鋁銅合金

鋁銅合金

鋁銅合金很堅硬,熔點是640℃,一般是由97%的鋁和3%的銅組成。跟金屬鋁的化學性質相似。輕而抗張強度大。可代替昂貴的銅線為電線。

基本介紹

  • 中文名:鋁銅合金
  • 外文名:Aluminum copper alloy
  • 熔點:640℃
  • 組成:97%的鋁+3%的銅
  • 套用:製成板材、型材、鍛件等
  • 套用學科:冶金術語
材料介紹,分類,製備工藝,製造,

材料介紹

Al-Cu類合金是工業上最早使用的鑄鋁合金。其主要性能特點是室溫和高溫力學性能高,鑄造工藝簡單,切削加工性能好,耐熱性能優良,是發展含Cu高強度鋁合金和各種耐熱合金的基礎。缺點是固溶體型合金的鑄造性能差,富銅的
)相與
)基體間的電位差大,抗腐蝕性能低,密度較大。
鋁銅合金很堅硬,熔點是640℃,一般是由97%的鋁和3%的銅組成。跟金屬鋁的化學性質相似。輕而抗張強度大。可代替昂貴的銅線為電線。
鋁銅鋁合金可以製成板材、型材、鍛件、線材、棒材、管材、箔材、航空航天結構件、焊條焊料、機械加工品、發動機活塞機輪等等。

分類

鋁銅二元合金
鋁銅二元合金的一個牌號是ZAICu10,代號為ZL202,成分為Cu質量分數=9.0%~11.0%,余為Al,鑄態組織為
離異共晶。該合金熔煉簡單,有一定的共晶體,鑄造性能尚可,但不能熱處理強化,僅能在鑄態下使用,故而力學性能不高,在新的國家標準GB/T 1173一1995中已取消該標準。
鋁銅二元合金的另一個牌號為ZAlCu4,代號為Z1203,成分為Cu質量分數=4.0%~5.0%,余為Al,鑄態組織為
+少量的
組成。
有嚴重的晶內偏析,該合金由於含銅量較低,因此可以固溶化處理,在淬火加時效處理後,力學性能可大幅度提高。由於凝固區間很大,鑄造性能差,常用作形狀簡單的承受中等載荷,在一定溫度下工作的零件。
因為鋁銅二元合金的抗腐蝕性能不好,所以,鋁銅二元合金在工業上的套用並不多。
鋁銅多元合金
在ZL203合金的基礎上加入少量的,即成為重要的耐熱高強度鑄造鋁合金ZAlCu5Mn,代號為ZL201,成分(質量分數)為Cu為4.5%~5.3%,Mn為0.6%~1.0%,Ti為0.15%~0.35%,余為Al。鑄態組織為
+晶界上分布著少量二元共晶
以及非平衡形成的三元共晶
組成。常用
代表。
Al—Cu—Mn三元合金在固溶化處理時,一方面,固態析出的三元共晶體中的
溶入
固溶體,另一方面,過飽和的Mn以二次
相呈彌散狀析出;時效過程中,
呈彌散狀析出。而二元共晶中的
相仍以斷續的網狀分布在
晶界上,此相的結構和結晶點陣十分複雜,400℃以下在
中的溶解度變化很小,使其在高溫下穩定,不易聚集長大,又有很高的熱硬性,是耐熱鋁合金中的較理想的強化相。

製備工藝

熔煉ZL201合金的工藝要點是:嚴格控制化學成分和雜質含量,防止產生鈦偏析、沉底。為此應使用純度較高的鋁錠,回爐料不能超過60%,配料時要掌握準確的各元素的熔耗率,並驗算鐵、矽含量。防止和消除鈦偏析的工藝措施如下。
(1)不允許使用成分不均勻、存在大片狀
。或冶金質量差的
中間合金;配料時鈦含量控制在0.15%~0.30%之間。
(2)熔煉時加強攪拌,儘量採用感應電爐熔煉。
(3)儘量縮短攪拌後到澆鑄鑄件時的保溫時間,不要超過20~30min。
ZL201合金對雜質很敏感,最好用石墨坩堝,投料前要清理乾淨、預熱。
銅、錳、鈦分別以Al一Cu、Al一Mn、Al一Ti中間合金形式加入,也可以用
加入鈦。為了獲得成分準確、冶金質量高的合金,常用二次熔煉法,先熔制預製合金錠,第二次快速熔化,調整成分後即進行澆鑄。在熔煉工藝成熟,能準確控制合金成分,保證合金質量的條件下,可以省去預製合會錠。

製造

鋁—銅二元合金在製造上較其他鑄鋁合金為簡單。
此種合金可以在坩堝,火焰反射爐和各種結構的電爐中熔煉。鋁—銅合金不像鋁—矽合金易於吸收氣體,也不像含鎂量高的合金易於氧化。
使用牌號A3及其以下的鋁錠和3級(M3)的及其以’F的銅作為鋁—銅合金的爐料。銅以鋁—銅中間合金的狀態加入鋁—銅合金內。
含銅33%的鋁銅共晶合金具有優良中間合金的一切性能:可以製成化學成分均一的易熔的(熔點540℃)和脆性大的合金。
但是,含銅50%的合金具有更大的優點。在低熔點(575℃)和足夠的脆性時,此種合金是均—的。
鋁—銅中間合金有三種可能製造方法:(1)混合熔融的鋁和銅;(2)溶解銅於熔融的鋁中;(3)溶解鋁於熔融的銅中。在這三種方法中最實用的是第三種方法,因為此種方法很簡單,並且保證中間合金的質量良好。
在熔融的鋁中溶解銅的方法和混合熔融金屬的方法,由於熔煉物強烈的過熱而使中間合金易為非金屬雜質所玷污。
往熔融的鋁中加入預熱的固體銅或熔融的銅, 由於鋁—銅合金生成熱的放散而促使溫度顯著升高。
將單獨熔化的金屬混合在一起,除了使合金過熱之外,還會使生產過程複雜化,因為需要使用兩台熔爐,坩堝等。但當在大型鑄造車間內熔合大量中間合金時,此種方法有某些使用意義。採用此種方法時,單獨在木炭復層下熔化銅和
分量的鋁。將熔融的銅以細流注入熔融的鋁中,另外分批地加入剩餘部分固態鋁,以便降低熔煉物的溫度。
當固態鋁在液態銅中溶解時,熔煉物的加熱溫度顯著降低。這是由於銅的熱容量和熔化潛熱較該銅為高。
但是,使用這種力法時並不能避免該熔煉物局部過熱的可能。為了避免局部過熱,將鋁加在熔池表面下的深處,而在液態銅中溶解。
溶解固態銅於熔融的銅中以製造Al—Cu中間合金的方法綜述如下:將全部銅裝入爐中,並加入全部爐料鋁的10~15%,以便加速銅的熔化。隨著銅的熔化逐漸少量地加入鋁,將鋁加入熔池的深處並在此時攪混熔煉物。鋁錠應預熱至150~200℃。待全部鋁溶解之後,將合金冶卻到700℃並用氯化鋅進行精煉,除去熔渣並將製成的中間合金在680~700℃時澆鑄於經過預熱的錠模中。當中間合金在錠模中凝固時,用杓子取出表面所生成的薄膜,以便於金屬凝固時從其中放出氣體,並除去表面上的非金屬污物。

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