第一章铸造铝合金详解
铝合金应用手册(3篇)
第1篇第一章：概述1.1 铝合金的定义与特点铝合金是以铝为基础，加入其他元素制成的合金。
与纯铝相比，铝合金具有更高的强度、硬度和耐腐蚀性，同时保持了铝的轻质、导电、导热等优良性能。
铝合金广泛应用于航空、汽车、建筑、电子、包装等行业。
1.2 铝合金的分类铝合金按照合金元素的不同，可以分为以下几类：（1）纯铝：包括工业纯铝、半纯铝等。
（2）铝铜合金：包括铝青铜、铝黄铜等。
（3）铝镁合金：包括铝镁硅、铝镁锰等。
（4）铝硅合金：包括铝硅铜、铝硅镁等。
（5）铝锌合金：包括铝锌镁、铝锌锰等。
（6）铝锂合金：包括铝锂镁、铝锂铜等。
1.3 铝合金的应用领域铝合金因其优异的性能，广泛应用于以下领域：（1）航空航天：铝合金是航空航天工业的主要材料，用于制造飞机、火箭、卫星等。
（2）汽车制造：铝合金在汽车制造中的应用越来越广泛，如车身、发动机、悬挂系统等。
（3）建筑行业：铝合金门窗、幕墙、铝质装饰材料等在建筑行业中得到广泛应用。
（4）电子电器：铝合金在电子电器领域的应用主要体现在散热器、连接器、机壳等方面。
（5）包装行业：铝合金易加工、耐腐蚀，在包装行业得到广泛应用，如易拉罐、饮料瓶等。
第二章：铝合金加工工艺2.1 铝合金的熔炼铝合金的熔炼是生产过程中的关键环节，主要包括以下步骤：（1）准备熔炼设备：如熔炼炉、搅拌器等。
（2）准备原材料：按照配方要求，准备好铝锭、合金元素等。
（3）熔炼：将原材料放入熔炼炉，加热至熔化温度，进行搅拌、过滤等操作。
（4）合金化：在熔炼过程中，加入合金元素，调整成分。
（5）浇注：将熔化的合金倒入模具中，冷却固化。
2.2 铝合金的铸造铝合金的铸造是将熔化的合金倒入模具中，冷却固化成型的过程。
铸造方法包括：（1）砂型铸造：适用于形状复杂的零件。
（2）金属型铸造：适用于形状简单、精度要求较高的零件。
（3）压铸：适用于薄壁、复杂形状的零件。
2.3 铝合金的锻造铝合金的锻造是将加热后的合金在压力作用下，改变其形状和尺寸的过程。
铝合金铸造技术篇要点
铝合金铸造技术篇要点铝合金铸造技术，这可是个相当有趣且实用的领域呢！咱先来说说铝合金铸造的基本原理。
简单来讲，就是把铝合金加热融化成液态，然后倒入模具里，等它冷却凝固，就变成了咱们想要的形状。
这过程听起来好像挺简单，但实际操作可大有讲究。
就拿我曾经参观过的一家铝合金铸造厂来说吧。
当时我走进车间，一股热浪扑面而来，巨大的熔炉里，铝合金正在欢快地翻滚着，呈现出一种亮闪闪的橙色。
工人们穿着厚厚的防护服，全神贯注地盯着熔炉的温度和铝液的状态。
模具的准备也是关键一环。
模具的设计得精准无误，尺寸、形状、结构，一个小差错都可能导致整个铸件的失败。
而且模具的材质也有讲究，得能经受住高温的考验，还得保证铸件容易脱模。
铸造过程中的温度控制那可是重中之重。
温度太高，铝合金容易氧化，产生杂质；温度太低，流动性不好，铸件容易出现缺陷。
有一次，我看到一个新手工人没控制好温度，结果出来的铸件表面坑坑洼洼的，这可让师傅们头疼了好一阵。
还有啊，铝合金的成分也会影响铸造的效果。
不同的合金元素添加比例，会让铝合金的性能大不相同。
比如说，加一些镁能增加强度，加一些硅能提高流动性。
另外，铸造后的处理也不能马虎。
铸件得经过打磨、抛光、热处理等一系列工序，才能达到最终的质量要求。
总之，铝合金铸造技术可真是个精细活，每个环节都得小心翼翼，就像一场精心编排的舞蹈，任何一个舞步出错都可能影响整个演出的效果。
希望通过我这一番不太专业但还算真诚的分享，能让您对铝合金铸造技术有个初步的了解。
这技术啊，还得靠不断地实践和摸索，才能真正掌握其中的奥秘！。
铸造铝合金基础基础知识
—
G—AlSi6Cu4 (3.2151.01)
AC4B
—
合
金 ZL108 ZL8 — —
— SC122A(旧) LM2 —
—
—
—
—
—
ZL109 ZL9 —
AЛ30
A03360 336．0 A03361 336．1
—
LM13
— A—S12UN
—
—
AC8A AlSi12Cu
ZL110 ZL3 — AЛ10B —
ZL105 ZL13 HZL105
AЛ5
A03550 355.0 C33550 C355.0
322
LM16 3L78
—
—
G—AlSi5Cu AC4A
—
11
11/20
三、国内外铸造铝合金牌号对照
中国
前苏联
美国
英国
GB
YB HB ГOCT
ASTM UNS
ANSI AA
SAE
BS
BS/L
法国
原联邦德国
NF
间 60%~70%， 提高材料力学性能和塑性加工性； 改善制品表面粗糙度。
锆也是铝合金的常用添加剂。 一般在铝合金中加入量为 0.1%~0.3%， 锆和铝 形成 ZrAl3 化
Zr
合物， 可阻碍再结晶过程， 细化再结晶晶粒。 锆亦能细化铸造组织， 但比钛的效果小。有
锆存在时， 会降低钛和硼细化晶粒的效果。
化学
空气中生成200nm氧化铝
与酸反应生成盐
与碱反应生成盐
物理
密度值2.69~2.70g/cm3
熔点660℃，沸点2467℃
电阻率(2.62~2.65)*10-8Ω·m-1
铝合金铸造工艺简介
铝合金铸造工艺简介ﻫ一、铸造概论ﻫ在铸造合金中，铸造铝合金的应用最为广泛,是其他合金所无法比拟的，铝合金铸造的种类如下:ﻫ由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。
故必须针对铝合金特性,合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。
ﻫ1、铝合金铸造工艺性能ﻫﻫ铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。
流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。
铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。
ﻫ（1) 流动性ﻫ流动性是指合金液体充填铸型的能力。
流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。
在铝合金中共晶合金的流动性最好。
ﻫﻫ影响流动性的因素很多,主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头)的高低。
ﻫ实际生产中,在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺(精炼与除渣)外，还必须改善铸型工艺性(砂模透气性、金属型模具排气及温度）,并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。
（2）收缩性ﻫ收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。
一般讲,合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段,分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。
通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩,在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。
铝合金收缩大小,通常以百分数来表示,称为收缩率。
ﻫ①体收缩ﻫ体收缩包括液体收缩与凝固收缩。
铸造合金液从浇注到凝固,在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩,这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。
集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。
A356铸造铝合金生产工艺流程
A356铸造铝合金生产工艺流程目录第一章概述第一节铝合金的定义、性质和用途第二节铝合金的分类及表示方法第三节 A356合金的成分、组织和性能第四节 A356合金的生产设备第二章 A356合金的生产工艺第一节 A356合金的生产工艺流程第二节熔炼（1）铝熔体的特点（2）铝熔体的精炼与净化（3）熔炼工艺参数对铸锭质量的影响第三节铸造（1）铸造方法的分类（2）铸造原理（3）铸造工艺参数对铸锭质量的影响第四节熔铸工艺（1）配料工艺（2）熔炼工艺（3）铸造工艺（4）取样工艺第三章 A356合金常见缺陷及预防措施第一节化学成分第二节外观质量第三节低倍针孔度（1）针孔的定义与分类（2）针孔形成的原因（3）形成气孔的H2来源（4）预防针孔形成的工艺措施第一章概述第一节铝合金的定义、性质和用途所谓铝合金就是在工业纯铝中加入适量的其他元素，使铝的本质得到该善，以满足工业上和人们生活中的各种需要。
由于其比重小，比强度高，具有良好的综合性能，因此，被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器皿制造等方面。
第二节铝合金的分类及表示方法铝合金可分为两大类：变形铝合金和铸造铝合金，变形铝合金要先铸成锭，用于压延或拉伸，如：管、棒和板等；铸造铝合金，用于铸造固定铸件，如：活塞、汽缸和支架等。
变形铝合金牌号的表示方法大致有两种：1、国家标准用第一个字母L表示工业纯铝或铝合金，（取铝的汉语拼音第一个字母）。
第二个字母表示铝合金类别，下面几个字母分别表示：G——工业高纯铝 F——防锈铝合金 Y——硬铝合金C——超硬铝合金 D——锻造铝合金 T——特殊铝合金字母后面的数字表示该类合金的序号。
如LF3表示3号防锈铝合金；LD2表示2号锻造铝合金；LY12表示12号硬铝合金；LC4表示4号超硬铝合金；LT21表示21号特殊铝合金。
2、引用美国四位数铝合金牌号表示方法，作为国家标准第一位数字表示铝合金系列，如：1XXX 表示纯铝2XXX 表示AL－Cu系合金3XXX 表示AL－Mn系合金4XXX 表示AL－Si系合金5XXX 表示AL－Mg系合金6XXX 表示AL－Mg－Si系合金7XXX 表示AL－Zn系合金8XXX 表示AL和其它元素的合金9XXX 表示尚未使用的系列最后两位数字表示某种具体的铝合金或铝的纯度，第二位数字表示对原来的合金或杂质范围的修改。
铸造铝合金的分类 铸造铝合金的优缺点
一般多于相应的变形铝合金的含量。
铸造铝合金的分类铸造铝合金的优缺点一、铸造铝合金的分类据主要合金元素差异有四类铸造铝合金。
(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。
有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在4%～13%。
有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。
有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。
此类合金广泛用于制造活塞等部件。
(2)铝铜合金，含铜4.5%～5.3%合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。
主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。
(3)铝镁合金，密度最小(2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。
合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。
(4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。
在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。
不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。
经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。
铸造铝合金具有与变形铝合金相同的合金体系，具有与变形铝合金相同的强化机理﹙除应变强化外﹚，他们主要的差别在于：铸造铝合金中合金化元素硅的最大含量超过多数变形铝合金中的硅含量。
铸造铝合金除含有强化元素之外，还必须含有足够量的共晶型元素﹙通常是硅﹚，以使合金有相当的流动性，易与填充铸造时铸件的收缩缝。
目前基本的合金只有以下6类；①AI-Cu合金,②AI-Cu-Si合金③AI-Si合金，④AI-Mg合金，⑤AI-Zn-Mg合金，⑥AI-Sn合金。
二、铸造铝合金的优缺点铸造铝合金优点：1、产品质量好：铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级;表面光洁度好，一般相当于5~8级;强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30%，但延伸率降低约70%;尺寸稳定，互换性好;可压铸铝薄壁复杂的铸件。
铝合金铸造工艺
和应用
铝02合金铸造工艺的分类及
特点
重力铸造工艺及特点
重力铸造工艺是将熔融铝倒入模具中，依靠重力作 用使铝液充满模具并凝固成型的一种工艺
• 重力铸造工艺简单、投资成本低，适 用于中小型铸件的生产 • 重力铸造工艺对模具的要求较低，模 具使用寿命较长
学性能
• 挤压铸造工艺适用于对力学性能要求 较高的铸件生产，如汽车制造领域的零 部件 • 挤压铸造工艺对模具和挤压设备的要 求较高，投资成本较大
铝03合金铸造工艺的主要原
材料与辅助材料
铝合金铸造原料的选择及特点
铝合金铸造原料主要包括铝合金锭、合金元素、精炼剂等
• 铝合金锭是铝合金铸造的主要原料，根据不同的性能要求，可以选择不同的铝合 金牌号 • 合金元素用于调整铝合金的成分，改善其性能，如镁、硅、铜等 • 精炼剂用于改善铝合金熔炼过程中的气体含量和杂质含量，提高铸件的质量
铝合金铸造模具的设计需要考虑铸件的形状、尺寸、壁厚等因素
• 模具设计应满足铸件的成型要求，保证铸件的尺寸精度和表面质量 • 模具设计应考虑铸造过程中的温度、压力、时间等参数，确保铸件的质量
铝合金铸造工具的种类及用途
铝合金铸造工具主要包括铸造工具、测量工具、清理工具等
• 铸造工具用于成型铝合金铸件，如压铸工具、重力铸造工具、低压铸造工具等 • 测量工具用于检测铸件的尺寸、形状、质量等，如卡尺、千分尺、投影仪等 • 清理工具用于清理铸件表面的杂质、氧化皮等，如砂轮机、抛光机、喷砂机等
其他铝合金铸造工艺及特点
真空铸造工艺：在真空条件下进行铸造，可以降低 熔融铝中的气体含量，提高铸件的质量
• 真空铸造工艺适用于对气密性要求较 高的铸件生产，如航空航天领域的零部 件 • 真空铸造工艺对设备要求较高，投资 成本较大
《铸造合金及其熔炼》总结
《铸造合金及其熔炼》总结前言：全书一共有三部分组成第一篇铸造及其熔炼主要讲的是几种铸铁和铸铁的熔炼重点在第一章，主要内容为铸铁的凝固剂组织形成的基本理论；熔炼部分重点为冲天炉熔炼。
第二篇铸钢及其熔炼，主要讲的是各种铸钢和铸钢的熔炼重点为铸造低合金钢、电弧刚及钢液的炉外精炼。
第三篇铸造非铁合金及其熔炼主要的内容是铝铜等其他非铁合金的性能及其熔炼方法，重点为铸造铝合金及其变质、精炼。
第一篇铸造及其熔炼合金相图是分析合金相组织的有用工具。
通过铁碳合金相图可以知道各种相得相变温度，合金成分含量，为热加工等工艺提供基础2。
铸铁的生产主要讲解了灰铸铁、强韧铸铁、以及其他特种性能铸铁（减摩铸铁，冷硬铸铁，抗磨铸铁，耐热的铸铁，耐腐蚀铸铁）的力学性能特点机械性能特点，金相组织的性能特点，以及铸铁的生产、分类和牌号。
（1）影响铸态组织的因素冷却速度的影响化学成分的影响铁液的过热和高温静止的影响孕育的影响炉料的影响3 铸铁的熔炼--- 冲天炉熔炼1 、冲天炉熔炼基本原理（1）底焦燃烧：冲天炉底焦燃烧可以划分为两个区带：A 、氧化带：从主排风口到自由氧基本耗尽，二氧化碳浓度达到最大值的区域。
B 、还原带：从氧化带顶面到炉气中[CO2]/[CO] 浓度基本不变的区域，从风口引入的风容易趋向炉壁，形成炉壁效应，形成一个下凹的氧化带和还原带，对熔化造成不利影响。
①不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热；②加速了炉壁的侵蚀；③铁料熔化不均匀，铁液不易稳定下降, 影响化学成分。
解决方法：①采用较大焦炭块度，使风均匀送入；②采用插入式风嘴；③采用曲线炉膛；④采用中央送风系统；⑤熔炼过程中为使焦炭不易损耗，送风量要与焦炭损耗相适应。
根据炉气、炉料、铁水浓度和温度，炉身分为4 个区域：（1）预热区（2）熔化区（3）过热区4）炉缸区。
：冲天炉熔炼过程在熔化过程中底焦燃烧而消耗，为了保证整个熔炼过程连续正常进行就必须及时得补充底焦，以此来始终保持底焦的高度。
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铸造铝合金及其熔炼 铸造镁合金及其熔炼 铸造铜合金及其熔炼 铸造钛合金及其熔炼
南昌航空大学铸造工程系
第一章 铸造铝合金
铸造铝硅类合金 铸造铝铜类合金 铸造铝镁类合金 铸造铝锌类合金 其它铸造铝合金
南昌航空大学铸造工程系
§1-1 铸造铝合金概论
南昌航空大学铸造工程系
变质处理机理（续）
b)变质元素Na进入界面台阶，使台阶消失，同时使Si晶 体表面产生大量的孪晶，这样Si晶体的生长方式由孪晶 凹谷代替界面台阶，Si晶体仍然长成板片状。
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变质处理机理（续）
c)Na 原 子 在 孪 晶 凹 谷 处 的 大 量 富 集 ， 阻 碍 了 晶 体 沿 [211]晶向的生长，迫使其产生分枝，主杆沿[100] 晶向生长，分枝沿[211]晶向生长，最后长成细的纤 维状晶体。
主动轮在前
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88式狙击步枪
两脚架为铝合金制， 可以向前或向后折 叠，并可以方便拆 下，但强度不足，
比较容易损坏。
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铸铝合金的标准及分类
铸铝合金的国标、航标中有26个牌号
ZAlSi7Mg ZAlSi7MgA
名义质量分 数的整数值 如果数值小 于1，一般 不标数字
气密合金，应用范围最广，产量最多
Al-Cu类
耐热或高强度铝合金
Al-Mg类
耐蚀合金
Al-Zn类
自动固溶效应与自然时效硬化
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§1-2 铸造铝硅合金
南昌航空大学铸造工程系
铸造铝硅类合金特性
共晶型相图 合金的组织由韧性的 α固溶体与硬脆的共晶 硅相所构成 比纯铝强度高得多， 并保留一定的塑性。
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铸造铝硅类合金特性
结晶温度范围最小； 线膨胀系数小； 共晶体在凝固温度附近 具有良好塑性；
流动性好，缩松﹑ 热裂倾向很小。
可兼顾机械性能与铸造性能 两方面的要求，得到两者兼
优的合金
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铝硅合金中硅的形态特征
因为铝在硅中的溶解度极小，故合金中的硅相可视为 与纯硅无异。硅晶体是金刚石立方晶型，晶胞是面心立 方晶格内多出4个原子。
方法 生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐 的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也 有同样效果。
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变质处理机理
a)Si晶体生长时，界面前沿存在有少量的 孪晶与大量的界面台阶，Si原子或Si的八面 体容易进入台阶，使Si晶体沿着[211]晶向 生长成板片状。
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形成AlP作为硅结晶的非均质晶核，使初生硅细化； 同时磷在铝液中有一定的溶解度，磷在铝中呈表面活性，
故也能被硅晶孪晶凹谷所吸附，抑制孪晶的生长。
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亚共晶铝合金中初生α相的细化
1、变质方法
在纯铝和铝合金中加入少量Ti、Zr、B等元素
2、变质机理
① 由于元素与Al形成固相质点，可作为非自发晶核； ② 由于包晶反应，也使α依附在TiAl3质点上形核； ③ 由于过冷度较小，其结晶生长速度却比较小。
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F-111战斗轰炸机
F—111A 基 本 结 构材料为铝合金， 蒙皮为蜂窝夹层壁 板。
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苏-27“侧卫”重型战斗机
该机为全金属半 硬壳式机身，机 头略向下垂， 大量采用铝合
金。
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M190型自行榴弹炮
铝合金装甲车体和旋 转炮塔、炮塔位置靠 后、动力装置前置、
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过共晶铝硅合金中初生硅的变质
用钠或磷 变质处理 能细化初
生硅
变质前初 生硅晶体 长成粗大 厚板片状
Al-Si过共晶合金（含22x10-2Si）铸态组织（金属型）
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初生硅的变质
变质剂分类
磷变质 机制
一类是赤磷或含赤磷的混合变质剂； 另一类是含磷的中间合金（Cu-P）。
氧化膜的化学稳定性和熔点都很高，故铸 铝在高温工作时仍具有良好的耐蚀性和抗 氧化性能。
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熔铸工艺性能
铝合金的熔炼温度不高，液态表面也有一 层致密氧化膜，能阻止铝液继续氧化，无 需专门保护，故熔炼设备及工艺简单。
铸铝一般有良好的流动性，较小的缩松和 热裂倾向。铸造方法不限，特别适用金属 型和压铸。
牌号：ZAl+合金元素+合金元素含量
有的牌号后标A，表示杂 质含量更低，性能高的优 质合金
南昌航空大学铸造工程系来自 代号ZL101 ZL201
1 代表Al-Si类 2 代表Al-Cu类 3 代表Al-Mg类 4 代表Al-Zn类
代号： ZL× ×× 铝合金类别 顺序号
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分类
Al-Si类
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应用领域
轻 高比强和模量 高电和热导率 好的腐蚀特性
无磁性 无毒
低熔点， 易熔化和易铸造
机械加工性好 成本低
饮料容器；建筑材料；航空航天工业；地面运输工业； 造船及发动机；电气和电子学材料；热交换器
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在汽车上的应用
汽车发动机
汽车前桥
还有离合器外壳、变速箱外壳、变速箱上盖、仪表盘骨架、 轮毂、转向支架、刹车支架、气门支架等 。
机械性能
纯铝为面心立方晶型，强度较低，需强化 有些铸铝的热强性良好，可在200～300℃下服役 铸铝无低温脆性，是良好的低温结构材料 铸铝有很高的比强度，仅次于铸钛合金
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抗蚀性能
在铝的表面有一层很牢固的致密氧化膜起 保护作用，故铝合金在大气、淡水及许多 介质中有良好的耐蚀性。
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课前复习题
1. 固溶强化与时效强化 2. 变质处理 3. 列举3种金属材料的强化机制，对强度和塑性有什么影
响？ 4. 列举3种铸造合金的使用性能？ 5. 列举3种铸造合金的工艺性能？ 6. 为什么铝硅类合金的铸造性能好？ 7. 二元铝硅合金为什么不能进行热处理强化？
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铝硅合金中硅的形态特征
硅片生长过 程中会产生 分枝和改变 生长方向
南昌航空大学铸造工程系
铝硅合金共晶体的变质
硅相在自发 非控制生长 条件下会长
成片状
南昌航空大学铸造工程系
共晶硅的变质
概念 所谓变质处理是在熔融合金中加入少量 的一种或几种元素（或加化合物起作用而得） ，改变合金的结晶组织，共晶体中的硅相由原 来的粗大片状变为细小纤维状，从而改善机械 性能。