4.Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金

(1)合金的性質(zhì)和用途

Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金具有極為復(fù)雜的化學(xué)組成和相組成, 它在高溫下強(qiáng)度高, 耐熱性好, 并具有良好的工藝性能, 主要用于鍛壓在150~250 ℃以下工作的耐熱零件, 廣泛應(yīng)用于航空和航天領(lǐng)域。主要合金牌號(hào)有2A70、 2A80、 2A90等。

(2)各合金元素及雜質(zhì)的作用

銅和鎂: 銅、 鎂含量對(duì)Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金室溫強(qiáng)度和耐熱性能的影響與Al-Cu-Mg合金的相似。由于該系合金中銅、 鎂含量比Al-Cu-Mg合金的低, 使合金位于α+S(Al2CuMg)兩相區(qū)中, 因而合金具有較高的室溫強(qiáng)度和良好的耐熱性; 此外銅含量較低時(shí), 低濃度的固溶體分解傾向性小, 這對(duì)合金的耐熱性是有利的。

鎳: 鎳與合金中的銅形成不溶的三元化合物, 鎳含量低時(shí)形成(AlCuNi), 含鎳高時(shí)形成Al3(CuNi)2, 因此鎳的存在能降低固溶體中銅的濃度。對(duì)淬火狀態(tài)晶格常數(shù)的測(cè)定結(jié)果也證明了合金固溶體中銅溶質(zhì)原子的貧化。當(dāng)鐵含量很低時(shí), 鎳含量增加能降低合金的硬度, 降低合金的強(qiáng)化效果。

鐵: 鐵和鎳一樣, 也能降低固溶體中銅的濃度。當(dāng)鎳含量很低時(shí), 合金的硬度隨鐵含量的增加, 開始時(shí)明顯降低, 但當(dāng)鐵含量達(dá)到某一數(shù)值后, 又開始提高。

鎳和鐵: 在Al-2.2Cu-1.65Mg合金中同時(shí)添加鐵和鎳時(shí), 淬火自然時(shí)效、 淬火人工時(shí)效、 淬火和退火狀態(tài)下的硬度變化特點(diǎn)相似, 均在鎳、 鐵含量相近的部位出現(xiàn)一個(gè)最大值, 相應(yīng)在此處其淬火狀態(tài)下的晶格常數(shù)出現(xiàn)一極小值。當(dāng)合金中鐵含量大于鎳含量時(shí), 會(huì)出現(xiàn)Al7Cu2Fe相。相反, 當(dāng)合金中鎳含量大于鐵含量時(shí), 則會(huì)出現(xiàn)AlCuNi相。上述含銅三元相的出現(xiàn), 降低了固溶體中銅的濃度, 只有當(dāng)鐵、 鎳含量相等時(shí), 合金落入α+FeNiAl9二相區(qū), 全部生成FeNiAl9相。在這種情況下, 由于沒有過剩的鐵或鎳去形成不溶解的含銅相, 則合金中的銅除了形成S(Al2CuMg)相外, 同時(shí)也增加了銅在固溶體中的濃度, 這有利于提高合金的強(qiáng)度及耐熱性。鐵、 鎳含量可以影響合金耐熱性。FeNiAl9相是硬脆的化合物, 在鋁中溶解度極小, 經(jīng)鍛造和熱處理后, 當(dāng)它們彌散分布于組織中時(shí), 能夠顯著地提高合金的耐熱性。例如在含1.0%Ni的Al-2.2Cu-1.65Mg合金中加入0.7%~0.9%的Fe后, 合金的持久強(qiáng)度值最大。

硅: 在2A80合金中加入0.5%~1.2%的Si提高了合金的室溫強(qiáng)度, 但使合金的耐熱性降低。

鈦: 在2A70合金中加入0.02%~0.1%的Ti, 能細(xì)化鑄態(tài)晶粒, 提高鍛造工藝性能, 對(duì)耐熱性有利, 但對(duì)室溫性能影響不大。

(3)部分合金的過燒溫度

Al-Cu-Mg-Fe-Ni部分合金的過燒溫度見表1-3。

表1-3 2×××系鋁合金的過燒溫度