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2XXX系铝合金及其挤压热处理生产技术

肖亮1，梁世斌2

（1.广东高登铝业有限公司，广东 肇庆526241；2.广东兴发铝业有限公司，广东 三水528137）

摘要：本文介绍2XXX系铝合金的基本特性及用途，同时介绍了一些常用的2XXX系

合金，挤压工艺及其热处理技术

关键词：2XXX铝合金特性，挤压工艺，热处理技术

2XXX系铝合金是仅次于7XXX系铝合金的高强度铝合金，应用非常广泛，由于生产难度大，过去只有几个大型国企可以生产。近年来，随着我国工业突飞猛进的发展，对这种高强度铝合金的需求越来越大，许多民营企业也开始生产，但生产量受到技术的制约，还不能满足市场的需求。本文力求用简练的语言介绍2XXX系铝合金及其生产技术，供各生产企业参考。

一、2XXX系铝合金的基本特性及用途：

2XXX系铝合金是以Al-Cu系为基础加入少量的Mg、Mn、Cr等元素,由于铜的密度远远大于铝，因此2XXX系铝合金的密度一般都大于其他铝合金。通常在2750-2850Kg/m之间。2XXX系铝合金是属于可热处理强化加工的铝合金，由于它的强度高被称为硬铝。它的主要强化相是CuAl2（θ相）和Al2CuMg（s相）。可能的杂质相为Mg2Si,α-Fe2SiAl,Al7Cu2Fe等。添加少量Mg可以提高Al-Cu合金的自然时效后的力学性能，特别对人工时效后的力学性能的提高尤为显著，不过一定程度上会使伸长率下降。2XXX系合金中的锰、钛、钒、铬等元素有提高合金的再结晶温度，细化晶粒，改善合金可焊接性能的作用。

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2XXX系铝合金有几种，常用的有2011、2014、2017、2024、2219、2A02、2A12、2A14、2A16它们的主要成份见表1。

常用2XXX系铝合金的室温力学性能及用途见表2 表1 2XXX系常用铝合金主要化学成份

合金 2014 2011 2012 2014 2017 2024 2219 2A02 2A06 2A11 2A12 2124 2A14 2A16 2A17 Cu 5.5-5.6 5.0-6.0 4.0-5.5 3.9-5.0 3.5-4.5 3.8-4.9 5.8-6.8 2.6-3.2 3.8-4.3 3.8-4.8 3.8-4.9 3.8-4.9 3.9-4.8 6.0-7.0 Mg 0.5 0.2-0.8 0.4-0.8 1.2-1.8 Mn 0.1 Si 0.2 0.4 0.4 Fe 0.2 0.7 0.7 0.5 0.7 0.5 0.3 0.3 0.5 0.7 0.5 0.3 0.7 0.3 0.3 其他 0.4-1.2 0.5-1.2 0.4-1.0 0.2-0.8 0.3-0.9 0.2-0.4 0.5 0.2 0.3 0.5 0.7 0.5 0.2 2.0-2.4 0.45-0.7 1.7-2.3 0.4-0.8 1.2-1.8 1.2-1.8 0.4-0.8 0.05 0.5-1.0 0.4-0.8 0.3-0.9 0.3-0.9 0.4-1.0 0.6-1.2 0.4-0.8 0.3 0.3 6.0-7.0 0.25-0.45 0.4-0.8 2024是2XXX系硬铝中的典型合金。其成分比较合理。综合性能好，世界上大多数国家都生产这个合金。成分几乎相同，是硬铝中用量最大的。该合金的特点是强度高，有一定的耐热性，可用作150℃以下工作零件。在125-150℃工作温度范围内其强度比7075合金还高。在退火和新淬火状态下成形性能好，热处理强化效果明显。

表2 2XXX系铝合金室温力学性能及用途

合金状态 ση σ2011-T3 379 0.2 伸长率 15 工产品 用途 螺钉及要求有良好切削性能的机械加296 应用要求高强度和硬度的场合，卡车架2014-T6 483 414 13 构，航天品零件。 通用机械零件，结构与运输工具结构2017-T4 427 2024-T4 470 2219-T4 359 2A06-T4 440 2A11-T4 410 2A12-T4 520 2A14-T6 480 2A16-T6 400 2A17-T6 430 275 325 186 300 250 380 380 300 350 22 件。 20 20 20 15 12 10 10 9 飞机，导弹结构，螺旋桨元件等 航天，飞机结构零件，焊接性好 航天，飞机结构铆钉 飞机中强度结构件，交通和建筑结构件 飞机翼梁，建筑与交通结构件 应用于结构复杂的自由锻件和模锻件 工作温度250-300℃的航天航空器零件 工作温度225-250℃的航天航空器零件 二、2XXX系铝合金的挤压特性及技术

1、2XXX系铝合金的可挤压性

2XXX系铝合金是变形铝合金中最难挤压的一个系列。通常评

定铝合金挤压性能采用一个可挤压性（Z）来表示。为了更直观地理解铝合金的可挤压性，把挤压材用量最大的6063合金为基准，视它作为100来与其它合金进行对比，而得出其它铝合金的可挤压性能。

一般把Z＞100定为易挤压铝合金 Z在50-100定为中等挤压铝合金 Z＜50定为难挤压铝合金

显而易见，2XXX系铝合金为难挤压铝合金。如： 表3 2XXX系铝合金的可挤压性

合金 Z值 2011 30 2014 20 2017 20 2024 2A12 15 10 由于2XXX系合金的挤压难度大，挤压温度通常都在460℃以下，挤压过程中很难焊合，因此2XXX系铝合金大多数都不能使用组合模进行焊合挤压。 2、挤压温度的选择

2XXX系铝合金的过烧温度一般都在500℃左右，铸棒加热时的最高加热温度必须低于合金的低熔共晶温度，为防止过烧允许最高加热温度为490℃。几种常用2XXX系铝合金的最高挤压温度见表4

表4 2XXX系几种合金的最高挤压温度

合金 2011 2017 2024 2A11 2A12 2A14 铸棒允许最高加热温度℃ 490 480 480 500 490 490 最高挤压温度℃ 460 450 450 455 450 450 2XXX系铝合金在挤压过程随着温度提高塑性下降，易产生裂纹，因此选择适当挤压温度，以提高掠压速度。如2017合金，铸棒加热温度为380-450℃时，挤压速度只有1.5-2.5m/分，而将铸棒加热温度降至280-320℃时，挤压速度可以提高到7-9 m/分。2024合金在380-450℃

挤压，挤压速度仅为1.0-1.7 m/分，而降至330-350℃挤压时，挤压速度可以提高到4.5-5.0 m/分。一般在不考虑制品使用的热稳定性时都采用低温挤压，但是在低温挤压时如2017合金在320-340℃挤压时，易产生再结晶的粗晶组织降低力学性能。 3、挤压系数的选择：

挤压系数的大小对产品组织、性能和生产效率有很大影响。当挤压系数过大时则铸锭长度必须缩短，否则会产生闷车现象，造成生产中断。而且使几何废料增加，降低成品率。如果挤压系数过小，则因金属组织变性程度小，降低力学性能，满足不了技术要求。生产实践经验证明，为满足组织和力学性能要求，一般地挤压系数≥8，如挤压筒直径与铸棒直径相差较大时，如此值大于1.2时，可以采用λ≥6.5。

挤压系数大小对于2XXX系铝合金的力学性能有很大影响，当挤压系数为9-12时，可以产生最佳的挤压效率，使其该合金的强度性能达到最大值。因此大型型材的强度通常比用大的挤压系数生产的小断面型材高。建议2XXX系合金生产时选用的挤压系数λ在8-20之间。 4、制品断面壁厚的选择：

2XXX系铝合金由于其热变形抗力较其它系铝合金大，制品的壁厚一般都较大。壁厚较小的制品极易产生闷车和制品挤出来时产生严重的裂口。一般壁厚都在2.0mm以上。以2017和2024合金为例，在不同挤压机上允许挤压的最小壁厚见表5

表5 不同挤压机上允许最小壁厚

合同 2017 2024 100 1.2 1.5 挤太筒内径尺寸（mm） 200 300 400 2.4 3.6 4.8 3.0 4.5 6.0 500 6.0 7.5