铝及铝合金的分类、成分和性能.doc

铝及铝合金的分类、成分和性能（1）铝及铝合金的分类铝是银白色的轻金属，纯铝的熔点为660,密度为2.7g/cm3。工业用铝合金的熔点为566。铝具有热容量和熔化潜热高、耐腐蚀性好，以及在低温下能保持良好的力学性能等特点。铝及铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金（又分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法（经过轧制、挤压等工序）制成的板、带、棒、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。铝合金分类示意见图1。铝合金的分类及性能特点见表1。表1 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7A04,2A50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，不能热处理强化，力学性能较高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 耐热性能好按GB/T 31901996和GB/T 164741996的规定，纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号；未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（如“A”）。纯铝编号系统的第一位为“1”，例如1或1A，最后两位数字表示铝的纯度。2为Al-Cu系，3为Al-Mn系，4为Al-Si系，5为Al-Mg系，6为Al-Si系，7为Al-Zn系，8为Al-其他元素，9为Al-备用系。这样，我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一致。1）工业纯铝工业纯铝含铝99%以上，熔点660，熔化时没有任何颜色变化。表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蚀性。纯铝的导热性约为低碳钢的5倍，线胀系数约为低碳钢的2倍。纯铝强度很低，不适合做结构材料。退火的铝板抗拉强度为60100MPa，伸长度为35%40%。2）非热处理强化铝合金非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原先代号为LF。Al-Mg合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用最广的铝合金。3）热处理强化铝合金热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊接性较差，熔化焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力学性能（主要是抗拉强度）严格下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝等。 硬铝 硬铝的牌号是按铜增加的顺序编排的。Cu是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，Cu含量一般应控制在4.0%4.8%。Mn也是硬铝的主要成分，主要作用是消除Fe对抗蚀性的不利影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，Cu、Si、Mg等元素能形成溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。退火状态下硬铝的抗拉强度为160220MPa，经过淬火时效后抗拉强度增加至312460NPa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。 超硬铝 合金中Zn、Mg、Cu的平均总含量可达9.7%13.5%，在当前航空航天工业中仍是强度最高（抗拉强度达500600MPa）和应用最多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中Zn含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。 锻铝 具有良好的热塑性（原代号为LD），而且Cu含量越少热塑性越好，适于作锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。铝及铝合金的新旧牌号对照见表2。表2 铝及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 号工业纯铝1070（1070A）10601050（1050A）103511001200L1L2L3L4L5-1L5特殊铝合金4A014A134A175A415A66LT1LT13LT17LT41LT66防锈铝合金5A025A035A055A065B05508350563A213003LF1LF2LF3LF5LF6LF10LF4LF5-1LF21锻铝合金6A022A502B502A702A802A902A1460616063LD2LD5LD6LD7LD8LD9LD10LD30LD31硬铝合金2A012A022A042A062B112B122A102A112A122A132A162A17LY1LY2LY3LY4LY6LY8LY9LY10LY11LY12LY13LY16LY17超硬铝合金7A037A047A097A107003LC3LC4LC5LC9LC10LC12（2）铝及铝合金的性能及应用铝及其合金具有独特的物理化学性能。铝具有许多优良的性质，包括密度小、塑性好、易于加工、抗腐蚀性好等。在空气或硝酸中，铝表面会形成致密的氧化铝薄膜，可保护内部不受氧化；铝的导电率较高，导电性好，仅次于金、银、铜，居第4位。铝具有面心立方结构，无同素异构转变，无“延一脆”转变，因而具有优异的低温韧性，在低温下能保持良好的力学性能。铝及铝合金塑性好，可以承受各种形式的压力加工，很容易加工成形，它可用铸造、轧制、冲压、拉拔和滚轧等各种工艺方法制成形状各异的制品。铝及铝合金容易机械加工，且加工速度快，这也是铝制零部件得到大量应用的重要因素之一。经过冷加工变形后，铝的强度增高，塑性下降。当铝的变形程度达到60%80%时，其抗拉强度可达150180Mpa，而伸长率下降至1%1.5%。因此，可以通过冷作硬化方法来提高铝的强度性能。经过冷作硬化的铝材，在250300的温度区间可以引起再结晶过程，使冷作硬化消除。铝的退火温度为400,经过退火处理的铝称为退火铝或软铝。铝及其合金还具有优异的耐腐蚀性能和较高的比强度。与各种金属相比，铝在大气中的抗腐蚀性能很好。这是由于铝比较活泼，与空气接触时，表面生成的难熔氧化铝膜比较致密（Al2O3熔点2050），从而保护铝材不被继续氧化。铝在浓硝酸中因表面被钝化而非常稳定，但铝对碱类和带有氯离子的盐类抗腐蚀性能较差。铝及铝合金的物理性能见表3。铝及铝合金类别和化学成分见表4。常用铝及铝合金的力学性能见表5。工业纯铝主要用于不承受载荷，但要求具有某种特性（如高塑性、良好的焊接性、耐腐蚀性或高的导电、电热性等）的结构件，如铝箔用于制作垫片及电容器，其他半成品用于制作电子管隔离罩、电线保护套管、电缆线芯、飞机通风系统零件、日用器具等。高纯铝主要用于科学研究、化学工业及其他特殊用途。防锈铝（铝锰合金、铝镁合金）主要用于要求高的塑性和焊接性、在液体或气体介质中工作