AlCuMg2铝合金激光表面合金化耐磨层制备

　　AlCuMg2铝合金 用途及特性

　　一、材料概述

　　AlCuMg2（又称2024铝合金）是一种高强度变形铝合金，属于Al-Cu-Mg系硬铝合金。该合金通过铜和镁的合理配比，在时效硬化后获得优异的强度与韧性组合，是航空航天领域应用广泛的铝合金之一。

　　AlCuMg2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(T3状态)

　　抗拉强度：420-470 MPa

　　屈服强度：290-340 MPa

　　延伸率：10-20%

　　硬度：HB 120-140

　　剪切强度：260-290 MPa

　　疲劳极限：140-160 MPa (10⁷次循环)

　　2. 物理特性

　　密度：2.78 g/cm³

　　热膨胀系数：23.2×10⁻⁶/°C (20-100°C)

　　热导率：121 W/(m·K)

　　电阻率：0.058 μΩ·m

　　熔点范围：500-635°C

　　3. 耐腐蚀性能

　　盐雾试验：500小时无点蚀

　　应力腐蚀门槛值：≥22 MPa√m

　　剥落腐蚀等级：EA级(ASTM G34)

　　晶间腐蚀深度：≤150 μm (EXCO试验)

　　四、典型应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机机身蒙皮

　　机翼结构件

　　航天器燃料箱

　　2. 交通运输

　　高速列车车体结构

　　卡车底盘部件

　　赛车结构件

　　3. 工业制造

　　模具基板

　　机械结构件

　　压力容器

　　五、热处理工艺

　　1. 标准热处理流程

　　固溶处理：495±5℃ × 0.5-1h → 水淬

　　自然时效：T3状态 - 室温放置≥96h

　　人工时效：

　　T6：190±5℃ × 8-12h

　　T8：冷变形+190±5℃ × 8-12h

　　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

　　O态(退火)180-22070-10018-22佳成型性

　　T3420-470290-34010-20佳综合性能

　　T6430-480300-3508-12更高强度

　　T8450-500320-3706-10高强度

　　六、加工性能

　　1. 机加工性

　　退火态硬度：HB 45-55

　　相对切削性：6061铝合金的75-80%

　　推荐切削参数：

　　车削：VC=150-250 m/min，f=0.1-0.3 mm/r

　　铣削：VC=200-300 m/min，fz=0.05-0.15 mm/tooth

　　钻削：VC=25-40 m/min，f=0.05-0.12 mm/r

　　2. 成型性能

　　冷成型性：中等(退火态佳)

　　热成型温度：350-450℃

　　弯曲半径：≥2t (t为材料厚度)

　　深冲性能：极限拉深比1.8-2.0

　　七、焊接性能

　　可焊性评级：较差(需特殊工艺)

　　推荐焊接方法：

　　搅拌摩擦焊(FSW)

　　电子束焊(EBW)

　　氩弧焊(TIG)使用4047焊丝

　　预热温度：150-200℃ (厚度>3mm)

　　焊后处理：建议重新固溶+时效

　　八、材料优势

　　优异的比强度，优于大多数钢材

　　良好的疲劳性能，适合循环载荷

　　加工硬化率适中，适合冷成型

　　成本效益比高，应用技术成熟

　　表面处理适应性好，可阳极氧化

　　九、使用注意事项

　　避免在>150℃长期使用(T6状态)

　　高应力部件建议进行喷丸强化

　　腐蚀环境必须进行表面防护

　　机加工建议使用锋利硬质合金刀具

　　焊接结构需进行焊后热处理