2A11-CZ硬质铝合金加工工艺参数研究
· 机械制造与研究· 龚建国，等·2A11一CZ硬质铝合金加 工工艺参数研 究
2A11一CZ硬质铝合金加工工艺参数研究
龚建国，章秀英，徐承意
(江西现代职业技术学院 。江西 南 昌 330012)
摘 要：通过对 2A11一Cz铝合金成分和组织结构的分析 ，找 出了2A11一Cz硬铝性能与特性
形成的原 因；根据其性能与特性要求找 出了确定其加工工艺参数的方法。
关键词：2All—CZ硬铝；组织结构；硬铝性能；加工工艺参数
中图分类号：TG146．2 l 文献标识码 ：B 文章编号：1671 5276(2005)06—0077—03
The Research of 2A1 1一CZ Horniness Alumimum Alloy
M achining Craftwork Param eter
GONG J ian guo，ZHANG Xiu—ying，XU Cheng—yi
(Jiangxi Modern Vocational and Technology College，JX Nanchang330012，China)
Abstract i Through an analysis of 2Al l l—CZ alumimum alloy component and structure，this article have found
the cause of horniness aluminum alloy’S property and characteristics，and the way of selecting its machining
craftwork parameter based on its property and characteristics．
Key words i 2Al l—CZ alumimum alloy；structure；horniness aluminum alloy capability；machining craftwork
param eter
1 2All—CZ硬 质铝合金组成参
数
2A1l—CZ铝合金属于硬质铝合金 ，为标准硬
铝 ，旧牌号为 LY1l—CZ。2A1l硬铝为 a固溶体 ，
溶剂为铝组元 ，而溶质为铜组元 、镁组元及锰组元。
2A11硬铝从其化学成分来看 ，主要属于 A1一Cu—
Mn系。其中 Cu含量为 3．8％～4．8％，Mg含量
为 0．4％～0．8％，Mn含量为 0．4％～0．8％，zn含
量为 0．3％，Ti含量 为 0．15％，Ni含量 0．10％，其
余为 Al。硬铝 中加入 Cu、Mg元 素主要 是为了形
成 ，Cu、A1’CuMg等强化相来提高硬铝强度与硬
度 ；加入少量 的 Mn主要是为了提高淬火后的强度
和改善硬铝的抗蚀性 ；加入少量的 Ti或 Ni主要是
为了细化晶粒和提高强度 。
2 2A11一CZ硬 质 铝 合 金 组 织 结
构
2All—CZ硬铝热处理方式为“水淬 +自然 时
效”。当硬铝淬火加热 时，Al2Cu(0相)、 CuMg
(s相)等强化相会溶人 a固溶体 中。再将其投入
水中快 冷淬火后 ，Al2Cu、A12CuMg等强化相来 不
及从 a相中析出 ，从而在室温下获得过饱 和 a固溶
MachineBuilding Automation， 2005，34(6)：77～79
体组织。淬火后铝合金强度并不会高 ，而塑性反而
好 。但淬火后获得的过饱和固溶体是不稳定的 ，它
有逐渐向稳定组织转变的趋势。在室温下 ，过饱和
a 固溶体 中的强化相(第二相)会从 中缓慢析出 ，使
铝合金强度 和硬度得到明显提高 ，4～5天后达到
最高值 。这种现象称 为 自然时效 。铝合金析 出的
强化相数量与种类直接影 响铝合金 的时效效果 。
对于 2All～CZ硬铝来说 ，由于 Cu、Mg元素含量
分别为 3．8％～4．8％、0．4％～0．8％，根据如图 1
所示的 Al～Cu—Mg系 固态相 区分布情况 可知，
图 1 AI—Cu—Mg系富铝角固态相区分布
2All—CZ硬铝淬火 、自然时效后形成 的固态相为
“ 口+ +S”相 。由于 2A11一CZ硬铝既有 强化
相 ，又有 S强化相(S为重要强化相)，且 Cu、Mg含
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量都较高 ，因而其强度和硬度都较高。但 由于 Cu／
Mg比值偏高，因而 2A11一CZ硬铝主要强化相为
0相 ，其次为 S相 ，因此 2All—CZ属于 中强度硬
铝 ，它还具有较好 的塑性。
从图 2所示 的 2All—CZ显微组织结构图中
我们 可以看到 ，Al，Cu强化相在组织 中呈小 片状 ，
而 CuMg强化相 呈小 带状，且小带状 与小 片状
粗细 、长短都不一致 ；这两种强化相在 晶体组织中
的排布也较为杂乱 ，都不均衡 ，尤其是主要强化相
AI2Cu在组织 中没连接成稳定的几何形状 ；在 晶体
的大多数组织区域 中都是 a固溶体。当铝合金在
外力作用下晶体产生滑移时 ，虽然强化相 Cu、
A12CuMg能对滑移产生 一定的阻 碍 ，但 阻碍是有
限的 ，滑移线会沿着 没有强化相 的区域 改道 ，位错
线会产生弯曲绕行 ，且 由于主要强化相 Al，Cu为立
方晶格 ，仍具有较好 的塑性 ，AbCu强化相 的强度
和硬度本身就不高 ，因而 2A11一CZ硬铝强度 和硬
度不可能太高。
图 2 2Al1显微组织
3 2A11一CZ硬 质铝合金性 能参
数
2All—CZ硬 铝与 45碳钢性 能参数对照表
从 2A11一CZ硬铝与#45碳 钢性 能参数对照
可知 ，2A11一CZ硬铝强度相 当于#45碳钢的 2／3，
硬度相当于#45碳钢 的 1／2，而塑性却 相当于#45
碳钢的 1．2倍。我们在选择 2A11一CZ硬铝加工
工艺参数 的时候 ，可以参照#45碳钢的加工工艺参
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数类 比确定 。
4 2A11一CZ硬 铝 加 工 工 艺参 数
的 确 定
由于 2A11一CZ硬铝强化相排布杂乱 ，又未形
成稳定的几何形状 ，在力 的作用下容易产生挤压变
形 ，致使加工时产 生“让刀”现象 ，因而用铰刀铰孔
时铰 刀直 径与 钻头 直 径不 能相 差太 小 ，△ D ≥
0．4ram，否则铰刀就铰不到材料 ，起不到提高孔精
度的作用。镗孔时镗刀直径与钻头直径之差也不
能 太小 ，△ D ≥ 0．5ram。
由于 2A11一CZ硬铝热处理方式 为“水淬 +自
然时效”，自然时效效果受温度影响极 大，因而加工
2A11一CZ硬铝时转速不能太高 ，否则加工时会产
生较高热量 ，使得硬铝变软 ，强度和硬度明显下降，
产生“回归”现象 ，影响加工精度和品质，且加工出
的产 品强度 、硬度降低。通常，用立铣刀铣周边和
用 端 铣 刀 铣 平 面 时 ，主 轴 转 速 取 1 500～
1 800r／min；用键槽铣 刀粗铣槽和型腔 时，主轴转
速取 500～600r／min；用 中心钻引孔 时，主轴转速
取 600～800r／rain；用麻 花钻钻孔时 ，主轴转速取
250 500r／min；用 镗 刀精加工 孔时 ，主轴 转速取
400～ 800r／rain。
由于 2A11一CZ硬铝强度相 当于#45碳 钢 的
2／3，因而用同样刀具加工相应部位时 ，加工 2A11
一 CZ硬铝进刀量应取加工#45碳钢进刀量 的 2／3
左右。因为进刀量 大，刀具与工件受力也就大 ，而
工件受力大小受其强度 限制。在 2All—CZ硬铝
材料 上 铰孔 时，其精 加 工 余量 A Dm 不 应大 于
1．0ram。镗 孔 时 精 加 工 余 量 A Dm 不 应 大 于
2．0rmn。由于 2All—CZ硬铝硬度 相 当于#45碳
钢的 l／2，而塑性却是#45碳钢的 1．2倍 。材料 硬
度小 ，切削进给速度就应该加快 ，但切削进给速度
大了 ，产生的冲量也大 ，冲击 、挤压变形量也加大 ，
而变形量大 ，加工精度就低 。从控制加工精度角度
看 ，切削进给速度又不能太大。因此用同样刀具加
工相应部位时 ，加工 2A11一CZ硬铝的进给速度应
取加工#45碳钢 的进给速度的 2倍 至 1．2倍左右
为宜。2A11一CZ硬铝与#45碳钢粗加工 时的切
削用量选取情况对照列 于表 1。
实践证明，以上加工参数是科学 的和有效 的。
这里需要特别指 出的是 ，不 同的刀具尺寸 、加工几
何形状 、加工路线 、加工尺寸和加工精度 ，要求其最
佳切削用量还是有很大差异的 ，要对具体零件具体
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表 1 2A111一CZ硬铝与 45碳钢粗Jjn'r切 削用量对 照表
选取 。以上加工参数是指粗加工参数 ，对于半精加
工及精加工而言 ，除进刀量应逐次减少外 ，主轴转
速和进给速度 尤其是 主轴转 速，都应作 相应的提
高。
参 考资料 ：
[1]赵 忠 ．金 属 材料 及 热处 理 [M]．北 京 ：机械 工 业 出版 社 ，
1990．
[2]梁耀能．工程 材料 及加工 工程 [M]．北 京 ：机 械工 业出 版社 ，
2001．
[3]胡德林 ．金属 学及 热处理 [M]．西安 ：西 北工业 大学 出版 社
1995．
[4]大连工学院．金属学及热处理[M]．北京：科学出版社，1977．
[5]张 铁城 ．数控 加 工操 作 [M]．北 京 ：劳动 社 会 保 障 出版 社
2003．
[6]张胜华 ．铝合金组织细化处理【J]．铝加工 ，2001，(1)．
[7]甘卫平 ．AI—Mg Cu—Zn系铝合 金研 究进展 [J]．铝加工
2003，(3)．
[8]邹景霞．AI—Mg—Cu—Mn—Ni合金显微组织与拉伸性能[J]
轻合金加工技 术 ，2001，(5)．
收稿 日期：2005．10．17
(上接第 76页)
将渐开线输 出为 Windows图元格式 “渐 开线
．
Metafile”。文件 自动存 在于 Mathematica文件 夹
下 。
ln E 3]：=Display[“渐开线 ．Metafile”，％，“Metafile”]
Out[3]= ——Graphics——
AutoCAD中插入 一Windows图元文件 一另存
为“渐开线 ．dwg”。
2)在 Solid Edge中打开“渐开线 ．dwg”文件 ，绘
制齿轮。经镜像、拉伸和阵列等进行齿轮建模 (图
3)。
Mathematica中的图形使用专 门的图形 函数来
生成 。输 出图 形 的格 式 也 很 多 ，如 ：EPS、PDF、
TIFF、GIF以及 本文 所用 的 Metafile格 式 等 ，由
Mathematica输 出 复 杂 的 几 何 图形 ，再 用 Solid
Edge等 CAD 软件建模 。
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参考文献 ：
图 3 齿轮建模
[1]杨 珏 ，等 编著 ．Mathematica应用指南 [M]．北京 ：人民邮电出
版社 ，1999．
[2]吴战 国 编著．Solid Edge计算 机辅助 造型及制 图教程 [M]．北
京 ：机械工业出版社 ，2002．
收稿 日期 ：2005．11．10
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