航空器制造用的铸造铝合金有: Z101A、ZL102、ZL104、ZL105、ZL105A、ZL114A、ZL116、ZL201、ZL201A、ZL204A、ZL205A、ZL206、ZL207、ZL208、ZL303、ZL112Y、ZL401等。在全世界每年消费的铝( 原铝与再生铝) 中约有22.5%用于生产压铸件与铸件，而再生铝的 80%以上是以铸造铝合金的形式得到应用，航空工业用的铸造铝合金量仅占铸造铝合金总消费量的5%左右，而且生产航空铝合金铸件应尽少用再生铝。
铸造铝合金应有良好的铸造性能，即必须有适量的共晶组织，以保证熔体有良好的流动性和高、低温强度，不产生或少产生冷、热裂纹; 可用热处理或其他方法提高强度和各种性能、尺寸稳定性；并有良好的可切削性能。按国家标准GB1173，铸造铝合金分四大类:Al-Si系(ZL1××)、Al-Cu系(ZL2××)、Al-Mg系(ZL3××)、Al-Zn系(ZL4××)，以Al-Si系合金的应用最广。
铸造铝合金中的主要合金化元素有Si、Mg、Cu、RE、Zn、Mn、Ni、Cd、Cr、V、Be、Ti、B、Zr等，Fe是主要的常存杂质。在这些元素中，Cu、Si、Mg、RE、Zn、Mn、Ni、Be、Fe与Al形成共晶反应，Cr、Ti、Zr与Al则形成包晶反应。它们在Al中的固溶度以Zn、Mg、Cu的大，其次是Mn、Si、Ti、Cr、Zr、V，而RE、Be、Ni、Cd、Fe的固溶度很小。所以铸造铝合金中，Cu、Mg、Zn可作热处理强化元素，是高强度铸造铝合金的主要添加元素。Si在铝合金中形成二元或多元共晶组织，改善合金的铸造性能。要求合金铸造性能好、气密性高时，Si是主要添加元素。稀土金属与Al和其他元素能形成高熔点化合物，在合金中形成较高熔点的共晶体，提高合金的耐热性，Ni、Mn和Cu也有类似的作用，所以在耐热性好的合金中常添加这些元素。
Ti、B和Zr在铝合金中形成细小的化合物，可作为铝固溶体的结晶核心，有强烈细化铝固溶体晶粒作用。由于铝固溶体的细化，使晶界和枝晶间化合物也随之细化，提高合金的热处理效果和合金的力学性能，所以Ti、B、Zr是高强度铸造铝合金常用的添加元素。在铝固溶体中溶解的Zr和Ti，可提高铝固溶体在高温下的稳定性，对于改善合金的高温性能也是有益的。
Al-Cu 合金中添加Cd，在淬火后的人工时效过程中，加速 GPⅡ( θ″) 和( θ')相的形成，明显提高合金的强度。
Fe在目前使用的铸造铝合金中是一种有害杂质，由于Fe在铝合金中形成粗大的针状或片状化合物，降低合金的力学性能。在含Fe较高的铝合金中添加Mn或Be，引起含Fe化合物改变形状，呈枝杈状、骨骼状或颗粒状，从而改善了合金的力学性能。
Al-Mg合金中微量的Be防止合金在高温下的氧化，但加Be引起晶粒变粗，所以在添加Be的同时，加入少量的Ti或Zr，以细化晶粒。
铝合金中，Cu、Ni、Fe 降低合金的抗腐蚀性能。相反，添加Mn和Cr可改善合金的抗腐蚀性能。
现有的铸造铝合金中，除 α( Al) 以外，还可以看到以下各种相:Si、Mg2Si、θ(Al2Cu)、T(Al12CuMn2)、Al6(FeMn)、Al6 (CuFeMn) 、β(Al8Mg5) 、Al10Mn2Si、AlFeMnSi、α(Al12Fe3Si) 、β(Al9Fe2Si2)、Al3Fe、Al3Ti、TiB2、Al3Zr、Al7Cr、S(Al2CuMg)、N(Al7Cu2Fe)、 Al3Ni、AI3 (CuNi) 2、Al6Cu3Ni、Al9FeNi、Cd、W(AlxCu4Mg5Si4) 、Al8FeMg3Si6、Al2Mg3Zn3、AlCuFeSi、Al12(CrFe)3Si、Al4Ce、AlCeCuSi等。当Al-Si合金用Na、Sr、Sb变质时，若变质剂加入量过多，则可出现(NaAl)Si2、Al4Si2Sr、AlSb、Mg3Sb2等。在含P的Al-Si共晶和过共晶合金中，还可看到AlP化合物。
上述各相除少数几个化学成分比较固定以外［如Mg2Si、S(Al2CuMg) 、Al3Ti、θ(Al2Cu) 等］，大部分相的成分是可变的。这种成分的变化，一方面是构成该相的组元在该相中可以固溶，另一方面，其他合金元素也可以溶入，就是说大部分相本身是一种以化合物为基的固溶体。
上述各相中，Mg2Si、θ (Al2Cu) 、β (Al8Mg5) 、S (Al2CuMg)、Al2Mg3Zn3在铝中有较大的溶解度，在淬火加热时可以溶入 α(Al) 中，是可固溶的热处理强化相。W(AlxCu4Mg5Si4)、Al3(CuNi)2 仅可以部分固溶，所以热处理强化效果不明显。T(Al12CuMn2) 、Al6Cu3Ni、Al8FeMg3Si6、Al10Mn2Si、Al9FeNi、α(Al12Fe3Si) 、AlCeCuSi等以骨骼状或枝杈状分布在晶间或枝晶间，这些相在高温下又比较稳定，可以提高合金的高温性能。Al3Ti、Al3Zr、TiB2 的弥散质点可作为结晶核心，细化α(Al) 的晶粒。以粗大片状出现的Si、β(Al9Fe2Si) 、N(Al7Cu2Fe) 等降低合金的力学性能，特别是塑性。
铸造铝合金常用的铸造方法有砂型和金属型铸造、压力铸造、熔模铸造、石膏型铸造和壳型铸造等。压力铸造是最主要的铸造工艺，压铸件约占铸造产品总量的80%，但在航空航天工业的应用不多。
2 合金熔体的变质处理
熔体的变质处理是细化铸造组织的方法之一，铸造组织的细化包括铝固溶体的细化、共晶组织的细化、初生晶体的细化等，所使用的变质剂可分为三类:
2.1 铝固溶体晶粒的细化在铸造生产中为了细化铝固溶体晶粒，通常是向合金添加少量晶粒细化剂，如Ti、Zr、B等。这些元素在铝合金中形成像 Al3Ti、Al3Zr、TiB2等高熔点化合物，它们的结晶比铝固溶体晶粒的早，尺寸细小而又弥散分布，且具有与铝相同的晶格类型和相近的晶格常数，或具有共格对应晶面，可作为铝固溶体的结晶核心，使铝固溶体晶粒细化(图1)。同时加入Ti和B，可更有效地细化晶粒。当晶粒细化元素加入量过多或加入工艺不当时，则可形成粗大的化合物，产生偏析，对合金的力学性能产生不良影响。
图 1： B对ZL201铝合金晶粒度的影响
2.2 共晶体的细化
含Si量高的铝合金铸造冷却速度缓慢时，共晶组织中的Si成长为粗大的片状，甚至出现初生Si相，使可切削加工性能变坏，力学性能降低。因此，需要通过变质处理。最常用的方法是向熔体加入少量的Na或氟化钠、氯化钠等的混合盐，Na进入合金中后使共晶体中Si由板片状变成大量分枝的纤维状。
Sr具有和Na同样的细化共晶体中Si的作用(图2)，且变质有效时间更长。Sb和RE也具有一定的变质作用(图3)，但只有在快速冷却的条件下，才表现出明显的效果。Sb和RE具有永久变质作用，Sb往往在固溶热处理后才使合金的力学性能明显提高。
另外，对共晶型的Al-Si系活塞合金，如ZL108、ZL109合金，为了改善合金的高温强度和硬度，降低线膨胀系数而进行加P处理，使共晶型Al-Si合金变成具有初生Si相的过共晶组织。
2.3 初生硬脆相的细化
过共晶的Al-Si合金结晶时形成粗大块状的初生Si相，对可切削加工性能和力学性能均有不良影响。因此，通常在过共晶的Al-Si合金中加入少量的P，形成AlP化合物，作为初生Si的晶核，使初生Si细化(图4) 。
2.4 熔体净化处理
净化处理的目的是除去熔体中的气体和非金属夹杂物，使铸件中的气体性缺陷和非金属夹杂减少，从而提高铸件的致密性。但净化处理引起合金中容易氧化元素的损耗，使合金的组织和性能发生变化。变质处理后的Al-Si合金，若再次精炼，会引起Na或Sr的损耗，而降低变质效果。
铝合金的精炼处理，一般是使用氯气、氯-氮混合气或氯化物( 六氯乙烷、氯化锌、氯化锰等)，但氯对环境不利，宜尽量少用或不用，可改用氩气。铸件中的主要缺陷有: 缩孔、疏松、裂纹、偏析、夹杂、针孔、气孔(气泡) 、固溶强化相溶解不完全、变质处理不足或过变质、过烧等。铝合金铸件针孔缺陷是铸件报废的主要原因。针孔的存在，既减小铸件的有效工作面积，又提供裂纹源，并加速裂纹的扩展过程，最终导致材料的各项力学性能下降。针孔的产生主要来源于熔体中夹渣含量和氢含量。氢约占铝熔体中气体总含量的85%，由于氢在固体铝中的溶解度约为在液态中1/20，因此当铝凝固时溶解于其中的氢便会析出形成针孔。用旋转喷吹氩气净化铝熔体，能去除大部分氢和夹渣，达到消除铸件针孔的目的。
3 热处理对组织的影响
在铸造铝合金的热处理中，淬火(固溶处理) 和时效对合金的组织和性能影响颇明显。淬火对合金组织的影响有以下几方面:
(1) 淬火加热过程，固溶强化相溶入铝固溶体，在淬火快速冷却时，固溶体来不及分解，得到过饱和固溶体，产生固溶强化，提高合金的强度、硬度和塑 性。
(2) 淬火加热过程，某些含Mn较高的铸造铝合金在铸造时形成的过饱和固溶体发生分解，析出含Mn 的细小化合物质点( 例如Al-Cu-Mn系的ZL201、ZL20lA、ZL204A、ZL205A合金，固溶处理后在固溶体晶粒内部大量形成弥散、细小的T相质点) 。这种析出相对合金的室温和高温性能均有良好的影响。
(3) 一些在淬火加热时溶解度不大的相，在高温作用下会球化、集聚和长大。淬火加热温度越高，保温时间越长，这种变化越明显。此外，Al-Cu-Mn系中的T(Al12CuMn2)相、Al-Cu-Ni系中的Al6Cu3Ni相由于具有较好的高温稳定性，集聚和球化不明显。Al3Ti、Al3Zr、α( Al12Fe3Si) 、β(Al9Fe2Si2) 、N(Al7Cu2Fe)等相不溶于固溶体，在淬火前后形状无明显变化。
(4)当淬火加热温度过高时，除引起某些相集聚长大以外，还出现共晶组织熔化和晶界熔化、氧化的现象，即所谓“过烧”。时效处理使淬火以后形成的过饱和固溶体分解，析出极为细小的沉淀产物。这种时效沉淀产物在一般光学显微镜下观察不到，只有在放大倍率更高的电子显微镜下才能看到。许多铝合金时效时过饱和固溶体的分解过程比较复杂。以Al-Cu二元合金为例，其时效序列是: 过饱和固溶体→GPⅠ→GPⅡ( θ″) →θ'→θ( Al2Cu)。在GPⅡ阶段强化效果最好，而GPⅠ和θ'阶段强化效果稍差，到出现稳定相θ时，合金软化。
