2.Al-Cu-Mn合金

(1)合金的性質(zhì)和用途

Al-Cu-Mn合金的室溫強(qiáng)度雖然低于Al-Cu-Mg系2A12和2A14合金, 但在225~250 ℃或更高溫度下的強(qiáng)度卻比二者高, 并且合金的工藝性能良好, 易于焊接, 主要應(yīng)用于耐熱可焊的結(jié)構(gòu)件及鍛件。主要合金牌號(hào)有2A16、 2A17、 2A19(2219)等。

(2)各合金元素及雜質(zhì)的作用

銅: 在室溫和高溫下, 隨著銅含量提高, 合金強(qiáng)度增加。銅含量達(dá)到5.0%時(shí), 合金強(qiáng)度接近最大值。另外, 銅能改善合金的焊接性能。當(dāng)銅含量超過(guò)6.5%時(shí), 焊接裂紋系數(shù)急劇降低。

錳: 錳是提高耐熱合金的主要元素, 它提高固溶體中原子的激活能, 降低溶質(zhì)原子的擴(kuò)散系數(shù)和固溶體的分解速度。當(dāng)固溶體分解時(shí), 析出T相(Al20Cu2Mn3)的形成和長(zhǎng)大過(guò)程也非常緩慢, 所以合金在一定高溫下長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)性能也很穩(wěn)定。添加適當(dāng)?shù)腗n(0.6%~0.8%)能提高合金淬火和自然時(shí)效狀態(tài)的室溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。但錳含量過(guò)高, T相增多, 使相界面增加, 加速了擴(kuò)散作用, 降低了合金的耐熱性。另外, 錳也能降低合金焊接時(shí)的裂紋傾向。

Al-Cu-Mn合金中添加的微量元素有鎂和鋯, 而主要雜質(zhì)元素有鐵、 硅、 鋅等, 其影響如下。

鎂: 在2A16合金中銅、 錳含量不變的情況下, 添加0.25%~0.45%Mg而成為2A17合金。鎂可以提高合金的室溫強(qiáng)度, 并改善150~225 ℃以下的耐熱強(qiáng)度。然而, 溫度再升高時(shí), 合金的強(qiáng)度明顯降低。此外, 加入鎂會(huì)降低合金的焊接性能, 故在用于耐熱可焊的2A16合金中, 雜質(zhì)鎂的含量應(yīng)不大于0.05%。

鈦: 鈦能細(xì)化鑄態(tài)晶粒, 提高合金的再結(jié)晶溫度, 降低過(guò)飽和固溶體的分解傾向, 使合金高溫下的組織穩(wěn)定。但鈦含量大于0.3%時(shí), 生成粗大針狀晶體TiAl3化合物, 使合金的耐熱性有所降低。合金的鈦含量規(guī)定為0.1%~0.2%。

鋯: 在2219合金中加入0.1%~0.25%Zr時(shí), 能細(xì)化晶粒, 并提高了合金的再結(jié)晶溫度和固溶體的穩(wěn)定性, 從而提高了合金的耐熱性, 并改善了合金的焊接性和焊縫的塑性。但鋯含量高時(shí), 能生成較多的脆性化合物ZrAl3。

鐵: 合金中的鐵含量超過(guò)0.45%時(shí), 形成不溶解相Al7Cu2Fe, 能降低合金淬火時(shí)效狀態(tài)的力學(xué)性能和300 ℃時(shí)的持久強(qiáng)度, 所以鐵含量應(yīng)限制在0.3%以下。

硅: 少量硅(0.4%)對(duì)室溫力學(xué)性能影響不明顯, 但降低300 ℃時(shí)的持久強(qiáng)度。硅含量超過(guò)0.4%時(shí), 還降低室溫力學(xué)性能, 故硅含量應(yīng)限制在0.3%以下。

鋅: 少量鋅(0.3%)對(duì)合金室溫性能沒(méi)有影響, 但能加快銅在鋁中的擴(kuò)散速度, 降低合金300 ℃時(shí)的持久強(qiáng)度, 故限制在0.1%以下。

(3)部分合金的過(guò)燒溫度

Al-Cu-Mn部分合金的過(guò)燒溫度見(jiàn)表1-3。

表1-3 2×××系鋁合金的過(guò)燒溫度