铝及铝合金材料基础培训

铝及铝合金材料的介绍 一 铝及其合金简介 二 铝及铝合金的牌号及状态代号 1 铝及铝合金的牌号 见 GB T 16474 铸造铝合金牌号表示方法 GB T 8063 1994 2 铝合金状态代号 见国标 GB T 16475 3 铝及铝合金的物理性能见对应的国标 4 铝及铝合金的牌号对照 5 铝合金的密度 三 各系列合金介绍 3 1 2XXX 铝合金介绍 3 2 5XXX 铝合金介绍 3 3 6XXX 铝合金介绍 3 4 7XXX 系列铝合金介绍 四 铝及其合金的热处理 4 1 我公司常用的有纯铝 硬铝母线 防锈铝以及硬铝合金等 4 2 铝合金热处理工艺的几个术语介绍 固溶 脱溶 沉淀 淬火 4 3 不能热处理强化的铝合金 有 Al Mn 系 3A21 和和 Al Mg 系 如 5A05 等 两类 通称防锈铝 其共 同特点是抗蚀性好 焊接性良好 强度低 塑性高 压力加工性好 不能热 处理强化 常用冲压方法制成轻负荷的焊接零件和在腐蚀介质中工作的零件 如油箱 管 铆钉 容器 罩 接线板等 3A21 具有优异的抗蚀性能 塑性很好 易于压力加工成型 焊接性也很 好 5A05 等比 3A21 强度高 焊接性好 在潮湿大气和海水中有优良的抗蚀 能力 4 4 能热处理强化的变形铝合金 1 硬铝合金 硬铝中加入 Cu Mg 的目的是形成强化相 提高其强度和硬度 此外加入 少量 Mn 改善其耐蚀性 低强度硬铝 如 2A04 2A10 等 强度较低 塑性较好 常用作铆钉材料 中强度硬度 2A11 经热处理后可得到较高的强度和良好的塑性 常用于制造 形状复杂并具有一定强度的零件 高强度硬铝 2A12 其含 Mg 量较高 1 2 1 8 Mg 提高了时效强化效果 强度比 2A11 高 用作制造各种高强度结构零件 如支架等 耐热硬铝 如 2A02 其含 Cu 量较低 含 Mg 量较高 耐热性好 切削加工 性良好 可制作在 250 350 范围内工作的承力结构零件 硬铝的共同特点是 强度高 在退火和刚淬火状态下具有良好的塑性 焊接性 较好 可热处理强化 但其耐蚀性差 特别是在海水中更差 这是由于其含有 Cu 的化合物 易受电化学腐蚀 通常在其表面包一层高纯度铝制成包铝硬铝 以增加耐蚀性能 2 超硬铝合金 超硬铝属于 Al Cu Mg Zn 系合金 由于合金中含有多种复杂的强化相 是 室温强度最高的一类变形铝合金 其缺点是 耐热性能低 应力腐蚀倾向大 缺口敏感性强 疲劳强度低 7A04 和 7A09 合金通常在淬火 人工时效状态下 使用 其强度比一般硬铝高得多 但塑性较低 有应力集中倾向 点焊性能良 好 气焊不良 热处理后切削性能良好 用于制作在 120 以下工作的重要受 力零件和高载荷零件 如飞机的壁板 大梁和起落架等 3 锻铝合金 锻铝属于 Al Mg Si Zn 系合金 6A02 和 2B50 具有中等强度和高的塑性 2A14 的强度较高 2A70 和 2A80 属于耐热锻铝 这类合金都含有 Mg2Si 强化 相 经淬火及人工时效后可获得最大的强化效果 这类合金的机械性能与硬铝 相近 热压力加工性能较好 通常以棒材和锻件状态供应 可制作形状复杂的 锻件或模锻件 4 5 铝其合金的热处理工艺 4 5 1 不能热处理强化的铝合金的热处理 热处理不能强化的铝合金有防锈铝 工业纯铝及低强度铸铝合金 这些合 金经冷加工变形后 将产生冷作硬化 为了消除冷作硬化和提高其塑性 常采 用不完全退火或完全退火处理 为了获得最好的成型性或者制品以退火状态交付使用时 多采用完全退火 为了消除部分冷作硬化 以便进行较小变形量的冷加工成型 或在提高塑性的 同时还需要保留部分冷变形所获得的强化效果时 常采用不完全退火 纯铝退火温度范围为 340 440 线材取下区 板材管材取上区 保温 60 180min 后空冷 防锈铝退火温度为 400 保温 90 240min 后空冷 完全退火温度的高低 取决于退火后的加工手段 变形程度较大 温度和时间 取上限 变形程度较小 温度和时间取下限 不完全退火在电炉中的加热温度为 150 300 保温 120 180min 后出炉空 冷 4 5 2 可热处理强化的铝合金的热处理 1 低温除应力退火 对于某些经冷变形的铝合金制件 为消除因变形而产生的内应力并保持其 加工硬化效果 一般采用 200 300 加热 保温 1 2h 然后进行空冷 2 软化退火 为消除变形铝合金因轧制或冷加工造成的冷作硬化 重新获得高的塑性 或者消除因淬火时效获得的强化 均采用软化退火 软化退火又分为完全退火 和快速两种 完全退火 是将零件加热到 390 450 保温 10 60h 然后随炉冷至 300 以下出炉空冷 这种退火可使合金获得高的塑性和最低的强度 但退火周期长 效率低 容易晶粒粗大 快速退火 又叫中间退火 其工艺是将零件加热到高于再结晶温度 100 200 一般为 350 400 退火温度愈高 软化效果愈大 退火保温时间根据零 件厚度和加热介质而定 快速退火周期短 生产效率高 退火后强度和塑性一 般都能满足冷变形加工的要求 因此适用于实际生产 铝合金的时效现象 铝合金经一定温度加热并保温一定时间后 能获得单相 固溶体 然后迅速水 冷至室温 最后得到过饱和的 固溶体 这种过饱和固溶体是不稳定的 有析 出强化相并过渡到稳定状态的倾向 在室温下放置或低温加热时 其强度和硬 度将随着时间的延长而逐渐明显增高 这种现象即称为时效或时效强化 在室 温下进行称为自然时效 在加热条件下进行称为人工时效 淬火时效 铝合金淬火 也叫固溶处理 目的在于获得均匀的单相过饱和固溶体 铝 合金淬火后 其强度和硬度比退火状态略有提高 但塑性有显著增加 例如 2A11 硬铝板材 在退火状态下 b 235MPa 12 刚淬火后 b 304MPa 20 经 96h 自然时效后 b 372MPa 15 这说 明铝合金刚淬火后塑性高 强度和硬度低 经时效后 塑性降低 强度和硬度 提高 由于大多数铝合金的淬火温度范围很窄 一般不超过 20 所以为了防止零件 局部过热或过烧 生产中要求把加热温度变动范围控制在 5 之内 且必须 在有强制空气循环装置的电炉中加热 淬火加热后必须迅速冷却 由加热炉中取出零件放入冷却剂的时间 一般 应小于 10s 大件或批量零件应小于 15s 淬火后的铝合金零件 自然时间后能获得较高的强化效果 并具有较高的 抗蚀性 所以一般均采用自然时效 只有在高温下使用的零件才使用人工时效 但自然时效时间较长 一般都在 96h 以上 人工时效一般在设有空气循环装置的电炉中进行 时效温度一般为 150 200 时效温度愈高 时效过程愈快 但强化效果愈差 软化开始时间 愈提前 时效时间愈长 特别是时效温度较高时 强化效果降低 时效时间太 短 因时效过程进行不充分 而降低强化效果 人工时效时间常在 4 16h 内选 用 人工时效后一般均空冷 人工时效能获得较高的屈服强度 并保证零件在 高于室温工作时具有稳定的性能 超硬铝合金自然时效与人工时效所获得的机械性能相差不多 而人工时效 能提高其抗应力腐蚀能力 所以采用人工时效 几种常用铝合金 T6 处理后强度 硬度见下表 合金牌号状态 b MPa s MPa HB 4032T63803159 120 6A02T629523512 95 6005T62601658 95 6101T622119315 70 6061T631027512 95 6063T627024912 80 7A04T65304406140 170 3 回归处理 将淬火自然时效后的铝合金 加热到 200 250 作短时间 几秒到几分钟 保温 然后快速冷到室温 合金将重新变软 性能恢复到刚淬火状态 称为回 归现象 如再在室温下放置 会与新淬火的合金一样 仍能进行正常的自然时 效 经回归处理后的合金 其抗蚀性能降低 同一合金可进行几次 一般不超过 3 4 次 回归处理 但每次处理后 性能并不能完全恢复到原来状态 强度有 所下降 进行回归处理的材料厚度不应小于 0 8mm 回归处理后的零件 可在 软化状态下进行各种冷变形作业 五 铝合金的选用原则 5 1 价格因素 筒体选用 5052H112 价格低于 5A05H112 每吨 6000 多元 选用 6063T6 铝管 棒表面质量好 公差易于控制 导电率高 价格低于 7A04T6 2A12 在 1000 2000 元之间 5 2 机械性能 抗拉强度 硬度 可查相应国标 5 3 电学性能 电导率 电学性能 5 5 防锈级别 防锈要求高 选用防锈级别高的合金 5 4 加工工艺性能 比如铸造性能 锻造性能