浅谈机械零件的疲劳强度（模板）

李老师

                         网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
                                       




                                         
                                         
                                         
                                         
题    目：浅谈机械零件的疲劳强度
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专    业： 机械设计制造及其自动化
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内容摘要

本文以机械零件的疲劳强度计算方法为切入点，首先阐述零件在工作中变应力的分类和变应力的参数，然后推导出变应力计算公式，进而讨论影响疲劳强度的因素以及提高疲劳强度的解决措施，最后介绍了疲劳强度在各领域中的应用。

关键词：疲劳强度；变应力；复合应力；可靠性


目  录

内容摘要        I
引言        1
1 变应力的分类        3
2 变应力参数        5
3 疲劳曲线        6
4 影响疲劳强度的因素        7
4.1应力集中的影响        7
4.2尺寸与形状的影响        7
4.3表面质量的影响        7
4.4表面强化的影响        7
4.4其他因素的影响        7
5 提高疲劳强度的解决措施        8
5.1提高构件表面质量        8
5.2提高构件表面强度        8
5.3豪克能技术        8
6 疲劳强度在各领域的应用以及前景展望        9
6.1 疲劳强度在机械零件中的应用        9
6.2 疲劳强度在航空航天领域的应用        9
6.3前景展望        9
结论        11
参考文献        12

引  言
通用机械零件的强度分为静应力和变应力强度范畴。根据设计经验及材料的特性，通常认为在机械零件整个工作寿命期间应力变化次数小于103的通用零件，均可按静应力强度进行设计。本论文以下主要讨论零件在变应力下的疲劳、影响疲劳强度因素、疲劳强度计算等问题。
1954 年，世界上第一款商业客机de Havilland Comet 接连发生了两起坠毁事故，这使得“金属疲劳”一词出现在新闻头条中，引起公众持久的关注。这种飞机也是第一批使用增压舱的飞行器，采用的是方形窗口。增压效应和循环飞行载荷的联合作用导致窗角出现裂纹，随着时间的推移，这些裂纹逐渐变宽，最后导致机舱解体。Comet 空难夺去了68 人的生命，这场悲剧无时无刻不在提醒着工程师创建安全、坚固的设计。
自此以后，人们发现疲劳是许多机械零部件（例如在高强度周期性循环载荷下运行的涡轮机和其他旋转设备）失效的罪魁祸首。
1867年 ，德国的A.沃勒展示了用旋转弯曲试验获得的车轴疲劳试验结果，把疲劳与应力联系起来，提出了疲劳极限的概念，为常规疲劳设计奠定了基础。第二次世界大战中及战后，通过对当时发生的许多疲劳破坏事故的调查分析，逐渐形成了现代的常规疲劳强度设计。1945年，美国的M.A.迈因纳提出了线性损伤积累理论 。1953年，美国的A.K.黑德提出了疲劳裂纹扩展理论。之后，计算带裂纹零件的剩余寿命的具体应用，形成了损伤容限设计。20世纪60年代，可靠性理论开始在疲劳强度设计中应用。
在常规疲劳强度设计中，有无限寿命设计（将工作应力限制在疲劳极限以下，即假设零件无初始裂纹，也不发生疲劳破坏，寿命是无限的）和有限寿命设计（采用超过疲劳极限的工作应力，以适应一些更新周期短或一次消耗性的产品达到零件重量轻的目的，也适用于宁愿以定期更换零件的办法让某些零件设计得寿命较短而重量较轻）。损伤容限设计是在材料实际上存在初始裂纹的条件下，以断裂力学为理论基础，以断裂韧性试验和无损检验技术为手段，估算有初始裂纹零件的剩余寿命，并规定剩余寿命应大于两个检修周期，以保证在发生疲劳破坏之前，至少有两次发现裂纹扩展到危险程度的机会。疲劳强度可靠性设计是在规定的寿命内和规定的使用条件下，保证疲劳破坏不发生的概率在给定值（可靠度）以上的设计，使零部件的重量减轻到恰到好处。


1 变应力的分类
变应力可分为随机变应力和循环变应力两大类，其中循环变应力又称为周期变应力，它可分为稳定循环变应力和不稳定循环变应力，稳定循环变应力又有简单与复合之分。如图1-1所示。



图1-1 变应力的分类

随时间按一定规律周期性变化，而且变化幅度保持常数的变应力称为稳定循环变应力。如图1-2所示。


图1-2 稳定循环变应力

若变化幅度也是按一定规律周期性变化如图1-3所示，则称为不稳定循环变应力。


图1-3不稳定循环变应力
如果变化不呈周期性，而带有偶然性，则称为随机变应力，如图1-4。


图1-4 随机变应力
此章节可根据已有内容自行添加内容，为保证论文篇幅，建议不少于200字符。完成后行删去。


2 变应力参数
图2-1给出了一般情况下稳定循环变应力谱的应力变化规律。


图2-1 稳定循环变应力

零件受周期性的最大应力σmax及最小应力σmin作用，其应力幅为σa，平均应力为σm，它们之间的关系为。











其中 为变应力最大值， 为变应力最小值， 为平均应力， 为应力幅，r为循环特性。
如已知σmax为200N/mm2， r为-0.5，
那么σmin、σa、σm应该为：
请在写出计算过程和计算结果后，将本行文字删去。

此章节可根据已有内容自行添加内容，为保证论文篇幅，建议不少于200字符。完成后行删去。

3 疲劳曲线
疲劳曲线是应力循环次数N与疲劳极限的关系曲线。

线性坐标上的疲劳曲线                        对数坐标上的疲劳曲线
图3-1疲劳曲线

曲线上各点表示在相应的循环次数下，不产生疲劳失效的最大应力值，即疲劳极限应力。从图上可以看出，应力越高，则产生疲劳失效的循环次数越少。
在作材料试验的时候，常取一规定的应力循环次数N0，称为循环基数，把相应于这一循环次数的疲劳极限，称为材料的持久疲劳极限，记为σ-1。
疲劳曲线可分为两个区域：有限寿命区和无限寿命区。所谓的无限寿命，是指零件承受的变应力水平低于或者等于材料的疲劳极限σ-1，工作应力总循环次数可大于N0，零件将永远不会产生破坏。
在有限寿命区的疲劳曲线上，N<N0对应的各点的应力值，为有限寿命下的疲劳极限。
对低碳钢而言，循环基数N0=106—107；
对合金钢及有色金属，循环基数N0=108。
变应力σ与在此应力作用下断裂时的循环次数N之间有下列关系：



4 影响疲劳强度的因素
影响疲劳强度的因素主要有如下几个方面：
4.1应力集中的影响
阐述何为应力集中，进而阐述应力集中如何影响了疲劳强度，阐述后将本段删去。
4.2尺寸与形状的影响
阐述尺寸与形状如何对疲劳强度造成了影响，阐述后删去本段提示。
4.3表面质量的影响
阐述表面质量如何对疲劳强度造成了影响，阐述后删去本段提示。
4.4表面强化的影响
阐述尺寸与形状如何对疲劳强度造成了影响，阐述后删去本段提示。
4.4其他因素的影响
其他因素可包含冶金缺陷、腐蚀介质、温度等。请通过查阅资料等完成本段阐述，为保证全文字符数，建议本段字符数不得少于1千字符。


5 提高疲劳强度的解决措施
构件截面改变越激烈，应力集中系数就越大。因此工程上常采用改变构件外形尺寸的方法来减小应力集中。如采用较大的过渡圆角半径，使截面的改变尽量缓慢，如果圆角半径太大而影响装配时，可采用间隔环。既降低了应力集中又不影响轴与轴承的装配。此外还可采用凹圆角或卸载槽以达到应力平缓过渡。
设计构件外形时，应尽量避免带有尖角的孔和槽。在截面尺寸突然变化处（阶梯轴），当结构需要直角时，可在直径较大的轴段上开卸载槽或退刀槽减小应力集中；当轴与轮毂采用静配合时，可在轮毂上开减荷槽或增大配合部分轴的直径，并采用圆角过渡，从而可缩小轮毂与轴的刚度差距，减缓配合面边缘处的应力集中。提高
5.1提高构件表面质量
一般说，构件表层的应力都很大，例如在承受弯曲和扭转的构件中，其最大应力均发生在构件的表层。同时由于加工的原因，构件表层的刀痕或损伤处，又将引起应力集中。因此，对疲劳强度要求高的构件，应采用精加工方法，以获得较高的表面质量。特别是对高强度钢这类对应力集中比较敏感的材料，其加工更需要精细。
5.2提高构件表面强度
常用的方法有表面热处理和表面机械强化两种方法。表面热处理通常采用高频淬火、渗碳、氰化、氮化等措施，以提高构件表层材料的抗疲劳强度能力。表面机械强化通常采用对构件表面进行滚压、喷丸等，使构件表面形成预压应力层，以降低最容易形成疲劳裂纹的拉应力，从而提高表层强度。
5.3豪克能技术
现在的产品转化体现为焊接应力消除设备以及表面光整设备，其中的这个技术可以给金属表面消除拉应力，预置压应力，使得金属容易开裂的部位应力释放，不会产生开裂的情况。
6 疲劳强度在各领域的应用以及前景展望
6.1 疲劳强度在机械零件中的应用
请通过查阅资料文献等对本段内容进行阐述，阐述后将本段提示删除。
6.2 疲劳强度在航空航天领域的应用
请通过查阅资料文献等对本段内容进行阐述，阐述后将本段提示删除。
6.3前景展望
疲劳强度是已有一百多年的发展历史的科学。同时又是一门在不断研究、继续发展的学科。从结合在国民生产各个领域来考虑，今后若干年内应着重进行研究工作初步考虑如下一些方面。
1.进一步提高疲劳载荷测量及疲劳载荷编制工作质量。编制我国自己的机械标准谱及其简化谱。收集汇总我国各种机械的疲劳载荷实测数据，建立机械疲劳载荷数据库。
2. 从理论和应用上进一步开展随机振动下的疲劳强度研究，其中对某一领域的突出问题，如噪声环境谱及结构声疲劳研究等，有待建立试验研究基地并进一步开展研究。
3.积极开展复合材料疲劳强度研究。复合材料的破坏有其独特形式，而且复合材料板件又常是各向异性板，复合材料疲劳强度理论需要创新性研究，而我国在复合材料结构疲劳强度研究方面尚是薄弱环节。已有人预言，本世纪初期将会出现全复合材料结构的零件。
4.疲劳断裂中可靠性理论和设计准则研究，可靠性问题已经得到重视，也几乎在普遍开花，干涉模型已经由静到动，由一维到多维，由单因素到多因素。但可靠性理论和应用研究，应结合各领域的需要从数据库、计算模型、可靠性理论、结构系统可靠性设计，可靠性系数分配等等方面加强组织，有领导地进行。
5.加强疲劳强度的工程科学及其应用研究。在这方面有广阔的领域和发展前景，如了解疲劳破坏全过程，从宏观与微观相结合进行研究，建立合理的物理、数学模型，改进相应于疲劳损伤各阶段寿命的工程估算方法；加强短（或小）裂纹阶段研究，为疲劳、断裂的合理联系搭桥，更好地进行结构全寿命研究；加强环境（如腐蚀、温度、噪声等）影响及环境谱编制研究；新的测试技术（如微小裂纹测量，动态裂纹监测）的发展研究；以及新材料、新工艺等对疲劳强度影响研究。
6. 注意并继续进行抗疲劳设计研究。注意结构细节设计及其疲劳强度定量指标的确定方面的研究。
7.编制与疲劳强度有关的各种标准、规范、手册、指南等。
8.开发并建立疲劳强度方面实用计算程序。在静力和振动等方面尚需交流、汇编、提高、统一格式和接口，建立详细实用说明书等，以便于工程应用。
9.结合飞机结构疲劳定寿、延寿工作，积极开展工程研究，及时总结经验，汇编专著。


结论
阐述研究疲劳强度的重要意义，给出疲劳强度研究的发展方向等，对本课题有一个前景展望或意见建议等总结性文字，全文不少于1万字符，所以请控制好此段篇幅。完成后请删除本段提示。
参考文献

[1] 吴富民.疲劳强度在航空工业中的应用.[M].西北工业大学
[2] 濮良贵、纪名刚.机械设计 [M].北京.西北工业大学机械原理及机械零件教研室，2011.
此段参考文献篇目不得少于三篇，文中已经列出两篇，至少需要再添加一篇参考文献。添加好后请删除本段提示。







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题    目：  铝铜类合金材料研究分析                           
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内容摘要

在工业生产中铝铜合金材料常因容易产生裂纹及分散缩松而给产品质量造成下降，本论文主要分析造成铝铜合金材料产生缺陷的原因，以及改进措施。论文首先讨论铝铜合金的制备工艺技术，进而对铝铜类特种合金性能进行分析，最后对铝合金热处理进行分析及总结。

关键词：铝铜合金材料 ；ZL205A性能分析

目     录
内容摘要        I
引    言        1
1  铝铜合金的制备工艺技术        3
1.1  杂质气孔缺陷对合金性能的影响        3
1.1.1  针孔        3
1.1.2  皮下气孔        3
1.1.3  单个大气孔        3
1.1.4  一次氧化夹杂的分类        4
1.2  铝合金净化的处理工艺分析        4
1.2.1  气体精炼剂        4
1.2.2  固体精炼剂        5
1.2.3  固体三气体精炼块        6
1.3  铝合金现代变质细化处理技术        6
2  铝铜类特种合金性能分析        8
2.1  铝铜合金成分、力学性能、组织、性能及用途        8
2.2  高强度AL-Cu合金        8
3  铝合金热处理分析及总结        10
3.1  铝合金热处理的目的和种类        10
3.1.1  热处理的目的        10
3.1.2  热处理的分类和用途        10
3.2  铝合金的热处理工艺        10
3.2.1  力学性能不合格        10
3.2.2  过烧        10
3.2.3  变型和裂纹        10
3.2.4  表面腐蚀        11
参考文献        12



引    言
ZL205A合金是我国自行研究的一种高强度铸造铝合金。它是采用高纯度的原材料，控制有害杂质的影响，并添加钛、锆、钒、硼等多种微量合金强化元素细化晶粒，添加镉控制其时效过程，并施以严格的热处理工艺而制得的，它是目前世界上抗拉强度最高的一种高强度铝合金。用它可实现以铝代钢，以铸代锻，减轻重量，提高飞行器及其它产品的性能，降低生产成本，缩短生产周期；推广优质铸造工艺，制作高难度铸件。近几年随着国防科技不断推陈出新，这也给金属材料方面提出了更高的要求，航空航天装备也在地新月异的不断更新，拥有质量轻，高强度，耐热，耐蚀，耐高温等特点，已是我国科技人员在不断创新的一条新思路，
    ZL205A材料正是在这一条件下，我们的科技人员研究的新产品。它具备了高强度，耐热性好，适合作为受力结构件如支架，挂架等。但密度大，铸造性能差、耐蚀性能差，给零件质量造成了很多影响，如零件产生开裂、缩松、气孔、外形不完整等等，这就要求我们在实际生产中仔细观察造成缺陷的原因，分析所造成原因的因素，提出合理准确的解决思路和方法，为合格零件和产品打下坚实的基础。
在分析问题时要求养成严谨，认真，求实的态度，积极进取不怕困难，敢于探寻真理，勇于攀登科技高峰。
铝在地壳中的蕴藏量极大，分布及广，具统计，地壳中铁占4.7%，铝占7.5%，比所有的有色金属总合还要多。铝的密度小，塑性好，具有良好的导电、导热性，表面有致密的氧化膜保护，抗蚀性能好。
纯铝中加入其他金属或非金属元素，能配置各种可供压力加工或铸造用的铝合金，具有比纯铝更为优异的铸造性能和实用性能，由于铝合金的密度小，故其比强度（抗拉强度除上密度），很高，远比灰铸铁、铜合金高。仅次于镁合金、钛合金。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　  纯铝的熔点为６６０．３７℃。随着杂质含量的增加，熔点下降。纯铝的沸点可达2467℃，当含有杂质时，沸点可能下降至2100℃左右。纯铝的浇注温度为700℃至750℃。流动性不好，铝的线收缩率是1.7%~1.8%，体收缩率是6.4%~6.6%，都较大，因此。纯铝的铸造性能差，容易产生热裂等铸造缺陷，很少用来浇注各种铸件。
    在纯铝中加入一些其它合金或非金属元素所熔制的合金，不仅仍能保持纯铝的基本性能，而且由于合金化的作用，使铝合金获得了良好的综合性能，铝合金的配制元素，主要有硅、铜、镁、锌以及稀土元素等。它们在铝中的加入量较大，能强烈影响铝的力学性能和物理、化学性能。现在铸造铝合金基本上都是由这几种元素和铝的合金化所派生出来的。国标中列有AL-Si、AL-Cu、AL-Mg、AL-Zn 4类26中牌号的铸造合金。                                                               
详细表格见GB/T 1173—1195
各类铸造铝合金的特点简述如下。
1．AL-Si类合金 （含Si≥ 5%）
此类合金通常成为硅铝明。它具有优良的铸造性能，如收缩率小、流动性好、气密性好和热裂倾向小等，经过变质处理后，还具有良好的力学性能、物理性能和切削加工性能，是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金。
2．AL-Cul类合金 （含Cu≥ 4%）
具有较好的室温和高温力学性能，主要作为耐热和高强度的铝合金应用。但铸造性能较差，流动性差，抗蚀性能差，线膨胀系数较大，此类合金大多作为耐热铝合金和高强度铝合金用。
3. AL-Mg类合金 （含Mg≥ 5%）
具有非常优异的抗蚀性能，力学性能高，加工表面光亮美观，密度是现有铝合金中最小的，但熔炼、铸造工艺比较复杂，耐热性差，除用作耐蚀合金外，是发展高强度铝合金的基础之一，也可作为装饰用品。
4．AL-Zn类合金
锌在铝中的溶解度非常大，当铝中加入的锌大于7%时，能显著提高合金的强度，它的最大优点不需要热处理就能是合金强化。但这种合金抗蚀性能差，有应力服饰倾向，铸造时容易产生热裂。主要用于制造形状复杂、受力较小的汽车、飞机、仪器零件。
5．AL-RE(混合稀土)类合金
高温强度高，热稳定性好可用于350℃—400℃温度下工作的零件。只是其室温力学性能较差，目前应用不多，也未列入国际标准。

1  铝铜合金的制备工艺技术
1.1  杂质气孔缺陷对合金性能的影响
1.1.1  针孔
针孔分布在整个铸件截面上，由于铝业中的气体夹杂含量过高、精炼效果差、铸件凝固速度低引起的。针孔可分为三种类型。
1.点状针孔  点状针孔由铸件凝固时析出的气泡形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良好的铸件中，此类缺陷在显微组织中呈现点状，轮阔清晰切互不相连，能清点出为平方厘米面积上的针孔数目，并测得针孔的直径。这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。
    2.网状针孔  此类合金在结晶温度宽的合金铸件中，缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达枝晶间隙中，此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵塞，便在晶间上及枝晶间隙中形成网状针孔，此类缺陷伴有少数交大的孔洞，不应清点真空数目，难以测量针孔的直径，往往带有末梢。
3.混合型针孔  此类针孔点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁厚不均匀的铸件中。针孔越多铸件的力学性能越低，其抗蚀能力和表面质量越差。其中网状针孔割裂合金基体，危害性比点状针孔大。
故在平时铝液熔炼过程中应严格控制气体的进入，以及控制好湿度的影响，尽量提高铸件在浇铸过程中的浇铸时间，减少铝液在凝固过程中速度低所产生的针孔类缺陷。
1.1.2  皮下气孔
皮下气孔产生于铸件表皮底下，由于铝液和铸型中水分反应产生气体所造成，一般和铝液质量无关。
1.1.3  单个大气孔
产生于铸件设计工艺不合理，如铸型或型芯排气不畅，或者由于操作不小心，如浇铸时堵住排气孔，在型腔中的气体被憋在铸件中所引起，也和铝液的纯净度无关。
浇铸前铝液中存在的氧化夹杂成为一次氧化夹杂，总量约占铝液质量的0.002%～0.02%，在铸件中分布没有规律，浇铸过程中产生的氧化夹杂成为二次氧化夹杂，多分布在铸件的拐角处和最后凝固的部位。
1.1.4  一次氧化夹杂的分类
1.第一类是分布不均匀的大块夹杂物质，它的危害性很大，使合金体不连续，引起铸件渗漏或成为腐蚀的原因，明显降低了逐渐的力学性能。
2.第二类夹杂呈弥散状，这类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。在显微组织下不易被发现，铸件凝固时成为气泡的形核基体，生成针孔。
铸件在工艺设计过程中应先考虑气体的排出方向顺序，及在精炼处理当中的环节监控，做到细心，认真的工作态度。还应考虑铝液源头的质量控制，坚决杜绝不合格铝锭在工业生产中应用。
1.2  铝合金净化的处理工艺分析
1.2.1  气体精炼剂
1.通氩精炼
工业用氩气瓶中含氧量较低，在0.005％～0.05％之间，精炼温度允许控制提到760℃。氩的密度为1.78㎏∕m3,高于氧的密度1.25㎏∕m3,通氩气精炼时，密度较大的氩气富集在铝熔池表面，能保护铝液防止和炉气反应，故净化效果好。对原始质量较好的铝锭，如加大炉料，净化效果和六氯乙烷C2CL6相近，而对于质量较差的炉料，如回炉料，有时其净化效果还忧郁六氯乙烷。
AL-Si合金加锶变质后，如用氯盐精炼，生成SrCl2 ，变质失败，此时必须通氯精炼。操作上变质、精炼可以同步进行，精炼时氯气泡对铝液起搅动作用，加速变质元素的扩散，从而缩短锶变质的潜伏期，提高生产率。通氯精炼和锶变质相配合，能获得纯净的铝液和正常的变质组织。合金的密度高于不同步、先精炼后变质工艺所获得的和紧密度。惰性气体中除了氩、氦、氖、氪、氙外，都有类似的净化效果，但以氩气的价格最为便宜，也为工人所喜用，并且资源丰富。
2.通氯精炼
氯气不溶于铝液中，但能和铝液及溶于铝液内的氢产生剧烈反应
           3CL2+2AL→2ALCL3            △ =-532.07KJ∕mol
CL2+H2→HCL                 △ =-238.90KJ∕mol
反应生成物 HCL (沸点-85℃)、ALCL3 (沸点183℃)都呈气态，且不溶于铝液，和未参加反应的氯均能起精炼作用，因此净化效果比通氮气甚至通氩气明显。
    工业用氯气瓶中常参有水分，影响净化效果。精炼使用的氯气含水量应控制在0.008％以下。随着使用时间的推移，氯气瓶中的含水量将逐渐增加，最终可增加一倍以上，在生产中必须注意，氯气是有剧毒的，通氯气装置应安放在密封的房间内，以防泄漏。熔炉、坩埚上方应安装通风和净化装置。
通氯的净化效果虽好，但氯气对人体有害，通氯设备复杂，泄漏的氯气严重腐蚀厂房、设备。其次，通氯后引起合金的晶粒粗大，降低力学性能，故生产中极少采用，已改用氮-氯联合精炼工艺；先通氯，再通氮，以净化通氯管道、设备，保护厂方及设备，改善劳动条件。也可用N2 90％ +CL2 10％的混合气体进行精炼，切能获得良好的净化效果。
3.三气混合气精炼
三种气体是CL2、CO、N2，配比为15:11:74，经过混合后吹入铝液中，与铝液发生下列反应
                          2AL2O3+6CL2→ 4ALCL3+3O2
                              3O2+6CO→ 6CO2
                       AL2O3+3CL2+3CO→ 2ALCL3+3CO2
    在混合气体中CL2被稀释，有可能来得及全部参与反应，生成ALCL3及N2起精炼作用，CO2和铝液继续发生反应，生成AL2O3、C，精炼后趋向平衡，微量的C有可能细化晶粒。因此在三气混合净化效果与使用C2CL6的相当，而精炼时间可缩短近一半，污染程度减轻。它的缺点在于要配置一套较复杂的三气发生装置及输送管道。
1.2.2  固体精炼剂
常用的有氯盐、氯化锌、氯化锰、六氯乙烷、四氯化碳、四氯化钛等。
氯盐精炼时和铝发生下列反应
                         nAl+3MeCLn→ nALCL3+3Me
式中，Me为各种金属的代号。反应产生物ALCL3即起精炼作用。氯盐精炼的优点是省去理了一整套气体发生装置和输送管道；其次，ALCL3的毒气比氯气小很多。
固体无公害精炼剂主要成分为煤粉和硝酸盐，压制成块并放入铝液中，发生下列反应
                         4NaNO3+3C→ 2Na2NO3+N2+3CO3
生成的N2即起精炼作用。CO2在铝液中也能生成AL2O3,但由于上浮速度较快，故氧化程度较轻。精炼时由于反应产物无臭无味，为工人所喜用，缺点是没有氯、氟等有效成分，净化效果欠理想，无公害精炼剂价格便宜，适用于不重要的中、小型铝铸件。
1.2.3  固体三气体精炼块
在无公害的精炼剂的基础上，加适量的C2CL6组成三气精炼块，将在铝液内生成ALCL3、C2CL4、N2、及CO2。反应产物通过填充剂的空隙溢出，形成的气泡较小，在铝液内的上浮时间较长，使C2CL6反应较完全，提高C2CL6的利用率，净化效果优于无公害精炼剂，反应产物中除C2CL4外无臭无味，能用于较重要的铝铸件。缺点是原料烘干不彻底，压块前搅拌不均匀时，净化效果不稳定。生产实践证明，最有效的精炼方法通常只能使铸件的针孔等级改善1－2级，但如不注意以防为主，会使铝液纯净度大大降低，采取最好的精炼工艺也难以彻底清除气体和氧化夹杂。
    正确运用防、排、溶、三套工艺，严格遵守“以防为主”的原则，必须落实到具体的熔炼、铸造工艺操作上，只有熔炼操作基本功过硬，才能全面、正确地贯彻这些原则。熔炼操作基本功包括：熔炼设备、熔炼工具的准备和精心处理，精炼剂、变质剂、覆盖剂的细心预熔、烘干，正确的搅拌、扒渣操作和小心浇铸等。
1.3  铝合金现代变质细化处理技术
合金性能由合金的金相组织所决定，金相组织有合金成分、冷却速度、凝固时外加力场。所决定。通过调节、控制上述各个因素，能获得多种多样符合技术条件要求的金相组织，变质处理是常用的组织控制手段，在合金成分、冷却速度、凝固时外加力场不变的条件下，在铝液中加入少量添加剂，是金相组织发生明显变化，获得理想的合金组织。
变质处理大致可分为三类，第一类是晶粒细化处理，主要用来细化固溶体合金金的 （AL）晶粒，AL-Cu类、AL-Mg类合金应用较普遍；第二类是共晶体变质，用来改变共晶体的组织，广泛应用于AL-Si类共晶合金；第三类是改善杂质相的组织或消除易熔杂质相，如加铍、锰等改变粗大的金相组织。下面主要介绍铝铜合金的晶粒细化处理。
常见的晶粒细化剂有钛、硼、锆等，以中间合金或盐类形式加入铝液中，细化剂的加入量和合金的种类有关、成分、加入量、熔炼温度、浇铸时间等有关，以固溶体型合金ZL205A为例，以中间合金形式AL-Ti、AL-B加入的最佳量分别为Ti0.10℅～0.30℅、B0.02℅～0.04℅。共晶型合金如ZL101因 （AL）初晶数量比ZL201合金少，加入量酌量减少。当把钛和硼以（5～6）：1 的比例同时加入，加入量可降低4～5倍并能延缓衰退现象。加入量过大或熔炼、浇铸时间过长，TiAL3 逐渐聚集，由于其密度3.7 g∕cm3,比铝液大，因此积聚在熔池底部，丧失细化能力，产生衰退现象。
影响细化效果的因素有一下几点：
最佳含磷量和许多工艺因素有关，如处理温度高、浇铸温度高、合金成分、孕育时间等，应通过实验确定最佳含磷量的加入范围。低于最佳值，则细化不足，过量则会使初晶硅粗化。
处理温度  ALP的熔点高于1000℃，处理温度过低ALP在铝液中凝聚成团，随着温度下降，逐渐失去细化作用，处理温度一般高于合金液相120-150℃，已有细化效果。处理温度过高，将增加气体和夹杂物的含量。
浇铸时间  经细化处理的铝液在800-900℃高温下长期保温，细化效果会因ALP逐渐凝聚而衰退，在浇铸时间长的条件下，发现细化效果衰退后应用C2CL6反复精炼，在精炼的同时打散聚集的ALP，从新获得细化效果。
精炼剂在精炼过程中应注意严格辨别精炼剂的种类用途及对工人健康的危害程度，认真学习各种精炼剂的成分配方，熟练地应用于实际工作当中，做到环保高效。一般企业当中经常性采用氩气来精炼，因为无论是在成本还是危害性方面，氩气都远远优于氯气以及其他几种精炼方法，当今在绿色环保概念下，人们更喜欢简单高效卫生的精炼方法。


2  铝铜类特种合金性能分析
2.1  铝铜合金成分、力学性能、组织、性能及用途
本部分介绍：
1. 含铜量对AL-Cu二元合金力学性能。
2. 高强度AL-Cu合金性能
3．根据系统使用的电动机的不同，进给伺服系统随着时间的推移逐渐产生的4大类伺服系统：步进伺服系统，直流伺服系统，交流伺服系统，直线伺服系统，简要介绍这4个系统的原理和特点。
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Cu在 固溶体的溶解度在二元共晶温度（548℃）时约为5.65℅，而在室温时则降至0.1℅以下。AL-Cu二元合金中只有 固溶体 （CuAL2）两个相； 和 在33.2℅Cu处形成二元共晶合金（a+ CuAL2）。Cu在 固溶体中的溶解度随温度的下降而显著降低，所以这种合金能进行固溶化处理。实验表明:含Cu量为4.5-5.5℅的合金在淬火组织中会有残余脆性相CuAL2出现，而且含Cu愈多，合金组织中CuAL2就愈多，因而使处理强化效果降低，所以当含Cu量超过7℅时，合金通常都在铸太下使用。
当含Cu量在5.0-6.0℅时，抗拉强度达到最大值，而伸长率则有所下降；当含铜量大于6.0℅时，抗拉强度和伸长率都急剧下降。AL-Cu合金的铸造性能较差，特别是热裂倾向较大。这是由于它的结晶温度范围比AL-Si类合金要大，有严重的疏松倾向，而它从液态到固态的收缩率也较AL-Si类合金要大，同时共晶体中CuAL2在熔点附近塑性很低，收缩时易被拉裂，因而容易形成热裂。随着含Cu量的增加，合金的铸造性能明显改善。但随着含Cu量提高，合金的力学性能明显降低。加上AL-Cu合金中CuAL2相与 固溶体之间有显著的电位差，合金的耐蚀性能也不好。所以，AL-Cu二元合金在一般场合不太应用。但在AL-Cu合金中加入Mn、Ti、Ni、Cd、Ce等元素，可以获得各种高强度和耐热铸铝合金。
2.2  高强度AL-Cu合金
Mn属于过度族元素，具有不完全的外电子层，Mn原子进入 点阵后即引起电子的从新分配，显著增加了原子间的结合力，阻碍了原子的扩散。在AL-Cu合金中加入0.6-1.0℅Mn后，不仅提高了室温力学性能，而且大大提高了高温力学性能。加Mn的合金，在300℃温度下经100h的抗拉强度对比不加Mn的含量要高2,3倍。
当含Mn量超过1℅时，合金的耐热性虽还有提高，但组织中不溶的T（Cu2Mn3AL20）相增多，晶粒尺寸也增大，使合金变脆，室温抗拉强度也将下降。Mn量过高，还易引起Mn的偏析而使力学性能下降，所以含Mn量最好控制在0.8℅-0.9℅左右。
合金中含有少量的Ti时可使组织得到显著的细化，从而使CuAL2和T相在热处理时能更充分地溶解，分布更均匀，充分发它的阻碍晶间滑移的作用，提高强化效果。Ti的加入量以0.2℅-0.25℅为佳。Ti量过少不能使组织细化，过多则熔炼过程将产生Ti的偏析。
综上所述：ZL205A合金的力学性能相当高，砂型铸造经        T6处理，室温力学性能可以达到 =467MPa， =3℅布氏硬度140HBS.可用作承受较大的动载荷和静载荷的零件，亦可用于300℃一下温度工作的零件。而且此合金在低温（-70℃）时仍保持良好的力学性能，是用途很广的一种合金。

3  铝合金热处理分析及总结
3.1  铝合金热处理的目的和种类
铝合金在铸态下往往不能满足使用要求，所以除AL-Si系的ZL102、AL-Mg系的ZL302和AL-Zn系的ZL401合金外，都要通过热处理进一步提到铸件的力学性能和其他使用性能。
3.1.1  热处理的目的
1.充分提高铸件的力学性能，保证一定的塑性，提高合金的抗拉强度和硬度，改善合金的切削加工性能等；
2.消除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力；
3.稳定铸件的尺寸和组织，防止和消除因高温引起相变产生体积胀大现象；
4.消除偏析和针状组织，改善合金的组织和力学性能。
3.1.2  热处理的分类和用途
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3.2  铝合金的热处理工艺
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3.2.1  力学性能不合格
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3.2.2  过烧
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3.2.3  变型和裂纹
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3.2.4  表面腐蚀
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参考文献
[1]于永泗∕齐民.机械工程材料（第七版）.大连理工大学出版社，2007年二月
[2]张完善.有色金属材料.第二版.大连：金属工业出版社，1998.89-90.
[3]司乃潮∕傅明喜.有色金属材料及制备.化学工业出版社2006.01