1．我有一個(gè)問(wèn)題

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常用到鋁合金。

比方，6061T6鋁板和7075T651鋁板就是運(yùn)用最多的兩種鋁合金。

由于它們有很好的重量強(qiáng)度比，也就是說(shuō)它們重量輕，而強(qiáng)度也不錯(cuò)，所以深受歡送，特別是關(guān)于重量比擬敏感的中央，比方高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，飛機(jī)構(gòu)造，自行車架等。

那么問(wèn)題來(lái)了，6061T6鋁板和7075T651鋁板，詳細(xì)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(shuō)到這里，不得不說(shuō)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(shù)鋁合金中，鋁含量為90%－96%，合金元素包括銅，鋅，錳，鎂，硅等。

依據(jù)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(fèi)，隨后經(jīng)過(guò)多種工藝，例如軋制，擠壓，變形，拉拔等工藝消費(fèi)出的，終端用戶能夠加工成零件的合金。

鑄造鋁合金，就是經(jīng)過(guò)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(shí)踐工程中，多數(shù)狀況都是運(yùn)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(jù)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(shí)效過(guò)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(jìn)步強(qiáng)度和硬度的合金。

這里觸及到幾個(gè)概念，比方固溶熱處置，時(shí)效。

關(guān)于合金的強(qiáng)化，后續(xù)還會(huì)牽扯一些概念，比方冷加工，應(yīng)變硬化等，我就在這里一同把這幾個(gè)概念說(shuō)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(yīng)變硬化。

例如經(jīng)過(guò)滾壓，拉拔等塑性變形，來(lái)進(jìn)步其強(qiáng)度。

其原理是，冷加工使得微觀構(gòu)造中構(gòu)成位錯(cuò)和空位，抑止了原子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而合金的強(qiáng)度得以進(jìn)步。

應(yīng)變硬化（Strain Hardening）：經(jīng)過(guò)冷加工對(duì)金屬構(gòu)造停止改性，從而使得強(qiáng)度和硬度增加，而延展性降落。可參考這篇文章中的圖4，來(lái)了解應(yīng)變硬化。

固溶熱處置（Solution Treatment）：一種熱處置辦法，包括將產(chǎn)品加熱到適宜的溫度，并在該溫度下堅(jiān)持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以允許溶質(zhì)進(jìn)入固體溶液，然后疾速冷卻，以將溶質(zhì)堅(jiān)持在固體溶液中。

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

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

關(guān)于鋁合金，時(shí)效是指從過(guò)飽固體溶液中，析出一局部合金元素或者化合物，以產(chǎn)生所需的機(jī)械性能。

固溶熱處置并淬火后，資料比擬軟，這個(gè)時(shí)分很合適做拉伸，來(lái)強(qiáng)化資料。

假如淬火后，放置在空氣中自然時(shí)效，資料會(huì)變得越來(lái)越硬，只是這個(gè)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(shí)效，也就是把資料又加熱至100-200°C，并保溫一段時(shí)間，那么資料會(huì)由于沉淀出硬化的化合物，而變得堅(jiān)硬，強(qiáng)度也會(huì)大大進(jìn)步。

不同的時(shí)效溫度對(duì)6160鋁合金強(qiáng)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(dá)其最高強(qiáng)度。但是溫度越高，最后取得的強(qiáng)度，不如低溫下取得的高。

在時(shí)效過(guò)程中，溫度和時(shí)間的把握十分重要，高溫且過(guò)長(zhǎng)的時(shí)效時(shí)間，會(huì)構(gòu)成較大的沉淀元素，沉淀硬化效果大大降低。

相反，過(guò)低的時(shí)效溫度，會(huì)耗費(fèi)過(guò)多的沉淀時(shí)間，才干產(chǎn)生好的強(qiáng)化效果，時(shí)間長(zhǎng)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(nèi)應(yīng)力，進(jìn)步韌性。

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

好了，解釋了一堆概念，這下我們能夠繼續(xù)往下說(shuō)了。

不可熱處置鋁合金，在固溶熱處置以及時(shí)效過(guò)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(jīng)過(guò)應(yīng)變硬化，例如冷軋或拉絲等冷加工辦法，來(lái)進(jìn)步其強(qiáng)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(guān)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(jīng)過(guò)加工硬化（Work Hardening），例如滾壓，拉拔等，來(lái)進(jìn)步其強(qiáng)度。

由于冷加工使得構(gòu)造中構(gòu)成位錯(cuò)和空位，抑止原子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以進(jìn)步了合金的強(qiáng)度。

可熱處置鋁合金，可以經(jīng)過(guò)熱處置，也能夠經(jīng)過(guò)加工硬化，來(lái)進(jìn)步其強(qiáng)度。

也就是說(shuō)，能否可以熱處置，決議了鋁合金的強(qiáng)化方式。

3．鋁合金的表示辦法

鋁合金由四位數(shù)字加一些符號(hào)來(lái)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(shù)中有小數(shù)點(diǎn)，而鍛造鋁合金中沒(méi)有小數(shù)點(diǎn)。

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(shí)踐工程中以鍛造鋁合金居多，所以接下來(lái)，我主要集中在鍛造鋁合金來(lái)說(shuō)。

第一位數(shù)字表示鋁合金的類型，由1-9組成，不同的數(shù)字表示不同的合金成分。

第2個(gè)數(shù)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(hào)。

第3和第4位數(shù)字，表示該合金系列中的特定合金。這些數(shù)字的值沒(méi)有特別的意義。

假如用一張圖來(lái)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(shí)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(jī)械方面，這類合金有很好的延展性，比方1100常用來(lái)做鈑金，還有常見(jiàn)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(jīng)過(guò)加工硬化來(lái)進(jìn)步其強(qiáng)度。

這類合金，由于有出色的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，所以普遍應(yīng)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(shí)能夠溶解于鋁中，所以此類合金對(duì)固溶強(qiáng)化會(huì)有反響，稱為可熱處置鋁合金。

經(jīng)過(guò)熱處置后，它能夠具有很好的強(qiáng)度，可與低碳鋼媲美。

當(dāng)然，由于含銅，所以也更易于腐蝕。

2024是典型的，運(yùn)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(qiáng)度，具有出色的加工性能。

比方，該等級(jí)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(diǎn)，但不影響延展性，所以，這類合金通常用作焊絲，用來(lái)銜接其他的鋁。

另外，由于4系列合金的氧化層，在美學(xué)上令人心曠神怡，所以也通常運(yùn)用于建筑中。最有代表性的是4047，它有很好的導(dǎo)熱，導(dǎo)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(jù)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(yīng)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(shè)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(jī)，5005常用于建筑構(gòu)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(shí)，它們將會(huì)合成Mg2Si。

此類合金能夠經(jīng)過(guò)熱處置進(jìn)步強(qiáng)度，固然沒(méi)有2xxx和7xxx系列鋁合金的強(qiáng)度高，但是它交融了良好的強(qiáng)度，可加工性，焊接性，成型性及抗腐蝕性。

經(jīng)過(guò)擠壓成型的6系列合金，是機(jī)械及建筑構(gòu)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(shí)保存了大多數(shù)鋁的出色特性，所以它也是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，運(yùn)用最頻繁的鋁合金。該牌號(hào)具有普遍的機(jī)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(yùn)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(yùn)用了鋅，所以此類合金是一切鍛造合金中最鞏固的，其強(qiáng)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(jī)工業(yè)中。固然鋅的添加也會(huì)降低其可加工性，但是其出色的強(qiáng)度補(bǔ)償了這些缺陷。

比方7075鋁合金，由于它具有出色的重量強(qiáng)度比，是高應(yīng)力零件的理想選擇。并且能夠依據(jù)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(yùn)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(qǐng)求的場(chǎng)所，例如高溫性能，較低的密度，較高的剛度等請(qǐng)求。

比方鋁鋰合金8090-T8771，用于高速轉(zhuǎn)動(dòng)的，低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量高剛性的大轉(zhuǎn)盤。

8類合金也通常用于直升機(jī)部件，和其他航空航天應(yīng)用中。

4．鋁合金的回火處置

鋁合金組別，用四位數(shù)字表示，不同的數(shù)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(shù)字來(lái)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(shí)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(shí)效，5表示經(jīng)過(guò)了應(yīng)力釋放，1表示應(yīng)力釋放的拉伸量為0.5-2%。

不同字母的詳細(xì)含義如下：

F＝As Fabricated，表示經(jīng)過(guò)成型工藝辦法制造的產(chǎn)品。

用于關(guān)于應(yīng)變硬化和熱處置沒(méi)有特別請(qǐng)求，僅在成型過(guò)程中取得一些回火，對(duì)機(jī)械性能沒(méi)有限定的合金。

例如經(jīng)過(guò)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(chǎn)品，這些工藝在加工或應(yīng)變硬化過(guò)程中，對(duì)熱條件沒(méi)有特殊控制。

比方，2014-F表示2014鋁合金的加工產(chǎn)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(jìn)步可加工性，韌性，以及延展性，并使得鋁合金具有最低強(qiáng)度的狀態(tài)。

例如5083-O表示5083的恣意產(chǎn)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(yīng)變硬化（Strain Hardened）

關(guān)于不可熱處置的鋁合金，通常經(jīng)過(guò)常溫下應(yīng)變硬化的方式，來(lái)進(jìn)步其強(qiáng)度。

H后面通常會(huì)有2，3個(gè)符號(hào)，用來(lái)表示冷加工量，及隨后的熱處置。

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

H1－H4的詳細(xì)含義如下。

H1：無(wú)熱處置過(guò)程，僅經(jīng)過(guò)應(yīng)變硬化來(lái)進(jìn)步強(qiáng)度，這個(gè)代號(hào)后面的數(shù)值表示硬化水平。

H2: 應(yīng)變硬化并局部退火。用于：停止了超額的應(yīng)變硬化，然后經(jīng)過(guò)局部退火，降低強(qiáng)度至需求程度的產(chǎn)品。H2后面的數(shù)字表示退火后剩下的應(yīng)變硬化量。

H3: 應(yīng)變硬化并低溫穩(wěn)定化。用于先經(jīng)過(guò)應(yīng)變硬化，然后運(yùn)用低溫穩(wěn)定化，來(lái)降低強(qiáng)度，進(jìn)步延展性的產(chǎn)品。此符號(hào)后面的數(shù)字，表示應(yīng)變硬化并低溫穩(wěn)定化后，剩余的硬化量。

H后面的第二個(gè)數(shù)，例如H1X中的X，表示合金的實(shí)踐應(yīng)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(guò)程中觸及的熱暴露之后，剩余的有效冷加工。

如上所說(shuō)，H后面的第二個(gè)數(shù)字，表示應(yīng)變硬化的水平，假如HX（X=1，2，3，4）后面跟了如下的數(shù)字，那么它的詳細(xì)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(gè)數(shù)表示剩余的冷加工量。

H后面的第三位數(shù)，比方HXX1，是兩位數(shù)回火的變種，它用來(lái)表示機(jī)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(xì)微應(yīng)變硬化，通常應(yīng)用于必需在退火后停止矯直，以到達(dá)直線度公差的擠壓型材。

H112用于經(jīng)過(guò)高溫成型工藝，取得了少許的回火，并且對(duì)應(yīng)變硬化量和熱處置量沒(méi)有特別的控制，但是對(duì)機(jī)械性能有一定請(qǐng)求的產(chǎn)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(yīng)用于運(yùn)用固溶熱處置后，又閱歷室溫自然時(shí)效的合金。僅當(dāng)指定自然時(shí)效周期時(shí)，才運(yùn)用此符號(hào)。

T：熱處置（Thermal Treated，Heat Treated）

T表示熱處置，經(jīng)過(guò)熱處置，來(lái)產(chǎn)生除了F，O或H之外的穩(wěn)定回火。

T是熱處置合金中，運(yùn)用最普遍的符號(hào)，它能夠用于任何可熱處置合金。

可熱處置合金在經(jīng)過(guò)固溶熱處置后，通常會(huì)停止快速淬火，并輔以自然或人工時(shí)效。

T后面總是有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字，用來(lái)定義后續(xù)不同的處置。

T1：高溫成型并冷卻后，自然時(shí)效至根本穩(wěn)定狀態(tài)。

應(yīng)用于高溫成型（例如澆鑄或擠壓）工藝后，依照足以進(jìn)步強(qiáng)度的冷卻速度，停止的室溫時(shí)效處置產(chǎn)品。

適用于在高溫成型并冷卻后，未停止冷加工的產(chǎn)品，或冷加工，例如展平或拉直，對(duì)機(jī)械性能的影響不明顯的產(chǎn)品。

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

T3: 固溶熱處置，然后停止冷加工，最后自然時(shí)效至穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)用于經(jīng)過(guò)冷加工，例如展平或者拉直，能夠進(jìn)步強(qiáng)度的產(chǎn)品。

T4: 固溶熱處置，然后自然時(shí)效至穩(wěn)定狀態(tài)。應(yīng)用于固溶熱處置之后，未停止冷加工的產(chǎn)品，或者冷加工不能進(jìn)步強(qiáng)度的產(chǎn)品。

T5：高溫成型并冷卻，然后人工時(shí)效。應(yīng)用于高溫成型（例如澆鑄或擠壓）并冷卻后，停止人工時(shí)效，以進(jìn)步機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性的產(chǎn)品。

T6: 固溶熱處置，然后人工時(shí)效。應(yīng)用于固溶熱處置之后，不停止冷加工，或者冷加工不能進(jìn)步強(qiáng)度的產(chǎn)品。

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

T8: 固溶熱處置，然后冷加工硬化，最后人工時(shí)效處置。應(yīng)用于經(jīng)過(guò)冷加工，例如展平或者拉直，能夠進(jìn)步強(qiáng)度的產(chǎn)品。

T9: 固溶熱處置，然后人工時(shí)效硬化，最后冷加工進(jìn)步強(qiáng)度。

T10：高溫成型冷卻后停止冷加工，然后人工時(shí)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(duì)鋁合金系統(tǒng)有了一個(gè)全局的認(rèn)識(shí)。

那么如今，我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)6061和7075，應(yīng)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(shí)效處置：T6。

其中T6表示，該鋁合金運(yùn)用了回?zé)霟崽幹谩?/span>

該熱處置分兩步，第一步加熱合金，第二步實(shí)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(jiān)持大約1小時(shí)，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(huì)發(fā)作合金元素析出。

第二步，時(shí)效處置，就是將工件重新加熱到177℃，并保溫1-18小時(shí)（詳細(xì)保溫時(shí)間，依照工件尺寸，外形，應(yīng)用等要素來(lái)肯定）。

這一步的目的，是讓硬化元素Mg2Si沉淀析出，加強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)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(shí)效，時(shí)效的強(qiáng)化元素是Mg和ZnAlCu2。