1.我有一个问题
在机械设计中，我们经常使用铝合金。
例如，6061-T6和7075-T651是两种最常用的铝合金。
因为它们具有良好的重量与强度之比，也就是说，它们重量轻，强度好，因此非常受欢迎，尤其是在对重量敏感的地方，例如高速运动平台，飞机结构，自行车架等。
那么问题来了，6061-T6和7075-T651有什么区别呢？6xxx和7xxx是什么意思？T6和T651是什么意思？
说到这里，我不得不谈谈铝合金的分类和命名方法。
2.铝合金的分类
（1）锻造和铸造铝合金
我们知道，铝合金是一种具有金属特性的合金，它以铝为基础，添加了一种或两种主要合金元素。
在大多数铝合金中，铝的含量为90%-96%，合金元素包括铜、锌、锰、镁、硅等。
根据制造工艺的类型，铝合金可分为锻造铝合金和铸造铝合金。
锻造铝合金以锭或坯的形式生产，然后通过轧制、挤压、变形、拉拔等各种工艺生产，最终用户可以将其加工成零件的合金。
铸造铝合金是通过铸造制成的铸锭合金。
锻造铝合金和铸造铝合金锻造铝合金和铸造铝合金
铸造铝合金的合金成分大于10%，而锻造铝合金的合金元素小于4%。
因为合金元素含量越高，延展性越低，不利于后期加工。
因此，在实际工程中，大多使用锻造铝合金，如常用的6061、7075、5083、1100，甚至AL-Li8090-T8771也是锻造铝合金。
（2）热处理铝合金和不热处理铝合金
根据是否可以热处理，铝合金可分为热处理铝合金和非热处理铝合金。
可热处理铝合金是一种合金，其主要合金元素（和一些次要合金元素）可以在固溶热处理和时效期间提供显著的固溶体和沉淀硬化，从而提高强度和硬度。
这里涉及几个概念，如固溶热处理和时效。
关于合金的强化，后续会涉及到一些概念，如冷加工、应变硬化等。我在这里将这些概念放在一起讲，以免东张西望。
冷加工:金属在一定温度和速率下发生塑性变形，实现应变硬化。
例如，通过塑性变形如轧制和拉伸，其强度得到提高。
其原理是通过冷加工在显微组织中形成位错和空位置，抑制原子间的相对运动，从而提高合金的强度。
应变硬化:通过冷加工改变金属结构，使强度和硬度增加，而延展性下降。您可以参考本文中的图4来了解应变硬化。
固溶处理:一种热处理方法，包括将产品加热到适当的温度并在该温度下保持足够长的时间，以使溶质进入固溶体，然后快速冷却以使溶质保持在固溶体中。
对于铝合金来说，固溶热处理是将合金加热到440℃-530℃（具体温度与合金元素有关）的高温，目的是溶解铝中的合金元素，然后材料将变软。然后通常在水中冷却（淬火）以保持合金中溶质元素的分布。
时效:固溶热处理后，溶质原子在室温下结合（析出）在一起，称为自然时效。如果是在低温炉中，溶质原子结合得更快，这就是所谓的人工时效。因此，时效实际上提供了更细的原子沉淀，因此强度可以提高。
对于铝合金来说，时效是指某些合金元素或化合物从饱和固溶体中析出以产生所需的机械性能。
经过固溶热处理和淬火后，材料变软，非常适合拉伸来强化材料。
如果淬火后在空气体中自然时效，材料会变得越来越硬，但这种变化非常缓慢，有些合金甚至会在几年后变成最硬的状态。
但是，如果在淬火后立即进行人工时效，即将材料加热到100-200°C并保持一段时间，那么材料将变得坚硬，其强度将因硬化化合物的沉淀而大大提高。
从图中可以看出，温度越高，合金达到最高强度的速度越快。然而，温度越高，获得的最终强度越高，但不如低温下获得的强度高。
在陈化过程中，温度和时间的把握非常重要。高温和长时效时间会形成较大的析出元素，析出硬化效果大大降低。
相反，过低的时效温度会消耗过多的沉淀时间来产生良好的强化效果，时间长意味着效率低、成本高。
退火:加热并缓慢冷却以消除内应力并提高韧性。
回火:淬火后重新加热。脾气在英语中称为脾气。脾气就是发脾气的意思。平时气不大，发脾气的时候气就大了。可以理解为当你发脾气的时候，火会卷土重来，所以脾气叫做脾气（只是为了方便记忆）。
好了，已经解释了一堆概念，我们可以继续了。
不可热处理铝合金，在固溶热处理和时效过程中，其主要合金元素不能提供显著的固溶和沉淀硬化，因此其强度只能通过应变硬化来提高，如冷轧或拉丝等冷加工方法。
例如，类别1、3和5的锻造铝合金是不可热处理的铝合金，而类别2、6和7的锻造铝合金可以热处理。
对于铸造铝合金，1、4和5类不能进行热处理，而2、3、7和8类可以进行热处理。
不可热处理的铝合金只能通过加工硬化来提高其强度，如轧制和拉拔。
由于冷加工使结构中形成位错和空位，抑制了原子间的相对运动，合金的强度得到提高。
可热处理铝合金可以通过热处理或加工硬化来提高其强度。
换句话说，能否热处理决定了铝合金的强化方式。
3.铝合金的表示法
铝合金由四位数字加一些符号表示，如5083-H112、7075-T73等。
在代表性方面，锻造铝合金和铸造铝合金的区别也很明显。
铸造铝合金前四位有小数点，锻造铝合金没有小数点。
例如1xxx、3xxx、5xxx、7xxx等。代表锻造铝合金，而1xx、3xx、5xx、7xx.x等。代表铸造铝合金。
因为大部分实际项目都是锻造铝合金，所以接下来，我主要关注锻造铝合金。
第一位数字表示铝合金的类型，由1-9组成，不同的数字表示不同的合金成分。
第二个数字表示合金成分的修改，0表示原始成分，1表示第一次修改，2表示第二次修改，以此类推，表示不同合金元素含量的差异。例如7075代表铝锌原合金，7175和7475代表铝锌改性合金，7175和7475是7075的改性品牌。
第三位和第四位数字表示合金系列中的特定合金。这些数字的值没有特殊意义。
如果用一张图来表示锻造铝合金，就是下面这张。
1xxx系列
1类铝合金不是真正的铝合金，因为它的铝含量为99%，属于商业纯铝。
从机械角度看，这种合金具有良好的延展性。例如，1100经常用于制造金属板，还有常见的药品和食品铝箔包装，也是由1类合金制成的。
此外，1型合金具有良好的耐腐蚀性和可加工性，其强度可以通过加工硬化来提高。
这种合金因其优异的导电性和导热性而被广泛应用于电力传输领域。
2xxx系列
2型合金的主要合金元素是铜，它还含有少量的镁。
由于铜在高温下可以溶解在铝中，这种合金会发生固溶强化反应，称为可热处理铝合金。
经过热处理后，它可以具有良好的强度，与低碳钢相当。
当然，因为它含有铜，也更容易被腐蚀。
2024是一种典型且广泛使用的2型铝合金。
3xxx系列
锰是3类铝合金的主要合金元素。
这种合金具有中等强度和优良的机械加工性能。
例如，这种级别的3003铝合金由于其良好的可加工性而常用于散热器。
另一个例子是3004铝合金，它具有良好的延展性和可加工性，常用于制造易拉罐。
4xxx系列
四种铝合金的主要合金元素是硅。
硅的加入可以在不影响延展性的情况下降低熔点，因此这类合金通常被用作连接其他铝的焊丝。
此外，由于4系合金的氧化层美观，因此通常也用于建筑。最具代表性的是4047，它具有良好的导热性、导电性和耐腐蚀性。
通常，这些合金不能进行热处理，但根据硅的含量和其他合金元素的组成，其中一些合金可以进行一定程度的热处理。
5xxx系列
5xxx系列合金的主要元素是镁，某些合金中也含有少量锰。
这种合金可以应变硬化，易于焊接，并且具有优异的耐腐蚀性，因此可以用于海洋环境中，如船体、舷梯等海洋设备。
例如，合金5052具有良好的耐海水腐蚀性和优异的可加工性，通常用于海洋船只，而合金5083可用于坦克战斗机，合金5005可用于建筑结构。
6xxx系列
6系铝合金的主要合金元素是镁和硅，它们在固溶热处理过程中会合成Mg2Si。
这种合金可以通过热处理来提高强度。虽然它不如2xxx和7xxx系列铝合金高，但它结合了良好的强度、机械加工性、可焊性、可成形性和耐腐蚀性。
挤压成型的6系合金是机械和建筑结构领域的首选。
例如，6061铝合金是可热处理铝合金中最柔韧的，它还保留了大多数铝的优良特性，因此它也是我们设计中使用频率最高的铝合金。该品牌具有广泛的机械性能和耐腐蚀性，并在退火条件下具有优异的可加工性。它可以用常规方法加工，也可以焊接。
7xxx铝合金
七种铝合金的主要合金元素是锌，通常还有一些铜和镁。
由于使用了锌，这种合金是所有锻造合金中最坚固的，其强度甚至可以超过某些钢。
正因为如此，飞机工业中经常使用七种合金。虽然添加锌也会降低其可加工性，但其优异的强度弥补了这些缺点。
例如，7075铝合金是高应力零件的理想选择，因为它具有出色的重量强度比。并且根据需要，我们可以进行成型、热处理等操作。
8xxx系列铝合金
8类铝合金使用不常见的元素作为其合金元素，如锂、锡或铁。
这类合金一般用于有特定要求的场合，如高温性能、低密度、高刚度等。
例如，铝锂合金8090-T8771用于低转动惯量和高刚度的高速旋转大型转台。
8级合金也常用于直升机部件和其他航空航天应用。
4.铝合金的回火处理
铝合金组由四位数字表示，不同的数字代表不同的合金成分。
例如，2型合金的主要合金元素是铜，6型铝合金的主要合金元素是镁和硅，7型铝合金的主要元素是锌。
铝合金的热处理用大写字母和数字表示。
大写字母，如f、o、h、w、t等。，表示不同类型的热处理。
例如，6061-T6表示铝合金属于第六种铝合金，即铝镁硅铝合金，并进行了固溶热处理和人工时效:T6。
再比如7075-T651，基本回火是T6，也就是固溶热处理、淬火然后人工时效，5表示应力释放，1表示应力释放的拉伸量为0.5-2%。
不同字母的具体含义如下:
F =制造状态，指通过成型工艺制造的产品。
用于对应变硬化和热处理没有特殊要求的合金，仅在成形过程中进行一些回火，并且对机械性能没有限制。
例如，锻造或铸造合金产品是通过轧制、挤压、锻造、拉拔或铸造制造的，这些工艺在加工或应变硬化过程中对热条件没有特殊控制。
例如，2014-F代表2014年铝合金的加工产品形式，加工技术可以是轧制、挤压、锻造或这些技术的组合。
o:退火
退火的主要目的是改善可加工性、韧性和延展性，使铝合金具有最低的强度。
例如，5083-O代表5083的任何产品形式，其最近的处理方法是将其加热到345°C的高温，然后自然冷却到室温。
h:应变硬化
对于不可热处理的铝合金，通常在室温下通过应变硬化来提高强度。
h后面通常有2或3个符号，用来表示冷加工量和随后的热处理量。
例如，H后面的第一个数字H1仅代表应变硬化，H2代表应变硬化和部分退火。H3代表应变硬化，随后是热稳定，H4代表应变硬化和涂装。
H1-H4的具体含义如下。
H1:没有热处理工艺，仅使用应变硬化来提高强度，此符号后的数值表示硬化程度。
H2:应变硬化和部分退火。用于:经过过度应变硬化，然后通过部分退火将其强度降低到所需水平的产品。H2后面的数字表示退火后剩余的应变硬化量。
H3:应变硬化和低温稳定。它用于首先应变硬化，然后在低温下稳定以降低强度和提高延展性的产品。该符号后的数字表示应变硬化和低温稳定后的残余硬化量。
h后面的第二个数字，如H1X中的x，表示合金的实际应变硬化量。
另一个例子是H2X中的X，它表示金属超过所需的冷加工量并进行部分退火后剩余的有效冷加工量。
而H3X中的X在冷加工和温度稳定后被有效地冷加工。
H4X的x表示冷加工后剩余的有效冷加工以及随后的模塑和涂漆中的热暴露。
如上所述，H后的第二个数字表示应变硬化的程度。如果HX（x = 1，2，3，4）后跟以下数字，其具体含义如下:
2: 1/4硬化量。
4: 1/2硬化量。
6: 3/4硬化量。
8:完全硬化量。
9:过度硬化。
简而言之，h后面的第二个数字代表剩余的冷加工量。
H后的第三位数字如HXX1是两位数回火的变体，用于表示对机械性能或精加工的控制，但差异通常不大。
例如，H111表示退火后，在张力下进行轻微的应变硬化，这通常适用于退火后必须矫直以实现直线度公差的挤压型材。
H112用于通过高温成型工艺回火较少的产品，对应变硬化和热处理没有特殊控制，但对机械性能有一定要求。
H111、H311和H321分别用于硬度低于H11、H31和H32的合金。
w:固溶热处理。
这是一种不稳定回火，仅适用于固溶热处理后在室温下自然时效的合金。该符号仅在指定自然时效期间时使用。
t:热处理（热处理）
t代表热处理，热处理后产生除F、O或H以外的稳定回火。
t是热处理合金中使用最广泛的符号，它可用于任何热处理合金。
可热处理的合金通常在固溶热处理后进行快速淬火，并辅以自然或人工时效。
t后面总是跟着一个或多个数字，用于定义不同的后续流程。
T1:高温成型冷却后，自然时效至基本稳定状态。
在应用于高温成型（如铸造或挤压）工艺后，产品在室温下以足以提高强度的冷却速度老化。
适用于高温成型冷却后未进行冷加工的产品，或进行了冷加工（如压扁或矫直）且对机械性能无明显影响的产品。
T2:高温成型，冷却，冷加工，自然时效至稳定状态。
T3:固溶热处理，然后冷加工，最后自然时效至稳定状态。它适用于通过冷加工（如压平或矫直）提高强度的产品。
T4:固溶热处理，然后自然老化至稳定状态。固溶热处理后未经冷加工的产品，或冷加工不能提高强度的产品。
T5:高温成型冷却，然后人工时效。它用于高温成型（如铸造或挤压），冷却后进行人工时效处理，以提高机械强度和尺寸稳定性。
T6:固溶热处理，然后人工时效。应用于固溶热处理后不进行冷加工，或冷加工不能提高产品的强度。
T7:固溶热处理，然后在炉中时效以稳定。稳定化的目的是提高其抗拉强度。
T8:固溶热处理，然后冷加工和硬化，最后人工时效处理。它适用于通过冷加工（如压平或矫直）提高强度的产品。
T9:固溶热处理，然后人工时效硬化，最后冷加工以提高强度。
T10:高温成型冷却后冷加工，人工时效后沉淀硬化。
5.6061-T6和7075-T651的区别
好了，到这里，我们对铝合金系统有了一个全局的了解。
现在，我们来谈谈6061和7075，这两个应该更容易理解。
让我们先得到结果，然后再详细说明。
6061-T6:表示铝合金属于第六类铝合金，即铝镁硅铝合金，经过固溶热处理和人工时效处理:T6。
其中T6表示铝合金被回火。
热处理分为两步，第一步是加热合金，第二步是实际处理。
第一步，将铝合金放入约527℃的恒温中并保持约1小时，以溶解铝合金中的合金元素并使其均匀分布在铝中。
之后，将其取出并在冷水中快速淬火。淬火的目的是使镁和硅等合金元素保持在固定的位置。
因为如果零件冷却缓慢，通常会发生合金元素的沉淀。
第二步时效处理，将工件重新加热至177℃，保温1-18小时（具体保温时间根据工件的尺寸、形状和用途确定）。
该步骤的目的是沉淀硬化元素Mg2Si并提高铝合金的强度。
7075-T651:这是典型的7系合金，即以锌为主要合金元素的铝合金。
其热处理类型与6061-T6相似，基本回火为T6，即固溶热处理，然后淬火，最后人工时效。时效的强化元素是Mg和ZnAlCu2。
另一个区别是5表示拉伸后应力释放，1表示应力释放的拉伸量为0.5-2%。
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