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铝合金

以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金,是轻金属材料之一。 

以铝为基添加一定量其他合金化元素的合金,是轻金属材料之一。铝合金除具有铝的一般特性外,由于添加合金化元素的种类和数量的不同又具有一些合金的具体特性。铝合金的密度为2.63~2.85g/cm,有较高的强度(σb为110~650MPa),比强度接近高合金钢,比刚度超过钢,有良好的铸造性能和塑性加工性能,良好的导电、导热性能,良好的耐蚀性和可焊性,可作结构材料使用,在航天、航空、交通运输、建筑、机电、轻化和日用品中有着广泛的应用。 

铝合金按其成分和加工方法又分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是先将合金配料熔铸成坯锭,再进行塑性变形加工,通过轧制、挤压、拉伸、锻造等方法制成各种塑性加工制品。铸造铝合金是将配料熔炼后用砂模、铁模、熔模和压铸法等直接铸成各种零部件的毛坯。

变形铝合金是以各种压力加工方法制成的管、棒、线、型等半成品铝合金。根据其用途又可分为防腐铝合金、超硬铝、特殊铝、硬铝、锻铝5类。

常用的防锈铝合金中主要合金元素是锰和镁,加锰可提高其抗蚀能力,加镁使其强化并降低比重,其特点是耐腐蚀,抛光性好,可长时间保持光亮表面,强度比纯铝高,多用于制造与液体接触的零件、管道、日用品、装饰品等; 硬铝又称杜拉铝,是铝、铜、镁合金,并含少量锰。铜、镁在铝中溶解度较大,有强化效应,锰使其耐蚀。硬铝根据其合金元素含量不同可分别制造铆钉、飞机的螺旋桨及飞机上的高强度零件; 超硬铝是含有锌的硬铝,其硬度、强度均比硬铝高,不同品种的超硬铝用于制造各种结构零件、高载荷零件,是航空工业的重要材料之一; 锻铝在一般状态下具有高的塑性,强度大,用来制造各种锻件或冲压件,如内燃机活塞等; 特殊铝是在特定情况下使用的,组分不同,各有用途。 

铸造铝合金是用来直接浇铸各种形状的机械零件的铝合金。按加入的主要元素不同又可分为Al-Si系合金、Al-Zn系合金、Al-Mg系合金。每个系统各有牌号,较为复杂。 

变形铝合金和铸造铝合金的根本差别可用铝基二元合金相图来说明:成分位于B′点以左的合金属于变形铝合金,当加热到高于固溶线(BD)温度时,它可获得单相α固溶体,其塑性加工性能较好,适于冷、热压力加工。由于熔铸技术的发展,有些变形铝合金的成分已扩大到F点。成分在E点以右的合金属于铸造铝合金。由于其组织中含有低熔点共晶体,流动性好,可防止热裂现象,适于铸造成形。可见铸造铝合金的成分含量比变形铝合金的高。铝合金又分可热处理强化和不可热处理强化的两类。成分在D点以左的合金,其固溶体的成分不随温度的变化而变化,热处理时没有相的变化,不发生强化,称为非热处理强化合金;合金成分位于DF之间的合金,其固溶体的成分随温度而改变,即热处理时有相的变化,因而发生强化,称为可热处理强化合金。

铝合金研究与发展的初期主要是和航空工业联系在一起的,只有近百年的历史,但发展得很快,用途范围不断扩大,在金属材料中其产量在钢铁之后居第二位,在有色金属材料中居首位。铝合金将有很大的发展:采用更新的工艺方法,改进原有合金,发展新合金,赋予更新更加完善的使用性能,扩大使用范围,增大使用量。 

1908年美国铝业公司发明电工铝合金1050,并制成钢芯铝绞线,开创高压远程输电先锋。

1915年美国铝业公司发明2017合金,1933年发明2024合金,使铝在航空器中的应用得以迅速扩大。 1933年美国铝业公司发明6061合金,随即创造了挤压机淬火工艺,显著扩大了挤压型材应用范围。

1943年美国铝业公司发明了6063合金及7075合金,开创了高强度铝合金的新纪元。

1965年美国铝业公司又发明了A356铸造铝合金,这是经典铸造铝合金。

随着对铝合金材料方面的研究深入,高强铝合金(2000、7000系列)以其优异的综合性能在商用飞机上的使用量已经达到其结构质量的80%以上,因此得到全球航空工业界的普遍重视。铝合金开始逐渐应用于生活,军事,科技方面。

铝合金具有密度低、力学性能佳、加工性能好、无毒、易回收、导电性、传热性及抗腐蚀性能优良等特点,在船用行业、化工行业、航空航天、金属包装、交通运输等领域广泛使用。 

铝合金是制造飞机用的主要材料。铝合金与制造汽车用的软钢比较起来,价格贵、密度小,相对密度为2.8,与软钢相对密度7.8比较,约轻三分之一,尽管强度相差不多,但对飞机来说,材料轻是最主要的,而且耐腐蚀性较强,加工也方便,故铝合金是制造飞机最理想的材料。 

硬铝根据其合金元素含量不同可分别制造铆钉、飞机的螺旋桨及飞机上的高强度零件; 超硬铝是含有锌的硬铝,其硬度、强度均比硬铝高,不同品种的超硬铝用于制造各种结构零件、高载荷零件,是航空工业的重要材料之一。 

铝及铝合金在造船工业中应用越来越广,小到汽艇大到万吨油轮,从海上气垫船到海下潜艇,从民用到军工,从捕鱼船到海洋开采船,均使用综合性能优良的铝合金生产船舶外壳、支架结构、配套设施、管道等。 

铝合金应用于船用行业,可以使船的整体质量减重,有利用船舶行驶速度的提升,并能抵抗海水对船舶的腐蚀。  在船用行业应用的铝合金主要是铝铜合金、铝镁合金和铝硅合金。铝铜合金在我国及俄罗斯船舶中使用广泛,但其耐海水腐蚀性能差,阻碍了其在船舶行业中的发展。铝镁合金主要用于船体外壳、水泵导管、泵壳体及机座支架等,牌号有5083、5086、5456、5466等。铝硅合金结构强度适中,流动性好,充型能力强,易于生产致密度较高、结构复杂的零部件,如高压阀件、气缸体、泵、减速箱外壳、涡轮叶片等。 

铝具有良好的导热性,铝及铝合金广泛用于生产化工设备中换热设备、抗浓硝酸腐蚀的贮槽、吸附过滤器、分馏塔、管道及许多内衬等。铸造铝合金的流动性好,充型能力强,收缩率小,不易形成裂纹,抗腐蚀性能好(其表面可形成三氧化二铝、二氧化硅保护膜),质量轻,力学性能好优良,大量用于制造结构复杂的抗腐蚀零部件,如汽缸、管件、阀门、泵、活塞等。铝在化工生产中有许多特殊的用途  。铝不产生火花,铝合金可生产盛装容易挥发性物质的容器;铝无毒性,不会造成食物变质,不影响商品的外观,不腐蚀商品,因此,铝合金广泛用于制作食品化工工业中相关设备。 

铝合金可用于金属包装,其具有以下优良特点:力学性能好,质轻抗压强度高,经久耐用,便于储存和运输商品;阻隔性能好,可阻挡阳光、氧气和潮湿的环境对物品的破坏,可延长物品的保质期;质地好、有美感,铝合金用作包装有独特的金属光泽,触摸感好、美观,提升商品品质;无毒易回收,可循环利用,节约资源,减少环境污染。铝合金被广泛用于啤酒、饮料及其他食品罐,多为冲压拉延成型结构。铝箔器皿美观、质轻、传热性好,用于快餐食品的包装,具有保鲜、保味、无毒的功效,被越来越多的食品行业使用。铝合金金属软管可挤压变形,内装物挤压即可使用,简单方便,常用于膏状化妆品包装。

铝合金的比强度高、质量轻、流动性好、充型能力强、耐蚀性好、熔点低,广泛用于拖拉机、机车零部件、电子产品、医疗器械、建筑装饰等行业。铝合金有优良的延展性,在日用品行业及食品行业得到大量使用。在输送电力领域,铝合金制作的导线成本低、质量轻、抗腐蚀性能好、传热及易导电、抗磨,因而越来越受到人们的重视。在输电领域,铝合金的使用量最大,高达90%的高压导线材料是铝制品[10]。铝硅合金可作为良好的脱氧剂,减少钢产生皮下气泡的敏感性,炼钢脱氧提高钢的品质,铝硅合金市场用量大,全国每年需求量达百万吨。



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