1.3.2 2×××系鋁合金

2×××系合金是在Al-Cu二元合金基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 是在Al-Cu二元合金基礎(chǔ)上添加一定量的鎂、 鐵、 鎳、 錳等形成的硬鋁, 包括Al-Cu-Mg合金、 Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金、 Al-Cu-Mn合金、 Al-Cu-Mg-Si合金等, 這些合金均屬熱處理可強(qiáng)化鋁合金。該系合金的特點(diǎn)是強(qiáng)度高, 通常稱為硬鋁合金。

1.Al-Cu-Mg合金

(1)合金的性質(zhì)和用途

Al-Cu-Mg合金耐熱性能和加工性能良好, 但耐蝕性不如其他鋁合金, 在一定條件下會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。因此, 板材往往需要包覆一層純鋁或一層對(duì)芯板有電化學(xué)保護(hù)的6×××系鋁合金, 以提高其耐腐蝕性能。主要包括2A01、 2A02、 2A04、 2A06、 2B06、 2A10、 2A11、 2B11、 2A12、 2B12、 2A13、 2017、 2024等。其中, 2A01、 2A10等合金主要用于制作鉚釘線; 2A12合金是硬鋁中的典型合金, 綜合性能好, 用于制造飛機(jī)蒙皮、 主要受力件、 使用溫度在150 ℃以下的零件等; 2A11合金強(qiáng)度低于2A12, 主要用于中等強(qiáng)度的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件, 如骨架、 模鍛件等, 其鍛造性能優(yōu)于2A12合金; 2A02、 2A06合金是高溫下使用的硬鋁, 在200 ℃下2A02合金強(qiáng)度較高, 主要用于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸向葉片和其他高溫的工作零件, 常用于制造鍛造件; 溫度超過200 ℃時(shí), 2A06的強(qiáng)度較高, 可用于生產(chǎn)在150~250 ℃溫度范圍內(nèi)工作的結(jié)構(gòu)板材。

(2)各合金元素及雜質(zhì)的作用

銅、 鎂: 銅、 鎂含量不同, 合金的主要強(qiáng)化相也不相同。合金中含少量鎂時(shí), 主要強(qiáng)化相為θ(CuAl2)相。隨著鎂含量的增加, θ相的作用減小, 而S(Al2CuMg)相起主要作用。銅和鎂總含量越高, 比值越大, 合金的力學(xué)性能越高。Cu+Mg總含量接近, 但比值不同, 合金性能也不相同。2A11合金中θ相較多。當(dāng)硅含量較高時(shí), 有較多的Mg2Si相, 個(gè)別的還有S相。2A12合金中主要強(qiáng)化相為S相, 還有少量的θ相和Mg2Si相。因此2A12合金的強(qiáng)度和耐熱性比2A11的高。銅、 鎂含量不同, 合金的力學(xué)性能、 耐熱性、 耐蝕性也都不同。合金中鎂含量為1%~2%, 銅含量從1.0%增加到4.0%時(shí), 合金的抗拉強(qiáng)度增加; 銅含量在1%~4%范圍內(nèi), 鎂從0.5%增加到2.0%時(shí), 合金的抗拉強(qiáng)度增加, 繼續(xù)增加鎂含量時(shí), 合金的強(qiáng)度降低。含4.0%Cu和2.0%Mg的合金抗拉強(qiáng)度值最大; 含Cu 3.5%~6%和Mg 1.2%~2.0%的合金, 持久強(qiáng)度最大, 這時(shí)合金位于Al-S(Al2CuMg)偽二元截面上或這一區(qū)域附近。遠(yuǎn)離偽二元截面的合金, 即當(dāng)鎂含量小于1.2%或大于2.0%時(shí), 其持久強(qiáng)度降低。若鎂含量提高到3.0%或更多時(shí), 合金持久強(qiáng)度將迅速降低。銅含量為3%~5%時(shí), 合金在淬火自然時(shí)效狀態(tài)下的耐蝕性能很低。加入0.5%Mg可降低α固溶體的電位, 部分改善合金的耐蝕性。鎂含量大于1.0%時(shí), 合金的局部腐蝕增加, 腐蝕后伸長(zhǎng)率急劇降低。對(duì)于銅含量大于4%、 鎂含量大于1.0%的合金, 鎂降低了銅在鋁中的溶解度。合金在淬火狀態(tài)下, 有未溶解的θ相和S相, 這些相的存在加速了腐蝕。晶間腐蝕是Al-Cu-Mg系合金的主要腐蝕傾向。

鎂: 隨著合金中鎂含量的升高, 合金在液態(tài)下氧化膜致密性降低, 吸氣量大, 因此鑄錠形成疏松的傾向大。

錳: 在Al-Cu-Mg合金中加錳, 主要是為了消除鐵的有害影響和提高耐蝕性。錳能稍許提高合金的室溫強(qiáng)度, 但使塑性降低。錳還能延遲和減弱Al-Cu-Mg合金的人工時(shí)效過程, 提高合金的耐熱強(qiáng)度。錳也是使Al-Cu-Mg合金具有擠壓效應(yīng)的主要因素之一。錳的添加量一般低于1.0%, 若含量過高, 則形成粗大的(FeMn)Al6脆性化合物, 降低合金的塑性。

鈦: 合金中加鈦能細(xì)化鑄態(tài)晶粒, 減少鑄造時(shí)形成裂紋的傾向。

鋯: 少量的鋯和鈦有相似的作用, 細(xì)化鑄態(tài)晶粒, 減少鑄造和焊接裂紋的傾向性, 提高鑄錠和焊接接頭的塑性。加鋯不影響含錳合金冷變形制品的強(qiáng)度, 對(duì)無錳合金的強(qiáng)度稍有提高。