第13章 8×××系铝合金（完整版）
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13.18×××系铝合金中的相
8×××系铝合金中的相见表13-1。
13.28 ×××系铝合金材料的典型 性能
8×××系铝合金材料的典型性能见表13-
2～表13-15。
表13-18×××系铝合金中的相
表13-28076-H19线材典型拉伸性能
①本章作者：李念奎，聂波，王 涛 。
续表13-2
表13-38081-H112典型拉伸性能
表13-48081-H25典型拉伸性能
表13-58280-0典型拉伸性能
表13-68280-H14典型拉伸性能
表13-78090合金不同温度下的比热容
表13-88090合金拉伸性能
注；1,名义直径或厚度大于25mm 的挤压制品性能要求由供需双方商定；
- 经重复热处理的性能检验：σ和σo.2允许降低20MPa。
表13-98090、T8510状态的挤压制品的室温拉伸性能
表13-108090、T8510状态的δ11mm挤压带板经不同稳定化处理后的室温拉伸性能
表13-118090、T8510状态的δ11mm挤压带板在各种温度下的拉伸性能
表13-128090-T3合金的低温力学性能
方向)的韧性。
表13-138090合金的化学铣削性能(以2024合金的数据作对比)
表13-148090合金的剥落腐蚀与SCC试验结果
等腐蚀，成层明显，并深入金属内部；ED—严重腐蚀，深入金属内部，并有金属损失。②按ASTM G34 进行试验。③ MASTMAASIS: 以醋酸改型的盐雾 ASTM间歇试验。④在T/2 平面处，T 为厚板。
表13-158090-T6合金焊件的拉伸性能
合 金
未焊的
8090-T6
8090-T6
8090-T6
7017-T6
金合 1
8090-T6
土 8090-T6
8090-T6
街
2219-T851
δ(50mm)/%
6
5
3
4
8
4
2
4
5
14 新 型 亦 形 铝 合 全
14.1 超塑铝合金
超塑材料只需要施加很小的应力就能产生 很大的变形量，超塑变形对于零部件的制取和 金属的压力加工都有很重要的实际意义：变形 阻力小、省力、节能，特别是对于成形形状复 杂的大型整体部件尤为适用，可以免除焊接、 铆接、螺接等工序，从而提高制品的强度和表 面质量。超塑成形技术已用于航空工业、建筑 业、车辆和电气工业等。
14.1.1 超塑铝合金的组织特征及晶粒细化 的途径
14.1.1.1 超塑铝合金的组织特征
超塑变形是在低应力下的稳定变形，流动应 力对应变速率极为敏感。美国人W.A.巴科芬提 出了描述超塑宏观均匀变形的超塑性本构方程：
σ =Kε” (14-1)
式中 σ——流动应力；
K——常数；
e — 应 变 速 率 ，s⁻¹;
m——σ 对 的敏感性指数，它受许多
因素影响，可以用实验方法确定。 一种金属的 m 值越大时，其塑性也越大，
两个参数的变化是同步的。m 值与应变速率和 变形温度有关，只有当金属的 m 值位于其关系 曲线的极大点附近时，才出现超塑性。
一般认为，金属和合金材料在一定条件下， 其流动应力的应变速率敏感性指数m≥0.3, 显示 特大伸长率(200%～3000%)的性能，称为超塑 性。所谓一定条件是指金属材料的组织结构等 内部条件和变形温度、变形速率等外部条件。按 照获得超塑性的组织结构条件，主要可以分为细
晶粒超塑性和相变超塑性，铝合金基本上都是属 于细晶粒超塑性。细晶粒超塑性是材料具有细 小等轴晶粒组织(晶粒度小于10μm, 长短轴比小 于1.4),在0.5～0.9Tm 温度区间( Tm 为材料熔 点)和(10⁻⁴~10⁻¹)/s 应变速率范围内呈现的超 塑性。晶粒越细小，长短轴之比越接近于1,则m 值越大，超塑性也越好。如果材料的起始组织是 细小等轴晶粒，但是在超塑变形温度下热稳定性 差，晶粒容易粗化，那么仍然不能获得良好的超 塑变形。细晶粒组织越稳定，在超塑变形过程中 晶粒的长大速度越小，材料的超塑性就越好。因 此，超塑铝合金须具备的组织特征是细晶组织， 并且稳定性好。应该指出的是纯铝是一个特例， 它与一般超塑铝合金不同，大晶粒纯铝材料的伸 长率比小晶粒材料的伸长率更大；铝的纯度越 高，其超塑性越好，99.5%的工业纯铝在温度为 350℃、应变速率为1.3×10⁻³s-⁻¹的条件下超塑变 形时，伸长率为164%,m 值为0.3。
14.1.1.2 超塑铝合金晶粒细化的途径
(1)共晶型超塑铝合金的晶粒细化。共晶 型超塑铝合金如 Al-Ca-Zn 和 Al-Cu 等，将成分 控制在共晶点附近，采用急冷铸造，以获得均匀 的共晶组织，然后经过热变形、冷变形、退火或 不退火处理，可以得到两相等轴细晶粒组织。
(2)添加少量过渡族元素细化晶粒。工业 铝合金的成分往往远离共晶成分，在这些合金 中加入少量锆、钛、铬等过渡族元素或稀土元 素，能细化铸锭晶粒组织；在铸锭加工处理过 程中析出大量弥散粒子，能抑制晶粒长大，提 高细晶组织的热稳定性。
(3)采用形变热处理细化晶粒。对Al-Zn- Mg-Cu 系和 Al-Zn-Mg 系铝合金采用形变热处 理，如图14-1所示，能获得适合超塑变形的等轴
本章作者：张君尧、李宗耀(14.1、14.5节),张君尧、郑子樵(14.2节),尹志民(14.3节),易丹青(14.4节)。
图14-1 Al-Zn-Mg-Cu系铝合金获得等轴
细晶粒的形变热处理工艺示意图
细晶粒。Al-Cu-Mg系铝合金通过适当的形变热 处理也能获得细晶组织，使材料具有超塑性能。
(4)采用快速凝固和粉末冶金法细化晶粒。 对铝合金熔体急冷铸造铸锭后进行热加工，可以 获得原始细晶粒组织。将铝合金熔体喷雾成粉 末实现快速凝固，再将粉末经过冷压——脱 气——加热——热压成坯锭——热加工(挤压、 轧制或锻造)成材，也可以获得原始细晶粒组织。
14.1.2 超塑铝合金的成分、组织和性能
14.1.2.1 Al-Ca-Zn系超塑铝合金
Al-Ca 系超塑铝合金的密度小，超塑性好， 可焊接，耐腐蚀，可进行表面处理，是综合性 能较好的合金。它们的化学成分和超塑性能列 于表14-1。
表14-1 AI-Ca-Zn 系超塑铝合金的成分和性能
14.1.2.2 Al-Cu-Zr系超塑铝合金
英国在加拿大的铝业公司开发的Al-Cu-Zr 系2004铝合金又称为Superal 100,有包铝层的 叫 Superal 150, 是已大批量生产的、应用较为 广泛的中等强度超塑铝合金。其化学成分和超 塑性能列于表14-2。
表14- 2 Al-Cu -Zr 系超塑铝合金的成分和性能
14.1.2.3 Al-Cu-Mg系超塑铝合金
Al-Cu-Mg系的常用工业硬铝合金2A12, 在热轧、冷轧、退火和自然时效各种状态下， 在430～480℃超塑成形时，都能实现130%以 上的伸长率，该合金的超塑性有重要的实用意 义，其化学成分和超塑性能列于表14-3。
14.1.2.4 Al-Mg 系超塑铝合金
Al-Mg系合金有优良的耐腐蚀性能，在各 工业领域有广泛应用。在Al-Mg(5～6)% 合 金中分别或同时加入少量锰、铬、锆、钛和稀 土元素，可得到伸长率大的多种超塑合金，它 们已用于超塑成形飞行器零部件、建筑用部件 和一些壳罩形部件，其化学成分和超塑性能列 于表14-4。
14.1.2.5 Al-Zn-Mg-Zr系超塑铝合金 Al-Zn-Mg系合金是高强铝合金，含Zn(4
~10)% 、Mg (0.8～1.5)% 和 Zr(0.2~
0.5)%的各种成分铝合金都有较好的超塑性， 有很好的发展前景。锌含量高，可提高合金中 第二相的体积分数，从而提高超塑性能；锆含 量高，不仅能细化铸锭晶粒，而且通过ZrAl₃ 弥散粒子的作用提高合金的再结晶温度，在超 塑变形温度下抑制晶粒长大，提高合金的超塑 性。该系超塑合金已得到工业性应用，其化学 成分和超塑性能列于表14-5。
14.1.2.6 Al-Zn-Mg-Cu系超塑铝合金
Al-Zn-Mg-Cu 系 的 7A04 、7A09 、7075 和
7475等超强工业铝合金，广泛用于航空航天等 各重要工业部门。用形变热处理方法得到细小 等轴的再结晶晶粒组织，在超塑变形温度下晶 粒长大缓慢，呈现很大的超塑性。该系合金力 学性能好，强度高，用超塑成形技术制成航空
航天器的零部件，有广泛的应用前景，其化学 成分和超塑性能列于表14-6。
14.1.2.7 Al-Mg-Si 系 、Al-Li 系 和 Al-Sc 系超塑铝合金
Al-Mg-Si 系超塑合金：其成分是由α( Al) 和 Mg₂Si 相组成的伪二元共晶Al-Mg-Si 合金， 有很好的超塑性能。 Al-Mg-Si 、Al-Li 和 Al-Sc 系的化学成分和超塑性能列于表14-7。
表14-3 Al-Cu-Mg系超塑铝合金的成分和性能
14.2 Al-Li 合金
锂是自然界中最轻的金属，其密度为534 kg/m³, 约为铝的1/5。在铝合金中添加锂可有 效地降低密度和提高强度。在20世纪20年代 初，德国研制出被称为斯克龙 ( Scleron) 的 Al-Li 合 金 ，成 分 为 Al-Zn 12%-Cu3%- Mn0.6%-Li0.1%, 其强度比硬铝的高。由于 当时在熔炼铸造技术方面的困难，没有形成工 业性的生产和应用。
20世纪50年代，美国铝业公司 ( Alcoa) 开发Al-Li 合金熔炼铸造新技术，开始研制新 的Al-Li 合金，1957年推出命名为2020的合
金，其成分为Al-Li 1.1%-Cu 4.5%-Mn 0.5%-
Cd 0.2%。
20世纪60年代，苏联研制出BAJ23 耐热 Al-Li 合金(成分与美国2020合金相近)和 1420低密度、高强可焊 Al-Li合金，后者的成
分为Al-Li 1.9%～2.3%-Mg 4.5%～6.0%-Zr
0.08%～0.15%。
1973年世界石油危机以后，为了减轻飞机 重量，提高性能和节省燃料，各国寻求新型轻 质高强度飞机结构材料，对 Al-Li 合金的发展 重新给予极大的关注，此后便成为铝合金新材 料领域的热门研究课题。现在处于成熟阶段的 Al-Li合金，按其化学成分可以归纳为 Al-Li-
Cu-Zr 系 、Al-Li-Cu-Mg-Zr 系 、Al-Li-Cu-Mg-Ag- Zr系和 Al-Li-Mg-Zr系 。美国铝业公司、雷诺 兹金属公司( Roynolds Metals)、英国加拿大铝 业公司、法国普基铝业公司和俄罗斯乌拉尔冶 金厂等都在工业规模地批量生产.Al-Li 合金材 料，用于航空航天工业。
目前，我国西南铝业(集团)有限责任 公司建立了1t 容量的 Al-Li 合金熔炼铸造机 组，并且从俄罗斯引进了6t 容量的 Al-Li 合 金熔炼铸造装备和技术，可以生产出大规格 的圆铸锭和扁铸锭，加工成板材、型材及模 锻件。
14.2.1 Al-Li合金中各元素的作用
14.2.1.1 锂
铝中每添加1%的锂，可使密度约下降 3%,弹性模量约升高5%。含少量锂的铝合金 在时效过程中沉淀出均匀分布的球形共格强化 相δ'( Al₃Li), 提高了合金的强度和弹性模 量。
14.2.1.2 铜
铜能有效的改善Al-Li合金的性能，提高 强度而不降低塑性。
14.2.1.3 镁
镁有固溶强化作用，能增加无析区的强 度，减少它的危害性。镁能减少锂在铝中的固
溶度，从而增加δ’相的体积分数，使合金进一 步强化。在含铜、镁的 Al-Li 合金中，镁能与 铝、铜形成S 相 ( Al₂CuMg), 多相沉淀有助于 抑制合金变形时的平面滑移，改善合金的韧性 和塑性。
14.2.1.4 锆
在 Al-Li 合金中添加锆的作用，一是细化 铸态晶粒；二是在铸锭均匀化处理时形成均匀 弥散的Al₃Zr, 抑制变形Al-Li 合金的再结晶， 控制晶粒大小和形状。Al₃Zr 弥散粒子有助于 减弱 Al-Li 合金变形时的平面滑移所引起的局 变应变集中。
14.2.1.5 银或钪
向合金中添加少量银或钪，以取代δ’相中
的一部分锂或铝，能显著改变δ’相的晶格常数 及 α( Al)-δ’ 之间的界面能，促进位错交叉 滑移或绕过沉淀相，而不是切割沉淀相，从而 减少平面滑移。在 Al-Li-Cu合金中添加少量银 有助于T₁相沉淀析出，提高强度。钪能形成 Al₃Sc 化合物，它的晶格在尺寸和结构上与铝 的很相似，能细化合金的晶粒。
14.2.2 工业 Al-Li 合金的成分和性能
14.2.2.1 Al-Li-Cu-Zr系合金
Al-Li-Cu-Zr 系包括2090、2097、2197、
2297、1450、1451和1460等合金，它们的化 学成分列于表14-8,力学性能列于表14-9中。
表14-8 Al-Li-Cu-Zr系合金的化学成分(质量分数，%)
表14-9 Al-Li-Cu-Zr系合金的力学性能
注：L一纵向；LT—长横向；Kc 一平面应力断裂韧性；LT— 裂纹平面与方向垂直于轧制或挤压方向；T-L—裂纹平面 与方向平行于轧制或挤压方向。
14.2.2.2 Al-Li-Cu-Mg- Zr 系 合 金
Al-Li-Cu-Mg-Zr系合金包括国外的2091、
8090 、8091 、8093 、1430 、1440 、1441 合金，
以及我国的Al-Li-Cu-Mg-Zr 合金，它们的化学 成分列于表14-10,力学性能列于表14-11 和 表14-12。
表14-10 Al-Li-Cu-Mg-Zr系合金的化学成分(质量分数，%)
表14-118090合金的力学性能
直于短横向，而裂纹方向平行于纵向；Kc 一平面应力断裂韧性。
注 ：Krc一平面应变断裂韧性，短横向。
14.2.2.3 Al-Li-Cu-Mg-Ag- Zr 系合金
美国雷诺兹金属公司和马丁 · 马里特公 司在20 世 纪 8 0 年 代 对 焊 接 性 能 好 的 Weldalite 049 Al-Li 合金进行了实现工业化生 产的开发工作。这类合金的铜含量高于锂含 量，加入少量银、添加少量锆和钛细化晶粒。 其密度为2700 kg/m³左右，性能特点是有很 高的强度，可焊性能和断裂韧性好，集高强、 可焊、低密度、耐腐蚀和抗疲劳性能于一体，
还有很好的低温性能。2094、2095、2195和 2096合金属于这一类，它们相继于20世纪 90年代初在铝业协会注册，并已投入批量生 产。2195合金被选定为宇宙飞船发射器的燃 料容器壳体，取代以前使用的2219铝合金； 美国还用2195合金取代2219铝合金制造航 天飞机的外挂燃料箱，其箱体的质量大幅度 减轻。这些合金的化学成分列于表14-13,力 学性能列于表14-14。
表14-13 Al-Li-Cu-Mg-Ag-Zr系合金的化学成分(质量分数，%)
14.2.2.4 Al-Li- Mg-Zr系 合 金
Al-Li-Mg-Zr 系 合 金 有 国 外 的 1 4 2 0 、
1421、 1423合金和我国的 Al-Li-Mg-Ag-Zr
合金。这类合金具有密度小(2470～2500
kg/m ³), 比强度高，比刚度大，疲劳裂纹 扩展速度慢和可焊接性能好等优点。它们 的化学成分列于表14-15,力学性能列于表 14-16。
表14-15 Al-Li-Mg-Zr系合金的化学成分(质量分数，%)