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2.6 铝及铝合金

2.6.1 铝及铝合金有什么特点?

铝及铝合金的特点如下:

(1)质轻 铝的密度只有2.7g/cm 3 ,约为钢密度的1/3。

(2)外观好 银白色金属光泽,柔软,而且还可着色或染上纹理图案。铝的表面具有高度反射性。

(3)物理性能 熔点低(660.4℃)、沸点高(2477℃),非铁磁性,不自燃且无毒性。有优良的电导率和热导率,在质量相等时,铝的电导率大约为铜的两倍。铝合金的热导率是铜的50%~60%。

(4)可加工性优良 延展性(特别是纯铝或低合金铝)好,可锻性好,可通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺加工。铝和铝之间的连接有多种方法(熔焊、电阻焊、硬钎焊、软钎焊、粘接、铆接和栓接)。

(5)力学性能好 一些铝合金在强度上甚至可超过结构钢。

(6)耐蚀性好 在大多数环境条件下,包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中,铝能表现出优良的耐蚀性。

(7)可回收性 再生铝的特性与原生铝几乎没有区别。

2.6.2 铝及铝合金可分为哪几类?

铝及铝合金可分纯铝、变形铝合金和铸造铝合金三类。

1)纯铝可分为高级纯铝、工业高纯铝和工业纯铝,其铝的质量分数分别为99.93%~99.999%、99.85%~99.9%和98%~99.7%。

2)变形铝合金是通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金材料。又可根据其形变硬化程度分为若干种。

3)铸造铝合金按化学成分可分为铝-硅合金、铝-铜合金、铝-镁合金和铝-锌合金等。

2.6.3 铝合金的热处理强化方式有哪两种?

铝合金的热处理强化方式主要有以下两种:

(1)固溶强化 纯铝中加入合金元素,形成铝基固溶体,造成晶格畸变,阻碍了位错的运动,起到固溶强化的作用,可使其强度提高。形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时,还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固溶体,具有较大的固溶强化效果。

(2)时效强化 过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时,其强度和硬度随时间的延长而增高,但塑性、韧性则降低,这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效,在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。

2.6.4 变形铝合金包括哪些?其性能如何?

变形铝合金按性能和用途不同,可分为工业纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝和特殊铝。

(1)工业纯铝 其加工性能好,导电性好,主要用于制作导线及热交换器。

(2)防锈铝 是热处理不可强化合金,只能通过冷加工来强化。常用的有5A02、5083和3A21,具有中等强度、良好的塑性和耐蚀性。

(3)硬铝 硬铝的强度高,典型牌号为2A12。该牌号的热挤压型材热处理后,其室温下的抗拉强度可达392MPa以上,有一定的耐热性,可用作150℃以下工作的零件。

(4)超硬铝 典型牌号有7A04,也称超高强度硬铝,挤压件室温下的抗拉强度不小于539MPa,主要用于航天器结构中的主要受力元件。

(5)锻铝 典型牌号有6070、2A14、6061、6063。

1)6070具有良好的塑性,冷、热态都易成形,广泛用于制造中等强度常温下工作的锻件、挤压型材和管材。

2)2A14又称高强度硬铝,与2A12合金的强度相当,但可锻性较好,有良好的塑性,有较好的耐热性和焊接性,但材料的纵向和横向性能差距较大,可加工成管、棒、型、线及锻件,主要用作高负荷的结构件。

3)6061、6063具有中等强度,有良好的塑性和优良的焊接性、耐蚀性,无应力腐蚀裂倾向,可阳极氧化,适合作为建筑装饰型材及各种需要有良好耐蚀性要求的结构件、工业材。

2.6.5 铸造铝合金包括哪些?其性能如何?

铸造铝合金根据主要合金元素差异分成以下四类。

(1)铝-硅合金 有良好的铸造性和耐磨性,热胀系数小,是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金,硅的质量分数为4%~13%。铝-硅合金可用于结构件,如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁,能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。

(2)铝-铜合金 铜的质量分数为4.5%~5.3%时合金强化效果最佳,适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。此类合金主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。

(3)铝-镁合金 是密度最小(2.55g/cm 3 )、强度最高(355MPa)的铸造铝合金,镁的质量分数为12%时强化效果最佳。此类合金在大气和海水中的耐蚀性好,室温下有良好的综合力学性能和可加工性,可用于制作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件,也可作为装饰材料。

(4)铝-锌合金 为改善性能常加入硅、镁元素。在铸造条件下,此类合金有“自行淬火”作用,不经热处理就可使用;经变质及热处理后,铸件有较高的强度。此类合金经稳定化处理后,尺寸稳定,常用于制作模型、型板及设备支架等。 jCioQycLyH962geXAwB2St+zoMMoDH8cBiKZXLxDocOYFQZKyyqf2GceqMLK3Jsd

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