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1、五、铝及铝合金 铝及其合金是重要的有色金属材料，铝是地壳中储量最多的金属元素，约占地表总重量的8.2%。5.1、工业纯铝工业上把纯度在9999.99%的铝称为纯铝；纯铝的性能特点有：1）、密度小，熔点低（600），具有面心立方晶格，无同素异晶转变；2）、纯铝的导电性、导热性强，仅次于银、铜、金。3）、纯铝是无磁性、无火花材料，而且反射性好，既可以反射可见光，也可以反射紫外线；4）、强度很低，但塑性很高，通过加工硬化可以使纯铝的硬度提高，但塑性降低；5）、铝表面能够形成致密的Al2O3氧化膜，因而在空气或其他介质中具有良好的耐蚀性，纯度越高，耐腐蚀性越好，不过不能耐酸碱盐的腐蚀；*工业纯铝的主要
2、用途是：代替贵重的Cu合金制作导线、电源和电容器等，配置各种铝合金以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。当铝纯度为99.996%时,熔点为660.24,合金元素的加入都会使铝的熔点降低,故一般铝合金的熔点要比纯铝熔点低.铝及铝合金的导热系数要比铁大几倍,线膨胀系数也比铁大.5.2、铝合金的分类铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类；5.2.1、铸造铝合金及其热处理要求有良好的铸造性能，合金元素高于变形铝合金；应用较广的铸造铝合金主要有Al-Si系，Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系；铸造铝合金牌号由Z（铸）Al+主要合金元素的化学符号及其平均质量分数（%）组成，如果平
3、均含量小于1，一般不标数字，必要时可用一位小数表示；（1）Al-Si系铸造铝合金*又称铝硅明，其特点是铸造性能好，线收缩率小，流动性好，热裂倾向小，具有较高的抗腐蚀性和足够的强度；常见的是ZL102；*通过时效处理强化后适用于强度和硬度要求较高的零件，如铸造内燃机活塞，因此也叫活塞材料；（2）Al-Cu系铸造铝合金 Cu%4%，主要用于铸造在200300条件下工作，要求强度较高的零件；如增压器的导风叶轮等；（3）Al-Mg系铸造合金 *有ZL301、ZL303两种，其中应用最广的是ZL301，该类合金的特点是密度小，强度高耐腐蚀性好。但铸造性能没有铝硅明好，流动性差，线收缩率大，铸造工艺复杂。
4、一般用于制造承受冲击载荷、耐海水腐蚀、外形不太复杂、便于铸造的零件，比如舰船零件。（4）Al-Zn系铸造合金 这类合金铸造性能很好，流动性好，易充满铸型，但密度大，耐腐蚀性差。合金能够在不经过热处理的铸态情况下直接使用，常用于汽车、拖拉机发动机的零件制造。5.3、变形铝合金及其热处理变形铝合金按其性能特点可分为：Al-Mn系、Al-Cu-Mg系、Al-Cu-Mg-Zn系、Al-Cu-Mg-Si系合金等；变形铝合金牌号用四位字符体系表示，牌号的第一、三、四位是数字，第二位是A字母，牌号中第一位数字是依据合金元素Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn、其他元素的顺序来表示一变形铝合金的组别。最后
5、两位数字表示同一组别的不同的铝合金；（1）Al-Mn系或Al-Mg系合金（防锈铝）*防锈铝的时效强化效果弱，一般只用冷变形来强化提高强度。其工艺特点是塑性及焊接性能好，常用拉延法制造各种高耐腐蚀性的薄板容器（如油箱等），防锈蒙皮以及受力小、质轻、耐腐蚀的制品与结构件（如管道、框架、灯具等）。（2）Al-Cu-Mg系合金（硬铝）*是一种应用比较广泛的可热处理强化的铝合金。Cu和Mg能形成强化相CuAl2及CuMgAl2，后者是硬铝中主要的强化相，在较高温度下不易聚集，提高了硬铝的耐热性；*这类合金通过淬火时效后可显著提高其强度，强度与高强度钢相近，故称为硬铝；主要的硬铝牌号有2A01、2A11、
6、2A12；2A01（铆钉硬铝）有很好的塑性，用来制造铆钉；2A11（标准硬铝）有相当高的硬度和足够的塑性，退火状态下可进行各种冷加工，时效处理后硬度大幅提高，常用来制造形状复杂，载荷低的结构零件；2A12（高强度硬铝）在时效和加工硬化状态下切削加工性能较好，可焊性差，一般只适用于点焊。经淬火自然时效后可获得高强度，是目前最重要的飞机结构材料。（3）Al-Cu-Mg-Zn系合金（超硬铝）除了形成硬铝的强化相之外还形成MgZn2及Al2Mg3Zn3，在铝合金中超硬铝时效强化效果最好，强度最高，已相当于超高强度钢，故名超硬铝；它的耐腐蚀性差，高温耐性也差。目前应用最广泛的超硬铝合金是7A04，常用于
7、飞机上受力大的结构零件，如起落架，大梁等；（4）Al-Cu-Mg-Si系合金（锻铝）主要强化相除了硬铝的强化相外还有Mg2Si，力学性能与硬铝相近，但热塑性和耐腐蚀性高，更适用于锻造；由于其热塑性好，所以锻铝主要用做航空及仪表工业中各种形状复杂，要求比强度较高的锻件或模锻件，如各种叶轮、框架、支杆等。各类铝合金的分类及性能特点*补充内容n1固溶强化:由于高温时合金元素在铝中有较大的固溶度,随温度降低而急剧减小,得到过饱和的铝基固溶体.纯铝通过加入合金元素形成铝基固溶体使其强度提高,称为固溶强化.Al-Mg Al-Mn铝合金就是主要靠固溶强化来提高强度的,不能通过热处理来提高强度,但可通过冷压加
8、工来提高强度,在铝合金中其焊接性是最好的.2 时效强化:铝合金经固溶强化后,获得过饱和固溶体,在随后的室温放置或加热保温时,第二相从过饱和固溶体中缓慢析出,引起强度硬度的提高以及物理化学性能的显著变化,叫时效强化.氧化铝的熔点高达2050,远远超过了铝及铝合金的熔点,密度为铝合金的1.4倍,在焊接中氧化铝薄膜妨碍金属之间的良好结合,并造成夹渣.*H H氢是铝及铝合金熔化焊产生气孔的主要原因.氮不溶于液态铝,铝又不含碳,因此不会产生氮气空和一氧化碳气孔;氧和铝有很大的亲和力,总是以氧化铝的形式存在,所以也不会产生氧气孔.氢在高温时大量的溶于液态铝,但几乎不溶于固态铝,所以在凝固点原溶于液体中的氢
9、几乎全部析出,形成气泡;但铝和铝合金的比重轻,气泡在熔池的上升的速度较慢,加上铝的导热能力强,凝固快,不利于气泡的浮出,故铝和铝合金易产生气孔.*热裂纹倾向大.铝的线膨胀系数比钢大一倍,而凝固时的收缩又比钢大二倍,因此焊接会产生较大的应力.当成分中的杂质超过规定范围时,在熔池中形成较多的低熔点共晶.两者共同作用的结果,在焊缝中就容易产生热裂缝.实践证明,热处理强化铝和高强度铝合金焊接时,热裂纹倾向较大.而纯铝及非热处理强化铝合金焊接时很少出现热裂纹.*合金元素对Al合金的影响 Cu元素：568时Cu在Al中的最大溶解度为5.65%，温度降到302时，Cu的溶解度为0.45%；Cu是重要的合金元
10、素，有一定的固溶强化效果，此外试销析出的CuAl2相有着明显的时效强化效果；Cu%在4%6.8%时效强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这个范围；Mg元素：与Cu一样，Mg在Al中的溶解度随温度下降而大大地变小，但在大部分工业用变形铝合金中，Mg的含量均小于6%，而Si含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但可焊性能良好，抗蚀性也好，具有中等强度；Mn元素：在共晶温度658时，Mn在固溶体中的最大溶解度为1.82%，合金强度随溶解度的增加而不断增加，Mn%在0.8%时达到最大值；Al Mn合金是非时效硬化合金，即不可热处理强化；Mn能阻止Al合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细
11、化再结晶晶粒，再结晶晶粒的西画作用是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，MnAl6的另一作用是能溶解杂质Fe，形成（Fe、Mn）Al6减小Fe的有害影响；本公司现有的铝产品材料有以下几类：5754（LF2、5A02）Mg%为2.63.6%；5083（LF4）Mg%为4.04.9%；6060Si%为0.40.8%，Mg为4.04.9%；6082（LD30）Si%为0.40.8%，Mg为0.81.2%；7020Zn为4.05.0%；牌号为国际最新标准牌号，第一位数字1 9按Al合金中主要合金元素分别为Al、Cu、Mn、Si、Mg、SiMg、Zn、其他、备用系等系别；第二位数字表示对杂质范围的修改，0表示该工业铝合金的杂质范围为生产中的标准范围，若为1 9，则表示生产中对几种杂质或合金元素加以专门控制；后两位数字表示同种合金的不同合金含量；