轻合金课件铝合金的组织与性能.pptx

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1、一、组织特点 初晶相是 ，M n 以两种形式存在：一是形成化合物,以 +化合物二元共晶（离异共晶）形式存在于晶界或枝晶间；另一是在A l 中形成过饱和固溶体。121骨骼状共晶 2块状共晶 两种共晶中的化合物均为A l(M n Fe Si)，但骨骼状共晶的Fe/M n 比略低于块状的。3004合金500第1页/共27页 Mn虽可形成化合物，但在非平衡状态下，Mn主要是形成过饱和且晶内偏析严重（晶粒外层Mn高，中心Mn低）的固溶体。原因是结晶温度区间很小（液固相线几乎重合）以及Mn在铝中的扩散系数低。300740的3004铸锭同一枝晶内的Fe、Mn、Si含量 靠近枝晶边界的M n 高达1.03%,

2、在枝晶内部,最低含量仅为0.481%。为了消除M n 在枝晶内的严重偏析,在塑性变形前必须对 铸锭进行均匀化处理。第2页/共27页 Mn含量高的合金慢冷时可形成含Mn的初晶化合物，导致周围母相Mn含量降低（贫Mn），结果出现“亮点”（均匀化时有时也出现）。快速冷却可使含Mn相细化；Mn过饱和易导致合金退火时（尤其加热速度慢时），高Mn部分刚再结晶，而低Mn部分晶粒已开始长大，结果退火板材组织不均，局部晶粒极为粗大。均匀化组织中的亮点第3页/共27页防止方法：铸锭均匀化退火（600640 ，8h）；退火时快速加热，防止在不同浓度区域再结晶先后发生；常规退火 高温快速退火第4页/共27页控制化学成

3、分，如放宽杂质Fe的限制（0.50.65），使Mn形成不固溶的（FeMn）Al6，减少Mn固溶量进而减少Mn偏析；Ti可细化晶粒，相对减小偏析等。注 在Al-Mn合金中，当Fe含量较高以及含Ti时，不用均匀化也能获得细晶粒板材，但当Mn和Fe含量同时达到允许的上限时，会出现粗大的（FeMn）Al6化合物，对轧制不利，一般Mn、Fe总量低于1.72.0。第5页/共27页二、性能特点 Mn含量与抗拉强度、延伸率以及热处理工艺间的关系：随Mn含量增加，强度增加；Mn含量为0.8时延伸率最大；热处理对强度影响不大（不能热处理强化）第6页/共27页 合金虽不能热处理强化，但由于MnAl6质点有一定的弥散

4、硬化作用，故强度比纯铝高；Mn能阻止再结晶过程和细化再结晶晶粒（MnAl6弥散质点阻碍晶粒长大）、提高再结晶温度（固溶时可提高20100K）；含Mn合金容易出现挤压效应；MnAl6的电位与Al相等（0.85V），故对Al的抗蚀性能没有影响（与纯铝的抗蚀性相当，故称防锈Al）；MnAl6能溶解杂质Fe（形成（FeMn）Al6），使针状的含Fe化合物变成块状，减小Fe的有害影响。第7页/共27页三、杂质和添加元素对组织性能的影响 Fe能细化晶粒（在热变形温度400500 区间能加速Mn过饱和固溶体的分解，形成的质点起再结晶核心或阻碍晶粒长大作用）、降低Mn的固溶量，从而减小偏析；Si能形成Al（F

5、eMn）Si化合物，破坏Fe的细化晶粒作用，是有害杂质，应限制在0.3以下；Cu对抗蚀性不利（也有人认为微量Cu对抗蚀性有利，可使点腐蚀变成均匀腐蚀）；Zn影响不大；Mg损害表面质量，但有固溶强化作用，能使Al-Mn合金的强度提高10，目前已开始大量应用Al-Mn-Mg系合金。第8页/共27页常规铸锭，晶界处第二相呈粗大鱼骨状或长针状，RE 元素处理后,晶界处第二相为短小的骨骼状RE 能改变第二相或夹杂物的形貌。第9页/共27页四、工艺性能 不能热处理强化；冷、热成形性能好；耐蚀性好（有与纯铝相近的耐蚀性）；焊接性好（可用所有的焊接方法焊接）；切削性能不好（粘性大）；熔炼温度：720760；铸

6、造温度：710730；热轧温度：440520；热挤温度：320450；退火温度：200300（低温）或300500（高温）。（3004液、固相线温度分别为：654 和629 ）第10页/共27页五、常用合金及应用 有两个牌号3A21（LF21）和3004 牌号 Mn Mg Fe Si Cu Zn3A21 1.01.6 0.05 0.7 0.6 0.2 0.13004 1.01.5 0.81.3 0.7 0.3 0.25 0.25 3004是目前产量最大的合金，主要用于：易拉罐罐身，各种灯具零部件，化工产品生产与与储存装置等；3A21主要用于：飞机油箱、油路导管，建筑材料与食品工业装备等。第11

7、页/共27页六、3004-H19铝合金罐用薄板生产 DI罐（Drawn and Ironed Can）是用3004薄板经深冲和变薄拉延而成的，对薄板材质要求很高，尤其是制耳率和强度指标。薄板厚度一般为0.30.45mm，厚度偏差为0.005mm，制耳率为24，屈服强度达到270300MPa（3004退火态时的屈服强度为70MPa），因此需以超硬的H19状态使用（80以上的冷变形）。要达到这样的指标，除采用先进的设备外（控制精度），还要求各种工艺参数（均匀化、退火、冷变形程度）的最佳配合。生产罐用板的水平能反映出铝加工行业的技术先进性。第12页/共27页工艺要点：使变形织构和再结晶织构平衡，即用

8、再结晶织构来抑制或补偿变形织构，从而控制制耳率。措施：大变形量冷轧；高温快速退火；最后快速冷轧（提高终轧温度，有利于自行退火），使板材实际上处于回复状态。第13页/共27页第三章 5XXX（Al-Mg）系合金 Mg2Al3 5XXX系合金不能热处理强化，有优秀的抗腐蚀性能和焊接性能，故也称防锈铝合金（LF）。Mg2Al3（）是与 固溶体相平衡的相，溶解度变化虽较大，但无明显的强化作用。第14页/共27页一、组织性能特点 Mg含量与力学性能的关系：Mg（6）显著提高强度（每增加1Mg，抗拉强度升高约34MPa）但不降低塑性，故一般加工铝合金的含Mg量均小于6。5456：4.75.5第15页/共2

9、7页 虽然Mg在Al中的溶解度随温度的降低而迅速减小，但由于沉淀相形核困难，核心少，沉淀相尺寸大，合金时效效果差；（Mg2Al3）有沿晶沉淀倾向，由于其电位（1.1V）比 固溶体低（0.9V），在腐蚀介质中起阳极作用，易导致合金产生晶间裂纹及应力腐蚀开裂（SCC）倾向。合金优秀的抗蚀性只有在 相沿晶界和晶内均匀分布的情况下才能显现出来。研究表明：Mg含量3.5以后，特别是硬化态，随Mg量的升高，SCC敏感性强烈升高，在室温长时间存放即能沿晶形成连续的 相网膜，因为高Mg合金即使充分退火，固溶体也不能完全分解，仍处于过饱和状态，组织不稳定。第16页/共27页解决高Mg合金组织性能稳定性的途径：1

10、 退火后进行大的冷变形（3050，增加位错密度或 相形核）并在200 以上沉淀处理，促进 固溶体彻底分解和 相均匀分布；2 降低Mg含量（3），加入适量能提高强度和再结晶温度的Mn和Cr，也能避免 相沿晶沉淀，得到与高Mg合金相当的强度，如5454（2.7Mg-0.7Mn-0.12Cr）合金，既有Al-4Mg合金的强度，又无SCC敏感性。（这种方法要使强度显著提高有困难）；合金冷变形后在室温发生“时效软化”现象，即经过一段时间后强度降低（过程可持续一二十年），因此冷变形后应进行低温（120150 ）稳定化处理。（对防止高Mg合金 相沿晶沉淀也有效。）第17页/共27页 相网状分布 相在晶内均匀

11、分布第18页/共27页二、杂质和添加元素对组织性能的影响 Mn可补充强化（比等量的Mg效果好），使Mg相沉淀均匀，改善合金的抗蚀性（尤其是抗SCC能力）和稳定性，但Mn量多时塑性显著下降，故加入量一般1；Cr的作用与Mn相似，改善抗蚀性和可焊性，但加入量一般0.35，否则会与其它元素如Mn、Fe等形成粗大的金属间化合物（MnCr）Al6、（CrFe）Al7），降低成形性能；此外，Cr能抑制晶核形成，阻碍再结晶晶粒长大，提高再结晶温度；Ti、Zr能细化晶粒，Zr还能使第二相球化；Cu、Zn、Fe、Si是杂质，应严格限制，但Si改善焊接性能，故5A03（LF3）加入0.50.8Si；第19页/共2

12、7页 Be能防止高Mg合金熔铸、焊接以及热轧、热挤和锻造时的氧化，改善表面质量；（Mg含量1时，则为氧化镁和氧化铝的混合物，致密性差，导致合金的烧损和吸气增加，易形成夹杂。加入0.005Be，由于Be扩散至熔体表面，生成致密的氧化膜，起保护作用。由于Be有毒，不能加入到接触食品或饮料的铝合金中。）Sc能细化晶粒，抑制再结晶，进一步提高合金的强度、韧性、耐蚀性和可焊性。（Al3Sc的晶格类型和晶格尺寸与 -Al极为接近，熔点高且稳定，可成为 -Al的非均质晶核）第20页/共27页未加Sc，晶粒尺寸较大，晶内有明显的枝晶组织加Sc，晶粒尺寸细小，晶内没有明显的枝晶组织未加Sc；热轧态；部分再结晶组

13、织加Sc；热轧态；保持热加工态纤维状组织第21页/共27页三、熔铸工艺要点 1 减少合金的吸氢和氧化倾向 Mg 是合金的主要组元，由于Mg 的化学活性很强，加入Mg 增大合金的吸氢和氧化倾向。（658 时，H2 在Mg 中的溶解度是同温度下H2 在Al 中溶解度的92.5 倍；Mg 是极易氧化的金属，且形成的氧化膜疏松、多孔，不能阻止Mg的继续氧化）因此，为了减少合金在熔铸生产中的吸氢和氧化倾向，提高铸锭的品质，熔铸时应采取适当的措施。第22页/共27页1）采用性能优良的熔剂保护熔体 铝合金熔铸时广泛采用的保护性熔剂是以KCl、NaCl 为基础成分的熔剂，而对于Al-Mg 系合金则需用以KCl

14、、Mg Cl2 为基础成分的熔剂。（避免Na脆）2）对熔体进行特殊的合金化保护 对于含 Mg 3%的Al-Mg系合金，单纯采用熔剂保护是不够的，还必须进行合金化保护。实践表明，加入Be 对减少Mg 的烧损、准确控制Mg 含量、提高铸锭表面质量和防止铸锭裂纹非常有效。3）选择合理的工艺流程 在允许的条件下，尽量不采用火焰炉熔炼，因为火焰炉炉气中的H2 O 和CO2使合金的吸氢和氧化加重。第23页/共27页 2 降低铸锭裂纹倾向 Al-Mg 系合金的裂纹倾向居中等，并随合金中Mg 含量的增加和铸锭规格的增大而增加。化学成分对铸锭裂纹影响很大。1）控制合金中的Mn 含量 Mn 含量增加，合金的抗裂力

15、降低，热裂倾向增大。因此，应将Mn 控制在允许范围的下限。第24页/共27页2）控制合金中的Si 含量 随Si 含量增加，抗裂能力降低。除了以Si 为主要成分的5A03 合金外，其它牌号的合金，在标准允许的含量内都有一定的裂纹倾向。因此需限制Si含量。3）控制Fe、Si 比 Fe、Si 比增加，抗裂能力增加。此外，与其它各系合金一样，还需从调整铸造应力、提高熔体质量等方面采取措施。第25页/共27页 Al-Mg合金的应用与Al-Mn合金相似，如焊接结构，油管、焊接油箱、易拉罐盖、化工产品储存容器等，如5A66用高纯Al生产，制造高反射能力和装饰制品；5052、5154用于要求良好的工艺塑性和耐蚀性的低载荷焊接结构；5182用于生产易拉罐盖、汽车车身等。与Al-Mn合金相比，具有低的密度和更高的强度；缺点是生产工艺复杂（高Mg合金需稳定化处理）。四、常用合金 5052 2.22.8 0.1 0.150.35 0.25 0.4 牌号 Mg Mn Cr Si Fe 5154 3.13.9 0.1 0.150.35 0.25 0.45182 4.05.0 0.20.5 0.050.25 0.2 0.355A66 1.52.0 0.005 0.01第26页/共27页感谢您的观看！第27页/共27页