4.Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金
(1)合金的性质和用途
Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金具有极为复杂的化学组成和相组成, 它在高温下强度高, 耐热性好, 并具有良好的工艺性能, 主要用于锻压在150~250 ℃以下工作的耐热零件, 广泛应用于航空和航天领域。主要合金牌号有2A70、 2A80、 2A90等。
(2)各合金元素及杂质的作用
铜和镁: 铜、 镁含量对Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金室温强度和耐热性能的影响与Al-Cu-Mg合金的相似。由于该系合金中铜、 镁含量比Al-Cu-Mg合金的低, 使合金位于α+S(Al2CuMg)两相区中, 因而合金具有较高的室温强度和良好的耐热性; 此外铜含量较低时, 低浓度的固溶体分解倾向性小, 这对合金的耐热性是有利的。
镍: 镍与合金中的铜形成不溶的三元化合物, 镍含量低时形成(AlCuNi), 含镍高时形成Al3(CuNi)2, 因此镍的存在能降低固溶体中铜的浓度。对淬火状态晶格常数的测定结果也证明了合金固溶体中铜溶质原子的贫化。当铁含量很低时, 镍含量增加能降低合金的硬度, 降低合金的强化效果。
铁: 铁和镍一样, 也能降低固溶体中铜的浓度。当镍含量很低时, 合金的硬度随铁含量的增加, 开始时明显降低, 但当铁含量达到某一数值后, 又开始提高。
镍和铁: 在Al-2.2Cu-1.65Mg合金中同时添加铁和镍时, 淬火自然时效、 淬火人工时效、 淬火和退火状态下的硬度变化特点相似, 均在镍、 铁含量相近的部位出现一个最大值, 相应在此处其淬火状态下的晶格常数出现一极小值。当合金中铁含量大于镍含量时, 会出现Al7Cu2Fe相。相反, 当合金中镍含量大于铁含量时, 则会出现AlCuNi相。上述含铜三元相的出现, 降低了固溶体中铜的浓度, 只有当铁、 镍含量相等时, 合金落入α+FeNiAl9二相区, 全部生成FeNiAl9相。在这种情况下, 由于没有过剩的铁或镍去形成不溶解的含铜相, 则合金中的铜除了形成S(Al2CuMg)相外, 同时也增加了铜在固溶体中的浓度, 这有利于提高合金的强度及耐热性。铁、 镍含量可以影响合金耐热性。FeNiAl9相是硬脆的化合物, 在铝中溶解度极小, 经锻造和热处理后, 当它们弥散分布于组织中时, 能够显著地提高合金的耐热性。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, 合金的持久强度值最大。
硅: 在2A80合金中加入0.5%~1.2%的Si提高了合金的室温强度, 但使合金的耐热性降低。
钛: 在2A70合金中加入0.02%~0.1%的Ti, 能细化铸态晶粒, 提高锻造工艺性能, 对耐热性有利, 但对室温性能影响不大。
(3)部分合金的过烧温度
Al-Cu-Mg-Fe-Ni部分合金的过烧温度见表1-3。
表1-3 2×××系铝合金的过烧温度
