2.Al-Cu-Mn合金

(1)合金的性质和用途

Al-Cu-Mn合金的室温强度虽然低于Al-Cu-Mg系2A12和2A14合金, 但在225~250 ℃或更高温度下的强度却比二者高, 并且合金的工艺性能良好, 易于焊接, 主要应用于耐热可焊的结构件及锻件。主要合金牌号有2A16、 2A17、 2A19(2219)等。

(2)各合金元素及杂质的作用

铜: 在室温和高温下, 随着铜含量提高, 合金强度增加。铜含量达到5.0%时, 合金强度接近最大值。另外, 铜能改善合金的焊接性能。当铜含量超过6.5%时, 焊接裂纹系数急剧降低。

锰: 锰是提高耐热合金的主要元素, 它提高固溶体中原子的激活能, 降低溶质原子的扩散系数和固溶体的分解速度。当固溶体分解时, 析出T相(Al20Cu2Mn3)的形成和长大过程也非常缓慢, 所以合金在一定高温下长时间受热时性能也很稳定。添加适当的Mn(0.6%~0.8%)能提高合金淬火和自然时效状态的室温强度和持久强度。但锰含量过高, T相增多, 使相界面增加, 加速了扩散作用, 降低了合金的耐热性。另外, 锰也能降低合金焊接时的裂纹倾向。

Al-Cu-Mn合金中添加的微量元素有镁和锆, 而主要杂质元素有铁、 硅、 锌等, 其影响如下。

镁: 在2A16合金中铜、 锰含量不变的情况下, 添加0.25%~0.45%Mg而成为2A17合金。镁可以提高合金的室温强度, 并改善150~225 ℃以下的耐热强度。然而, 温度再升高时, 合金的强度明显降低。此外, 加入镁会降低合金的焊接性能, 故在用于耐热可焊的2A16合金中, 杂质镁的含量应不大于0.05%。

钛: 钛能细化铸态晶粒, 提高合金的再结晶温度, 降低过饱和固溶体的分解倾向, 使合金高温下的组织稳定。但钛含量大于0.3%时, 生成粗大针状晶体TiAl3化合物, 使合金的耐热性有所降低。合金的钛含量规定为0.1%~0.2%。

锆: 在2219合金中加入0.1%~0.25%Zr时, 能细化晶粒, 并提高了合金的再结晶温度和固溶体的稳定性, 从而提高了合金的耐热性, 并改善了合金的焊接性和焊缝的塑性。但锆含量高时, 能生成较多的脆性化合物ZrAl3。

铁: 合金中的铁含量超过0.45%时, 形成不溶解相Al7Cu2Fe, 能降低合金淬火时效状态的力学性能和300 ℃时的持久强度, 所以铁含量应限制在0.3%以下。

硅: 少量硅(0.4%)对室温力学性能影响不明显, 但降低300 ℃时的持久强度。硅含量超过0.4%时, 还降低室温力学性能, 故硅含量应限制在0.3%以下。

锌: 少量锌(0.3%)对合金室温性能没有影响, 但能加快铜在铝中的扩散速度, 降低合金300 ℃时的持久强度, 故限制在0.1%以下。

(3)部分合金的过烧温度

Al-Cu-Mn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