铝及其合金的应用与处理技术

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：纯铝的主要用途是代替贵重的铜合金制作导线、配制各种铝合金，以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。铝合金固溶处理温度必须严格控制，温度过高将使合金材质变脆。3）铸造铝合金铸造铝合金组织中有一定比例的共晶体，若采用变质处理则能使共晶体细化，并在一定程度上强化和韧化铸造铝合金。1）变形铝合金。变形铝合金塑性好，易于压力加工。2）铸造铝合金。例如，ZL102 表示2 号铝－硅系铸造铝合金。

1.工业纯铝

工业上，铝的含量ω（Al）为99%～99.99%时称为纯铝。纯铝的主要性能特点是：密度较小（约2.9 g／cm3），熔点为660 ℃，具有面心立方晶格结构，无同素异形转变。因此纯铝的导电性、导热性很高，仅次于银、铜、金。在室温下，铝的导电能力为铜的62%。但按单位质量导电能力计算，则铝的导电能力约为铜的200%。

纯铝是非磁性、无火花材料，而且反射性能好，既可反射可见光，也可反射紫外线。纯铝的强度很低（σb 仅45 MPa），但塑性很高（δ＝35%～50%），通过加工硬化，可使纯铝的硬度提高，但塑性下降。在空气中铝的表面可生成致密的氧化膜，隔绝了空气，故铝在大气中具有良好的耐蚀性。

工业纯铝分为纯铝（99%＜ω（Al）＜99.85%）和高纯铝（ω（Al）＞99.85%）两类。纯铝又分为铸造纯铝和变形铝两种。

纯铝的主要用途是代替贵重的铜合金制作导线、配制各种铝合金，以及制作要求质轻、导热或耐大气腐蚀但强度要求不高的器具。

纯铝的牌号中数字表示纯度高低。旧牌号有L1、L2、L3 等，符号“L”表示铝，后面的数字越大则纯度越低，对应新牌号为1A99、1A97、1A85 等。

2.铝合金

由于纯铝强度低，故不适合制作工程结构。在纯铝中加入适量的Si、Cu、Mg、Zn、Mn 等主加元素和Cr、Ti、Zr、B、Ni 等辅加元素，生成铝合金，则可以大大提高铝的强度，且保持纯铝的特性。其中，主加元素具有高溶解度，能起显著的强化作用；辅加元素具有改善铝合金某些工艺性能（如细化晶粒、改善热处理性能等）的作用。

（1）铝合金的强化途径

1）不可热处理强化的变形铝合金。

这类铝合金在固态范围内加热、冷却无相变，因而不能进行热处理强化，其常用的强化方法是冷变形，如冷轧、压延等。

2）可热处理强化变形铝合金

这类铝合金不但可变形强化，还能够通过热处理进一步强化，其工艺是先进行固溶处理，然后进行时效处理。在室温下进行的时效称为自然时效，加热到200 ℃以下进行的时效称为人工时效。铝合金固溶处理温度必须严格控制，温度过高将使合金材质变脆。

3）铸造铝合金

铸造铝合金组织中有一定比例的共晶体，若采用变质处理则能使共晶体细化，并在一定程度上强化和韧化铸造铝合金。

（2）铝合金分类

铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。

1）变形铝合金。

变形铝合金塑性好，易于压力加工。变形铝合金按其主要性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等，它们常由冶金厂加工成各种规格的型材、板、带、线、管等。

①防锈铝。防锈铝的工艺特点是塑性及焊接性能好，常用拉延法制造各种高耐蚀性的薄板容器（如油箱等）、防锈蒙皮，以及受力小、质轻、耐蚀的制品与结构件（如管道、窗框、灯具等）。常用的防锈铝有5A02、5A05、3A21 等。

②硬铝。硬铝中如含铜、镁量多，则强度、硬度高，耐热性好（可在200℃以下工作），但塑性、韧性低。常用的硬铝有2A01、2A10、2A11、2A12、2A16 等。2A01（铆钉硬铝）有很好的塑性，常用来制造铆钉；飞机上常用铆钉材料为2A10；2A11 常用来制造形状较复杂、载荷较低的结构零件及仪器（如光学仪器中目镜框等）；2A12是目前最重要的飞机结构材料，广泛用于制造飞机翼肋、翼架等受力构件。

③超硬铝。超硬铝常用于制造飞机上受力大的结构零件，如起落架、大梁等，以及光学仪器中要求质量轻而受力较大的结构零件。常用的超硬铝有7A04、2A09 等。

④锻铝。锻铝主要用作航空及仪表工业中各种形状复杂、要求比强度较高的锻件或模锻件，如各种叶轮、框架、支杆等。常用的锻铝有2A50、2A14、2A70 等。

2）铸造铝合金。

铸造铝合金力学性能不如变形铝合金，但其铸造性能好，可进行各种成形铸造，主要有Al－Si 系、Al－Cu 系、Al－Mg 系和Al－Zn 系4 类，其中以Al－Si 系应用最广泛。

①Al－Si 系代号为：ZL1 ＋两位数字顺序号（合金顺序号）。顺序号不同者，化学成分也不同。例如，ZL102 表示2 号铝－硅系铸造铝合金。若为优质合金，则在代号后面加“A”。Al－Si 系铸造铝合金的铸造性能好，具有优良的耐蚀性、耐热性和焊接性能，用于制造飞机、仪表、电动机壳体、气缸体、风机叶片和发动机活塞等。

②Al－Cu 系代号为：ZL2 ＋两位数字顺序号。这类合金的耐热性好、强度较高，但密度大，铸造性、耐蚀性差，强度低于Al－ Si 系合金，常用代号有ZL201（ZA1Cu5Mn）、ZL203（ZA1Cu4）等，主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机气缸头、汽车活塞等。

③Al－Mg 系代号为：ZL3 ＋两位数字顺序号。这类合金的耐蚀性好、强度高、密度小，但铸造性能差、耐热性低，常用代号为Z3L01（ZAlMg10）、ZL303（ZAlMg5Sil）等，主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。

④Al－Zn 系代号为：ZL4 ＋两位数字顺序号。这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化，但密度大、耐蚀性较差，常用代号为ZL041（ZAlZn11Si7）、ZL402（ZAlZn6Mg）等，主要用于制造形状复杂、受力较小的汽车、飞机、仪器零件。

铝及其合金的应用与处理技术

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