铝及铝合金基础知识讲义

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1、铝及铝合金基础知识,铝的基本特性与应用范围,铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为26.9815。铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性 密度小，仅为2.7 g / cm3，约为铜或钢的1/3；良 好的耐蚀性和耐候性； 良好的塑性和加工性能； 良好的导热性和导电性； 良好的耐低温性能; 对光热电波的反射率高、表面性能好； 无磁性； 基本无毒； 有吸音性； 耐酸性好； 抗核辐射性能好； 弹性系数小； 良好的力学性能；优 良的铸造性能和焊接性能； 良好的抗撞击性。,铝的基本特性与应用范围,此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也

2、比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用，下表列出了铝的基本特性及主要应用领域。,铝及铝合金的分类,铝及铝合金的分类方法，可以按实际使用的不同需要，有多种分类方法。 1.1 按材料的基本加工方法分 可以分为“铸造铝合金”和“变形铝合金”二大类。这是最常见的，也是最基本的分类方法。 1.2 按材料的性能特性分 在实际使用中，加工及使用人员往往关心的不是材料的合金体系(组别)，而是材料的用途和基本特性。 变形铝合金按用途可划分为：纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、特殊铝

3、，这就是过去铝和铝合金的牌号表示方法所采用的分类方法。 变形铝合金还可以按材料的热处理特性分为： 可热处理强化铝合金、不可热处理强化铝合金。 铸造合金：主要用于生产铸件的合金 变形合金：主要通过塑性变形加工成产品的合金,铝及铝合金的分类,13 按材料的合金系(组别)划分,铝及铝合金的分类,表3,铝及铝合金的分类,14 其它分类方法 除了上面三种基本分类方法外，还有一些其 它的分类方法，例如：按材料的品种分，按材料 的状态分 可以用在一些特定的场合。,铝及铝合金的牌号、代号,铸造铝合金的牌号,铸造铝合金按自己独立的牌号表示方法标准，即GBT 8063 1994 铸造有色金属及其合金牌号表示方法，

4、进行牌号命名，它突破了GBT340-1976规定的框框，是和国际标准相接轨的国家标准。 铸造铝合金的牌号表示方法 根据GBT 8063 1994的规定，铸造铝合金的牌号是用字母“z”和元素符号“AI” 的组合“ZAI”当头(见表1)，“ZAI”表示汉字“铸铝”。纯铝是在ZAI后面跟表示材料铝含量的三位数字(即纯度)；铝合金是在ZAI后面再跟主要合金元素符号加代表该元素百分含量的数字(圆整后的平均值)，来组成材料牌号。这种牌号表示方法和合金钢的牌号表示方法有点相象。牌号末尾如果带字母“A”，是表示优质、改型合金。铸造铝及铝合金共有五个材料组别，它们分别是：纯铝、AISi、AICu、AIMg、AI

5、Zn系，其牌号的一般式如表1所示。 铸造铝合金的代号 从表1中可以看到，铸造铝合金的牌号一般比较长，存在不便于使用和记忆的缺点。而老的铸铝牌号便于使用和记忆，但又不和国际标准接轨。因此，,铝及铝合金的牌号、代号,铸造铝合金的牌号,在新GBT 11731995中，把老的牌号统一改称为合金“代号”， 使用在一些非正式的场合下，还是很方便的。铸造铝合金的代号是用字母“ZL”加三位数字组成。其中字母“zL”表示汉字“铸铝”；三位数字中的第一位数字代表合金的合金系，第二、三位是顺序号，末尾带字母“A”时也是表示优质合金。 压铸铝合金的牌号和代号 压铸铝合金的牌号是用字母“YZ” 当头，“YZ”表示汉字“

6、压铸”。其后面跟合金牌号，即GBT 8063 1994所规定的铸造铝合金牌号，它由AI和主要化学元素符号加代表该元素的百分含量(园整后的平均值)组成。压铸铝合金的代号是用字母“YL”当头，后面加三位数字组成。“YL”表示汉字“压铝” ，后面的三位数字和铸造铝合金代号中的三位数字一样。,铝及铝合金的牌号、代号,变形铝合金的牌号,和铸造铝合金一样，变形铝合金有自己独立的牌号表示方法标准，即GBT 164741996变形铝合金牌号表示方法，这也是和国际标准相接轨的国家标准。国际标准采用的是四位数字体系牌号(没有字母、符号)，而我国现在采用的是四位字符体系牌号，二者之间略有差别,国际四位数字体系牌号,

7、铝及铝合金的牌号、代号,变形铝合金的牌号,国际四位数字体系牌号,铝及铝合金的牌号、代号,变形铝合金的牌号,表4,国际四位数字体系牌号,铝及铝合金的牌号、代号,未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金应采用 “四位字符牌号”,变形铝合金的牌号,四位字符体系牌号，其牌号的一般格式为：XA XX。 四位字符体系牌号中的第一、三、四位为数字，第二位为英文大写字母(见表2)，它们的含义分别是：第一位数字代表材料的合金系(合金的组别)；第二位大写字母表示是原始材料(字母用A)，或改型材料(字母用BY)，注意，第二位大写字母A不是代表“铝” ；第三、四位数字是材料的标识(对纯铝是材料的纯度)，为了便于使

8、用，在新牌号命名时，一般都把第三、四位数字和原来旧的铝合金牌号的数字尽量一致，或保持一定的继承关系。如5A06对应于旧牌号LF6，2A12对应于旧牌号LY12。3A21对应于旧牌号LF21 变形铝及铝合金共有九个材料组别，它们分别是： 纯铝、AICu、AIMn、AISi、AIMg、AI-Mg-Si、AIZn系、其它、备用组别，其牌号分别用数字19当头，材料牌号的一般式见表2所示。,铝及铝合金的牌号、代号,1)新的变形铝合金牌号表示方法中，只有材料的牌号，没有其它标准中有的：材料“代号” 、材料“名称”等。但是， 它有材料的状态“代号”。我们不要把变形铝合金的老牌号当成材料的“代号” (只有铸铝

9、材料是把材料的老牌号规定为材料的“代号”)。 2)新的变形铝合金牌号表示方法是采用的按材料合金体系来分类的，而老的变形铝合金牌号表示方法是按材料的基本特性来分类的，它和材料的合金系(组别)之间有一定的关系，二者在大的类别上的关系是： 防锈铝(LFXX)：包括现在的AIMn、AIMg二个系列的合金； 硬铝(LYXX)：包括现在的AICu系列合金的一部分； 锻铝(LDXX)：包括现在的AIMgSi系列合金和AICu系列合金的一部分； 超硬铝(LCXX)： 包括现在的AIZn(MgCu)系列合金。 现在已经正式纳入新的国家标准的变形铝合金牌号有143个，但在我们工作中用到的也就十五、六个牌号，常用的

10、就更少。为了便于对照使用，本文把主要的变形铝合金的新、旧牌号的对照按它们的合金系列于表5。,使用新的变形铝合金牌号标准时要注意的几个问题,铝及铝合金的牌号、代号,变形铝合金新旧牌号对照表,表5,铝及铝合金的状态,金属材料的状态主要是指材料的冷、热变形加工状态(加工后的硬化程度)、铸造方法、热处理状态等。金属材料的状态之所以重要，是因为不同状态下的材料的性能往往不同， 有时差别很大；还有不同状态的材料，其加工工艺路线也不同，需要根据材料的状态来编制适合的加工工艺。特别是对铝及铝合金，由于它在航空上长期使用，在材料的使用和管理上比较严格，对材料的状态，非常重视， 并且有专门的国家标准GBT1647

11、5 1996变形铝及铝合金状态代号予以统一规范，这是其它金属材料所没有的,变形铝合金的状态,在GBT 16475中把铝合金的状态划分为二大类： 基础状态： 即最基本的材料状态； 细分状态：是指从基础状态中的某个状态再派生出来的子状态,基础状态的名称和代号,铝及铝合金的基础状态共有五种，它们的名称、新、旧代号(见表6),铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,基础状态的名称和代号,表6,铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,基础状态的名称和代号,表6,其中新代号的代表字母是来自英文，而旧代号的代表字母是来自汉语拼音。 新标准中的“T”状态所指的“热处理”是一种狭义的含义，仅仅是指固溶处理和时效处理的组

12、合热处理(这和钢的调质处理有点相似)，GBT 16475-1996标准中的“T”状态所指的“热处理”没有包括退火热处理、固溶热处理,铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,基础状态的名称和代号,铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,“H”状态的细分状态,H状态主要是反映材料的加工硬化程度，它是用字母“H”加数字来表示的，有HX、HXX、HXXX等状态。 “H”后面的第一位数字表示该加工硬化状态(即H状态)的初始基本处理程度，它是H状态材料的第一次细分。数字14代表了材料的基本处理程度，故H1H4是反映原材料不同的原始(初始)加工状况，它是对材料不同的基本处理状态的第一次细分(见表7),表7,铝及铝合

13、金的状态,变形铝合金的状态,“H”状态的细分状态,“H”后面的第二位数字表示已经是“Hx”(见表6)状态下材料，进行冷变形加工后所保留的加工硬化程度，它反映了在某一种HX基本处理程度状态下的材料，它的加工硬化程度。这是第二次细分，共分了九个等级，是用第二位数字1 49来表示，见表8。,表8,从表8可以看出，现在对状态分得更加细了(原来GB 340标准中只分了T、Y、Y1、Y2、Y 五个等级)，细化是新标准的共同特点。,铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,“H”状态的细分状态,“H”后面的第三位数字表示的是一些特殊的状态，有H111、112、116等状态，是H状态的第三次细分， 由于分得太细，需

14、要时查阅标准资料原文即可。,铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,“T”状态的细分状态,“T”状态主要是表示材料的热处理(固溶、时效)状态， 以及热处理和冷、热变形加工的组合状态。它是用字母“T”加数字表示的，有TX、TXX、TXXX 具体包括： TX状态：基本工艺状态； TXX、TXXX状态：特殊工艺处理状态； W 状态：不稳定固溶处理+消除应力状态。 新标准中对T状态的划分变得比原来细多了，但最常用的基本状态仍然是T4、T6状态和T42、T62状态。为了方便使用，在此将主要的T状态的新、旧状态代号对照摘要列于表9,铝及铝合金的状态,变形铝合金的状态,“T”状态的细分状态,表9,铝及铝合金的状

15、态,变形铝合金的状态,“T”状态的细分状态,除了上述介绍的常用材料状态外，还有一些更多位数的细分状态。已经正式纳入现行铝合金材料标准的材料状态现已多达四、五十个之多。需要时去查阅标准原文即可,铝及铝合金的状态,铸造铝合金的状态,铸造铝合金的状态主要包括铸件的原始状态(含铸造方法)、铸件的热处理状态， 在GBT 1173一l995 中规定了铸造铝合金的铸造方法和热处理状态的名称及代号(见表10),表10,铝及铝合金的状态,铸造铝合金的状态,表10中铸造方法状态代号的字母是来自汉语拼音，而热处理状态的状态代号的字母是来自英文。在实际应用中，用得最多的是T4和T6状态。,铝及铝合金材料的产品品种体系

16、,铝和铝合金材料的产品标准体系，本文所述的铝和铝合金材料“产品”系指铝及铝合金材料的“毛坯件(铸件、锻件)”和“原材料(变形产品、铸锭)”。它也可以分为：铸造产品、变形加工产品二大部分。 铸造产品又分为铝铸锭；铝合金铸件。铝合金铸件：砂型铸件、金属型铸件、熔模铸件、压铸铸件。 变形加工产品：棒、板、管、带、线、箔、型材、锻件 。,众所周知，在零件图纸上的材料栏里都必须标上零件材料的牌号，牌号的后面要标注材料品种标准号，这些就是设计对零件材料的基本技术要求。因为原材料质量的好坏、原材料的原始状态(出厂状态、供货状态)对下一步的零件加工路线和产品的最终质量都有着非常直接的影响。因此，铝及铝合金材料“产品品种标准”十分重要，它规定了产品的基本技术要求，它所包括的内容主要有二大部分： 1)产品的技术条件(含材料的化学成分、各 种状态下性能指标、检验方法等)； 2)产品的尺寸规格、尺寸公差(允许偏差)。,铝及铝合金材料的产品品种体系,现在有些材料标准是把这二部分的内容放在一个标准中，有些是把这