶铝合金、亚共晶铝合金和过共晶
铝合金之分。按铝合金所处相图的位置分类：铝合金:形变铝合金、铸造铝合金纯铝中加入适量其它元素如Si、Cu、Mg、Zn等即
为铝合金2.2铝合金2.2.1铝合金的牌号、分类与应用旧标准新标准按铝合金加入合金元素种类分类：按加入合金元素后
铝合金的性能特点分类：4A01、4A13、4A17、5A41、5A66LT1、LT13、LT17、LT41、LT6
6特殊铝7A03、7A04、7A09、7A10、7003LC3、LC4、LC9、LC10、LC12超
硬铝6A02、6B02、6070、2A50、2B50、2A70、2A80、2A90、2A14、4A11、6061、
6063LD2、LD2-1、LD2-2、LD5、LD6、LD7、LD8、LD9、LD10、LD11、LD30、L
D31锻铝2A01、2A02、2A04、2B11、2B12、2A10、2A11、2A12、2A06、2A16、2
A17LY1、LY2、LY4、LY8、LY9、LY10、LY11、LY12、LY6、LY16、LY17
硬铝5A02、5A03、5A05、5B05、5A06、5A12、5B06、5A13、5A33、5A43、3A21、50
83LF2、LF3、LF5、LF10、LF6、LF12、LF14、LF13、LF33、LF43、LF21、L
F5-1防锈铝7A01、1A50LB1、LB2包覆铝新旧牌号对照2.2.1铝合金的牌号、分类与应用2.
2铝合金防锈铝合金：5A02、5A03、5A05、5B05、5A06、5A12、5B06、5A13、5A33、5A43
、3A21、5083LF2、LF3、LF5、LF10、LF6、LF12、LF14、LF13、LF33、LF43
、LF21、LF5-1主加元素为Mn或Mg，形成Al-Mg《5×××》或Al-Mn《3×××》Mg：是固溶强化和降低密度，
对耐蚀性能的影响较小；Mn：提高合金的抗蚀能力和固溶强化。该类合金为单相固溶体，具有较强的抗腐蚀能力以及较好的冷变形能力和
焊接性能，不能时效强化，但可形变强化。5A05:5%Mg、0.3～0.6%Mn:270MPa、18%（退火态）3A21:
1.0～1.6%Mn:170MPa、23%（退火态）2.2.1铝合金的牌号、分类与应用2.2铝合金5A02飞
机油箱与导管，焊丝，铆钉，船舶结构件5A03中等强度焊接结构，冷冲压零件，焊接容器，焊丝，可代替5A025A05焊接结
构件，飞机蒙皮骨架5A06焊接结构，冷模锻零件，焊拉容器受力零件，飞机蒙皮骨部件5A12焊接结构件，防弹甲板3A21
飞机油箱、油路导管、铆钉线材等；建筑材料与食品等工业装备等2.2铝合金Al-Cu合金中再加合金元素Mg或Mn形成的
Al-Cu-Mg和Al-Cu-Mn系铝合金。Al-Cu-Mg系硬铝称为普通硬铝Al-Cu-Mn系硬铝称为耐热硬
铝硬铝可通过热处理（固溶＋时效）强化，也可形变强化。硬铝存在两点不足，一是抗蚀性差，由于合金中含有大量的铜，而
含铜固溶体和化合物的电极电位均高于晶界，因此易产生晶界腐蚀，使用过程中需采取包铝阴极保护、喷漆等防腐措施。二是硬铝的固溶处理温度范
围窄。如2A12（LY12）为495～503℃。低于该温度时固溶体的过饱和度不足，影响时效效果；高于该温度时，又易产生晶界熔化
。2A12：3.8~4.9%Cu、1.2~1.8%Mg、0.4~0.8%Mn：480MPa、10%（固溶+时效）硬铝合金
2A01、2A02、2A04、2B11、2B12、2A10、2A11、2A12、2A06、2A16、2A17LY
1、LY2、LY4、LY8、LY9、LY10、LY11、LY12、LY6、LY16、LY172.
2.1铝合金的牌号、分类与应用2A01≤100℃的结构铆钉2A02200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气
机叶片2A06150~250℃的飞机结构及125~250℃的航空器结构铆钉2A10强度比2A01高，用于制造≤10
0℃的航空器结构铆钉2A11飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度
的螺栓与铆钉2A12航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件2A14形状复杂的自由锻件与模锻
件2A16250~300℃的航天航空器零件，室温及高温工作的焊接容器与气密座舱2A17225~250℃的航空器零件
2A50形状复杂的中等强度零件2A60航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等2A70飞机蒙皮，航空器发
动机活塞、导风轮、轮盘等2A80航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件2A90航空发动机活塞
2.2铝合金硬铝合金2.2.1铝合金的牌号、分类与应用2.2铝合金超硬铝合金7A03、7A04、7A09、7
A10、7003LC3、LC4、LC9、LC10、LC12为Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量的铬和锰。形变
铝合金中力学性能最高，抗拉强度达600～700MPa。超硬铝的热处理强化效果（固溶＋时效）最显著，热塑性好，易加工成形，但缺口敏感
性大，疲劳极限低，抗蚀性差，高温下软化快。7A04：5.0~7.0%Zn、1.4~2.0%Cu、1.8~2.8%Mg、
0.2~0.6%Mn600MPa、9%7A09用于制造飞机中要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件
7A04飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等2.2.1铝合金的牌号、分类与应用2.2铝合
金锻造铝合金6A02、6B02、6070、2A50、2B50、2A70、2A80、2A90、2A14、4A11、60
61、6063LD2、LD2-1、LD2-2、LD5、LD6、LD7、LD8、LD9、LD10、LD11、LD
30、LD31锻铝有Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe-Ni等合金系。该类合金的合金元素种类多而含
量少，具有良好的热塑性和锻造性，并可热处理强化。Al-Mg-Si系合金：宜于制造形状复杂的型材和锻件，如飞机和发动机中工艺性和耐
蚀性要求较高的零件；Al-Cu-Mg-Si系合金：用于制造形状复杂、承受中等载荷的各类大型锻件和模锻件，但该合金有应力腐蚀和晶界
腐蚀的倾向，不宜作薄壁零件；Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金：因含有较多的Fe、Ni，因而具有较高的耐蚀性能，适宜于制造发动机
的活塞、汽轮机叶片等耐高温和耐腐蚀的零件。2.2.1铝合金的牌号、分类与应用6005挤压型材与管材，用于要求强度较高的
结构件，如梯子、电视天线6009汽车车身板6010薄板，汽车车身6061用于一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业
结构件，如卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材6063建筑型材，灌溉管材以及供车辆、
台架、家具、栏栅等用的挤压材料6066锻件及焊接结构件的挤压材料6070重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材6
101公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等6201高强度导电棒材与线材6205厚板、踏板与耐高冲击的挤压件6
262要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件6351车辆的挤压结构件，水、石油等的输送管道6463
建筑与各种器具型材，以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件6A02飞机发动机零件，形状复杂的锻件与模锻件锻造铝合金
2.2铝合金2.2.1铝合金的牌号、分类与应用合金类别代号主要化学成分,%热处理机械性能CuM
gMn其它σbMPa?%HB防锈铝5A054.5~5.50.3~0.6退火27018703A21
1.0~1.61702330硬铝2A012.2~3.00.2~0.5固溶处理+自然时效3002470
2A113.8~4.80.4~0.80.4~0.8420181002A123.8~4.91.2~1.80.3~
0.948011131超硬铝7A041.4~2.01.8~2.80.2~0.6Zn5.0~7.0固溶处理
+人工时效600121507A062.2~2.82.5~3.20.2~.5Zn7.6~8.6680719
0锻铝5A501.8~2.60.4~0.80.4~0.8Si0.7~1.2420131055A701.9~
2.51.4~1.8Ni1~1.5Fe1.0~1.5440131205A103.9~4.80.4~0..8
0.4~1.0Si0.5~1.248010135典型铝合金固溶时效后的性能2.2.1铝合金的牌号、分类与应用2.2
铝合金旧标准2.2铝合金新标准2.2.1铝合金的牌号、分类与应用加工状态2.2.2铝合金的强化2.2
铝合金固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细晶强化、冷变形强化固溶强化：无限互溶合金系的组元间具有相似的物理
化学性质、原子尺寸差异小，固溶体晶格畸变程度较低，因而固溶强化效果不大。如铝锌、铝银合金系，固溶强化作用差，因此，Al-Zn、Al
-Ag简单二元合金没有实用价值。固溶强化效果主要取决于基体金属与合金元素原子半径差别的大小，原子半径差别越大，强化效果越
明显，采用溶解度超过1％的其他几个元素，如Al-Mg，Al-Cu、A1-Mn、A1-Si合金系有实用价值。用多元少量合金
化来形成新的强化相或改变沉淀硬化特性，使固溶强化效果更大，如Al-Cu-Mg系，可形成CuAl2(θ相)、Al，CuMg(S相)等
强化相，从而使合金获得显著强化。沉淀强化(时效强化)：铝合金固溶强化效果有限，要想获得高强度，必须配以时效强
化处理。合金元素在铝中要有较大的极限溶解度，其溶解度随温度的降低而急剧减小，时效过程中形成均匀、弥散分布的共格或半共格过渡相，这种
相在基体中能造成较强烈的应变场，提高对位错运动的阻力，从而提高合金的强度。可热处理强化铝合金：A1-Cu-Mg、Al-M
g-Si和Al-Zn-Mg系。过剩相强化：加入铝中的合金元素量超过其极限溶解度时，固溶加热后便有一部分不能溶入固溶体的
第二相出现，称之为过剩相。铝合金中的过剩相多为硬而脆的金属间化合物，在合金中起阻碍位错滑移的作用，使强度、硬度提高，而塑
性、韧性降低。Al-Si共晶铸造合金的主要强化手段是靠过剩相强化。随着硅含量增加，过剩相的数量增多，合金的强度、硬度相应
提高。但硅含量不能超过共晶成分太多，以免出现多角形的板块状初晶硅，导致强度和塑性的急剧降低。细晶强化：铝合金中添加微量
合金元素使铝合金固溶体基体和过剩相组织细化，以提高铝合金机械性能，这是细晶强化。铸造铝合金：加入微量元素(变质剂)进行
变质处理来细化铸态组织。变质处理适用于不能热处理强化或强化效果不大的铝合金。如铸造铝硅合金中加入微量钠或钠盐或者锑等变质剂进行变质
处理，细化组织，可以显著提高强度和塑性；铸造铝合金中加入少量锰、铬或钴等使杂质铁的板块状或针状化合物AlFeSi细化，从而提高塑性
。变形铝合金中添加微量钛、锆、铍以及稀土元素，能形成难熔化合物，合金结晶过程时作为非自发晶核，起到细化晶粒作用，提高合金
的强度和塑性。例如铝锰合金中添加0.02～0.3％Ti可细化组织。2.2.2铝合金的强化2.2铝合金2.2.3铝
合金的固溶时效强化(固溶时效强化机制及步骤)2.2铝合金固溶处理：通过高温加热使铝合金中的强化相溶入基体，随
后快冷以抑制强化相在冷却过程中重新析出，以获得铝基过饱和固溶体的过程。时效处理：过饱和固溶体在室温下放置一段时间
或加热到一定温度保温一定时间后，基体中析出新相的过程。自然时效：过饱和固溶体在室温下放置一段时间的时效
人工时效：过饱和固溶体加热到一定温度保温一定时间的时效固溶时效处理的一般步骤⑴固溶处理：将合金加热到固溶线
以上、固相线以下温度保温，获得成分均匀的固溶体组织。⑵淬火：将固溶处理后的工件快冷到较低温度，得到过饱和单相固
溶体。（与钢淬火组织不同）⑶时效：使过饱和固溶体中析出细小弥散沉淀相的过程。自然时效：室温下时效；
人工时效：在高于室温（固溶温度与室温之差的15％到25％）进行时效。2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金Al－4
%Cu铸态组织及淬火态组织2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金脱溶（或沉淀）：从过饱和固溶体中析出一个成分不
同的新相或由溶质原子富集形成的亚稳区过渡相的过程，属于固态相变。具有固溶度变化的相图，从单相区进入到两相区时都会发生脱溶沉
淀以Al－Cu合金为例：过饱和固溶体随着时效时间的延长，将发生下列析出过程：
α过→G·P区→θ″→θ′→θ其中G·P区、θ″、θ′为亚稳定相（θ″也可称为GP
2区）随着时效时间的延长，组织变化过程为：α过→α＋G·P区→α＋θ″→α＋θ′→
α＋θ过饱和固溶体的时效分解产物2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金
⑴G.P区G.P区：1938年，A.Guinier和G.D.Prestor各自独立用X射线结构分析方法发现：Al－Cu合金单晶体自然时效时在基体的{100}面上发生了铜原子偏聚，构成了富铜的圆盘形片（约含铜90％）即G.P区。G.P区的形状与尺寸：在电子显微镜下呈圆盘状，直径约5～10nm，厚约0.4～0.6nm，数量约1014～1016/cm3G.P区的晶体结构与界面：溶质原子富集区(90%Cu)在母相{100}晶面上形成，点阵与基体α相相同（fcc），与α完全共格。G.P区形成的原因：G.P区的形核呈均匀分布，其形核率与晶体中非均匀分布的位错无关，而完全依赖于淬火所保留下来的空位浓度（因为溶质原子可借助于空位进行迁移）。凡是能增加空位浓度的因素均能促进G.P区的形成。例如：固溶温度越高，冷却速度越快，则淬火后固溶体保留的空位就越多，有利于增加G.P区的数量并使其尺寸减小。2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金⑵过渡相θ″、θ′形状与尺寸：随着时效时间的增加，Al-Cu合金将出现θ″和θ′两种过渡相。θ″呈圆碟片状，直径为30nm，厚度为2nm；而θ′是光镜下观察到的第一个脱溶产物，也呈圆碟片状，尺寸为100nm数量级。晶体结构与界面：过渡相与基体共格或部分共格，且有一定的结晶学位向关系。由于过渡相与基体之间的结构存在差异，因而其形核功较大。为了降低应变能和界面能，过渡相常在位错、小角晶界、层错以及空位团等处不均匀形核。因此，其形核速率将受材料中位错密度的影响。过渡相还可能在G.P区中形核。θ″相为正方点阵：a＝b＝0.404nm，c＝0.768nm，θ″相基本是均匀形核、分布均匀且与基体完全共格，它与基体的位向关系为{100}θ″//{100}基体。与G.P区相比，在θ″相周围会产生更大的共格应变，故其强化效果也比G.P区大。θ′相为正方点阵：a＝b＝0.404nm，c＝0.58nm，它与基体部分共格，与基体的位向关系为{100}θ′//{100}基体。θ′相的具体成分为Cu2Al3.6，很接近于平衡相θ（CuAl2）。2.2.3铝合金的固溶时效强化2.2铝合金