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1、一、铝及铝合金的主要特点 二、铝合金的合金化原理 三、铝及铝合金分类 四、各类铝合金简介 第三章 铝及铝合金 DateDate 重要的有色金属材料，产量占所有有色金属产量的近一半，在 金属材料中仅次于铁。资源丰富，性能优良。 一、铝及铝合金的主要特点 世界原铝年消费量超过2700万吨 日本接近400万吨. 其中: 交通运输130万吨(汽车120万吨) 建筑75万吨(门窗用铝材占70%以上 ) 包装业44万吨 人均35Kg/a 2009年 氧化铝 2379.24万吨，近5年年均增 长20.85% 原铝生产大国, 电解铝1284.6万吨 ，再生铝310万吨。近5年年均增长近 20% 加工铝1650
2、.30万吨，同比增长 15.62% DateDate (1) 密度小、比强度高 纯铝密度约为2.7g/cm3，铝合金密度在2.63-2.85g/cm3，约为 钢铁的1/3，如Al-4Li, 2.4g/cm3 , Al-12Fe, 3.06g/cm3 , 比Cu、Fe及 其合金轻得多。LY12比强度(强度与比重之比)达到17.4，常用合 金结构钢40Cr的为12.8。航空、航天器、汽车、高速磁悬浮列车 、坦克装甲、建筑、交通运输等轻量化。 美国轿车每使用0.45kg铝合金零件，车重可减少1.021kg。美 国汽车工业的用铝量已占其全部用铝量的8%以上。 DateDate 99.996%纯铝熔点6
3、60.37、99.97%为659.8。熔炼、铸造、 加工比较容易。 铸造性能好： 多数铝合金为共晶系，如Al-Si铸件（活塞、气缸等）。 压力加工性能： 强度低，塑性好，能通过塑性加工制成各种形状的产品（挤、 拉、轧、缎、冲，获得管、带、型、棒、线、板、箔等制品） (2) 熔点低、 工艺性能好 DateDate (3) 可强化、力学性能好 常规力学性能随合金种类与状态不同，变化范围宽，抗 拉强度为50800 MPa，屈服强度为10700MPa，延伸率为 50%。主要结构材料的刚性大至与其密度成正比，与合金成分和 状态没多大关系。弹性模量变化不大，大致为78104MPa。疲 劳强度较低，但低温下
4、，相对于其它金属，其疲劳强度较高。日 本超级铝抗拉强度指标为1000MPa。 DateDate 铝和铝合金无低温脆性，强度与塑性均随温度的下降而升高， 即使在超低温范围内也不出现类似普通钢的低温脆性。适合于 天然液化气装置、液氧储存容器。另外，高纯铝在极低温度下 导电率比铜的高，可作超导体的稳定材料。 (4) 塑性好、易加工，低温性能好 DateDate (5) 抗腐蚀 表面可生成致密的氧化膜，可起保护作用。但卤族离子和碱 离子会破坏氧化膜。 液态天热气输运管道、输油管道、冷冻装置。 铝及铝合金有良好的表面处理性能。 如 6063、6064 锻铝通过阳极氧化处理可在表面形成一层透明 的氧化膜，
5、并可着上各种颜色。可作装饰用材（门窗等）。 特殊处理后可选择性的吸收太阳光，提高吸收太阳能的效率 ，作太阳能装置。还可由硬质氧化处理提高耐磨性。 阳极氧化还可以赋予合金电绝缘性、亲水性、润滑性等。 DateDate 仅次于Ag、 Au （金融） 、Cu，远优于Fe、Ti等，在工 业金属，仅次于Cu。室温下电工铝的等体积电导率为 62%IACS。单位质量导电能力是铜的2倍。 可部分替代Cu，作电线、电缆或用于其他电器元件。民 用铝锅、电冰箱的导热部件、家庭采暖、发动机散热片等， 还有电子元件的导电导热基座等。 (6) 导电、导热性好 DateDate 热膨胀系数大： 为不锈钢、铜、黄铜的约1.5
6、倍，与其它金属联接、铆接、复合 时，热膨胀系数差值较大，产生大的内应力，易变形。但Al-Si 系合金与显微强化的铝材的膨胀系数较低。 无磁性： 几乎不受电磁场影响，且无磁性，用于罗盘、抛物面天线、电 子计算机存储磁盘等。 核性能： 热中子吸收面积小，在放射线作用下，性能变化不敏感。用于 反应堆的工艺管、元件包壳材料、以及浓缩铀的离心分离筒、 机械手、加速器、热核反应超真空装置等。 (7) 其他 DateDate 纯铝强度低，b=80100MPa，0.2=3050MPa，=35-40%， HB=25-30；即使冷变形60 80%，b=150 180MPa，但 =1 1.5%，难以满足需要，需合金
7、化。 合金化的考虑：以所需的性能要求和成本要求为中心 二、铝合金的合金化原理 DateDate 加工硬化 固溶强化 弥散强化 细晶强化 因此，从合金化的角度看，可选择的元素应有如下特点： 固溶度大（低温）； 高温极限固溶度大，而低温的小； 可形成作为结晶晶核的第二相颗粒； 钉扎晶界的稳定相颗粒。 （1）提高强度的途径 DateDate 合金元素在铝中的极限固溶度 Zn Ag Mg Ge Cu LiSiMn Ti Cr V ZrFe at% 28. 8 13.813.5 2.7 2.4 1.631.59 0.9 0.7 4 0.4 0.2 1 0.0 8 0.02 5 wt % 70 56.61
8、7.4 7.2 5.65 4.2 1.651.82 除Ag、Ge外，其他元素均是常见合金化元素 Zn、Mg、Cu、Li（正开发）、 Si（铸铝），有时也包括Mn，可作主加元 素，起固溶强化、弥散强化作用；（加入量1at%） Zr、V、Cr、Ti，有时也包括Mn，可作辅加元素，起细晶、补充强化、提 高再结晶温度、改善抗蚀性（Be）等作用；与铝形成包晶系。 Fe、Si通常在变形铝合金中为杂质，但在Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe -Ni、Al- Fe-V-Si等中例外。 新技术的发展，如快速凝固、机械合金化等有可能改变元素的固溶量和作用 （2）常见合金化元素 DateDate 元素在铝合金
9、中的溶解受其固态结构结合力破坏和原子在铝中扩 散速度的控制。可用铝合金相图大致确定，通常与铝形成易溶共 晶的元素溶解较快，形成包晶的元素溶解慢。如： Al-Mg, Al-Zn, Al-Cu, Al-Li等为共晶系，易熔炼，元素直接添加； Al-Si, Al-Fe, Al-Be 等虽存在共晶反应，由于熔点差别大，溶解慢，需较 大过热才能完全溶解； Al-Ti, Al-Zr, Al-W, Al-Nb 等为包晶体系，熔点相差大，组元应以中间合 金形式添加。 （3）铝合金添加合金元素的溶解 DateDate Al-Cu: CuAl2() Al-Mg: Al3Mg2() 该相沉淀强化作用不大，易在晶界析
10、出 Al-Mn: MnAl6() 有一定弥散强化作用 Al-Si: Si 一般要变质处理是针状Si变粒状。合金流动性好 Al-Cu-Mg: , CuMgAl2(S), Mg32(Al,Cu)49(T). Mg增加,S增多 Al-Mg-Si: Mg2Si () Al-Zn-Mg-Cu: MgZn2(),Al2Mg3Zn3(T),Mg32(Zn,Al)49 Al-Li: AlLi(), Al2CuLi(T), Al2MgLi 美国空军70年代发展的合金0812和1212耐热铝合金中的 Al12(Fe,V)3Si （4）合金元素加入到铝中后可能产生的强化相 DateDate 三、铝及铝合金分类 区：
11、变形铝合金 形成固溶体合金，有利于压力加工 区：铸造铝合金 合金元素或金属间化合物与铝形成共晶 体，液态金属流动性好，有利于铸造 变形铝合金 1. 工业纯铝 2. 热处理不可强化铝合金：溶解度小或随温度变化不显著 3. 热处理可强化铝合金：溶解度随温度变化而变化 DateDate 铝 及 铝 合 金 纯铝 铝合金 高纯铝（Al 99.93%） 工业纯铝（Al 98.8%） 硬 铝 Al-Cu-(Mg)系 锻 铝 Al-Mg-Si-(Cu)系, Al-Cu-Mg-Fe-Ni系 超硬铝 Al-Zn-Mg-(Cu)系 Al-Si系 防锈铝 Al-Mn系，Al-Mg系 变形铝及 铝合金 铸造铝合金 A
12、l-Zn系 Al-Mg系 Al-Cu系 流动性好、 填充性好、 抗冷热裂 共晶体较多 (1)铝合金的大致类别 DateDate 铝 及 铝 合 金 牌 号 纯 铝 铝 合 金 高 纯 铝L0X L01(99.93%), L02, L03, L04(99.996%) 工业 纯铝Lx L1(99.85%), L2, L3, L4, L5, L6(98.8%) 硬 铝LYxx LY11(AA2017, 2A11), LY12(AA2024, 2A12) 锻 铝LDxx LD30(AA6061, 6A30), LD7(AA2618, 2A07) 超硬铝LCxx LC4, LC9(AA7075, 7A0
13、4) Al-Si系 ZL1xx ZL101-ZL111 防锈铝LFxx LF21(AA3004, 3A21), LF6(AA5083, 5A06) 变 形 铝 及 铝 合 金 铸 造 铝 合 金Al-Zn系 ZL4xx ZL401- ZL402 Al-Mg系 ZL3xx ZL301- ZL302 Al-Cu系 ZL2xx ZL201- ZL203 稀土元素：高熔点化合物、 固溶强化、弥散、变质、细 化晶粒、改善铸造性能、净 化熔体、提高耐蚀性 (2)中国铝及铝合金牌号与状态符号（旧) 例：LF21M, LY12CS，ZL201-T2 DateDate 铝合金牌号 Al99.00% 1 Al-C
14、u 2 Al-Mn 3 Al-Si 4 Al-Mg 5 Al-Mg2Si 6 Al-Zn Mg Cu 7 Al-Sn Li 8 (3) 美国AAA标准合金牌号 DateDate 热 加 工 (T1) 冷 加 工 时效(T5) 退火(O) 中间退火冷加工固溶处理 冷 加 工 (T3) 时效 (T8) 自然时效(T4) 时效(T6) 稳定化处理（过时效）(T7) 人工时效(T10) 自然时效(T2) 冷加工(T9) 状态分得细致，往往在状态符号后加一些数值， 如T31,T36等表示T3中的冷变形量为1%，6%。 美国AAA标准状态符号 DateDate 在我国原有牌号基础上，吸收美国牌号的表征优点
15、，体现自己的特色。 XXXX 主 加 元 素 数字来自美国牌号 A原有合金 B、C、D改进型 (4) 中国铝及铝合金牌号与状态符号（新） 旧牌 号 美国牌 号 新牌 号 GB/T 3190- 1982 GB/T1 6474- 1996 LF21 AA30043A21 LF6AA50835A06 LY11 AA20172A11 LY12 AA20242A12 LD30 AA60616A30 LD31 AA60636A31 LD7AA26182A07 LC9AA70757A04 DateDate 热加工(R)中间退火冷加工中间退火冷加工- Y或Yn（n=1,2,3,4） 退火M或Yn 稳定化处理（无国标） 说明：Y硬态 M软态 Yn半硬态 Y13/4硬，Y21/2硬， Y31/3硬， Y41/4硬 T特硬态 不热处理强化原因： 固溶强化大于时效强化； 无多型性转变； 即使时效强化但不明显； 第二相晶界网状析出； 生产中不
