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1、铝加工基础知识,2008年技术系统专业师培训,2,第 二 部 分 变形铝合金基础理论,3,变形铝合金基础理论,一、铝的基本属性 二、铝合金的牌号、状态和分类 三、铝的强化方式 四、铝的合金化规律,4,变形铝合金基础理论,一、铝的基本属性,5,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 1 晶体结构 固态时铝为面心立方结构。常压下温度从4K至熔点是稳定的，无同素异晶转变。原子序数为13，原子量为26.9815。,6,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 1 晶体结构 用衍射法测得纯铝液态和固态结构： 液态 配位数10-11，原子间距2.9610-10m。 固态 配位数12，原子间距2.8610-10m。,7,
2、一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 1 晶体结构 在铝晶体中，存在两种间隙，即直径为1.17010-10 m 的八面体间隙和直径为0.6210-10 m 的四面体间隙，碳、氮、氢、硼、氧、氟、 氯等元素均可作为间 隙元素溶人铝中，但 固溶度极小。,8,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 2 密度 铝在室温时的理论密度为2698.72 kg/m3。 不同纯度的铝固态和熔融态的密度见表2-1。 表2-1不同纯度铝的密度,9,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 3 热学性能 熔点 熔点对纯度敏感。常压下纯度为99.996%铝的熔点为660.37。 不同纯度铝的熔点如下： 纯度 99.20 99.50 99
3、.60 99.97 99.996 熔点 657.0 658.0 658.7 659.8 660.24,10,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 3 热学性能 熔化热 纯铝的熔化热为10.460.13 kJ/mol。 沸点 铝的沸点为2750 K。最大蒸发速度为0.71013个原子/s，高于这个速度就会发生爆炸。,11,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 3 热学性能 热胀系数 纯铝的体膨胀系数为68.110-6 K-1。 线膨胀系数列于表2-2。,12,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 表2-2 纯铝(99.99%)的线胀系数,13,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 4 电学性能 纯度为99.99
4、0%的铝在20的导电性能：电阻率为2.654810-8m；等体积的电导率为64.94% IACS。,14,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 4 电学性能 铝的导电性能对纯度和温度均十分敏感，99.996%或纯度更高的铝在1.11.2 K时可成为超导体。纯铝的电阻率与温度的关系见表2-3 。,15,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 表2-3 纯铝的电阻率与温度的关系,16,一、铝的基本属性,纯铝的物理性能 4 电学性能 纯铝无光电效应，在工业纯铝中晶粒大小对导电性能的影响可勿略不计。退火材料的导电性能无各向异性，冷加工材料纵向的电导率比其他方向的电导率高0.5%1%。,17,一、铝的基本属性,纯
5、铝的力学性能 表2-4 纯铝退火状态的典型力学,18,一、铝的基本属性,纯铝的力学性能 图2-1 铝的纯度与强度的关系,19,一、铝的基本属性,纯铝的力学性能 图2-2 铝的纯度与硬度的关系,20,一、铝的基本属性,纯铝的力学性能 图2-3 纯铝（99.99%）应力-应变曲线 1%/min；100%/min,21,一、铝的基本属性,储量 铝是地球上储量最多的金属元素， 在地壳中，铝的丰度为8.2 g/kg, 仅次于氧和硅超过了铁。,22,一、铝的基本属性,世界铝土矿储量 世界上90%以上的氧化铝是用铝土矿生产出来的。全世界已探明铝土矿储量有550750亿吨， 其中分布情况为加勒比地区和中美洲
6、20-30亿吨， 南美洲190-250亿吨， 欧洲 30-40亿吨，非洲150-200 亿吨，亚洲80-130 亿吨，澳洲70-100亿吨。,23,一、铝的基本属性,中国铝土矿储量 中国的铝土矿主要分布于河南、山西、贵州、山东和广西等地，多数为低铁高硅的一水硬铝型，主要杂质是高岭石中的Si02和少量的Fe203、Ti02；此外，浙江、安徽两省有以亿吨计的钾明矾石资源，云南等地有较丰富的霞石资源。,24,一、铝的基本属性,存在形式 铝的化学性质活泼， 与氧亲和力大， 在自然矿物中不存在金属纯铝。自然界中铝矿物和含铝矿物有 250 多种，如刚玉 (Al2O3)、 一水软铝石(Al2O3H20)、一
7、水硬铝石 (Al2O3H20)、三水铝石 (Al2O33H20 )、高岭石 (Al2O32Si022H20)、 红柱石(Al2O3Si02 ) 等等。,25,一、铝的基本属性,铝的基本特性与主要应用领域 熔点低 熔点与纯度有关，99.996% 的铝其熔点为660.37 , 99. 97 %的铝为659.8，因此熔炼、铸造、加工比较容易。,26,一、铝的基本属性, 密度小 主要特点： 铝的密度与温度和纯度有关， 室温下纯度为99.996%铝的密度为 2698.9 kg/m3，而纯度为99.75%铝的2703kg/m3，约为铁的密度的35%，可制造轻结构，有“会飞金属”之称。,27,一、铝的基本属
8、性, 密度小 主要应用领域举例： 用于制造飞机、 太空飞行器、轨道车 辆、桥梁、船舶、汽 车、高层建筑结构和质量轻的容器等。,28,一、铝的基本属性, 可强化 主要特点： 纯铝强度不高，不如钢铁。冷加工硬化能使强度提高一倍以上，但塑性变低。,29,一、铝的基本属性, 可强化 主要特点： 纯铝可通过添加镁、锌、铜、锰、硅、锂、钪等各种元素进行合金化（变成铝合金），使其强度大幅提高，塑性下降较小。,30,一、铝的基本属性, 可强化 主要特点： 有的铝合金还可进行热处理进一步强化，其强度可高于普通碳钢，有些铝合金的比强度甚至可与优质合金钢相媲美。,31,一、铝的基本属性, 可强化 主要应用领域举例：
9、 用于制造桥梁（特别是吊桥、可动桥及军用浮桥）、飞机、建筑结构、集装箱、压力容器、小五金等。,32,一、铝的基本属性, 塑性好，易加工 主要特点： 铝可用任何一种铸造方法铸造。由于塑性好，可轧成薄板和箔，拉成管材和细丝，挤成各种型材，锻造成各种零件，适宜各种冷热塑性成形。 可高速进行车、铣、镗、刨等机械加工。,33,一、铝的基本属性, 塑性好，易加工 主要应用领域举例： 用于受力结构件框架， 一般用品及各种容器、光学仪器及其他形状复杂的精密零件。,34,一、铝的基本属性, 抗腐蚀、耐气候性好 主要特点： 铝表面上极易生成致密而牢固的氧化铝(Al203)薄膜，而且一被破坏后会立即生成，保护铝不被
10、腐蚀。这层保护膜只有在卤素离子或碱离子的激烈作用下才会遭到破坏。,35,一、铝的基本属性, 抗腐蚀、耐气候性好 主要特点： 因此，铝可在大气、普通水，多数酸和有机物中使用。采用缓蚀剂，也可耐弱碱液腐蚀。 选用适宜的合金，在工业地区、海岸地区使用，可保持优良的耐久性。,36,一、铝的基本属性, 抗腐蚀 主要应用领域举例： 门板、车辆、船 舶外部覆盖材料、厨 房器具、化学装置、屋顶瓦板、电动洗衣机、海水淡化、化工石油、材料、化学物品的包装等。,37,一、铝的基本属性, 导热、导电性好 主要特点： 铝的导热、导电性仅次于金、银和铜，约为钢铁的三到四倍。,38,一、铝的基本属性, 导热、导电性好 主要
11、特点： 室温下电工铝的等体积电导率可达62%IACS，若按单位质量导电能力计算， 其导电能力为铜的一倍。热导率 (0100) 为 22.609 W/(mK)。 电阻率 (20) 为 26.7nm，电阻温度系数为0.1(nm)K-1。,39,一、铝的基本属性, 导热、导电性好 主要应用领域举例： 电线、母线接头、炊具、热交换器、汽车散热器、电子原件等。,40,一、铝的基本属性, 无低温脆性 主要特点： 铝在摄氏零度以下，随着温度的降低，强度和塑性不仅不会降低，反而提高。,41,一、铝的基本属性, 无低温脆性 主要应用领域举例： 冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、液氧、液氮、液氢等的生产装置。,42,
12、一、铝的基本属性, 反射性强 主要特点： 铝的抛光表面对白光的反射率可达80%以上，纯度越高，反射率越高，高纯铝经点解抛光后，反射率可达94% （银为92%）。,43,一、铝的基本属性, 反射性强 主要特点： 同时，铝对红外线、紫外线、电磁波、热辐射等都有良好的反射性能。,44,一、铝的基本属性, 反射性强 主要应用领域举例： 用于制做照明器具、反射镜、屋顶瓦板、抛物面天线，冷藏车、冷冻库、投光器、冷暖器隔热材料以及氧和氢的生产装置等。,45,一、铝的基本属性, 无磁性、冲击不生火花 主要特点： 铝是非磁性体；受冲击时不产生火花，这对某些特殊用途十分可贵。,46,一、铝的基本属性, 无磁性、冲
13、击不生火花 主要应用领域举例： 舰船上所用的罗盘、天线、操舵室的器具，电气设备的屏蔽材料，易燃、易爆物生产器材等。,47,一、铝的基本属性, 有吸音性 主要特点： 铝对声音时非传播体，有吸收声波的性能。,48,一、铝的基本属性, 有吸音性 主要应用领域举例： 配制阻尼合金、室内装饰天棚板、高架公路、高速铁路的隔音网等。 我国高铁京津线两侧的隔音墙即采用5754合金制造。,49,一、铝的基本属性, 耐核辐射 主要特点： 铝对高能中子来说，具有与其他金属相同程度的中子吸收截面，对低能范围内的中子，其吸收截面小，仅次于铍、镁、锆等金属。铝耐核辐射的最大优点是对照射生成的感应放射能衰减很快。,50,一
14、、铝的基本属性, 耐核辐射 主要应用领域举例： 防核辐射材料。,51,一、铝的基本属性, 美观 主要特点： 铝及其合金由于反射能力强，表面呈银白色光泽。经机加工后就可达到很高的光洁度和光亮度。如果经阳极氧化和着色，不仅可以提高抗蚀性能，而且可以获得五颜六色、光采夺目的制品。铝也是生产涂漆材料的极好基体。,52,一、铝的基本属性, 美观 主要应用领域举例： 建筑用壁板、器具装饰、装饰品、标牌、门窗、幕墙、汽车和飞机蒙皮、仪表外壳及室内外装修材料等。,53,一、铝的基本属性, 耐化学品 主要特点： 对硝酸、冰醋酸、过氧化氢等化学药品不反应，有非常好的耐药性。,54,一、铝的基本属性, 耐化学品 主
15、要应用领域举例： 用于化学装置、酸和化学制品包装等。,55,一、铝的基本属性, 无毒 主要特点： 铝本身没有毒性，它与大多数食品接触时溶出量很微小。同时由于表面光滑、容易清洗 、故细菌不易停留繁殖。,56,一、铝的基本属性, 无毒 主要应用领域举例： 食具、食品包装、鱼罐、鱼仓、医疗器械、食品容器等。,57,一、铝的基本属性,常用合金的典型用途 1050 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。,58,一、铝的基本属性,常用合金的典型用途 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
16、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。,59,一、铝的基本属性,常用合金的典型用途 1145 包装及绝热铝箔，热交换器。 1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜。 1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材。,60,一、铝的基本属性,常用合金的典型用途 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品。 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件。,61,一、铝的基本属性,常用合金的典型用途 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，目前的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具
