ALCA5铝合金热处理硬度与韧性的影响

　　ALCA5铝合金（Al-Cu系铸造合金）的用途及特性分析

　　一、材料概述

　　ALCA5是一种Al-Cu系铸造铝合金（类似中国的ZL205A合金），属于高强度铸造铝合金，可通过热处理获得优异的机械性能。该合金在航空航天、等领域有重要应用。

　　ALCA5化学成分：

　　硅 Si ：≤0.50

　　铜 Cu ：3.8～4.9

　　镁 Mg：1.2～1.8

　　锌 Zn：≤0.30

　　锰 Mn：0.30～0.9

　　钛 Ti ：≤0.15

　　镍 Ni：≤0.10

　　铁 Fe：0.000～ 0.500

　　铁+镍 Fe+Ni： 0.000～ 0.500

　　ALCA5力学性能：

　　电导率20℃(68℉)---30-40

　　(%IACS)

　　密度(20℃)(g/cm3)---2.78

　　抗拉强度(25°C MPa)---472

　　屈服强度(25°C MPa)---325

　　硬度(500kg力10球)---120

　　延伸率(1.6(1/16in)厚度) ---10

　　大剪应力(MPa)---285

　　注 ：棒材室温纵向力学性能

　　试样尺寸：棒材直径(方棒、六角棒内切圆直径)≤22

　　ALCA5热处理规范：

　　均匀化退火：加热480～495℃;保温12～14h;炉冷。

　　退火:加热390～430℃;保温时间30～120min;炉冷至300℃，空冷。

　　快速退火：加热350～370℃;保温时间为30～120min;空冷。

　　淬火和时效:淬火495～505℃,水冷;人工时效185～195℃,6～12h,空冷;自然时效:室温96h。

　　ALCA5热处理工艺：

　　状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂

　　纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。

　　质量特征

　　剪切强度：合金(裸)和包铝合金，O状态：152MPa(22ksi);合金(裸)T6，T7451状态：331MPa(48ksi);包铝合金T6，T7451状态：317MPa(46ksi)。

　　硬度：O状态：60HB;T6,T7451状态：150HB;数据取自直径10球及在500kg载荷下30s的测试结果。

　　泊松比:0.33。

　　弹性模量：拉伸：71.0GPa(10.3×106psi)，剪切：26.9GPa(3.9×106psi)，压缩72.4GPa(10.5×106psi)

　　疲劳强度：T6，T7451，T73状态：光滑无缺口试件在R·R·Moore型测试中循环5×108次，为159MPa(23ksi)。

　　三、核心特性

　　1. 机械性能（T6状态）

　　抗拉强度：440-480MPa

　　屈服强度：350-400MPa

　　延伸率：6-10%

　　硬度：120-140HB

　　疲劳强度：140-160MPa（10⁷次循环）

　　2. 物理性能

　　密度：2.82g/cm³

　　弹性模量：73GPa

　　热导率：120W/(m·K)

　　线膨胀系数：22.8×10⁻⁶/°C（20-100°C）

　　3. 特殊性能

　　高强度：铸造铝合金中高强度级别之一

　　良好耐热性：可在150-200℃长期工作

　　优异切削性：加工表面质量好

　　焊接性较差：需特殊焊接工艺

　　四、热处理工艺

　　1. 固溶处理

　　温度：530±5℃

　　保温时间：8-12小时

　　冷却方式：水淬（60-80℃）

　　2. 时效处理

　　单级时效：175±5℃/8-12h

　　双级时效：

　　阶段：120℃/6h

　　第二阶段：160℃/8h

　　五、主要应用领域

　　1. 航空航天

　　飞机结构铸件

　　导弹壳体

　　航天器支架

　　发动机安装座

　　2. 装备

　　装甲车辆部件

　　武器系统结构件

　　雷达基座

　　军用仪器壳体

　　3. 高端工业

　　精密机床部件

　　高压液压阀体

　　机器人结构件

　　模具基座

　　六、铸造工艺特性

　　1. 熔炼工艺

　　熔炼温度：720-760℃

　　需采用覆盖剂防止氧化

　　精炼要求：氩气旋转除气

　　2. 铸造方法

　　砂型铸造：适合复杂结构件

　　金属型铸造：提高致密度

　　熔模铸造：高精度铸件

　　3. 工艺控制要点

　　浇注温度：700-730℃

　　模温控制：200-300℃

　　凝固补缩：需设置大型冒口

　　七、与同类合金对比

　　特性ALCA5A201A3567075

　　类型铸件铸件铸件锻件

　　抗拉强度(MPa)440-480380-430260-310500-570

　　延伸率(%)6-108-122-67-11

　　耐蚀性中等中等良好较差

　　成本高较高中等高