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铝及铝合金基础知识 品管培训课程 第一章铝和铝合金的应用 现如今铝合金在我们生活的各个方面都得到了广泛地应用 为什么用户会选择铝合金产品 材料与竞争 铝罐塑料 玻璃 钢瓶盖塑料 钢建筑材料木材 塑料包装箔纸 塑料汽车钢 塑料 铝的性能优势 密度低 是钢的1 3 用铝替代钢 通过合理的结构设计 构件重量可减轻50 力学性能较好有较好的强度 塑性配比导电率高 是铜的65 与铜相比 相通重量的铝可以承载两倍的电流良好的耐腐蚀性 不易生锈 在特殊环境中选用铝合金无磁性隔绝氧 光热传导率高 是钢的5倍 对于包装和热交换器等应用很重要 铝产品的多样性优势 通过不同的合金和热处理工艺可制备出多种 高强度结构件 具有良好柔韧性的包装用材料产品种类多种多样 铸件 锻件 铝箔 挤压件 管 板带 粉末按照用户需求进行表面加工 轧态 机加工 叠片 阳极氧化 焊接 抛光 喷漆 涂层 粘结回收利用无污染 第二章铝和铝合金的基础知识 不同应用场合对性能的要求各不相同加工工艺性能的各不相同提高产品在某方面性能可能会牺牲其它方面的性能 强度 表面质量 耐腐蚀性 成本 疲劳 成型性 连接 屈服强度 表面精饰 箔密封印刷光亮板 铝塑复合管汽车建筑型材罐身 盖 2 1变形铝合金的分类 按化学成分和加工方式分铸造铝合金和变形铝合金按热处理方式分热处理可强化的铝合金热处理不可强化的铝合金按合金性能及用途分纯铝 1xxx系防锈铝 3xxx系 5xxx系硬铝 2xxx系超硬铝 7xxx系锻铝 6xxx系焊铝 4xxx系其他铝 8xxx系 9xxx系 2 1 1按成分 加工方式分类 2 1 2按化学元素及热处理方式分类 不可热处理强化合金1xxx系 3xxx系 4xxx系 5xxx系主要依靠冷作硬化改变其力学性能 可热处理强化合金2xxx系 6xxx系 7xxx系主要依靠热处理工艺改变其力学性能 2 2铝合金的牌号 1xxx纯度为99 00 以上的纯铝2xxx以铜为主要合金元素的铝合金3xxx以锰为主要合金元素的铝合金4xxx以硅为主要合金元素的铝合金5xxx以镁为主要合金元素的铝合金6xxx以镁和硅为主要合金元素的铝合金7xxx以锌 和镁 为主要合金元素的铝合金8xxx以其它合金元素为主要合金元素的铝合金 5x52合金牌号演化方式 纯铝 1XXX系列为纯铝中添加少量铜元素形成 具有极佳的成形加工特性 高耐腐蚀性 良好的焊接性和导电性 1XXX系列铝合金广泛应用于对强度要求不高的产品 如化工仪器 薄板加工件 深拉或旋压凹形器皿 焊接零件 热交换器 钟表面及盘面 铭牌 厨具 装饰品 反光器具等 1A991A971A951A931A901A851A801A80A10701070A1370A106010501050A1A501350114513501A301160120012351050食品 化学和酿造工业用挤压盘管 各种软管 烟花粉1060要求抗蚀性与成形性均高的场合 但对强度要求不高 化工设备是其典型用途1100用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件 例如化工产品 食品工业装置与贮存容器 薄板加工件 深拉或旋压凹形器皿 焊接零部件 热交换器 印刷板 铭牌 反光器具1235广泛用于食品 饮料 香烟 药品 照相底板 家庭日用品等 通常用作其包装材电解电容器材料 建筑 车辆 船舶 房屋等的绝热材料 还可以作为装饰的金银线 壁纸以及各类文具印刷品和轻工产品的装潢商标等 典型牌号变形铝合金的用途 3系列 3XXX系列为AL Mn系合金 是应用最广的一种防锈铝 这种合金的强度不高 稍高于工业纯铝 不能热处理强化 故采用冷加工方法来提高它的力学性能 在退火状态有很高的塑性 在半冷作硬化时塑性尚好 冷作硬化时塑性低 耐腐蚀好 焊接性良好 可切削性能不良 用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性 在液体或气体介质中工作的低载荷零件 如邮箱 汽油或润滑油导管 各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件 线材用来做铆钉3XXX系列铝板成形性 溶接性 耐蚀性均良好 用于加工需要有良好的成形性能 高的抗蚀性可焊性好的零件部件 或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作 如厨具 食物和化工产品处理与贮存装置 运输液体产品的槽 罐 以薄板加工的各种压力容器与管道一般器物 散热片 化妆板 影印机滚筒 船舶用材 3A21300331033004300531053003用于加工需要有良好的成形性能 高的抗蚀性可焊性好的零件部件 或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作 如厨具 食物和化工产品处理与贮存装置 运输液体产品的槽 罐 以薄板加工的各种压力容器与管道3004 3104全铝易拉罐罐身 要求有比3003合金更高强度的零部件 化工产品生产与贮存装置 薄板加工件 建筑加工件 建筑工具 各种灯具零部件3105房间隔断 档板 活动房板 檐槽和落水管 薄板成形加工件 瓶盖 瓶塞等建筑装饰件 阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮 并与6063合金的色调协调一致 典型牌号变形铝合金的用途 5系列 5XXX系列是高镁合金 5A06 LF6 5A05 LF5 在不可热处理合金中强度良好 耐蚀性 可切削性良好 阳极化处理后表面美观 电弧焊性能良好 5XXX系列合金中的主要合金元素为镁 具有良好的抗蚀性与可焊接性能 以及中等强度 优良的抗腐蚀性能使5XXX系列合金广泛用于海事用途如船舶 以及汽车 飞机焊接件 地铁轻轨 需严格防火的压力容器 如液体罐车 冷藏车 冷藏集装箱 制冷装置 电视塔 钻探设备 交通运输设备 导弹零件 装甲等 5XXX系列属于Al Mg Si系合金 5083 LF4 5754 5052 使用范围广泛 特别是建筑业离不开此合金 是最有前途的合金 耐蚀性好 焊接性优良 冷加工性较好 并具有中等强度 5XXX系列的主要合金元素为镁 具有良好的成形加工性能 抗蚀性 焊接性 中等强度 用于制造飞机油箱 油管 以及交通车辆 船舶的钣金件 仪表 街灯支架与铆钉 五金制品 电器外壳等 AL Mn系合金 是应用最广的一种防锈铝 这种合金的强度高 特别是具有抗疲劳强度 塑性与耐腐蚀性高 不能热处理强化 在半冷作硬化时塑性尚好 冷作硬化时塑性低 耐腐蚀好 焊接性良好 可切削性能不良 可抛光 用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性 在液体或气体介质中工作的低载荷零件 如油箱 汽油或润滑油导管 各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件 线材用来做铆钉 50055A015A025A035A055A065B065A125A305A335A415A425A665005501950505251505251545154A54545154A57545056535654565082518250865754 典型牌号变形铝合金的用途 5005与3003合金相似 具有中等强度与良好的抗蚀性 用作导体 炊具 仪表板 壳与建筑装饰件 阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮 并与6063合金的色调协调一致5050薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板 汽车气管 油管与农业灌溉管 也可加工厚板 管材 棒材 异形材和线材等5052此合金有良好的成形加工性能 抗蚀性 可烛性 疲劳强度与中等的静态强度 用于电子产品外壳 机柜 制造飞机油箱 油管 以及交通车辆 船舶的钣金件 仪表 街灯支架与铆钉 五金制品等5056镁合金与电缆护套铆钉 拉链 钉子等 包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩 以及需要有高抗蚀性的其他场合5083用于需要有高的抗蚀性 良好的可焊性和中等强度的场合 诸如舰艇 汽车和飞机板焊接件 需严格防火的压力容器 致冷装置 电视塔 钻探设备 交通运输设备 导弹元件 装甲5086用于需要有高的抗蚀性 良好的可焊性和中等强度的场合 例如舰艇 汽车 飞机 低温设备 电视塔 钻井装置 运输设备 导弹零部件与甲板等5182薄板用于加工易拉罐盖 汽车车身板 操纵盘 加强件 托架等零部件5252用于制造有较高强度的装饰件 如汽车等的装饰性零部件 在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜5754铝合金具有中等强度 良好的耐蚀性 焊接性及易于加工成形等特点 是Al Mg系合金中的典型合金 在国外 不同热处理状态的5754铝合金板材是汽车制造业 轿车车门 模具 密封件 制罐工业所用的主要材料 5754铝板广泛应用于焊接结构 贮槽 压力容器 船舶结构与海上设施 运输槽罐以及用于要求有优良加工性能 优良耐蚀性 高疲劳强度 高可焊性和中等静态强度的场合 典型牌号变形铝合金的用途 8系列 较为常用的为8011属于其他系列 以做瓶盖为主要功用的铝板 也应用在散热器方面 大部分应用为铝箔 8A0680118090 典型牌号变形铝合金的用途 典型牌号变形铝合金的用途 1100 幕墙板1050 IT板3003 厨房用具3004 LCD背板3104 罐身料4343 钎焊料5052 阳极外观件5754 机车料5182 罐盖料 5083 船运板5182 热屏蔽5205 照明板5252 卡车护栅6111 汽车车身板6063 挤压型材7075 飞机蒙皮8011 啤酒标 2 2铝合金的状态代号 基础代号F 自由加工状态原加工状态 适用于在加工过程中对加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品 该状态对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 只冷作硬化状态 冷作硬化 部分退火状态 冷作硬化 稳定化处理 4 冷作硬化 涂漆处理如 8 相当于全硬态 相当于 硬 相当于 硬 相当于 硬 抗拉强度相当于 态 但屈服强度降低 延伸率提高 T 热处理状态适用热处理后 经过 或不经过 加工硬化达到稳定状态的产品 不同状态产品工艺流程 H1X H2X H3X 英制 ksi公制 MPa 斜度 弹性模量 屈服强度 抗拉强度 断裂 应力 MPa 应变 延伸率 标距长度 铝及铝合金的力学性能 几种典型铝合金的力学性能 抗拉屈服延伸率1050 O703025 3104 H18270240 2 5052 H22210 260130 10 7075 T66305407 冷加工硬化与退火软化曲线 特点 随冷变形程度的增加 强度升高 延伸率降低 特点 随退火温度的增加 或时间的延长 强度降低 延伸率升高 抗拉强度 延伸率 抗拉强度 延伸率 冷变形 温度OC H3n H2n O H1n O 不可热处理强化合金通过冷作硬化与退火软化来改变其力学性能 满足客户要求 第三章铝板带材生产流程 冷轧铝卷热轧卷圆片 窄带卷中厚板铝箔 轧制的概念及特点 轧制的概念 由被加工材料通过二个旋转的轧辊之间的辊缝而变形的加工过程 借助旋转轧辊的摩擦力将轧件拖入轧辊间 同时依靠轧辊施加的压力使轧件在轧辊间发生压缩变形的一种材料加工方式 轧制的特点 不仅改变轧件的形状 尺寸 而且轧件的组织与性能也得到改善和提高 如热轧能使铸锭的粗晶破碎 组织致密化 冷轧能使金属的晶粒破碎 变得更细小 而且强度提高 塑性降低等 铝液 连续铸轧 铝锭 大板锭 连铸连轧 铸锭 热轧 冷轧 热轧卷 铝箔 箔轧 铝箔坯料 铸轧卷 中厚板 薄铝板带 铝板带箔加工流程图 重熔重熔 铝轧制品的分类 1 厚度 一 铸锭热轧法 铸锭热轧 一般指在金属再结晶温度以上对锭坯 如大板锭 进行的轧制 热轧产品一般分为两类 即热轧厚板 厚度不小于7 0mm 和热轧卷 厚度小于7 0mm 铸锭 铣面 边 加热 矫直 热轧 卸卷 剪切中断 热精轧 热轧卷 热厚板 热连轧主要项目 二 连续铸轧法 连续铸轧 是指在两个相对旋转的被水冷却的轧辊辊缝间不断输入铝液 通过冷却 铸造 连续轧出板 卷坯料即铸轧卷 连续铸轧机 铝液 卷曲机 前箱 铸轧机 剪切机 润滑系统 冷却水 液面控制 在铝板带轧制品的加工领域 铸轧工艺得到了充分的推广和应用 大约有80 以上的板 带 箔材都可以用连续铸轧和连铸连轧的板带坯进行冷轧生产 目前铸轧板带主要应用于铝箔毛料和对深拉性能要求不高的部分板带深加工生产 截至2006年底 全球约有590条铸轧生产线 中国就占约300条 铸轧产能2500kt a 预计到2010年 我国将拥有350台连续铸轧机 铸轧产能3000kt a 我国铸轧工艺发展历程20世纪60年代初 东北轻合金有限公司开始连续铸轧技术研究1981年 华北铝业有限公司进行铝板带坯连续铸轧商业化生产1998年 中南大学开始在华北铝业公司研究高速铸轧技术 取得可喜成果 三 连铸连轧法 连铸连轧 通过连续铸造机将铝液铸造成一定厚度 一般约20mm 或一定截面积 一般约2000mm2 的锭坯 再进入后续的单机架或多机架热 温 板带轧机 从而直接轧制出冷轧用的板带坯料 加工流程 把传统的轧制工艺由6道合并为2道铸造和轧制分别在不同的机器由两道独立的工序完成 但仍在同一生产线上作业 连铸连轧机 连铸连轧法特点 成本 能耗方面优于热轧铸锭热轧法产品品质方面接近铸锭热轧法且胜过双辊式连续铸轧法除2 和7 合金外 其他民用合金板带产品均可生产黑兹列特连铸连轧工艺已经发展成熟并商业化生产连铸连轧主要项目 我国首条连铸连轧 黑兹列特 生产线是由伊川电力集团洛阳预港龙泉铝板带箔有限公司引入的 该项目于2007年10月开工建设 设计产能为50万吨 一期25万吨于2010年底建成 产品对比铸锭热轧 近年来新上马的轧制项目热门生产工艺 是生产高端产品的首选方式 该工艺生产灵活 能生产全系列合金产品 应用范围广 产品的内部组织性能 表面质量 加工性能 深冲性能良好 能生产罐料 高档PS板基 高档双零箔 高压阳极箔 汽车散热器复合带等高端产品和航天航空 军工设备等材料 连续铸轧 产品使用范围小 只适合生产1 系 3003 5052 8011等合金板带 产品在组织结构 晶粒均匀性 加工性能 尤其是深冲性能 等方面较差 一般适用于普通产品 如装饰带箔 电缆