金属材料-3 铝合金

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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7/22/2021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我国是原铝生产大国,年产量超过550万吨;铝加工材料>360万吨,年产3万吨以上大型铝材企业超过25家其中：铝型材210万吨、铝箔40

2、万吨、铝板80万吨、铝带30万吨。7/22/2021(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。7/22/202199

3、.996%纯铝熔点660.37℃、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7/22/2021(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50～800MPa，屈服强度为10～700MPa，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

4、。弹性模量变化不大，大致为7～8×104MPa。疲劳强度较低，但低温下，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。7/22/2021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7/22/2021(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

5、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，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。7/22/2021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

6、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7/22/2021热膨胀系数大：为不锈钢、铜、黄铜的约1.5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，以变形。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7/22/2

7、021纯铝强度低，σb=80～100MPa，σ0.2=30～50MPa，δ=35-40%，HB=25-30；即使冷变形60～80%，σb=150～180MPa，但δ=1～1.5%，难以满足需要，需合金化。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7/22/2021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7/22/2021合金元素在铝中的极

8、限固溶度ZnAgMgGeCuLiSiMnTiCrVZrFeat%28.813.813.52.72.41.631.590.90.740.40.210.080.025wt%7056.617.47.25.654.21.651.82除Ag、Ge外，其他元素均是常见合金化元素Zn、Mg、Cu、Li（