1．我有一個問題

在機械設計中，我們經常用到鋁合金。

比方，6061T6鋁板和7075T651鋁板就是運用最多的兩種鋁合金。

由于它們有很好的重量強度比，也就是說它們重量輕，而強度也不錯，所以深受歡送，特別是關于重量比擬敏感的中央，比方高速運動平臺，飛機構造，自行車架等。

那么問題來了，6061T6鋁板和7075T651鋁板，詳細有什么區(qū)別？6xxx和7xxx的含義是什么？T6和T651又表示什么意義？

說到這里，不得不說起鋁合金的分類及其命名辦法。

2．鋁合金的分類

（1）鍛造和鑄造鋁合金

我們曉得，鋁合金是以鋁為根底元素，并添加了一種或二種主要合金元素，有金屬特性的合金。

在大多數鋁合金中，鋁含量為90%－96%，合金元素包括銅，鋅，錳，鎂，硅等。

依據制造工藝類型，鋁合金能夠分為鍛造鋁合金和鑄造鋁合金。

鍛造鋁合金，是以錠或方坯方式消費，隨后經過多種工藝，例如軋制，擠壓，變形，拉拔等工藝消費出的，終端用戶能夠加工成零件的合金。

鑄造鋁合金，就是經過鑄造的辦法，制造的鑄錠合金。

鍛造鋁合金和鑄造鋁合金

鑄造鋁合金的合金成分大于10%，而鍛造鋁合金的合金元素不超越4%。

由于合金元素含量越多，延展性就越低，不利于后期加工。

所以在實踐工程中，多數狀況都是運用鍛造鋁合金，比方常用的6061，7075，5083，1100，以至AL-Li8090-T8771等，就是鍛造鋁合金。

（2）可熱處置鋁合金和不可熱處置鋁合金

依據能否能夠熱處置，鋁合金又能夠分為可熱處置鋁合金，和不可熱處置鋁合金。

可熱處置鋁合金，是在固溶熱處置以及時效過程中，其主要合金元素（及局部次要合金元素），能夠提供顯著的固溶和沉淀硬化作用，從而能夠進步強度和硬度的合金。

這里觸及到幾個概念，比方固溶熱處置，時效。

關于合金的強化，后續(xù)還會牽扯一些概念，比方冷加工，應變硬化等，我就在這里一同把這幾個概念說了吧，免得四處找。

冷加工（Cold Working）：金屬在一定的溫度和速率下發(fā)作塑性變形，完成應變硬化。

例如經過滾壓，拉拔等塑性變形，來進步其強度。

其原理是，冷加工使得微觀構造中構成位錯和空位，抑止了原子之間的相對運動，從而合金的強度得以進步。

應變硬化（Strain Hardening）：經過冷加工對金屬構造停止改性，從而使得強度和硬度增加，而延展性降落。可參考這篇文章中的圖4，來了解應變硬化。

固溶熱處置（Solution Treatment）：一種熱處置辦法，包括將產品加熱到適宜的溫度，并在該溫度下堅持足夠長的時間，以允許溶質進入固體溶液，然后疾速冷卻，以將溶質堅持在固體溶液中。

關于鋁合金，固溶熱處置，就是將合金加熱至高溫440℃-530℃（詳細溫度跟合金元素有關），目的是使合金元素溶于鋁中，這時資料會變軟。隨后通常在水中極速冷卻（淬火），以堅持合金中溶質元素的散布。

時效（Ageing）：固溶熱處置后，溶質原子在室溫下又分離（沉淀）在一同，這叫自然時效。假如是在低溫熔爐中，溶質原子分離得更快，這叫人工時效。所以，時效其實就是提供了更精密的原子沉淀，所以能夠進步強度。

關于鋁合金，時效是指從過飽固體溶液中，析出一局部合金元素或者化合物，以產生所需的機械性能。

固溶熱處置并淬火后，資料比擬軟，這個時分很合適做拉伸，來強化資料。

假如淬火后，放置在空氣中自然時效，資料會變得越來越硬，只是這個變化十分遲緩，有的合金以至幾年后才變成最硬的狀態(tài)。

而假如淬火后，立即停止人工時效，也就是把資料又加熱至100-200°C，并保溫一段時間，那么資料會由于沉淀出硬化的化合物，而變得堅硬，強度也會大大進步。

不同的時效溫度對6160鋁合金強度和硬度的影響：從圖中能夠看出，較高的溫度，能夠更快地使合金到達其最高強度。但是溫度越高，最后取得的強度，不如低溫下取得的高。

在時效過程中，溫度和時間的把握十分重要，高溫且過長的時效時間，會構成較大的沉淀元素，沉淀硬化效果大大降低。

相反，過低的時效溫度，會耗費過多的沉淀時間，才干產生好的強化效果，時間長就意味著效率低了，本錢高了。

退火（Annealing）：加熱并遲緩冷卻，消弭內應力，進步韌性。

回火（Temper）：淬火后再次加熱，回火英語是Temper，Temper有發(fā)脾氣的意義，平?；饸獠淮?，發(fā)脾氣時火就大了，能夠了解為發(fā)脾氣時，火就回來了，所以Temper叫回火（僅為便當記憶）。

好了，解釋了一堆概念，這下我們能夠繼續(xù)往下說了。

不可熱處置鋁合金，在固溶熱處置以及時效過程中，其主要合金元素，不能提供顯著的固溶和沉淀硬化作用，所以只能經過應變硬化，例如冷軋或拉絲等冷加工辦法，來進步其強度。

比方1，3，5類鍛造鋁合金，是不可熱處置鋁合金，而2，6，7類則能夠熱處置。

可熱處置及不可熱處置鍛造鋁合金

關于鑄造鋁合金，1，4，5類不可熱處置，而2，3，7，8類能夠熱處置。

不可熱處置鋁合金，只能經過加工硬化（Work Hardening），例如滾壓，拉拔等，來進步其強度。

由于冷加工使得構造中構成位錯和空位，抑止原子之間的相對運動，所以進步了合金的強度。

可熱處置鋁合金，可以經過熱處置，也能夠經過加工硬化，來進步其強度。

也就是說，能否可以熱處置，決議了鋁合金的強化方式。

3．鋁合金的表示辦法

鋁合金由四位數字加一些符號來表示，比方5083-H112，7075-T73等。

在表示辦法上，鍛造鋁合金和鑄造鋁合金區(qū)別也很明顯。

鑄造鋁合金前4位數中有小數點，而鍛造鋁合金中沒有小數點。

例如，1xxx，3xxx，5xxx，7xxx等表示鍛造鋁合金，而1xx.x，3xx.x，5xx.x，7xx.x等表示鑄造鋁合金。

由于實踐工程中以鍛造鋁合金居多，所以接下來，我主要集中在鍛造鋁合金來說。

第一位數字表示鋁合金的類型，由1-9組成，不同的數字表示不同的合金成分。

第2個數字表示合金成分的改型，0表示原始成分，1表示第一次改型，2表示第二次改型，依次類推，表示不同的合金元素含量的差別。例如7075表示鋁－鋅原始合金， 7175和7475表示鋁－鋅改型合金，7175和7475是7075的改型牌號。

第3和第4位數字，表示該合金系列中的特定合金。這些數字的值沒有特別的意義。

假如用一張圖來表示鍛造鋁合金的話，就是下面這張。

1xxx系列

1類鋁合金其實并不是真正的鋁合金，由于它的鋁含量是99%，屬于商業(yè)純鋁。

機械方面，這類合金有很好的延展性，比方1100常用來做鈑金，還有常見的藥品和食物鋁箔包裝，也是用1類合金。

另外，1類合金有很好的抗腐蝕性，加工性，并且能夠經過加工硬化來進步其強度。

這類合金，由于有出色的導電性，導熱性，所以普遍應用于電力保送范疇。

2xxx系列

2類合金的主要合金元素是銅，還含有少量的鎂。

由于銅在高溫時能夠溶解于鋁中，所以此類合金對固溶強化會有反響，稱為可熱處置鋁合金。

經過熱處置后，它能夠具有很好的強度，可與低碳鋼媲美。

當然，由于含銅，所以也更易于腐蝕。

2024是典型的，運用最普遍的2類鋁合金。

3xxx系列

3類鋁合金的主要合金元素是錳。

此類合金具有中等強度，具有出色的加工性能。

比方，該等級中的3003鋁合金，由于有很好的可加工性，常用于散熱安裝。

再如3004鋁合金，延展性和加工性好，常用于制造易拉罐。

4xxx系列

4類鋁合金的主要合金元素是硅。

硅的參加能夠降低熔點，但不影響延展性，所以，這類合金通常用作焊絲，用來銜接其他的鋁。

另外，由于4系列合金的氧化層，在美學上令人心曠神怡，所以也通常運用于建筑中。最有代表性的是4047，它有很好的導熱，導電和抗腐蝕性能等。

此類合金通常是不能熱處置的，但是依據硅的含量，和其他合金元素的成分，有些又能夠停止一定水平的熱處置。

5xxx系列

5xxx系列合金的主要元素是鎂，在特定合金中，還含有少量的錳。

這類合金可應變硬化，易于焊接，并且具有極好的抗腐蝕性，所以可用于海洋環(huán)境，像船體，舷梯和其他海洋設備。

比方5052合金，具有良好的耐海水腐蝕性，和出色的可加工性，常用于海洋船只，而5083則可用于坦克戰(zhàn)機，5005常用于建筑構造等。

6xxx系列

6系列鋁合金的主要合金元素是鎂和硅，在固溶熱處置時，它們將會合成Mg2Si。

此類合金能夠經過熱處置進步強度，固然沒有2xxx和7xxx系列鋁合金的強度高，但是它交融了良好的強度，可加工性，焊接性，成型性及抗腐蝕性。

經過擠壓成型的6系列合金，是機械及建筑構造范疇的第一選擇。

比方，6061鋁合金，是可熱處置鋁合金中最靈敏的，它同時保存了大多數鋁的出色特性，所以它也是我們在設計中，運用最頻繁的鋁合金。該牌號具有普遍的機械性能和耐腐蝕性，在退火條件下具有優(yōu)良的可加工性，能夠運用常規(guī)辦法加工，而且它還能夠停止焊接。

7xxx類鋁合金

7類鋁合金的主要合金元素是鋅，通常還有一定量的銅和鎂。

由于運用了鋅，所以此類合金是一切鍛造合金中最鞏固的，其強度以至能夠超越某些鋼。

正由于如此，所以7類合金常用于飛機工業(yè)中。固然鋅的添加也會降低其可加工性，但是其出色的強度補償了這些缺陷。

比方7075鋁合金，由于它具有出色的重量強度比，是高應力零件的理想選擇。并且能夠依據需求，停止成型加工，熱處置等操作。

8xxx系列鋁合金

8類鋁合金運用不常用的元素作為其合金元素，例如鋰，錫，或鐵等。

此類合金普通用于有特定請求的場所，例如高溫性能，較低的密度，較高的剛度等請求。

比方鋁鋰合金8090-T8771，用于高速轉動的，低轉動慣量高剛性的大轉盤。

8類合金也通常用于直升機部件，和其他航空航天應用中。

4．鋁合金的回火處置

鋁合金組別，用四位數字表示，不同的數字表示不同的合金成分。

比方，2類合金的主要合金元素是銅，6類鋁合金的主要合金元素是鎂和硅，7類鋁合金的主要元素是鋅。

而鋁合金的熱處置用大寫字母和數字來表示。

大寫字母，例如F，O，H， W，T等，表示不同的熱處置類型。

比方6061T6鋁板：表示該鋁合金屬于第6類鋁合金，即鋁－鎂－硅鋁合金，并停止了固溶熱處置，以及人工時效：T6。

再比方，7075T651鋁板，根本回火為T6，表示固溶熱處置，淬火，然后人工時效，5表示經過了應力釋放，1表示應力釋放的拉伸量為0.5-2%。

不同字母的詳細含義如下：

F＝As Fabricated，表示經過成型工藝辦法制造的產品。

用于關于應變硬化和熱處置沒有特別請求，僅在成型過程中取得一些回火，對機械性能沒有限定的合金。

例如經過軋制，擠壓，鍛造，拉拔或鑄造等工藝辦法，制造的鍛造或鑄造合金產品，這些工藝在加工或應變硬化過程中，對熱條件沒有特殊控制。

比方，2014-F表示2014鋁合金的加工產品方式，加工工藝能夠是軋制，擠壓，鍛造，或這些工藝的組合。

O：退火（Annealed）

退火的主要目的是進步可加工性，韌性，以及延展性，并使得鋁合金具有最低強度的狀態(tài)。

例如5083-O表示5083的恣意產品方式，其最近的處置是加熱到高溫345°C，然后自然冷卻到室溫。

H：應變硬化（Strain Hardened）

關于不可熱處置的鋁合金，通常經過常溫下應變硬化的方式，來進步其強度。

H后面通常會有2，3個符號，用來表示冷加工量，及隨后的熱處置。

比方H后面的第一個數，H1表示僅應變硬化，H2表示應變硬化和局部退火。H3表示應變硬化，然后停止熱穩(wěn)定處置，H4表示應變硬化及噴漆。

H1－H4的詳細含義如下。

H1：無熱處置過程，僅經過應變硬化來進步強度，這個代號后面的數值表示硬化水平。

H2: 應變硬化并局部退火。用于：停止了超額的應變硬化，然后經過局部退火，降低強度至需求程度的產品。H2后面的數字表示退火后剩下的應變硬化量。

H3: 應變硬化并低溫穩(wěn)定化。用于先經過應變硬化，然后運用低溫穩(wěn)定化，來降低強度，進步延展性的產品。此符號后面的數字，表示應變硬化并低溫穩(wěn)定化后，剩余的硬化量。

H后面的第二個數，例如H1X中的X，表示合金的實踐應變硬化量。

再如H2X中的X，表示金屬在超越所需的冷加工量，并停止局部退火后，剩余的有效冷加工量。

而H3X中的X，在冷加工和溫度穩(wěn)定化處置之后，剩余的有效冷加工。

H4X中的X，表示在冷加工和后續(xù)的成型，噴漆過程中觸及的熱暴露之后，剩余的有效冷加工。

如上所說，H后面的第二個數字，表示應變硬化的水平，假如HX（X=1，2，3，4）后面跟了如下的數字，那么它的詳細含義如下：

2: 1/4硬化量。

4: 1/2硬化量。

6: 3/4硬化量。

8: 全硬化量。

9: 超額硬化量。

總之，H后面的第二個數表示剩余的冷加工量。

H后面的第三位數，比方HXX1，是兩位數回火的變種，它用來表示機械性能或者精加工的控制，但是這種差別通常并不大。

比方，H111表示退火后，在拉伸中停止細微應變硬化，通常應用于必需在退火后停止矯直，以到達直線度公差的擠壓型材。

H112用于經過高溫成型工藝，取得了少許的回火，并且對應變硬化量和熱處置量沒有特別的控制，但是對機械性能有一定請求的產品。

H111，H311及H321分別用于比H11，H31及H32硬化量要少些的合金。

W：固溶熱處置（Solution Heat Treated）

這是一種不穩(wěn)定回火，僅應用于運用固溶熱處置后，又閱歷室溫自然時效的合金。僅當指定自然時效周期時，才運用此符號。

T：熱處置（Thermal Treated，Heat Treated）

T表示熱處置，經過熱處置，來產生除了F，O或H之外的穩(wěn)定回火。

T是熱處置合金中，運用最普遍的符號，它能夠用于任何可熱處置合金。

可熱處置合金在經過固溶熱處置后，通常會停止快速淬火，并輔以自然或人工時效。

T后面總是有一個或多個數字，用來定義后續(xù)不同的處置。

T1：高溫成型并冷卻后，自然時效至根本穩(wěn)定狀態(tài)。

應用于高溫成型（例如澆鑄或擠壓）工藝后，依照足以進步強度的冷卻速度，停止的室溫時效處置產品。

適用于在高溫成型并冷卻后，未停止冷加工的產品，或冷加工，例如展平或拉直，對機械性能的影響不明顯的產品。

T2: 高溫成型并冷卻，然后停止冷加工，并自然時效至穩(wěn)態(tài)。

T3: 固溶熱處置，然后停止冷加工，最后自然時效至穩(wěn)定狀態(tài)。應用于經過冷加工，例如展平或者拉直，能夠進步強度的產品。

T4: 固溶熱處置，然后自然時效至穩(wěn)定狀態(tài)。應用于固溶熱處置之后，未停止冷加工的產品，或者冷加工不能進步強度的產品。

T5：高溫成型并冷卻，然后人工時效。應用于高溫成型（例如澆鑄或擠壓）并冷卻后，停止人工時效，以進步機械強度和尺寸穩(wěn)定性的產品。

T6: 固溶熱處置，然后人工時效。應用于固溶熱處置之后，不停止冷加工，或者冷加工不能進步強度的產品。

T7: 固溶熱處置，然后在熔爐中時效至穩(wěn)態(tài)化。穩(wěn)態(tài)化的目的是進步其抗拉強度。

T8: 固溶熱處置，然后冷加工硬化，最后人工時效處置。應用于經過冷加工，例如展平或者拉直，能夠進步強度的產品。

T9: 固溶熱處置，然后人工時效硬化，最后冷加工進步強度。

T10：高溫成型冷卻后停止冷加工，然后人工時效完成沉淀硬化。

5.6061T6鋁板和7075T651鋁板的區(qū)別

OK，到這里，我們對鋁合金系統(tǒng)有了一個全局的認識。

那么如今，我們再來說說6061和7075，應該就比擬容易了解了。

6061T6鋁板：表示該鋁合金屬于第6類鋁合金，即鋁－鎂－硅鋁合金，并停止了固溶熱處置，以及人工時效處置：T6。

其中T6表示，該鋁合金運用了回熾熱處置。

該熱處置分兩步，第一步加熱合金，第二步實效處置。

在第一步中，鋁合金被放入恒定溫度為527℃左右的溫度之中，并堅持大約1小時，目的是讓鋁合金中的合金元素溶解，并平均散布在鋁中。

之后取出，在冷水中快速淬火，淬火的目的是讓合金元素鎂和硅等，保存在固定位置。

由于假如將零件遲緩冷卻，通常會發(fā)作合金元素析出。

第二步，時效處置，就是將工件重新加熱到177℃，并保溫1-18小時（詳細保溫時間，依照工件尺寸，外形，應用等要素來肯定）。

這一步的目的，是讓硬化元素Mg2Si沉淀析出，加強鋁合金的強度。

7075T651鋁板：這是典型的7系列合金，也就是以鋅為主要合金元素的鋁合金。

它的熱處置類型和6061T6鋁板相同，根本回火為T6，表示固溶熱處置，然后淬火，最后人工時效，時效的強化元素是Mg和ZnAlCu2。