铝合金：分类和热处理

纯铝的强度低，不宜制作承受重载荷的零件，在纯铝中加入硅、铜、镁、锌、锰等合金元素形成铝合金后，可有效地提高强度，若配合以形变强化和热处理，则可进一步提高其强度。铝合金具有高的比强度（强度与密度之比），在航空航天工业、汽车制造、民用工业品中得到广泛应用，如飞机机身、高档轿车的轮壳、建筑门窗等均可采用铝合金制造。

图8-1 铝合金相图的一般类型

1.铝合金的分类

铝合金一般都具有图8-1所示相图类型。按其化学成分和工艺性能，可将铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。

凡合金元素含量在D′点以左的铝合金，加热时均能形成单相α固溶体。此类铝合金的塑性好，适合于压力加工，故称为变形铝合金。变形铝合金又可分为两类：合金元素含量在F点以左的铝合金，其固溶体的溶解度不能随温度变化，不能用热处理强化，故称为不可热处理强化的铝合金。合金元素含量在F-D′之间的铝合金，α固溶体化学成分随温度变化而变化，这类铝合金可以通过热处理进行强化，称为可以热处理强化的铝合金。变形铝合金常经轧制、挤压、拉拔等变形加工成为型材供应市场。

合金元素含量在D′点以右的铝合金，由于组织中有共晶组织存在，塑性、韧性差，但是流动性好，适宜于铸造，称为铸造铝合金。铸造铝合金适合制造形状复杂的零件，如采用变质处理使组织中的共晶体细化，可以进一步提高强度和韧性。

2.铝合金的热处理

铝合金的热处理方法主要是固溶热处理和时效。(www.xing528.com)

固溶热处理是将铝合金加热至α单相区恒温保持，形成单相固溶体，然后快速冷却，使过饱和α固溶体来不及分解，室温下获得过饱和α固溶体的工艺。经固溶热处理后的铝合金，其强度、硬度并没有立即提高，组织也不稳定。

将固溶热处理后的铝合金在室温下放置一定时间或稍许（低温）加热，过饱和α固溶体中析出弥散分布的第二相化合物（如铝铜合金中析出CuAl₂），起强化作用，使铝合金的强度、硬度明显提高，这种合金的性能随时间变化的现象称为时效。在室温进行的时效处理称为自然时效。在室温以上的温度进行的时效处理称为人工时效。固溶热处理和时效是铝合金强化的常用手段。

图8-2所示为铝铜合金自然时效曲线。自然时效过程是一个逐渐变化的过程。在时效初始阶段，铝合金的强度、硬度变化不大，而塑性较好，此阶段称为孕育期（一般为2h），此时可进行各种冷变形加工（如铆接、弯曲、矫正等），随后其强度、硬度显著提高（5～15h内强化最快），经4～5昼夜强度达到最大值。例如，w（Cu）=4%的铝铜合金，在退火状态下R_m=200MPa，固溶处理后R_m=250MPa，经4～5昼夜自然时效后R_m=400MPa。

图8-2 w（Cu）=4%的铝铜合金自然时效曲线

图8-3所示为铝铜合金在不同温度下的人工时效曲线。由图8-3可见：时效温度越高，时效过程就会越快，但时效温度过高，铝合金会出现软化现象，称为过时效处理。生产中应避免这种过时效现象，一般时效温度不超过150℃。

图8-3 人工时效温度对强度的影响