鋁合金材料組織與金相圖譜

前言

節(jié)約資源、節(jié)省能源、改善環(huán)境越來越成為人類生活與社會(huì)持續(xù)發(fā)展的必要條件，人們正竭力開辟新途徑，尋求新的發(fā)展方向和有效的發(fā)展模式。輕量化顯然是有效的發(fā)展途徑之一，其中鋁合金是輕量化首選的金屬材料。因此，進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界鋁及鋁加工業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展，鋁及鋁加工技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，同時(shí)我國的鋁及鋁加工產(chǎn)業(yè)也掀起了第三次發(fā)展高潮。2007年，世界原鋁產(chǎn)量達(dá)3880萬噸（其中：廢鋁產(chǎn)量1700萬噸），鋁消費(fèi)總量達(dá)4275萬噸，創(chuàng)歷史新高；鋁加工材年產(chǎn)達(dá)3200萬噸，仍以5％～6％的年增長率遞增；我國原鋁年產(chǎn)量已達(dá)1260萬噸（其中：廢鋁產(chǎn)量250萬噸），連續(xù)五年位居世界首位；鋁加工材年產(chǎn)量達(dá)1176萬噸，一舉超過美國成為世界鋁加工材產(chǎn)量最大的國家。與此同時(shí)，我國鋁加工材的出口量也大幅增加，我國已真正成為世界鋁業(yè)大國、鋁加工業(yè)大國。但是，我們應(yīng)清楚地看到，我國鋁加工材在品種、質(zhì)量以及綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等方面還相對(duì)落后，生產(chǎn)裝備也不甚先進(jìn)，與國際先進(jìn)水平仍有一定差距。為了促進(jìn)我國鋁及鋁加工技術(shù)的發(fā)展，努力趕超世界先進(jìn)水平，向鋁業(yè)強(qiáng)國和鋁加工強(qiáng)國邁進(jìn)，還有很多工作要做：其中一項(xiàng)最重要的工作就是總結(jié)我國長期以來在鋁加工方面的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和科研成果；普及和推廣先進(jìn)鋁加工技術(shù)；提出我國進(jìn)一步發(fā)展鋁加工的規(guī)劃與方向。幾年前，中國有色金屬學(xué)會(huì)合金加工學(xué)術(shù)委員會(huì)與冶金工業(yè)出版社合作，組織國內(nèi)20多家主要的鋁加工企業(yè)、科研院所、大專院校的百余名專家、學(xué)者和工程技術(shù)人員編寫出版了大型工具書一《鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)》，該書出版后受到廣大讀者，特別是鋁加工企業(yè)工程技術(shù)人員的好評(píng)，對(duì)我國鋁加工業(yè)的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。但由于鋁加工工業(yè)及技術(shù)涉及面廣，內(nèi)容十分豐富，《鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)》因篇幅所限，有些具體工藝還不盡深入。因此，有讀者反映，能有一套針對(duì)性和實(shí)用性更強(qiáng)的生產(chǎn)技術(shù)類《叢書》與之配套，相輔相成，互相補(bǔ)充，將能更好地滿足讀者的需要。為此，中國有色金屬學(xué)會(huì)合金加工學(xué)術(shù)委員會(huì)與冶金工業(yè)出版社計(jì)劃在“十一五”期間，組織國內(nèi)鋁加工行業(yè)的專家、學(xué)者和工程技術(shù)人員編寫出版《現(xiàn)代鋁加工生產(chǎn)技術(shù)叢書》（簡稱《叢書》），以滿足讀者更廣泛的需求。《叢書》要求突出實(shí)用性、先進(jìn)性、新穎性和可讀性。

內(nèi)容概要

本書是《現(xiàn)代鋁加工生產(chǎn)技術(shù)叢書》之一，詳細(xì)介紹了鋁及鋁合金8個(gè)系以及粉末冶金鋁合金和鋁合金雙金屬復(fù)合板的主要相組成及其特征，各種加工方式(壓延、壓擠、鍛造、冷拉等)對(duì)合金組織的影響，各種熱處理狀態(tài)(均勻化、退火、淬火、時(shí)效等)下合金組織的特點(diǎn)和規(guī)律，加工制品主要缺陷產(chǎn)生原因和對(duì)材料性能的影響，對(duì)其較為典型的組織狀態(tài)，均附有圖片和必要的說明。本書在內(nèi)容組織和結(jié)構(gòu)安排上，力求理論聯(lián)系實(shí)際，突出實(shí)用性、科學(xué)性和行業(yè)特色，為讀者提供一本實(shí)用的技術(shù)著作。    本書是鋁加工生產(chǎn)企業(yè)工程技術(shù)人員和管理人員必備的技術(shù)讀物，也可供從事有色金屬材料與加工的科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面的技術(shù)人員與管理人員使用，同時(shí)可作為大專院校有關(guān)專業(yè)師生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

1 總論  1.1 變形鋁及其合金的分類和狀態(tài)  1.2 變形鋁合金中的主要元素及相組成和力學(xué)性能  1.3 變形鋁合金鑄錠(Dc)及其加工制品在各種狀態(tài)下的組織與性質(zhì)    1.3.1 半連續(xù)鑄造鑄錠(Dc)的組織和均勻化    1.3.2 變形鋁及其合金的塑性變形和半成品的恢復(fù)與再結(jié)晶    1.3.3 變形鋁及其合金的動(dòng)態(tài)恢復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶及制品熱加工狀態(tài)的組織和性質(zhì)  1.4 冷壓延、冷拉伸及冷拔、冷軋狀態(tài)的組織  1.5 變形鋁合金熱處理狀態(tài)的組織和性質(zhì)    1.5.1 退火狀態(tài)的組織和性質(zhì)    1.5.2 淬火及時(shí)效狀態(tài)的組織和性質(zhì)    1.5.3 淬火及時(shí)效狀態(tài)組織的電子顯微鏡觀察和電子衍襯金相分析  1.6 變形鋁合金制品缺陷金相分析和對(duì)制品性能的影響    1.6.1 氧化膜    1.6.2 小亮點(diǎn)    1.6.3 光亮晶粒    1.6.4 羽毛狀晶(花邊狀組織)    1.6.5 銅擴(kuò)散    1.6.6 縮尾    1.6.7 粗晶環(huán)    1.6.8 過燒2 1×××系(工業(yè)純鋁)  2.1 雜質(zhì)含量及相組成  2.2 熱處理特性  2.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能3 2×××系(鋁一銅系)合金  3.1  2 ×××系合金之一——鋁一銅一鎂系合金    3.1.1 化學(xué)成分及相組成    3.1.2 熱處理特性    3.1.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能  3.2 2×××系合金之二——鋁-銅-鎂-鐵-鎳系合金    3.2.1 化學(xué)成分及相組成    3.2.2 熱處理特性    3.2.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能  3.3 2 ×××系合金之三——鋁-銅-錳系合金    3.3.1 化學(xué)成分及相組成    3.3.2 熱處理特性    3.3.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能4 3 ×××系(鋁一錳系)合金  4.1 3×××系合金之一——3A21合金    4.1.1 化學(xué)成分及相組成    4.1.2 熱處理特性    4.1.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能  4.2 3×××系合金之二——3102合金    4.2.1 化學(xué)成分及相組成    4.2.2 熱處理特性    4.2.3 鑄軋料及各狀態(tài)的組織和性能  4.3 3×××系合金之三——易拉罐體用AA3004／3104合金    4.3.1 化學(xué)成分及相組成    4.3.2 合金的熱處理    4.3.3 鑄錠與加工狀態(tài)組織5 4×××系(鋁-硅系)合金  5.1 化學(xué)成分、變質(zhì)處理與相組成  5.2 熱處理特性  5.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能6 5×××系(鋁-鎂系)合金  6.1 化學(xué)成分及相組成  6.2 熱處理特性  6.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能7 6×××系(鋁-鎂-硅系)合金  7.1 6×××系合金之一——鋁-鎂-硅-銅系合金    7.1.1 化學(xué)成分及相組成    7.1.2 熱處理特性    7.1.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能  7.2 6×××系合金之二——鋁-鎂-硅系合金    7.2.1 化學(xué)成分及相組成    7.2.2 熱處理特性    7.2.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能8 7×××系(鋁-鋅-鎂-銅系)鋁合金  8.1 化學(xué)成分及相組成    8.1.1 Al-zn-Mg合金    8.1.2 Al-zn-Mg-Cu合金  8.2 熱處理特性    8.2.1 均勻化處理    8.2.2 固溶處理    8.2.3 時(shí)效    8.2.4 退火  8.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能9 8×××系(以鋁-銅-鋰系為主)合金  9.1 化學(xué)成分和相組成    9.1.1 化學(xué)成分    9.1.2 相組成  9.2 熱處理特性  9.3 鑄錠(DC)及加工制品的組織和性能10 粉末冶金鋁合金  10.1 鋁合金粉末  10.2 錠坯及加工制品特性  10.3 錠坯及加工制品的組織和性能11 鋁合金雙金屬復(fù)合板  11.1 鋁合金雙金屬復(fù)合板  11.2 熱軋復(fù)合附錄  附錄1 變形鋁合金化學(xué)成分  附錄2 變形鋁合金主要相晶體結(jié)構(gòu)及浸蝕前后的特征  附錄3 變形鋁合金部分制品的力學(xué)性能參考數(shù)據(jù)  附錄4 鋁合金制品的表示方法  附錄5 鋁合金制品的狀態(tài)代號(hào)參考文獻(xiàn)部分照片彩圖

章節(jié)摘錄

插圖：10粉末冶金鋁合金最早出現(xiàn)的粉末冶金鋁材是用球磨機(jī)在控制氧含量的保護(hù)介質(zhì)中研磨工業(yè)純鋁粉，使粉粒表面生成很薄的氧化膜，將鋁粉經(jīng)過壓實(shí)、燒結(jié)和熱加工制成燒結(jié)鋁材料（SAP）。在熱加工過程中，氧化鋁薄膜被破碎，彌散地分布在基體中，成為燒結(jié)鋁的彌散強(qiáng)化相，它使燒結(jié)鋁具有一定的室溫強(qiáng)度和很好的高溫性能。為了大幅度提高材料強(qiáng)度、耐蝕性、耐熱性、斷裂韌性等性能，通過將鋁合金熔體霧化，快速凝固成粉末，再將粉末壓制、燒結(jié)、壓力加工成鋁合金材料。制得的材料晶粒細(xì)小，金屬間化合物粒子細(xì)化，化學(xué)成分均勻，合金元素的過飽和固溶度增加，彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化作用得到綜合利用，因而材料有很高的強(qiáng)度和很好的抗應(yīng)力腐蝕性能。例如：美國鋁業(yè)公司（Alcoa）研制成了粉末冶金高強(qiáng)度鋁合金7090、7091、CW67、MR61和MR64。20世紀(jì)80年代以來，我國一些科研單位、高等院校以及部分企業(yè)，對(duì)快速凝固-粉末冶金技術(shù)、機(jī)械合金化-粉末冶金技術(shù)進(jìn)行了卓有成效的研究，在研制耐熱性和高強(qiáng)度粉末冶金鋁合金方面取得了一定的成果。10.1鋁合金粉末快速凝固制粉方法有氣體霧化法、轉(zhuǎn)筒噴霧法、輥濺射霧化法、圓盤旋轉(zhuǎn)法、熔體旋轉(zhuǎn)法等。一般工業(yè)常用的是氣體霧化法，首先熔煉鋁合金，達(dá)到霧化溫度后，調(diào)整流動(dòng)的氣體，使噴嘴內(nèi)導(dǎo)流管的末端產(chǎn)生虹吸作用，在噴嘴內(nèi)熔體遇到調(diào)整氣流被擊碎成小液滴，在冷凝室內(nèi)飛行過程中冷卻凝固成粉末，然后再用篩分法或旋風(fēng)分級(jí)法進(jìn)行分級(jí)。鋁合金粉末的壓實(shí)過程一般包括冷壓、真空脫氣和熱壓實(shí)到完全密實(shí)。通常采用工藝過程是：粉末冷壓-將冷壓塊裝入殼筒-真空脫氣處理一熱壓實(shí)-去掉殼筒并去皮，得到錠坯。機(jī)械合金化法（MA）是用帶有水冷套的高能球磨機(jī)，在控制氧含量的氮?dú)庵醒心ソ饘俜壑迫『辖鸱勰?。高能球磨機(jī)制取鋁合金粉末的過程中，生成尺寸30gm以下的氧化物和碳化物質(zhì)點(diǎn)（A1203、A14C3、MgO等），它們彌散地分布在粉末冶金鋁合金材料中，起到彌散強(qiáng)化作用。在球磨過程中，粉末被強(qiáng)烈地打擊和破碎，產(chǎn)生細(xì)小的晶粒，且出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化（高的位錯(cuò)密度和細(xì)小的亞晶粒）。因此，機(jī)械合金化法制粉可以綜合利用各種強(qiáng)化作用提高粉末冶金鋁合金的性能，如固溶強(qiáng)化，氧化物彌散強(qiáng)化，碳化物彌散強(qiáng)化，細(xì)晶粒強(qiáng)化，高位錯(cuò)密度和亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。在高能球磨機(jī)研磨制粉的過程中，加入少量的有機(jī)物（例如硬脂酸），一方面控制球磨過程中粉粒的焊合和破碎，另一方面與鋁發(fā)生反應(yīng)生成碳化物（A14C3）彌散粒子。碳化鋁、氧化鋁和氧化鎂的彌散粒子起彌散強(qiáng)化作用，同時(shí)穩(wěn)定細(xì)小的晶粒。

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