金 属 材 料 学金 属 材 料 学 授课时间：授课时间： 50 50 学时学时

主讲教师：金 永 中主讲教师：金 永 中

课程特点课程特点：综合性、应用性、经验性。课程要求课程要求：结合相图知识，掌握合金化基本理论，了解材料成分设计的基本依据，熟悉生产中常用的材料及其热处理工艺、组织、性能之间的关系，根据零件技术要求，能正确地选择材料和制订工艺。

课程特点和要求

课程要点及思路性能要求 材料成分

零件服役条件 处理工艺

力学性能 组织结构

材料学主线示意图

第二篇 有色金属材料 铝合金、镁合金和钛合金质轻又耐蚀，为航空结构件之优选材料。铜和铜合金有很好导电和导热性，为电气和仪表元器件之优选。 金属分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属包括铁、铬、锰；工业中主要是指钢铁材料。而黑色金属以外的所有金属则为有色金属（非铁金属材料）。相对于黑色金属，有色金属有许多优良的特性，在工业领域尤其是高科技领域具有极为重要的地位。

例如：铝、镁、钛、铍等轻金属具有相对密度小、比强度高等特点，广泛用于航空航天、汽车、船舶和军事领域；银、铜、金（包括铝）等贵金属具有优良导电导热和耐蚀性，是电器仪表和通讯领域不可缺少的材料；镍、钨、钼、钽及其合金是制造高温零件和电真空元器件的优良材料；还有专用于原子能工业的铀、镭、铍；用 于石油化工领域的钛、铜、镍等。 本篇主要介绍目前工程中广泛应用的铝、镁、钛、铜及其合金和相关材料，了解这些材料的典型性能特点，合金化及热处理以及材料一般用途等。

第一节 铝合金中的合金元素第二节 变形铝合金第三节 铸造铝合金

第八章 铝 合 金

1 、产量占有色金属首位；成本低廉（地壳含量 8.2% ）；2 、密度低（ 2.63 ～ 2.85g/cm3 ），比强度高；3 、导电，导热性好（纯铝的导电性仅次于 Ag 、 Cu 、Au

而位居第四位，约为纯铜导电率的 60 ％）；4 、耐蚀性好（ Al2O3 膜的存在，只有在卤素离子及碱离子 的强烈作用下氧化膜才会遭到破坏）； 5 、优良的工艺性能（极好的铸造性能，良好的可塑性）。

第一节 铝合金中的合金元素 概述

工业纯铝

工业纯铝有银白色光泽，密度小（ 2.72g/cm3 ），熔点低（ 660℃ ），为非磁性材料。 固态铝具有面心立方晶体结构，无同素异构转变。因此铝具有良好的塑性和韧性，在 0 ～ 253℃之间塑性韧性不降低。

物理性能物理性能

工业纯铝强度低，室温下仅为 (45 ～ 50)MPa ，故一般不宜用作结构材料。工业纯铝主要用作配制铝基合金；高纯铝则主要用于科学试验，化学工业和其他特殊领域。此外纯铝还可用于制作电线、铝箱、屏蔽壳体、反射器、包覆材料及化工容器等。

应 用应 用

分 类分 类 纯铝按其纯度分为高纯、工业高纯和工业纯，纯度依次降低。

为改善铝的机械性能，研究发现向铝中加入适量的某些合金元素，并进行冷变形加工或热处理，可大大提高其机械性能，其强度甚至可以达到钢的强度指标。

铝的合金化和强化方式铝的合金化和强化方式 铝合金的分类及强化

目前铝中主要可能加入的合金元素有 Cu 、 Mg 、 Si

、 Mn 、 Zn 和 Li 等，它们可单独加入，也可配合加入。由此得到多种不同工程应用的铝合金。除上述主加元素外，许多 Al 合金还常常要加入一些辅助的微量元素，如 Ni

、 B 、 Zr 、 Cr 、 Ti 、稀土等，进一步改善合金的综合性能。

无论加入哪种合金元素，各类 Al 合金的相图一般都具有如下图的形式，相图靠 Al端都具有共晶相图特点。

以相图上合金元素在 Al 中的最大饱和溶解度 D 为界线将各种 Al 合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金：变形铝合金： 是指成分小于 D点的合金可以得到单相固溶体组织，塑性变形能力好，适合于冷热加工。 变形铝合金又可分为热处理强化和不可热处理强化铝合金两种：成分小于 F 点的合金其固溶体成分不随温度而变化，故不能用热处理强化； 反之则可以通过时效处理而沉淀强化。

铸造铝合金：铸造铝合金： 是指成分比 D 点高的合金属铸造铝合金。这类合金有良好的铸造性能，熔液流动性好，收缩性好，抗热裂性高，可直接浇铸在砂型或金属型内，制成各种形状复杂的甚至薄壁的零件或毛坯。 铝合金的强化方式铝合金的强化方式11、固溶强化：、固溶强化： 铝合金中常加入的主要合金元素 Cu ， Mg ， Zn ，Mn ， Si ， Li 等都与 Al 形成有限固溶体，有较大的固溶度（见表 10-1 ），具有较好的固溶强化效果。

相图分析：

单纯靠固溶作用对 Al 合金的强化作用是很有限的，另一种更为有效的强化方式是 Al 合金的固溶（淬火）处理 +时效热处理。

22 、时效（沉淀）强化：、时效（沉淀）强化：

铝合金中较强的沉淀强化效果的基本条件： ① 沉淀强化相是硬度高的质点； ② 加入铝中的合金元素应有较高的极限固溶度，且 其随温度降低而显著减小； ③ 淬火后形成的过饱和固溶体在时效过程中能析出 均匀，弥散的共格或半共格的亚稳相，在基体中 能形成强烈的应变场。

11 ）定义：）定义： 当合金元素加入量超过其极限溶解度时，合金固溶处理时就有一部分第二相不能溶入固溶体，这部分第二相称作过剩相。

33 、过剩相强化：、过剩相强化：

22 ））过剩相对合金性能的影响过剩相对合金性能的影响 ： ： 过剩相一般为强硬脆的金属间化合物，当其数量一定且分布均匀，对铝合金有较好的强化作用，但会使合金塑性韧性下降；数量过多还会脆化合金，其强度也会下降。

33 ））变质处理变质处理 ： ：以铝硅合金为例（如图所示），共晶组织中的硅晶体呈初针状或片状，此时共晶的强度和塑性很低，若使共晶硅细化成颗粒，可以显著改善组织的塑性。通常采用变质处理，加入钠盐变质剂，使共晶合金变成 α 固溶体和细小的共晶组成的亚共晶组织，共晶中硅呈细粒状。

通过向合金中加入微量合金元素，或改变加工工艺及热处理工艺，使合金基体及沉淀相和过剩相细化，既提高合金的强度，还会改善合金的塑性和韧性。

44 、细晶强化：、细晶强化：

如：变形铝合金的形变再结晶退火，铸造铝合金通过改变铸造工艺（如变质处理）及加入微量元素 （如 0.1 ～ 0.3%Ti ）的方法（分析铝钛相图）都可以达到细化组织的目的。

对合金进行冷塑性变形，利用金属的加工硬化提高合金强度。这是不能热处理强化铝合金的主要强化方法。

55 、形变强化：、形变强化：

沉淀强化相的脱溶过程 11、概述：、概述：

11 ）定义： ）定义： 淬火是指将合金通过加热到固溶体溶解度曲线以上温度保温，然后以大于临界冷却速度急速冷却，从而得到过饱和固溶体的热处理方法。 时效是指将淬火状态的合金在一定温度下保持适当时间，使淬火得到的过饱和固溶体发生分解，从而大大提高合金的强度。

22 ）淬火及时效的作用：）淬火及时效的作用： 铝合金重要的综合热处理方式，提高铝合金强度的重要手段。

对铝合金及大多数有色金属合金而言：经过淬火，不同合金的性能变化也大不相同。可能有四种情况：① σ↑

， δ 或 ψ↓ ；② σ↓ ， δ 或 ψ↑ ；③ σ↑ ， δ 或 ψ↑ ；④ σ ，δ 或 ψ 基本无变化。

33 ）淬火后合金性能的变化）淬火后合金性能的变化

通常，变形铝合金在保持高塑性的情况下强度提高，其塑性可能与退火状态相差无几。铸造铝合金淬火后强度和塑性通常都有所提高。

合 金 σb （ MN/m2 ） δ （％）退火态或铸态 淬火态 退火态或铸态 淬火态

LY12 200 （退火） 300 25 （退火） 23

ZL301 150 （铸态） 300 1 （铸态） 12

ZL101 160 （铸态） 200 2 （铸态） 6

表 8－ 1 淬火前后不同合金的机械性能

固溶强化与第二相（或称过剩相，表示与固溶体平衡的其他相）强化之间的差异造成的。 （注：淬火加热时，第二相会出现溶解）

44 ））淬火后性能出现差异的原因：淬火后性能出现差异的原因：

若淬火前第二相的强化效果 ＜ 淬火后固溶强化的效果，则淬火后合金的强度↑； 若淬火前第二相的强化效果 ＞ 淬火后固溶强化的效果，则淬火后合金的强度↓。

大多数铝合金，淬火后强度有所提高，但幅度不大；要想大大提高合金的强度，必须在淬火后进行时效处理。

55 ））淬火后进行时效处理的必要性：淬火后进行时效处理的必要性：

在不改变材料形状的情况下获得较优异的综合性能。 66 ））淬火及时效处理的优越性：淬火及时效处理的优越性：

22 、脱溶过程中系统自由能的变化：、脱溶过程中系统自由能的变化： 11 ）定义： ）定义： 脱溶（或沉淀）是指：从过饱和固溶体中析出一个成分不同的新相或溶质原子富集的亚稳区过渡相的过程，属于固态相变的范畴。

22 ））脱溶时的能量变化：脱溶时的能量变化： 若脱溶过程能够进行，则必有△ G＜ 0 （其中△ G表示新相和母相的自由能差）。 △ △GG ＝－＝－ VV△△GGVV ＋＋ SSσσ＋＋ VV△△GGee 式中：式中： VV 为新相体积；为新相体积； SS 为新、旧相的界面积；△为新、旧相的界面积；△ GGVV 和△和△ GGee

分别表示形成单位体积新相时自由能和应变能；分别表示形成单位体积新相时自由能和应变能； σσ 表示新、旧相界单表示新、旧相界单位面积的界面能。（液态形核只有前两项）位面积的界面能。（液态形核只有前两项） 脱溶过程（以及其他固态相变）中，相变的阻力除了界面能外，还包括弹性应变能。界面能和应变能的大小，不但影响新相的形核方式，而且影响新相的形状。

表 8－ 2 界面状态、界面能（或应变能）和新相形状的关系界面状态界面状态 新旧相晶新旧相晶体结构，体结构，点阵常数点阵常数

界面界面能能 应变应变能能 新相形状新相形状（弹性应变（弹性应变

））共格共格 接近接近 低低 高高 薄片状或盘状薄片状或盘状半共格半共格 较接近较接近 中中 中中 针状等针状等非共格非共格 差异大差异大 高高 低低 球状或等轴状球状或等轴状

注： 1 ）共格界面不可能完全共格，只有在产生高的弹性应变的前提下，才形成共格界面。 2 ）非共格界面两侧原子无法一一匹配，界面能大，晶格不发生弹性变形。

凡是有固溶度变化的相图，从单相区进行两相区时都会发生脱溶沉淀。33 、脱溶的一般序列：、脱溶的一般序列：

现以 Al－ Cu 合金为例说明脱溶转变的过程：从 Al－Cu 合金相图可知，该合金室温组织由 α 固溶体和 θ 相（CuAl2 ）构成，加热到 550℃保温，使 θ溶入 α ，得单相α 固溶体，如果淬火快冷，便得到过饱和 α 固溶体，然后再加热到 130℃保温进行时效处理，随时间的延长，将发生下列析出过程（析出序列）：

α → G·P区 → θ// → θ/ → θ其中 G·P区、 θ// 、 θ/ 为亚稳定相。

G.P区的发现： 1938 年， A.Guinier和 G.D.Prestor用X射线结构分析方法各自独立发现， Al － Cu合金单晶体自然时效时在基体的 {100}面上偏聚了一些铜原子，构成了富铜的碟状薄片（约含铜 90 ％），其厚度为 0.3 ～ 0.6nm ，直径为 0.4 ～ 0.8nm 。

11 ）） G.PG.P区：区：

为纪念这两位发现者，将这种两维原子偏聚区命名为 G.P区。现在人们把其他合金中的偏聚区也成为 G.P区。

G.P区的形状与尺寸 ： 在电子显微镜下观察呈圆盘状，直径约为 8nm ，厚度约为 0.3 ～ 0.6nm 。

G.P区形成的原因： G.P区的形核是均匀分布的，其形核率与晶体中非均匀分布的位错无关，而强烈依赖于淬火所保留下来的空位浓度（因为空位能帮助溶质原子迁移）。凡是能增加空位浓度的因素均能促进凡是能增加空位浓度的因素均能促进 G.PG.P 区的形成区的形成。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。

G.P区的晶体结构与界面：Wcu 为 0.90时，是溶质原子富集区，它在母相的 {100} 晶面上形成，点阵与基体 α相相同（ fcc ）并与 α相完全共格。

过渡相的形状与尺寸： Al-Cu 合金中有 θ’’ 和 θ’ 两种过渡相。 θ’’呈圆片状或碟形，直径为 30nm ，厚度为 2nm

。而 θ’ 是光学显微镜下观察到的第一个脱溶产物，也呈圆片状或碟形，尺寸为 100nm数量级。

22 ））过渡相过渡相 ：：

过渡相的晶体结构与界面： 过渡相往往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，过渡相往往会在位错，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因此，其形核速率将受材料中位错密度的影响错密度的影响。。此外，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 ，很接近平衡相 θ（ CuAl2 ）。

θ 也是正方点阵： a＝ b＝ 0.606nm ， c＝ 0.487nm ，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。

22 ））平衡相平衡相 ：：

课堂提问：实验研究指出，不少合金时效时，往往先析出亚稳定的过渡相，而不直接析出平衡相这是为什么？提示：从能量与相的稳定性方面考虑。

解 答： 这是因为平衡相与基体相之间往往是非共格界面，而过渡相和基体相之间是共格或半共格。由于共格相界的界面能最低，且相变初期界面能是抑制相变的主要因素，所以形核功小，这就意味着时效过程中容易先析出过渡相，只有在一定的条件下才由亚稳定的过渡相转变为稳定的平衡相。另外，过渡相在成分上更接近于基体相，形核时所需的成分起伏小，这也是过渡相容易形成的原因之一。44 、合金成分和时效温度对脱溶过程的影响：、合金成分和时效温度对脱溶过程的影响：

11 ）同一时效温度下不同成分合金的脱溶序列的差异：）同一时效温度下不同成分合金的脱溶序列的差异：当时效温度为 t1时， C3 、 C2 和 C1 三种成分的合金分别处于 G.P区稳定区、过渡相稳定区以及平衡相稳定区。也就是，说，在 t1 温度下时效， C3 合金可能析出 G

.P 区、过渡相和平衡相； C2 合金可能析出过渡相和平衡相； C1

合金只能析出平衡相。

二 元 亚 稳 相 图

结论： 同一时效温度下，溶质浓度高的合金容易析出G.P区和过渡相。

22 ））同一成分的合金在不同时效温度下脱溶序列的差异同一成分的合金在不同时效温度下脱溶序列的差异：：

二 元 亚 稳 相 图

时， t1 温度下，三种结构的脱溶产物均可析出； t2 温度下，只能析出过渡相和平衡相；t3 温度下，只能析出平衡相。结论：同一成分的合金，时效温度越高，越容易析出平衡相。

如图所示，将 C3 合金分别在 t1 、 t2 和 t3 三种温度时效

55 、脱溶产物的空间共存性和时间共存性问题：、脱溶产物的空间共存性和时间共存性问题： 同一成分的合金在一定的合金下时效时，由于多晶体各部位的晶体完善程度和能量水平不同，故在同一时期不同晶体部位可能出现不同的脱溶产物。例如，在晶内广泛出现 G.P区和过渡相的同时，晶界等处可能出现平衡相。 66 、时效时间对脱溶过程的影响：、时效时间对脱溶过程的影响： 如图所示：在 130℃时效时，随着时效时间的延长，不同脱溶时期的产物与硬度的对应关系。开始时， G.P.区形成后硬度上升，然后达到稳定。

长时间时效后， G.P.区溶解， θ// 相形成使硬度有重新上升。当 θ// 相溶解而形成 θ/ 相时，硬度开始下降，出现过时效。

铝铜合金 130℃时效时的硬度与时间的关系

实例：两级时效在制备高强度合金中的应用两级时效在制备高强度合金中的应用：： 首先低温时效获得弥散的 G.P.区；然后高温时效，过渡相将以弥散的 G.P.区内非均匀形核。这样，更容易得到弥散程度极佳的时效相组织分布。77 、时效温度对时效强化效果的影响：、时效温度对时效强化效果的影响： 铝合金的时效强化与淬火后的时效温度密切有关。 1）时效温度高：脱溶沉淀过程加快，合金达到最高强度所 需的时效时间缩短，但过高时最高强度值会降低，强化 效果不佳；

2 ）时效温度过低：如当 Al-Cu合金时效温度低于室温时，原子扩散困难，时效过程极慢，效率低。 时效在室温下自然进行，称为自然时效； 时效加热至一定温度下进行，称人工时效。 88、几种铝合金的时效、几种铝合金的时效

（沉淀）强化相： （沉淀）强化相： 1 ） θ-CuAl2 相

2 ） η-MgZn2 相

左图表示 Al-η-MgZn2

系合金 G.P. 区和 η′ 相介稳溶解度曲线

3 ） β 相（ Mg2Si ）

4 ） δ 相（ AlLi ）

在上述几种主要合金元素中， Cu的沉淀强化效果最好，其他元素比较一般。 因此，为了获得好的性能，一般二元铝合金常加入第三或第四合金组元，构成了三元以上的多元合金系列。 如 Al2Mg3Zn3 相的强化。

按照性能和使用特点不同，变形铝合金可分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝四大类。除防锈铝外，变形铝合金都是可热处理强化的铝合金。

第二节 变形铝合金 变形铝合金的分类：

根据国标 GB3190-82 ，变形铝合金的牌号采用汉语拼音字母加顺序号表示，如防锈铝为 LF，后跟顺序号（如 LF2 等）；而硬铝，超硬铝和锻铝则分列表示为 LY、LC和 LD，后跟顺序号，如 LY12 、 LC4 和 LD5 等。

防锈铝合金： 分类分类 该类合金主要是 Al-Mg系和 Al-Mn 系两种，大多为单相合金，不可热处理强化。

抗蚀性，焊接和塑性好，并有良好的低温性能。 主要特点主要特点

Al-MnAl-Mn 系合金系合金 Mn在 Al中的最大溶解度仅为 1.82 ％，形成的 MnAl6沉淀相的强化效果不大；但其弥散分布可细化晶粒。

11 、、 MnMn 对合金力学性能的影响对合金力学性能的影响

Al-Mn合金典型的显微组织是含 Mn的 α固溶体和弥散分布的 MnAl6 质点，有较高的强度和优良的塑性。22 、、 MnMn对合金耐蚀性的影响对合金耐蚀性的影响 MnAl6 相与基体的电极电位相近，故产生的腐蚀电流较小。另外 Mn还可与有害杂质 Fe形成（ Mn， Fe） Al6相，避免 FeAl3 相的腐蚀作用。

Al-MgAl-Mg系合金系合金 Mg 在 Al中的固溶强化显著，其强度高于 Al-Mn合金。11 、、 MgMg 对合金力学性能的影响对合金力学性能的影响

W(Mg ）＜ 5 ％时：获得单相合金，热处理后组织成分均匀，耐蚀性能良好。

22 、、 MgMg 对合金耐蚀性的影响对合金耐蚀性的影响

W(Mg ）＞ 5 ％时：晶界上连续析出 Mg5Al8 相，有晶界腐蚀和应力腐蚀的倾向。（可在退火前施加 2 ％的变形，促进退火时 Mg5Al8 相以颗粒状在晶界析出，减轻腐蚀倾向）

33 、其他元素对合金性能的影响、其他元素对合金性能的影响 Si ：改善合金的流动性，减少焊接裂纹倾向。Mn：增加固溶强化，改善耐蚀性。V或 Ti ：细化晶粒，提高强度和塑性。稀土元素：减小偏析，改善流动性，减少疏松，显著提高热塑性。Fe、 Cu和 Zn等：对耐蚀性和工艺性能不利，需严格控制。

主要是指 Al-Cu-Mg系合金，其可时效形成 CuAl2 及 CuMgAl2 强化相而强化合金，比强度与钢接近。θ相： CuAl2S相： CuMgAl2T相：Al6CuMg4β相：Mg5Al6

硬铝合金： 强化效果：强化效果：SS 相 ＞相 ＞ θθ相相

硬铝中添加 Mn的作用： 中和 Fe的有害作用，改善耐蚀性。同时，起到固溶强化和抑制再结晶的效果。 但W （ Mn ）＞ 1％，会产生粗大脆性相（ Mn， Fe） Al6 ，降低合金塑性。

LY12 是强度最高的硬铝，W(Cu)≈4.3 ％， W(Mg)≈1.4 ％， W(Mn)≈0.6 ％， W(Fe， Si)＜ 0.5 ％，主要用于制作飞机蒙皮、翼肋等。

LY12 合金合金

热处理制度： 固溶处理固溶处理水冷水冷

人工时效人工时效自然时效自然时效

共晶温度为 507℃495495 ～～ 503℃503℃

190℃190℃150℃以上工作的耐热材料

G.P.G.P. 区区 S′S′ 相相

LY11是中强硬铝， Cu含量于 LY12 相当，而 Mg 含量较低，W(Mg)≈0.6 ％，塑性好，可生产锻件。 热处理采用自然时效。

LY11合金合金

超硬铝是在 Al-Zn-Mg系合金基础上发展起来的。由于η-MgZn2 、 T-Al2Mg3Zn3 两种沉淀强化相在 α固溶体中有较大的溶解度，因此固溶强化效果十分显著。（其中（其中 ηη-MgZn-MgZn22 、、 T-AlT-Al22MgMg33ZnZn33 相的形成见相图相的形成见相图 8-78-7 、、 8-88-8 ）） 当W(Zn+Mg)=9%时，强度最高；超过这一值后，因在晶界析出呈网状分布的脆性相而使合金脆化。

超硬铝合金： 主加元素 Mg 、 Zn的作用：

改善应力腐蚀倾向，提高强度和塑性。 这是因为 Cu除了加强固溶强化外，还出现 S-CuMgAl2沉淀强化相。另外， Cu还提高沉淀相弥散度，消除晶界网状脆性相，改善晶界腐蚀倾向。

主加元素 Cu的作用：

其他元素对合金性能的影响其他元素对合金性能的影响：Cr或 Ti ：形成弥散的金属间化合物 Al2Mg2Cr、 Al3Ti，显著提高合金的再结晶温度，阻止晶粒长大。Mn：增加固溶强化，改善耐应力腐蚀性。

主要指 Al-Mg-Si 系合金，如 LD5 、 LD8等。其强化相是 Mg2Si相，当W(Mg)/W(Si)=1.73时，强度最高。

煅铝：

11 、定义：、定义： Al-Mg-Si 系合金淬火后在室温停放一段时间再人工时效，合金的沉淀强化效应将降低。22 、原因：、原因： Si比 Mg 的固溶度小，先于 Mg 发生偏聚；当再进行人工时效时，那些小于临界尺寸的 Si的 G.P.区将重溶，导致形成介稳的 β// 相的有效核心数减少，从而生成粗大的 β// 相。

停放效应：

33 、措施：、措施： 通过添加 Cu、 Mn等元素，产生多种沉淀强化相减少停放效应。

近年还开发了新型的 Al-Li 合金，由于 Li 的加入使 A

l 合金密度降低 (10 ～ 20)% ，而 Li 对铝的固溶和时效强化效果十分明显。该类合金综合力学性能和耐热性好，耐蚀性较高，已达到部分取代硬铝和超硬铝的水平，使合金的比刚度比强度大大提高，是航空航天等工业的新型的结构材料，应用中具有极大的技术经济意义，并且已经在飞机和航天器中有部分应用。

AlLi 系合金：

快速凝固铝合金： 快速凝固技术（雾化－烧结）：

快速凝固技术（熔融－离心）：

熔融离心法制备金属箔或薄带示意图

快速凝固属于粉末冶金技术范畴，它将金属以超高速 104K/s冷却速度冷却凝固，可使合金获得如下组织特性：

快速凝固铝合金的特点快速凝固铝合金的特点

11、、 细化晶粒和第二相质点，减少偏析； 22 、、 扩大溶解度限； 3 、 形成非平衡晶体或准晶中间相； 4 、 形成金属玻璃。

烧结铝： 铝粉中 Al2O3粒子的来源与分布：1、原料铝粉中有 Al2O3粒子残留含量；

2 、球磨工艺使Al2O3粒子在铝粉中均匀分布；3 、可将超声波振动等工艺直接将 Al2O3粒子加入熔融铝。 铝粉制品的制备工艺

铝制品铝制品铝 粉铝 粉 烧 结烧 结压 制压 制球 磨球 磨

烧结铝的性能特点： 烧结铝的性能取决于 Al2O3粒子的含量和组织分布。 Al2O3粒子的含量越高，则强度越大、塑性越小。 通过工艺控制，烧结铝中的 Al2O3 以细小弥散的颗粒存在，它们能与位错和空位相互作用，阻止晶粒长大。

铸造铝合金一般含较多的合金元素（总量为 8 ～ 25%

），成分接近共晶点，具有较高的流动性，较小的收缩性、热裂、缩孔和疏松倾向小等良好的铸造性能。

第二节 铸造铝合金

常用的铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝稀土系和铝锌系合金，其力学性能水平不如变形铝合金 ,但可通过热处理等方式改善其机械性能；且生产工艺和设备简单，成本低 。

又称硅铝明，具有极好的铸造性，线收缩性好，热裂倾向小，还有高气密性及优良耐蚀性，是应用最多的铸造铝合金系列。

铝硅及铝硅镁合金：

但铸造铝硅系合金在生产中必须进行变质处理—即浇铸前向合金熔液中加入微量钠约 (0.005 ～ 0.15)%或钠盐 (1～ 3)%，使铸造合金的由（ Al+Si）共晶中的粗大片状Si 单晶变为细小弥散分布的细粒状（枝状），使合金力学性能大为改善。

通常铝硅共晶结晶时，硅晶体形成易产生孪晶，使其沿孪晶方向 <211>长成粗针或粗片状，在加入变质剂 Na+

盐后， Na原子在结晶硅的表面有强烈的偏聚，降低硅的生长速度并促使其发生分枝或细化。 另外，加入变质剂可使铝硅合金变成亚共晶组织。即共晶温度降低， Si 的共晶成分增大。

变质机理：

二元 Al-Si合金变质前抗拉强度 <147MPa 、延伸率<3%；变质后分别达 166MPa 和 6 ～ 10%，它适宜制作形状复杂但强度不高的零件，如仪器仪表、抽水机壳等。 当再加入其他的合金元素形成复杂硅铝明时，由于可形成更多强化相，其强度进一步提高。如 ZL101、 ZL104 加入 Mg 可形成 Mg2Si强化相，且可进行时效强化，其抗拉强度可达 260MPa ，故可用于制造受载大的复杂件如气缸体、发动机压气匣等。

该类合金的主要强化相是 CuAl2 ，热强性最好的，但其强度和铸造性能不如 Al-Si 系合金，耐蚀性也较差。一般只用作要求强度高且工作温度较高的零件，如活塞、内燃机缸头等。

铝铜铸造合金：

铝镁铸造合金： 这类合金密度最小、比强度高、耐蚀性最好、且抗冲击、切削加工性好；但其铸造性和耐热性差，冶炼复杂。因此其主要用作承受冲击，耐海水腐蚀且外形较简单的零件，如舰船配件、雷达底座、螺旋桨等。

该类合金的突出优点是价格便宜，成本低，而且其铸造，焊接和尺寸稳定性较好，但耐热耐蚀性差。故其一般只用于制作工作温度低（ <200℃ ）但形状复杂受载小的压铸件及型板、支架等。

铝锌铸造合金：