1.我有個問題
在機械設計中，我們經常用到鋁合金。
比如，6061-T6和7075-T651是使用最多的兩種鋁合金。
因為它們有很好的重量強度比，也就是說重量輕，強度好，所以很受歡迎，尤其是對重量敏感的地方，比如高速運動平臺、飛機結構、自行車架等。
所以問題來了，6061-T6和7075-T651有什么區別？6xxx和7xxx什么意思？T6和T651又是什么意思？
說到這里，我不得不談談鋁合金的分類及其命名方法。
2.鋁合金分類
(1)鍛造和鑄造鋁合金
眾所周知，鋁合金是一種具有金屬特性的合金，以鋁為基礎元素，添加一種或兩種主要合金元素。
鋁含量為90%-96%，包括銅、鋅、錳、鎂、硅等。
鋁合金可分為鍛造鋁合金和鑄造鋁合金。
鍛造鋁合金以錠或方坯的形式生產，然后通過軋制、擠壓、變形、拉拔等多種工藝生產，終端用戶可加工成零件。
鑄鋁合金是鑄錠合金。
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成分不超過4%。
由于合金元素含量越高，延展性越低，不利于后期加工。
因此，在實際工程中，鍛造鋁合金常用于6061、7075、5083、1100甚至AL-Li8090-T8771等，就是鍛造鋁合金。
(2)鋁合金可熱處理和鋁合金不可熱處理
鋁合金可分為可熱處理鋁合金和不可熱處理鋁合金。
熱處理鋁合金是在固溶熱處理和及時性過程中，其主要合金元素（及部分次要合金元素）可提供顯著的固溶和沉淀硬化效果，從而提高合金的強度和硬度。
這里涉及固溶熱處理、及時性等幾個概念。
關于合金的強化，以后還會涉及到一些概念，比如冷加工、應變硬化等。我就在這里說說這些概念，省得到處找。
冷加工（Cold Working）：塑性變形發生在一定的溫度和速率下，實現應變硬化。
例如，通過滾壓、拉拔等塑性變形來提高其強度。
其原理是原理是在微觀結構中形成位錯和空位，抑制原子之間的相對運動，從而提高合金的強度。
應變硬化（Strain Hardening）：通過冷加工改性金屬結構，增加強度和硬度，降低延展性。參考本文中的圖4，了解應變硬化。
固溶熱處理（Solution Treatment）：一種熱處理方法，包括將產品加熱到適當的溫度，并在溫度下保持足夠長的時間，使溶質進入固體溶液，然后迅速冷卻，以保持溶質在固體溶液中。
對于鋁合金，固溶熱處理是將合金加熱到高溫440℃-530℃(具體溫度與合金元素有關)，目的是將合金元素溶解在鋁中，使材料變軟。通常在水中快速冷卻(淬火)，以保持合金中溶質元素的分布。
固溶熱處理、淬火及時處理
時效（Ageing）：固溶熱處理后，溶質原子在室溫下結合(沉淀)，稱為自然時效。在低溫熔爐中，溶質原子結合得更快，稱為人工時效。因此，及時性實際上提供了更精細的原子沉淀，因此可以提高強度。
對于鋁合金，及時性是指從過飽固體溶液中沉淀部分合金元素或化合物，以產生所需的機械性能。
固溶熱處理和淬火后，材料較軟，此時非常適合拉伸加固材料。
如果淬火后放置在空氣中，材料會變得越來越硬，但變化非常緩慢，有些合金甚至在幾年后變得最硬。
淬火后立即進行人工時效，即將材料加熱至100-200°C，保溫一段時間后，由于硬化化合物的沉淀，材料會變硬，強度會大大提高。
對6160鋁合金強度和硬度的影響：
從圖中可以看出，較高的溫度可以使合金達到最高強度。但是溫度越高，最終獲得的強度不如低溫獲得的高。
在及時性過程中，把握溫度和時間是非常重要的。高溫和過長的會形成較大的沉淀元素，大大降低沉淀硬化效果。
相反，過低的時效溫度會消耗過多的沉淀時間，產生良好的強化效果。時間長意味著效率低，成本高。
退火（Annealing）：加熱并緩慢冷卻，消除內應力，提高韌性。
回火（Temper）：淬火后再加熱，回火英語Temper，Temper有發脾氣的意思，平時不生氣，發脾氣的時候會生氣，可以理解為發脾氣的時候，火會回來，所以Temper回火(只是為了方便記憶)。
好了，解釋了一堆概念，在我們可以繼續說了。
鋁合金不能熱處理。在固溶熱處理和及時性過程中，其主要合金元素不能提供明顯的固溶和沉淀硬化，只能通過冷軋或拉絲等冷加工方法提高其強度。
比如1、3、5種鍛造鋁合金，不能熱處理鋁合金，2、6、7種可以熱處理。
鋁合金鍛造可熱處理和不可熱處理
鑄造鋁合金，1、4、5類不能熱處理，2、3、7、8類可熱處理。
鋁合金不能熱處理，只能加工硬化（Work Hardening），如滾壓、拉拔等，以提高其強度。
因為冷加工使得結構中形成位錯和空位，抑制原子之間的相對運動，所以提高了合金的強度。
鋁合金可熱處理，也可加工硬化，以提高其強度。
換句話說，能否熱處理，決定了鋁合金的強化方法。
不同類型鋁合金的強化方法和強度范圍
3.鋁合金的表示方法
鋁合金由四位數字和一些符號表示，如5083-H112，7075-T73等。
鍛造鋁合金和鑄造鋁合金在表達方法上也有明顯的區別。
鑄造鋁合金前四位數中有小數點，而鍛造鋁合金中沒有小數點。
例如，1xxx，3xxx，5xxx，7xxx等等表示鍛造鋁合金，1xx.x，3xx.x，5xx.x，7xx.x表示鑄造鋁合金。
因為鍛造鋁合金主要是在實際工程中，接下來我主要集中在鍛造鋁合金上。
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。
第二個數字表示合金成分的改造，0表示原始成分，1表示第一次改造，2表示第二次改造，依次類比，表示不同合金元素含量的差異。例如，7075表示鋁鋅原合金， 7175和7475表示鋁鋅改型合金，7175和7475是7075的改型品牌。
第三和第四位數字表示合金系列中的特定合金。這些數字的值沒有特殊意義。
如果用圖表示鍛造鋁合金，則為下圖。
鍛造鋁合金的表示方法
(換句話說，我花了很多時間畫這張照片。你不喜歡它，也不留言去嗎？
1xxx系列
1類鋁合金不是真正的鋁合金，因為它的鋁含量是99%，屬于商業純鋁。
在機械方面，這種合金具有良好的延展性，如1100常用于鈑金、常用藥品和食品鋁箔包裝，也使用1種合金。
此外，1類合金具有良好的耐腐蝕性和加工性，通過加工硬化可以提高其強度。
這種合金因其優異的導電性和導熱性而廣泛應用于電力輸送領域。
2xxx系列
銅是二類合金的主要合金元素，還含有少量鎂。
由于銅可以在高溫下溶解在鋁中，這種合金對固溶強化有反應，稱為熱處理鋁合金。
經過熱處理它具有良好的強度，可與低碳鋼媲美。
當然，它更容易腐蝕，因為它含有銅。
2024是典型的2類鋁合金，應用最廣泛。
3xxx系列
3類鋁合金的主要合金元素是錳。
這種合金強度中等，加工性能優異。
例如，3003鋁合金由于其良好的加工性，常用于散熱裝置。
再比如3004鋁合金，延展性好，加工性好，常用于制造罐頭。
4xxx系列
硅是四種鋁合金的主要合金元素。
添加硅可以降低熔點，但不影響延展性。因此，這種合金通常用作焊絲連接其他鋁。
此外，由于4系列合金的氧化層在美學上賞心悅目，因此也常用于建筑中。最具代表性的是4047，它具有良好的導熱性、導電性和耐腐蝕性。
這種合金通常不能熱處理，但有些可以根據硅的含量和其他合金元素的成分進行一定程度的熱處理。
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。
該合金可應變硬化，易焊接，耐腐蝕性好，可用于船體、舷梯等海洋設備等海洋環境。
例如，5052合金具有良好的耐海水腐蝕性和優異的可加工性常用于海洋船舶，5083可用于坦克戰斗機，5005可用于建筑結構。
6xxx系列
6系列鋁合金的主要合金元素是鎂和硅，在固溶熱處理中合成Mg2Si。
雖然沒有2種合金可以通過熱處理提高強度xxx和7xxx該系列鋁合金具有較高的強度，但它具有良好的強度、可加工性和焊接性， 成型性及抗腐蝕性。
通過擠壓成型的6系列合金，是機械及建筑結構領域的第一選擇。
比如，6061鋁合金，是可熱處理鋁合金中最靈活的，它同時保留了大多數鋁的出色特性，所以它也是我們在設計中，使用最頻繁的鋁合金。該牌號具有廣泛的機械性能和耐腐蝕性，在退火條件下具有優異的可加工性，可以使用常規方法加工，而且它還可以進行焊接。
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。
因為使用了鋅，所以此類合金是所有鍛造合金中最堅固的，其強度甚至可以超過某些鋼。
正因為如此，所以7類合金常用于飛機工業中。雖然鋅的添加也會降低其可加工性，但是其出色的強度彌補了這些缺點。
比如7075鋁合金，因為它具有出色的重量強度比，是高應力零件的理想選擇。并且可以根據需要，進行成型加工，熱處理等操作。
8xxx系列鋁合金
8類鋁合金使用不常用的元素作為其合金元素，例如鋰，錫，或鐵等。
此類合金一般用于有特定要求的場合，例如高溫性能，較低的密度，較高的剛度等要求。
比如鋁鋰合金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．鋁合金的回火處理
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。
比如，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。
而鋁合金的熱處理用大寫字母和數字來表示。
大寫字母，例如F，O，H， W，T等，表示不同的熱處理類型。
比如6061-T6：表示該鋁合金屬于第6類鋁合金，即鋁－鎂－硅鋁合金，并進行了固溶熱處理，以及人工時效：T6。
再比如，7075-T651，基本回火為T6，表示固溶熱處理，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%。
鋁合金的回火及強化方法
不同字母的具體含義如下：
F＝As Fabricated，表示通過成型工藝方法制作的產品。
用于對于應變硬化和熱處理沒有特別要求，僅在成型過程中獲得一些回火，對機械性能沒有限定的合金。
例如通過軋制，擠壓，鍛造，拉拔或鑄造等工藝方法，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。
比如，2014-F表示2014鋁合金的加工產品形式，加工工藝可以是軋制，擠壓，鍛造，或這些工藝的組合。
O：退火（Annealed）
退火的主要目的是提高可加工性，韌性，以及延展性，并使得鋁合金擁有最低強度的狀態。
例如5083-O表示5083的任意產品形式，其最近的處理是加熱到高溫345°C，然后自然冷卻到室溫。
H：應變硬化（Strain Hardened）
對于不可熱處理的鋁合金，通常通過常溫下應變硬化的方式，來提高其強度。
H后面通常會有2，3個符號，用來表示冷加工量，及隨后的熱處理。
比如H后面的第一個數，H1表示僅應變硬化，H2表示應變硬化和部分退火。H3表示應變硬化，然后進行熱穩定處理，H4表示應變硬化及噴漆。
H1－H4的具體含義如下。
H1：無熱處理過程，僅通過應變硬化來提高強度，這個代號后面的數值表示硬化程度。
H2: 應變硬化并部分退火。用于：進行了超額的應變硬化，然后通過部分退火，降低強度至需要水平的產品。H2后面的數字表示退火后剩下的應變硬化量。
H3: 應變硬化并低溫穩定化。用于先通過應變硬化，然后使用低溫穩定化，來降低強度，提高延展性的產品。此符號后面的數字，表示應變硬化并低溫穩定化后，剩余的硬化量。
H后面的第二個數，例如H1X中的X，表示合金的實際應變硬化量。
再如H2X中的X，表示金屬在超過所需的冷加工量，并進行部分退火后，剩余的有效冷加工量。
而H3X中的X，在冷加工和溫度穩定化處理之后，剩余的有效冷加工。
H4X中的X，表示在冷加工和后續的成型，噴漆過程中涉及的熱暴露之后，剩余的有效冷加工。
如上所說，H后面的第二個數字，表示應變硬化的程度，如果HX（X=1，2，3，4）后面跟了如下的數字，那么它的具體含義如下：
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，比如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，但是這種差異通常并不大。
比如，H111表示退火后，在拉伸中進行輕微應變硬化，通常應用于必須在退火后進行矯直，以達到直線度公差的擠壓型材。
H112用于通過高溫成型工藝，獲得了少許的回火，并且對應變硬化量和熱處理量沒有特別的控制，但是對機械性能有一定要求的產品。
H111，H311及H321分別用于比H11，H31及H32硬化量要少些的合金。
W：固溶熱處理（Solution Heat Treated）
這是一種不穩定回火，僅應用于使用固溶熱處理后，又經歷室溫自然時效的合金。僅當指定自然時效周期時，才使用此符號。
T：熱處理（Thermal Treated，Heat Treated）
T表示熱處理，經過熱處理，來產生除了F，O或H之外的穩定回火。
T是熱處理合金中，使用最廣泛的符號，它可以用于任何可熱處理合金。
可熱處理合金在經過固溶熱處理后，通常會進行快速淬火，并輔以自然或人工時效。
T后面總是有一個或多個數字，用來定義后續不同的處理。
T1：高溫成型并冷卻后，自然時效至基本穩定狀態。
應用于高溫成型（例如澆鑄或擠壓）工藝后，按照足以提高強度的冷卻速度，進行的室溫時效處理產品。
適用于在高溫成型并冷卻后，未進行冷加工的產品，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，然后進行冷加工，并自然時效至穩態。
T3: 固溶熱處理，然后進行冷加工，最后自然時效至穩定狀態。應用于通過冷加工，例如展平或者拉直，可以提高強度的產品。
T4: 固溶熱處理，然后自然時效至穩定狀態。應用于固溶熱處理之后，未進行冷加工的產品，或者冷加工不能提高強度的產品。
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，進行人工時效，以提高機械強度和尺寸穩定性的產品。
T6: 固溶熱處理，然后人工時效。應用于固溶熱處理之后，不進行冷加工，或者冷加工不能提高強度的產品。
T7: 固溶熱處理，然后在熔爐中時效至穩態化。穩態化的目的是提高其抗拉強度。
T8: 固溶熱處理，然后冷加工硬化，最后人工時效處理。應用于通過冷加工，例如展平或者拉直，可以提高強度的產品。
T9: 固溶熱處理，然后人工時效硬化，最后冷加工提高強度。
T10：高溫成型冷卻后進行冷加工，然后人工時效實現沉淀硬化。
5. 6061-T6和7075-T651的區別
OK，到這里，我們對鋁合金系統有了一個全局的認識。
那么現在，我們再來說說6061和7075，應該就比較容易理解了。
還是先上結果，再細說。
鋁合金6061和7075的性能對比
6061-T6：表示該鋁合金屬于第6類鋁合金，即鋁－鎂－硅鋁合金，并進行了固溶熱處理，以及人工時效處理：T6。
其中T6表示，該鋁合金使用了回火熱處理。
該熱處理分兩步，第一步加熱合金，第二步實效處理。
在第一步中，鋁合金被放入恒定溫度為527℃左右的溫度之中，并保持大約1小時，目的是讓鋁合金中的合金元素溶解，并均勻分布在鋁中。
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，保留在固定位置。
因為如果將零件緩慢冷卻，通常會發生合金元素析出。
第二步，時效處理，就是將工件重新加熱到177℃，并保溫1-18小時（具體保溫時間，按照工件尺寸，形狀，應用等因素來確定）。
這一步的目的，是讓硬化元素Mg2Si沉淀析出，增強鋁合金的強度。
7075-T651：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。
它的熱處理類型和6061-T6雷同，基本回火為T6，表示固溶熱處理，然后淬火，最后人工時效，時效的強化元素是Mg和ZnAlCu2。
還有一點不同的是，5表示經過了拉伸來釋放應力，1表示應力釋放的拉伸量為0.5-2%。
看夠了沒？
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