耐熱鑄造鋁合金簡介

在鑄造鋁合金中，銅不僅能提高a固溶體的熱穩(wěn)定性，更重要的是許多高溫熱穩(wěn)定相，如：150～200℃時的θ(CuAl2)相，200～250℃時的W(Al4Mg5Cu4Si4)相，250～300℃時的S(A12CuMg)相，300～350℃時的TMn(Al20Cu2Mn3)相，300～400℃時的TNi(Al6Cu3Ni)相和Al8Cu4Ce、Al24Cu8Ce3Mn等相(見鋁合金的相)中都含有銅。因此，鋁一銅二元合金是耐熱鋁合金的基礎(chǔ)，一般含銅量都在3%以上。工業(yè)耐熱鑄造鋁合金系有：鋁銅鎳系，鋁銅鎳鎂系，鋁銅鎳錳系，鋁銅硅鐵系，鋁硅銅鎳系，鋁衍土銅系等。

中國ZL201合金、前蘇聯(lián)的B300合金，屬于耐熱鑄造鋁合金，具有高的高溫性能和室溫性能。ZL201合金的化學成分(%)為：Cu4．5～5．3，Mn0．6～1．0，Ti 0．15～0．25，AL余量；B300的化學成分(%)為：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)的室溫力學性能σb=330MPa，δ=4%；300℃的σ=120MPa，δ=5%，σ300℃/100h=70MPa。B300合金(淬火 回火)的室溫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℃下工作的飛機零部件，B300合金可用于在300～350℃下工作的零件。

耐熱鑄造鋁合金的發(fā)展趨勢是加入鋯、釩、鎢、鉬和稀土等元素，進一步提高合金的耐熱性，同時要發(fā)展綜合性能良好的耐熱合金。

現(xiàn)代鑄造鋁合金按主要加入的元素可分為4個系列，即：鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系及鋁鋅系。對這4個系列，各國都有相應的合金和合金牌號的標記。中國采用ZL 3位數(shù)字標記法，第一位數(shù)字表示合金系，其中：1表示鋁硅合金系，2表示鋁銅合金系，3表示鋁鎂合金系，4表示鋁鋅合金系，第二、三位數(shù)字表示合金序號。中國的幾種典型鑄造鋁合金如表所示，根據(jù)合金的使用特性可分為：耐熱鑄造鋁合金、氣密鑄造鋁合金、耐蝕鑄造鋁合金和可焊鑄造鋁合金

鑄造鋁合金鋁-硅系合金

通常硅含量為4%～13%，又稱“硅鋁明”合金。鑄造性能最佳，裂紋傾向性極小，收縮率低，有很好的耐蝕性和氣密性以及足夠的力學性能和焊接性能。此系合金在工業(yè)上的應用雖較鋁-銅系合金晚些，但于1920年發(fā)現(xiàn)可進行變質(zhì)處理后，使該系合金的組織和性能得到改善，拓寬了使用范圍，在用量上幾乎占鑄造鋁合金的50%。鋁硅系合金可分為共晶型、亞共晶型、過共晶型和添加銅、鎂、錳等復雜的共晶合金。ZL102合金為典型的二元共晶合金，共晶溫度為577℃，共晶成分為12.6%Si，共晶溫度下α固溶體中溶解1.6%Si，室溫下溶解約0.05%Si；β相為鋁溶于硅中的固溶體，其溶解度極小，因而共晶組織為α Si兩相組成。多元合金的組織中，除α和硅外，還有θ（CuAl₂）、W （AlxMg₅Si₄）等相（見鋁合金的相）。含銅的鋁硅合金可熱處理強化，但耐蝕性差。合金中硅相的形狀對強度和塑性有顯著的影響，通過變質(zhì)處理（在熔體中加入鈉或銻），使硅相球化，合金的組織和性能得以改善。過共晶合金中的粗大初晶硅有害于力學性能和切削性能，常加入磷，形成AlP化合物，使初晶硅細化，減少其有害影響。

鑄造鋁合金鋁銅系合金

是最早出現(xiàn)的工業(yè)鑄造鋁合金。該系合金有高的強度和熱穩(wěn)定性，但鑄造性和耐蝕性差。銅含量一般低于銅在鋁中的溶解度極限（5.85%），平衡組織中無共晶體，非平衡條件下，可能出現(xiàn)少量共晶體，經(jīng)固溶處理，使固溶體過飽和，可獲得時效強化效果。合金中加入錳、鈦可使晶粒細化，能補充強化和改善耐蝕性。

鑄造鋁合金鋁鎂系合金

該系合金強度高，耐蝕性最佳，密度小，有較好的氣密性。鋁鎂二元鑄造合金，鎂含量高達11.5%，多元合金中的鎂含量一般為5%左右。合金的組織為α β（Mg₅Al₈）相組成，熱處理的強化效果不明顯，主要為固溶強化。β（Mg₅Al₈）相沿晶界呈網(wǎng)狀析出時，抗蝕性和力學性能變壞。為防止β（Mg₅Al₈）相沿晶界析出，多在固溶狀態(tài)下使用。合金中加入硅和錳能改善合金的流動性。

鑄造鋁合金鋁鋅系合金

該系合金在鑄造狀態(tài)就具備淬火組織特征，不進行熱處理就可獲得高的強度，但合金的密度大，不適宜制作飛機零件。該合金系是在硅鋁明合金的基礎(chǔ)上加鋅而成，因此亦稱“鋅硅鋁明”合金。

鋁-銅系鑄造鋁合金Al-C'.u cast aluminium alloy以銅為 主要合金元素的鑄造鋁合金。銅的含量范圍在4%一抖%。 含銅9%以上的Al-Cu系合金。具有較好的鑄造性能，可用于 金屬型鑄造，并具有良好的拋光性能及電鍍性能。但熱處理 強化效果不大，力學性能較低，主要用于裝飾性零件。該系合 金中其有重要應用價值的是由Al-5Cu合金基礎(chǔ)上發(fā)展起來 的高強度鑄造鋁合金和熱強鑄造鋁合金。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。鑄造性能較 井.熱裂疏松4}向較大，需要合理的鑄造工藝設(shè)計。

鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能，可 以制成形狀復雜的零件；不需要龐大的附加設(shè)備；具有節(jié)約金屬、降低成本、減 少工時等優(yōu)點，在航空工業(yè)和民用工業(yè)得到廣泛應用。用于制造梁、 燃汽輪葉片、泵體、掛架、輪轂、進氣 唇口和發(fā)動機的機匣等。還用于制造 汽車的氣缸蓋、變速箱和活塞，儀器儀 表的殼體和增壓器泵體等零件。