铝及铝合金毕业论文.doc

目录摘 要1 绪 论2铝及铝合金2.1铝的概述2.1.1铝的简介2.1.2铝材的发展史2.1.3铝材的性质2.1.4铝材的生产及应用2.2铝合金概述2.2.1铝合金基本知识2.2.2铝合金的分类2.2.3铝合金性能2.2.4铝合金强化3.1形变铝合金的牌号及状态表示法3.1.1形变铝及铝合金牌号及表示方法3.1.2形变铝铝合金状态代号及表示方法3.2 形变铝合金的化学成分3.3变形铝合金种类3.4 形变铝合金的组织结构及用途3.4.1形变铝合金的组织结构3.4.2常用形变铝合金的性能及用途3.5 形变铝合金的合金化设计及生产工艺3.5.1形变铝合金的合金化设计3.5.2形变铝合金生产工艺流程1 绪 论2 铝及铝合金2.1铝的概述2.1.1 铝的简介铝是自然界中分布最广的金属元素，地壳中铝占地壳总量的8.8%（重量），仅次于氧和硅。铝通常以复杂的硅酸盐形态存在，铝元素在地壳中的含量居金属首位。据报道，地球上的某些石英矿脉中以及月球土壤中含有少量自然铝。已知的含铝矿物有250多种，其中最常见的是铝硅酸盐类。表2.1铝的总体特性铝的总体特性名称、符号、序号铝、Al、13共价半径118 pm周期、元素分区13族(IIIA),3,p范德华半径无数据密度、硬度2700kg/m3、2.75价电子排布氖3s23p1颜色银白色电子在每能级的排布2，8，3原子量26.9815386(8)氧化价（氧化物）3（两性的）原子半径125（118）pm晶体结构面心立方晶格2.1.2 铝材的发展史相对于其他金属，铝的发现比较晚。铝的发展历史至今也不过200年。1807年，英国H.达维发现铝，1808年汉弗里戴维爵士首次使用了“Aluminum”这个词，并开始尝试生产铝。1809年他在电弧炉中炼出一种铝铁合金，1825年丹麦化学家汉斯奥斯特成功用钾从氯化铝中还原出铝：1827年弗里德里希维勒用金属钾还原熔融的无水氯化铝得到较纯的金属铝单质。由于取之不易，当时铝的价格高于黄金。德维尔（Henri Etienne Sainte-Claire Deville）在1846年纯化了维勒过程，并发表在1859年的一本书上。由此十年内铝的价格降低了90%。1865年俄国H.H.BekeTOB提议用镁来置换冰晶石中的铝，这一方案被德国 采用。由于电解法兴起，化学法便渐渐被淘汰。在整个化学法炼铝阶段中（18541895年），大约总共生产了200t铝。1886年查尔斯马丁霍尔（Charles Martin Hall）和保罗埃鲁（Paul Hroult）各自独立发现了以霍尔-埃鲁法命名的电解制铝法。在1889年卡尔约瑟夫拜尔（Carl Josef Bayer）继续优化了此过程。迄今仍以这种方法为大规模工业制铝的主要手段。1906年德国A.维尔姆发明硬铝合金，20世纪初开始规模生产铝及铝合金，并应用于日常生活用品和交通运输等工业部门。第二次世界大战后，世界各大铝业公司把铝材的应用逐步推广到建筑、电子电气、交通运输、日用五金、食品包装等各个领域，使铝的需求量逐年增加，20世纪80年代初期，世界原铝产量已超过1600万吨，再生铝消费量达450万吨，铝工业的生产规模和技术水平达到了相当高的水平，自从电解炼铝法问世以来，铝的生产量和消费量大约以平均每10年增长1倍的规模发展，特别是近几十年来，由于冶炼方法与工艺的不断改进和电力工业的发展，铝工业的发展速度更是惊人。从1940年世界原铝产量不到100万吨，到1980年达1650万吨，到2010年达4000万吨，预计到2020年其产量可能突破1亿吨大关。世界原铝产地主要集中在北美（美国和加拿大）、西欧（德国和法国）、俄罗斯、中国、澳洲和拉美（巴西）等地，掌握铝业关键技术的公司有美国铝业公司、加拿大铝业公司、雷诺金属公司、凯撒铝及化学公司、彼丝涅铝工业公司、瑞士铝业公司、德国联合工业公司、中国铝业公司和俄罗斯铝业公司，这九大跨国铝业公司的生产能力和年产量占全世界的60%以上。中国的炼铝试验工作起始自1934年天津的黄海化学工业社，用800A预焙阳极电解槽炼出金属铝。抚顺铝厂开始兴建于1937年，电解槽为自焙阳极式，电流强度为24000A最高年产铝量达到8000t。改革开放前发展速度十分缓慢，之后我国的铝工业进入了一个高速发展的时期，到2002年中国电解铝的产能达500万吨/a,超过美国而居榜首。但是由于中国的加工技术相对落后，所以中国的平均产能（1.0以下）远远低于发达国家的平均产能（1.017.5）。中国铝工业要在国际市场上立于不败之地，必须得加大技术创新力度，不断改进生产工艺，提高生产率，提高产品质量。2.1.3 铝材的性质 物理性质铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽。主要特性是轻，相对密度只有钢铁的1/3。某些合金的机械强度甚至超过结构钢。因此，铝合金具有很大的强度-重量比。铝在低温下的强度特性引人注目，它的强度随温度降低而增大。即使温度降低到-198铝并不变脆。在表2.2中列出纯铝在室温下的机械性能。存在少量杂质时，铝的抗拉强度和硬度增大。表2.2纯铝在室温下的机械性能铝是一种优良的导电材料。铝的导电能力虽然只有铜的60%70%，但是按重量计算，铝能够更好地导电。以传导等量电流而论，铝的导电截面积大约是铜的1.6倍，然而铝的重量只有铜的50%。换言之，铝可节省用量。况且铝的价格远低于铜。故用铝代铜做导电材料可以节省投资费用。铝具有良好的导热性能。铝的热导率大约是不锈钢的10倍。因此铝是制造机器活塞、热交换器、冷却翅板、饭锅和电熨斗的理想材料。铝还具有良好的光和热的反射能力，所以铝用来制造反光镜，又可作绝热材料。铝没有磁性它不会产生附加的磁场，在精密仪器中不会起干扰作用。铝易于加工，可压成薄板或铝箔，或拉成铝线，挤压成各种异形的材料。可用一般的方法切割、钻孔和焊接铝。铝的主要物理性质列在表2.3中：表2.3纯铝的主要物理性质铝的电阻率，在温度50K以下时，低于高纯度的铜和银。铝在1.2K以下成为超导体。在100K以下，铝的电阻率对其纯度很敏感。利用这种特性，可从室温下电阻率对液氦沸点时电阻率（的比值，即残余电阻率比值：来测定铝的纯度。对于99.999%铝，电阻率比值可达到30000以上。 铝的物理和化学性质与其纯度有关。铝愈纯，则其导电性和导热性愈好，化学性能愈加稳定。图2.1铝的电解率 化学性质虽然铝是一种非常活泼的常用金属，它在一般的氧化环境中却是很稳定的。这是因为暴露在氧气、水和其他氧化剂的新鲜铝表面上生成一薄层连续的氧化铝膜，它具有很大的稳定性。此层氧化铝的分子体积大约是氧化反应中所消耗的铝的体积1.3倍。所以此层氧化膜是处于压应力之下，一旦局部受到损伤，立即能够弥补。在干燥的氧气中，此层表面膜的厚度达到极限值，它与温度有关。在室温下，其厚度为2.53.0nm。在室温以及100%相对湿度时，所生成的氧化铝膜大约是在干燥氧气中的两倍。在潮湿的环境中，通常生成两层氧化铝膜；紧贴在金属表面上的连续膜，在固-气界面上转化为氢氧化合膜。在较高的温度下以及在铝合金（特别是那些含镁和铜的铝合金）的表面上，生成结构上更加复杂的氧化膜。氧化薄膜又使铝不易被腐蚀。铝能够与稀的强酸（如稀盐酸，稀硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐，但一般需要将其氧化膜去掉或快速摩擦后放入酸液中。与一般的金属不同的是，它也可以和强碱进行反应，形成四羟基合铝酸盐（曾被认为是偏铝酸盐）和氢气。因此认为铝是两性金属，铝的氧化物称为两性氧化物，而氢氧化铝则称为两性氢氧化物。在常温下，铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸是用铝罐（可维持约180小时）运输的。纯铝较软，在300左右失去抗张强度。经处理过的铝合金，质轻而较坚韧。可用阳极氧化的方法在铝材或铝器皿表面上涂覆色彩鲜艳的氧化膜，使其美观又经久耐用。2.1.4铝材生产及应用 铝的生产铝锭的生产是由铝土矿开采、氧化铝生产、铝的电解等生产环节所构成。在经济和技术的推动下，目前全球铝工业已经形成了一个完整的产业系统：铝土矿氧化铝电解铝铝加工铝应用再生铝图2.2 铝工业产业图2.3 铝产业系统 铝的应用概述铝是第二大金属，产量和用量仅次于钢铁。铝的密度小，导电、导热和反光性能良好，铝有良好的抗腐蚀性能，铝和多种铝合金有很好的延展性，可以进行各种塑性加工，铝有熔点低、铸造性能好等特性。1956年世界铝产量开始超过铜而居有色金属的首位。近20年，建筑、汽车、包装用铝成为西方工业发达国家的三大用途。中国铝的消费市场简介如下：（1）轻工业目前轻工业是中国消费铝大户“，七五”和“八五”期间轻工业耗铝量约占全国铝消费量的32.8%和22.5%，以日用五金、家用电器、日用玻璃和日用化工用铝最多，分别占轻工业耗铝量的52%、31%、5%和3%。西方工业发达国家轻工业用铝所占比例要小。（2）电气行业中国高压输电线路几乎都是钢芯铝绞线，另外变压器线圈、感应电动机转子、母线排等也多用铝，还有铝电力电缆、铝布电线、铝电磁线等。电线电缆用铝量约占电气行业用铝量的75%85%。“七五”及“八五”期间电气行业耗铝量约占全国铝消费量的24.5%和13.8%。“八五”期间由于铝价过于坚挺，以铝代铜势头减弱，年均用铝量没有明显增加，所占比例相对下降。（3）机械制造业机械制造业主要使用铝合金“，七五”及“八五”期间耗铝量约占全国铝消费量的8.1%和6.7%，也是一个重要的用铝行业。（4）电子行业电子行业用铝广泛，民用产品及基础器件收音机、扩大机、电视机及电容、电位器、扬声器等，军工产品雷达、雷达侦察干扰设备，战术导弹加套设备、卫星地面站加套设备等均大量用铝。“七五”及“八五”期间电子行业耗铝量均占全国铝消费量的3.4%和3.6%。（5）汽车行业目前国外生产1台汽车平均耗铝量约70kg，而且还有不断增加的趋势。“七五”和“八五”期间中国生产1台汽车平均耗铝量分别为38.7kg和22.1kg，比国外少得多，除了近几年大量使用进口零部件在国内进行组装因素外，说明中国汽车行业用铝的潜力很大，包括科技进步，进一步提高汽车零部件的国产化率和铝合金化率图表2.4为2010年各国汽车平均用铝量：表2.4各国汽车平均用铝量：（6）冶金行业铝主要用于炼钢脱氧、铁合金和特种钢生产的添加剂。大体上炼万吨钢需消耗铝8.8t，一般普通钢耗铝量0.40.5kg/t。不锈钢耗铝量高达30kg/t。随着冶金行业产品结构调整，增加高效钢和锈钢产量比例，用铝量还会增多。（7）建筑行业中国从20世纪70年代开始生产建筑铝型材，经过80年代和90年代两次出现生产铝型材热潮，铝型材生产厂家从70年代12家发展到目前的上千家，铝型材产量从1980年0.47万吨增加到1997年88.6万吨，其中近半数用在建筑行业上，制作铝门窗、结构件、装饰板、铝幕墙等，应用潜力很大。（8）包装材料全铝易拉罐是当今全球包装行业中备受青睐的包装材料，目前全球年消费易拉罐1500亿只，耗铝高达300万吨。中国全铝易拉罐生产能力超过100亿只，包括啤酒、碳酸饮料、非碳酸饮料在内，约需用制罐特薄铝板带30万吨/年。香烟包装是铝箔最大用户，目前中国1万箱精装烟消耗铝箔1t，年需用铝箔4万吨左右。糖果、药品、茶叶、饮料、酱菜、营养品、小食品、牙膏、化妆品的包装也需用大量的铝箔。（9）其他行业用铝行业很多，铁路耗铝用于机车、车辆、客车制造，铁路电气化也要用铝。公路、港口、内河航运和民用航空也消耗铝。航空、航天、造船、石油及国防军工部门更需要高精尖铝合金材料。 国际国内铝的市场国际铝市场产、供、销都保持稳定并呈适度增长势头。近年电解铝产量和消费量的年均递增率分别为2.4%和3.3%，再生铝产量增长较快，铝进出口贸易比较活跃，整个国际铝市场产销两旺(见表2.5),世界铝的消费呈持续上升趋势，1999年与1993年相比较，年均递增率达4.3%，增幅高于铜。目前中国铝的消费量仅次于美国，居第二位(见表2.6)。表2.5 20世纪90年代世界铝产品产销状况/万吨表2.6 世界电解铝消费量/万吨我国铝型材产量由2001年的171.9万t增加到2009年的729万t，复合增长率为19.8%。2009年我国建筑铝型材和工业铝型材产量分别是496万t和233万t。2010年我国铝型材产销量将超过1000万t，其中建筑铝型材消费量可望突破600万t，而到2012年我国铝型材产销量预计将达到约1440万t。近几年来，全世界除中国铝加工以30%左右的年增长率高速增长外，其他所有国家铝加工材产量一直维持在1500万吨左右。2008年全球铝加材产量约3900万吨，中国铝加工材1427.4万吨，连续4年居世界第一位，处于重化工业时代中国崛起的需求起到了决定性的推动因素；其余重要的铝材生产国家有美国、日本、德国、 意大利、法国等。表2.7 2008年中国铝材在全球的比重在工业领域，目前我国工业铝型材占铝型材总应用量仅约30%；而同期欧洲、北美和日本的铝型材消费结构中，工业耗用比例分别达到为60%、55%和40%，远高于我国。消费结构的差异反映出我国铝型材在工业领域的生产、开发和应用方面不足，预示着我国工业铝型材消费具有巨大的增长空间。预计未来510年，我国工业铝型材的消费量将持续增长，在铝型材产品中的比例将由目前的约30%上升到2015年的4550%左右，而根据我国政府的相关规划，未来10年内，工业材占铝型材总应用量的比重将接近70%。中国铝的消费从总量上已超过日本、德国、法国、意大利、韩国、加拿大、英国等发达国家，仅次于美国，跃居世界第二位。但从人均消费水平上看还有很大差距，铝市场前景相当广阔，中国对铝需求相当大。 铝价走势展望从年初统计的数据来看，本年度国内原计划有近400万吨的新增产能投产，但由于上半年铝价的持续走低及下半年节能减排的进行，部分铝厂减缓了电解铝的投产速度，具估计有近200万吨以上的电解铝产能有可能推迟到明年投产，这将加剧国内铝市场的供应压力。从国内电解铝产量的月度变化情况来看，也反映了国内新增产能的投放情况及节能减排政策所带来的影响，国内电解铝月度产量达到141.6万吨的高点后开始回落，年末稳定在120万吨附近，考虑到12月份由于铝价低迷，停产产能复产的较少，预计2012年我国全年的电解铝产量应该在1550万吨左右，较2011年的1298万吨增加252万吨，增幅达19.4%。 图2.4 中国铝型材产量，10大企业及省份分布（2007）综合来看，全球经济增长依然将维持平稳，超预期的因素不多，但政策面仍然会存在较大的风险，尤其中国所出台的紧缩政策将发挥出一定的累加效应。此外，不排除随着经济的复苏，明年下半年发达经济体逐渐退出量化宽松政策的可能，这将改变当前全球市场流动性充裕的状况，减少对铝市场的投资性需求。从铝市场自身基本面来看，全球电解铝市场将维持小幅过剩状态，而国内在明年将有近300万吨的新增产能投产，国内铝市场供应过剩的格局并不会发生根本性的扭转，这将对沪铝价格的向上空间形成明显的抑制作用。但考虑到成本因素，我们认为铝价的向下空间较为有限，并且随着电价上调，氧化铝及辅料价格的上行，国内电解铝成本区间仍存小幅上移的可能性。综合来看，我们认为明年上半年在流动性依然充裕，国内铝厂产能未大幅投产的情况下，沪铝价格波动区间有望上移至18500元/吨附近，但随着铝价的上涨，国内新增产能投放速度将加快，这将对铝价形成打压，铝价呈现前高后期走势的概率较大。预计明年沪铝价格波动区间在16250-19500元/吨，年度均价在18000元左右。LME铝价波动区间2250-2900美元，均价为2500美元/吨。2.2铝合金概述2.2.1铝合金基本知识以铝为基的合金总称。对铝进行合金化，铝合金保持了纯铝的基本物化性能。如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好等，且强度有了大幅度上升。 纯铝的密度小（=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（:3240%，:7090%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 b 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。图2.5 铝合金二元相图通过长期的生产实践和科学实验，人们常加入的主要合金元素有铜、镁、硅、锌、锰、锂，辅加的微量元素有钛、钒、硼、镍、铬、稀土金属等，杂质元素有铁等合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，b 值分别可达 2460kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比b/）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上.不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用。铝合金主要应用固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细晶强化、冷变形强化等方式来提高其力学性能。表2.8 主要合金元素在铝中的极限溶解度w %铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，铝合金冷变形和热处理后，抗拉强度可达500-600Mpa，相当于低合金钢，广泛应用于结构材料，使用量仅次于钢。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。2.2.2铝合金的分类铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：表2.9 铝合金的分类及性能特点分类合金名称合金系性能特点示例变形铝合金非热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低3A21Al-Mg5A05热处理强化铝合金硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11,2A12超硬铝Al-Cu-Mg-Zn硬度强度最高7A04,7A09锻铝Al-Mg-Si-Cu锻造性能好耐热性能好2A14,2A50Al-Cu-Mg-Fe-Ni2A70,2A80铸造铝合金简单铝硅合金Al-Si铸造性能好，不能热处理化，力学性较低ZL102特殊铝硅合金Al-Si-Mg铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105,ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109铝铜铸造合金Al-Cu耐热性好，铸造性能与抗蚀性差ZL201铝镁铸造合金Al-Mg力学性能高，抗蚀性好ZL301铝锌铸造合金Al-Zn能自动淬火，宜于压铸ZL401铝稀土铸造合金Al-Re耐热性能好 变形铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。 形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，根据合金的特性，形变铝合金分为：防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝等四类。（1）防锈铝合金主要是Al-Mn、Al-Mg合金，该合金耐蚀性很高，有良好的塑性和焊接性能，不能热处理强化。代号“LF”，后面数字为顺序号。（2）硬铝合金硬铝属于Al-Cu-Mg-Mn系合金，合金中的铜和镁形成CuAl2和CuMgAl2，锰的作用是改善合金的耐蚀性，中和铁的有害影响，同时，锰可在基体中部分固溶，提高热处理后的合金强度，而且对耐热性也有一定影响。牌号“LY”，后面跟顺序号。硬铝分为低强度硬铝、标准硬铝、高强度硬铝、耐热硬铝等四种。（3）超硬铝合金这类合金属于Al-Cu-Mg-Zn系合金，另外加入少量铬、锰等元素。该合金中有CuAl2、CuMgAl2、MnZn2、Al2Mg3Zn3等四种强化相，强化相多，强度在铝合金中最高。代号：“LC”后面加顺序号。（4）锻铝合金锻铝合金分Al-Cu-Mn-Si系普通锻造铝合金和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻造铝合金，具有良好的锻造性能，可作形状复杂的大型锻件和膜锻件。普通锻铝中Mg和Si的主要作用是形成强化相Mg2Si,这类合金除具有良好的耐热加工性能外，腐蚀倾向也很小。耐热锻铝中的Fe和Ni元素的主要作用是形成耐热强化相Al9FeNi。代号“LD”后面加顺序号。 铸造铝合金造铝合金（ZL）按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好），铸造铝合金在铸态下使用。代号：ZL102第一位数字是系号，后面是顺序号。Al-Si 1铝硅系流动性好，铸件热裂倾向，抗蚀性，耐热性也很好。Al-Cu 2铝铜系具有较高的强度和耐热性，但只含有少量共晶体，铸造性能差。Al-Mg 3铝镁系具有良好的力学性能，耐蚀性和切削加工性能好。但流动性差，铸造性能不好，铸造工艺复杂，耐热性差。Al-Zn 4铝锌系具有较高强度，可不经热处理直接使用，耐蚀性差，热裂倾向大。为了获得各种形状与规格的优质精密铸件，用于铸造的铝合金一般具有以下特性：（1）有填充狭槽窄缝部分的良好流动性；（2）有比一般金属低的熔点，但能满足极大部分情况的要求；（3）导热性能好，熔融铝的热量能快速向铸模传递，铸造周期较短；（4）熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制；（5）铝合金铸造时，没有热脆开裂和撕裂的倾向；（6）化学稳定性好，抗蚀性能强；（7）不易产生表面缺陷，铸件表面有良好的表面光洁度和光泽，而且易于进行表面处理；（8）铸造铝合金的加工性能好，可用压模、硬模、生砂和干砂模、熔模石膏型铸造模进行铸造生产，也可用真空铸造、低压和高压铸造、挤压铸造、半固态铸造、离心铸造等方法成形，生产不同用途、不同品种规格、不同性能的各种铸件。 表2.10 常用铸造铝合金牌号、性能和应用代号性能应用ZL109铸造性好、但力学性能低、b=140MPa、=4%。形状复杂的零件：仪表、气缸体、水（油）泵壳体等。ZL201具有较高的耐热强度。内燃机气缸盖、活塞等高温（300以下）工作的构件。ZL301具有较好的耐蚀性能、高强度，但铸造性和耐热性差。泵体、船舰配件等大气或海水中工作的构件。ZL401具有较高的强度、铸造性好、价格便宜，但耐热性差。汽车、飞机上形状复杂的构件。图2.6 铝合金按加工方法分类2.2.3 铝合金性能 铝合金的典型机械性能(见表2.11)表2.11 铝合金的典型机械性能铝合金牌号及状态拉伸强度(25C MPa)屈服强度(25C MPa)硬度500kg力10mm球延伸1.6mm(1/16in)厚度5052-H11217519560125083-H11218021165146061-T65131027695127050-T7451510455135107075-T651572503150112024-T351 47032512020 铝合金的典型物理性能（见表2.12）表2.12 铝合金的典型物理性能铝合金牌号及状态热膨胀系数熔点范围电导率20(68)电阻率20(68)密度(20)(g/cm3)(20-100)()(%IACS)mm2/mm/mk2024-T35123.2500-635300.0582.825052-H11223.8607-650350.052.725083-H11223.4570-640290.0592.726061-T65123.6580-650430.042.737050-T745123.5490-630410.04152.827075-T65123.6475-635330.05152.82 铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关（1) 流动性流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。实际生产中，在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺（精炼与除渣）外，还必须改善铸型工艺性（砂模透气性、金属型模具排气及温度），并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。 （2) 收缩性 收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。 铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。 对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率，即使同一合金，铸件不同，收缩率也不同，在同一铸件上，其长、宽、高的收缩率也不同。应根据具体情况而定。 （3) 热裂性 铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。 不同铝合金铸件产生裂纹的倾向也不同，这是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整的结晶框架的温度与凝固温度之差越大，合金收缩率就越大，产生热裂纹倾向也越大，即使同一种合金也因铸型的阻力、铸件的结构、浇注工艺等因素产生热裂纹倾向也不同。生产中常采用退让性铸型，或改进铸铝合金的浇注系统等措施，使铝铸件避免产生裂纹。通常采用热裂环法检测铝铸件热裂纹。 （4) 气密性 铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密与纯净的程度。 铸铝合金的气密性与合金的性质有关，合金凝固范围越小，产生疏松倾向也越小，同时产生析出性气孔越小，则合金的气密性就越高。同一种铸铝合金的气密性好坏，还与铸造工艺有关，如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加快冷却速度以及在压力下凝固结晶等，均可使铝铸件的气密性提高。也可用浸渗法堵塞泄露空隙来提高铸件的气密性。 （5) 铸造应力 铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。各种应力产生的原因不尽相同。铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能，影响铸件的加工精度。铝铸件中的残留应力可通过退火处理消除。合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铝铸件的残留应力一般较小。 （6) 吸气性 铝合金易吸收气体，是铸造铝合金的主要特性。液态铝及铝合金的组分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收所致。 铝合金熔液温度越高，吸收的氢也越多；在700时，每100g铝中氢的溶解度为0.50.9，温度升高到850时，氢的溶解度增加23倍。当含碱金属杂质时，氢在铝液中的溶解度显著增加。 铸铝合金除熔炼时吸气外，在浇入铸型时也会产生吸气，进入铸型内的液态金属随温度下降，气体的溶解度下降，析出多余的气体，有一部分逸不出的气体留在铸件内形成气孔，这就是通常称的“针孔”。气体有时会与缩孔结合在一起，铝液中析出的气体留在缩孔内。若气泡受热产生的压力很大，则气孔表面光滑，孔的周围有一圈光亮层；若气泡产生的压力小，则孔内表面多皱纹，看上去如“苍蝇脚”，仔细观察又具有缩孔的特征。 铸铝合金液中含氢量越高，铸件中产生的针孔也越多。铝铸件中针孔不仅降低了铸件的气密性、耐蚀性，还降低了合金的力学性能。要获得无气孔或少气孔的铝铸件，关键在于熔炼条件。若熔炼时添加覆盖剂保护，合金的吸气量大为减少。对铝熔液作精炼处理，可有效控制铝液中的含氢量。 2.2.4铝合金强化铝合金强化的主要方式有： 变形强化（加工硬化）：对不能热处理强化的防锈铝合金施以冷压力加工，产生加工硬化而强化。 变质处理（细晶强化）：适合铸造铝合金 固溶强化：铝合金都有，如加入Cu、Mg、Zn、Si、Mn等可形成有限固溶体。 时效强化： 可热处理强化铝合金铝合金淬火后在室温或者较低温度下加热保温一段时间，随时间延长其强度硬度显著增加的现象，称为时效强化。 铝合金热处理加热到 a 相区保温后快冷，其抗拉强度、硬度并不高，而塑性上升，这种过程也称为淬火或固溶处理。由于淬火后获得的过饱和固溶体是不稳定的，有析出第二相（强化相）的趋势，在室温长时间放置或加热至100-200一定时间保温后，逐渐向稳定转变，第二相析出并偏聚，阻碍位错运动，使合金抗拉强度和硬度明显上升而塑性显著下降。我们把这种固溶处理（淬火）后的合金随时间而发生的强度硬度提高的现象，称为时效硬化或时效强化。在室温下发生的时效称为自然时效，而在加热的条件下进行的时效称人工时效，“淬火时效”处理是铝合金强化的主要途径。 3 变形铝合金形变铝合金又称加工铝合金，形变铝合金是单相固溶体组织，需经过不同的压力加工方式生产成材。这些变形铝合金是机械工业和航空工业中重要的结构材料。由于体积质量轻，比强度高，形变能力较好，适于锻造和压延。变形铝合金分为两大类，一类是非热处理强化变形铝合金，另一类是热处理强化变形铝合金。3.1形变铝合金的牌号及状态表示法3.1.1形变铝及铝合金牌号及表示方法根据新制定的GB/T164741996“形变铝及铝合金牌号表示方法”，凡是化学成分与形变铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的形变铝合金接轨的，采用四位字符牌号（但试验铝合金在四位字符牌号前加X）命名。形变铝合合新旧牌号(代号)的表示方法见表2-1。表3.1 铝合金的新旧牌号对照类 别新 牌 号旧 牌 号类 别新 牌 号旧 牌 号防锈铝合金LF1锻铝合金6A02LD25A02LF22A50LD55A03LF32B50LD65A05LF52A70LD75A06LF62A80LD85B05LF102A90LD95083LF42A14LD105056LF5-16061LD303A21LF216063LD313003硬铝合金2A01LY1超硬铝合金7A03LC32A02LY27A04LC4LY3LC52A04LY47A09LC92A06LY67A10LC102B11LY87003LC122B12LY92A10LY102A11LY112A12LY122A13LY132A16LY162A17LY17四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别，如2为Al-Cu系合金。 除改型合金外，铝合金组别按主要合金元素来确定，牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况，最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。表2.2变形铝及铝合金牌号对比表中国国际美国日本原苏联德国英国法国(GB)(ISO)(AA)(JIS)(OCT)(DIN)(BS)(NF)LG5-11991N99AB000Al99.98RS1-LG2-10901N90AB1Al99.9-LG1Al99.81080A1080AB2Al99.81A-L1Al99.71070A1070A00Al99.7-1070AL2-1060A1060A0-L3Al99.51050-A1Al99.51B1050AL5-1Al99.01100A1100A2Al99.03L541100L5-1200A1200-Al991C1200LF2AlMg2.55052A5052AMrAlMg2.5N45052LF3AlMg35154A5154AMr3AlMg3N5-LF4AlMg4.5Mn0.75038 AMr4AlMg4.5MnN85083LF5-1AlMg55056A5056-AlMg5N6-LF5AlMg5Mn0.45456-Amr5-N61-LF21AlMn1Cu3003A3003AMuAlMnCuN33003LD2-6165A6165AB-LD7AlCu2MgNi26182N01AK4-H162618ALD9-2018A2018AK2-LD10AlCu4SiMg2014A2014AK8AlCuSiMg-2014LD11-4032A4032AK9-38S4032LD30lMg1SiCu6061A6061A33AlMg1SiCuH206061LD31AlMg0.7Si6063A6063A31AlMgSi0.5H19-LY1AlCu2.5Mg2217A2217A18AlCu2.5Mg0.53L86-LY11AlCu4MgSi2017A2017A1AlCuMg1H152017ALY12AlCu4Mg12024A2024A16AlCuMg2GB-24S2024LC3AlZn7MgCu7174-B94-LC9AlZn5.5MgCu7075A7075-AlZnMgCu1.5L957075LT1AlSi54043A4043AKAlSi5N21-LT17AlSi124047A4047-AlSi12N2-LB1-7072A7072-SlZn1-3.1.2形变铝铝合金状态代号及表示方法根据GB/T164751996标准规定，如表3.3所示。基本原则： 基础状态代号用一个英文大写字母表示。 细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示。 基本状态分为5种。表3.3 基础状态代号代号名称说明与应用F自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定。O退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品。H加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理。W固溶热处理状态处理状态 一种不稳定状态，仅适用于经固溶热处理后，室温下自然时效的合金，该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。T热处理状态(不同于F、O、H状态) 适用于热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定的产品。T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字。在T字后面的第一位数字表示热处理基本类型（从110），其后各位数字表示在热处理细节方面有所变化。如 6061T 62 ；5083H 343等。细分状态代号：H（加工硬化）的细分状态，即在字母H后面添加两位阿拉伯数字（称做HXX状态），或三位阿拉伯数字（称做HXXX状态）表示H的细分状态。(1) HXX状态： H1后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序如：H1单纯加工硬化状态。适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。 H2加工硬化及不完全退火的状态。H3加工硬化及稳定化处理的状态。H4加工硬化及涂漆处理的状态。(2）HXXX状态：HXXX状态代号如下所示：H111适用于最终退火后又进行了适量的加工硬化，但加工硬化程度又不及H11状态的产品。H112适用于热加工成型的产品。该状态产品的力学性能有规定要求。H116适用于镁含量4.0的5XXX系合金制成的产品。这些产品具有规定的力学性能和抗剥落腐蚀性能要求。(3) TXX状态代号：T1从成型温度冷却并自然时效至大体稳定状态。T3固溶处理后自然时效。T8固溶处理冷作后人工时效。T9固溶处理后人工时效再冷作。Tx51为消除固溶处理后的残余应力进行拉伸处理。（代表3、4、6或8，例如T351、T451、T651、T851，适用于板、拉制棒、线材，拉伸消除应力后不作任何矫正而时效。T3510、T4510、T8510，适用于挤压型材，拉伸消除应力后为使平直度符合公差进行矫正，并时效。）3.2 形变铝合金的化学成分按照GB/TT3190-1996标准的规定，中国形变铝及铝合金的化学成分可参考有关手册。表3.4 部分形变铝及铝合金的化学成分序号牌号化学成分（质量分数）%备注SiFeCuMgZnTiMn其它Al11A990.0030.0030.0050.00299.99LG521A950.0300.0300.0100.00599.95LG431A850.080.10.010.0199.85LG141A800.150.150.030.020.030.030.020.0299.8051A80A0.150.150.030.020.060.020.020.0299.80613700.10.250.020.020.040.030.030.0299.70L1710500.250.400.050.050.050.030.050.0399.60L281050A0.250.400.050.050.070.