热强铸造铝合金

中文名称

热强铸造铝合金

英文名称

high strength and heat resistant cast aluminum alloy

定　　义

具有高的热稳定性、热强性的铝基铸造合金。包括铝铜镍系、铝铜镍镁系、铝铜镍锰系、铝铜硅铁系、铝硅铜镍系、铝稀土铜系等铸造铝合金。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），有色金属材料（三级学科），铝及其合金（四级学科）

在铸造铝合金中，铜不仅能提高a固溶体的热稳定性，更重要的是许多高温热稳定相，如：150～200℃时的θ(CuAl2)相，200～250℃时的W(Al4Mg5Cu4Si4)相，250～300℃时的S(A12CuMg)相，300～350℃时的TMn(Al20Cu2Mn3)相，300～400℃时的TNi(Al6Cu3Ni)相和Al8Cu4Ce、Al24Cu8Ce3Mn等相(见铝合金的相)中都含有铜。因此，铝一铜二元合金是耐热铝合金的基础，一般含铜量都在3%以上。工业耐热铸造铝合金系有：铝铜镍系，铝铜镍镁系，铝铜镍锰系，铝铜硅铁系，铝硅铜镍系，铝衍土铜系等。

中国ZL201合金、前苏联的B300合金，属于耐热铸造铝合金，具有高的高温性能和室温性能。ZL201合金的化学成分(%)为：Cu4．5～5．3，Mn0．6～1．0，Ti 0．15～0．25，AL余量；B300的化学成分(%)为：Cu4．6～6．0，Ni2．6～3．6，Mg0．8～1．5，Mn0．18～0．5，Cr0．1～0．25，Al余量。ZL201合金(S、T5)的室温力学性能σb=330MPa，δ=4%；300℃的σ=120MPa，δ=5%，σ300℃/100h=70MPa。B300合金(淬火 回火)的室温σb>210MPa，δ>0．8%；300℃的σb=165MPa，σ300℃/100h=65MPa，350℃的σb=90MPa ，σ300℃/100h=45MPa。ZL201合金用于在175～300℃下工作的飞机零部件，B300合金可用于在300～350℃下工作的零件。

耐热铸造铝合金的发展趋势是加入锆、钒、钨、钼和稀土等元素，进一步提高合金的耐热性，同时要发展综合性能良好的耐热合金。

铝-铜系铸造铝合金Al-C'.u cast aluminium alloy以铜为 主要合金元素的铸造铝合金。铜的含量范围在4%一抖%。 含铜9%以上的Al-Cu系合金。具有较好的铸造性能，可用于 金属型铸造，并具有良好的抛光性能及电镀性能。但热处理 强化效果不大，力学性能较低，主要用于装饰性零件。该系合 金中其有重要应用价值的是由Al-5Cu合金基础上发展起来 的高强度铸造铝合金和热强铸造铝合金。主要有A1- Al}:u-Mn, At-Cu-Mg, AI-Cu-u1i. A1-Cu-RE等系列。 C;u-Si , A1一〔抽 系合金具有良好的切削加工性能和焊接性能。铸造性能较 井.热裂疏松4}向较大，需要合理的铸造工艺设计。

现代铸造铝合金按主要加入的元素可分为4个系列，即：铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系。对这4个系列，各国都有相应的合金和合金牌号的标记。中国采用ZL 3位数字标记法，第一位数字表示合金系，其中：1表示铝硅合金系，2表示铝铜合金系，3表示铝镁合金系，4表示铝锌合金系，第二、三位数字表示合金序号。中国的几种典型铸造铝合金如表所示，根据合金的使用特性可分为：耐热铸造铝合金、气密铸造铝合金、耐蚀铸造铝合金和可焊铸造铝合金

铸造铝合金铝-硅系合金

通常硅含量为4%～13%，又称“硅铝明”合金。铸造性能最佳，裂纹倾向性极小，收缩率低，有很好的耐蚀性和气密性以及足够的力学性能和焊接性能。此系合金在工业上的应用虽较铝-铜系合金晚些，但于1920年发现可进行变质处理后，使该系合金的组织和性能得到改善，拓宽了使用范围，在用量上几乎占铸造铝合金的50%。铝硅系合金可分为共晶型、亚共晶型、过共晶型和添加铜、镁、锰等复杂的共晶合金。ZL102合金为典型的二元共晶合金，共晶温度为577℃，共晶成分为12.6%Si，共晶温度下α固溶体中溶解1.6%Si，室温下溶解约0.05%Si；β相为铝溶于硅中的固溶体，其溶解度极小，因而共晶组织为α Si两相组成。多元合金的组织中，除α和硅外，还有θ（CuAl₂）、W （AlxMg₅Si₄）等相（见铝合金的相）。含铜的铝硅合金可热处理强化，但耐蚀性差。合金中硅相的形状对强度和塑性有显著的影响，通过变质处理（在熔体中加入钠或锑），使硅相球化，合金的组织和性能得以改善。过共晶合金中的粗大初晶硅有害于力学性能和切削性能，常加入磷，形成AlP化合物，使初晶硅细化，减少其有害影响。

铸造铝合金铝铜系合金

是最早出现的工业铸造铝合金。该系合金有高的强度和热稳定性，但铸造性和耐蚀性差。铜含量一般低于铜在铝中的溶解度极限（5.85%），平衡组织中无共晶体，非平衡条件下，可能出现少量共晶体，经固溶处理，使固溶体过饱和，可获得时效强化效果。合金中加入锰、钛可使晶粒细化，能补充强化和改善耐蚀性。

铸造铝合金铝镁系合金

该系合金强度高，耐蚀性最佳，密度小，有较好的气密性。铝镁二元铸造合金，镁含量高达11.5%，多元合金中的镁含量一般为5%左右。合金的组织为α β（Mg₅Al₈）相组成，热处理的强化效果不明显，主要为固溶强化。β（Mg₅Al₈）相沿晶界呈网状析出时，抗蚀性和力学性能变坏。为防止β（Mg₅Al₈）相沿晶界析出，多在固溶状态下使用。合金中加入硅和锰能改善合金的流动性。

铸造铝合金铝锌系合金

该系合金在铸造状态就具备淬火组织特征，不进行热处理就可获得高的强度，但合金的密度大，不适宜制作飞机零件。该合金系是在硅铝明合金的基础上加锌而成，因此亦称“锌硅铝明”合金。