ALCA5铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能调控

　　ALCA5铝合金 用途及特性

　　一、材料概述

　　ALCA5是一种特殊的高强度铸造铝合金，属于Al-Si-Cu-Mg-Ni系耐热铸造铝合金。该合金通过独特的镍元素添加和优化的热处理工艺，在保持良好铸造性能的同时，实现了高温强度与热稳定性的优异平衡，特别适用于高温工况下的结构件制造。

　　ALCA5实测化学成分：

　　Cu0.15-0.4-,

　　Si0.4-0.8,

　　Fe0.7-,

　　Mn0.15-,

　　Mg0.8-1.2-,

　　Zn0.25-,

　　Cr0.04-0.35-,

　　Ti0.15

　　力学性能：

　　抗拉强度 σb (MPa) ) 140-180

　　条件屈服强度 σ0.2 (MPa) )≥115

　　试样尺寸：所有壁厚

　　注：管材室温纵向力学性能

　　质量特征

　　密度：2.75g/cm3。

　　弹性模量：拉伸：70.3GPa(10.2×106psi)，剪切26.4GPa(3.83×106psi)，压缩71.7GPa(10.4×106psi)

　　疲劳强度：H321和H116状态：循环5*106次时160MPa(23ksi);R.R.Moore型试验。

　　三、关键特性参数

　　1. 机械性能(T6状态)

　　室温抗拉强度：280-320 MPa

　　室温屈服强度：220-260 MPa

　　延伸率：2-4%

　　高温强度(250℃)：≥180 MPa

　　硬度：HB 90-110

　　冲击韧性：8-12 J (室温)

　　2. 物理特性

　　密度：2.78 g/cm³

　　热膨胀系数：21.5×10⁻⁶/°C (20-200°C)

　　热导率：125 W/(m·K)

　　比热容：0.96 J/g·K

　　熔点范围：520-610°C

　　3. 耐热性能

　　长期使用温度：≤300℃

　　热疲劳性能：优于A380铝合金30%

　　高温蠕变抗力：250℃/100h变形<0.2%

　　氧化增重率：≤0.5 mg/cm² (400℃×100h)

　　四、典型应用领域

　　1. 动力机械

　　发动机缸盖

　　涡轮增压器壳体

　　活塞组件

　　2. 工业设备

　　高温模具

　　热压铸模

　　塑料机械部件

　　3. 航空航天

　　航空发动机附件壳体

　　航天器热端部件

　　导弹导引头结构件

　　五、热处理工艺

　　1. 标准热处理流程

　　固溶处理：515±5℃ × 8-12h → 水淬

　　人工时效：

　　T5：175±5℃ × 8-10h

　　T6：155±5℃ × 10-12h → 175±5℃ × 4-6h

　　T7：200±5℃ × 6-8h (过时效)

　　2. 不同热处理状态性能对比

　　热处理状态抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)延伸率(%)主要特点

　　F态(铸态)200-230160-1901-2铸态性能

　　T5250-280190-2202-3中等强度

　　T6280-320220-2602-4佳强度

　　T7240-270180-2103-5高稳定性

　　六、铸造性能

　　1. 铸造工艺参数

　　浇注温度：700-750℃

　　模具预热温度：200-300℃

　　收缩率：1.2-1.5%

　　流动性：螺旋试样长度≥600mm

　　热裂倾向性：低

　　2. 推荐铸造方法

　　金属型铸造：适用于中小型铸件

　　低压铸造：适用于高质量要求件

　　砂型铸造：适用于大型复杂件

　　熔模铸造：适用于精密铸件

　　七、材料优势

　　优异的高温强度保持能力

　　良好的热疲劳抗力

　　铸造性能优良，适合复杂件生产

　　成本效益比高，优于同类镍基合金

　　机加工性能良好，刀具磨损率低

　　八、使用注意事项

　　严格控制Fe含量(<0.8%)以防脆性相

　　厚壁铸件需采用阶梯式固溶处理

　　焊接需采用4047焊丝并预热200℃

　　高温使用前建议进行稳定化处理

　　腐蚀环境建议进行阳极氧化处理