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鋁的基本特性與應(yīng)用范疇
鋁是元素周期表中第三周期主族元素,原子序數(shù)為13,原子量為26.9815。鋁含有一系列比其它有色金屬、鋼鐵、塑料和木材等更優(yōu)良的特性,如密度小,僅為2.7g/cm3,約為銅或鋼的1/3;良好的耐蝕性和耐候性;良好的塑性和加工性能;良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性;良好的耐低溫性能,對(duì)光熱電波的反射率高、表面性能好;無磁性;基本無毒;有吸音性;耐酸性好;抗核輻射性能好;彈性系數(shù)??;良好的力學(xué)性能;優(yōu)良的鍛造性能和焊接性能;良好的抗撞擊性。另外,鋁材的高溫性能、成型性能、切削加工性、鉚接性以及表面解決性能等也比較好。因此,鋁材在航天、航海、航空、汽車、交通運(yùn)輸、橋梁、建筑、電子電氣、能源動(dòng)力、冶金化工、農(nóng)業(yè)排灌、機(jī)械制造、包裝防腐、電器家具、日用文體等各個(gè)領(lǐng)域都獲得了十分廣泛的應(yīng)用,下表列出了鋁的基本特性及重要應(yīng)用領(lǐng)域。
鋁的基本特性及重要應(yīng)用領(lǐng)域
基本特性主要特點(diǎn)重要應(yīng)用領(lǐng)域舉例質(zhì)量輕鋁的密度為2.7g/dm3,約為銅或鐵的1/3。是輕量化的良好材料用于制造飛機(jī)、航天器、軌道車輛、汽車、船舶、橋梁、高層建筑、重型機(jī)械部件和質(zhì)量輕的容器等強(qiáng)度好鋁的力學(xué)性能不如鋼鐵,但它的比強(qiáng)度高,能夠添加銅、鎂、錳、鉻等合金元素,制成鋁合金,再經(jīng)熱解決,而得到很高的強(qiáng)度。鋁合金的強(qiáng)度比普通鋼好,也能夠和特殊鋼媲美用于制造橋梁(特別是吊橋、可動(dòng)橋)、飛機(jī)、壓力容器、集裝箱、建筑構(gòu)造材料、小五金等加工容易鋁的延展性優(yōu)良,易于擠出形狀復(fù)雜的中空型材和適于拉伸加工及其它多個(gè)冷熱塑性成形受力構(gòu)造部件框架,普通用品及多個(gè)容器、光學(xué)儀器及其它形狀復(fù)雜的精密零件美觀、適于各種表面解決鋁及其合金的表面有氧化膜,呈銀白色,相稱美觀。如果通過氧化解決,其表面的氧化膜更牢固,并且還能夠用著色和噴涂等辦法,制造出多個(gè)顏色和光澤的表面建筑用壁板、器具裝飾、裝飾品、標(biāo)牌、門窗、幕墻、汽車和飛機(jī)蒙皮、儀表外殼及室內(nèi)外裝修材料等導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好導(dǎo)熱、導(dǎo)電率僅次于銅,約為鋼鐵的3~4倍電線、母線接頭、鍋、電飯鍋、熱交換器、汽車散熱器、電子元件等對(duì)光、熱、電波的反射性好對(duì)光的反射率,拋光鋁為70%,高純度鋁通過電解拋光后為94%,比銀(92%)還高。鋁對(duì)熱輻射和電波也有較好的反射性能照明器具、反射鏡、屋頂瓦板、拋物面天線、冷藏庫(kù)、冷凍庫(kù)、投光器、冷暖器的隔熱材料沒有磁性鋁是非磁性體船上用的羅盤、天線、操舵室的器具等耐低溫鋁在溫度低時(shí),它的強(qiáng)度反而增加而無脆性,因此它是抱負(fù)的低溫裝置材料冷藏庫(kù)、冷凍庫(kù)、南極雪上車輛、氧及氫的生產(chǎn)裝置
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鋁及鋁合金的分類
純鋁比較軟,富有延展性,易于塑性成形。如果根據(jù)多個(gè)不同的用途,規(guī)定含有更高的強(qiáng)度和改善材料的組織和其它多個(gè)性能,能夠在純鋁中添加多個(gè)合金元素,生產(chǎn)出滿足多個(gè)性能和用途的鋁合金。鋁合金可加工成板、帶、條、箔、管、棒、型、線、自由鍛件和模鍛件等加工材(變形鋁合金),也可加工成鑄件、壓鑄件等鍛造材(鍛造鋁合金)。
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變形鋁合金分類、牌號(hào)和狀態(tài)表達(dá)法
3.1
變形鋁合金的分類
變形鋁合金的分類辦法諸多,現(xiàn)在,世界上絕大部分國(guó)家普通按下列三種辦法進(jìn)行分類。⑴按合金狀態(tài)圖及熱解決特點(diǎn)分為可熱解決強(qiáng)化鋁合金和不可熱解決強(qiáng)化鋁合金兩大類。不可熱解決強(qiáng)化鋁合金(如:純鋁、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金)和可熱解決強(qiáng)化鋁合金(如:Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg系合金)。⑵按合金性能和用途可分為:工業(yè)純鋁、光輝鋁合金、切削鋁合金、耐熱鋁合金、低強(qiáng)度鋁合金、中強(qiáng)度鋁合金、高強(qiáng)度鋁合金(硬鋁)、超高強(qiáng)度鋁合金(超硬鋁)、鍛造鋁合金及特殊鋁合金等。⑶按合金中所含重要元素成分可分為:工業(yè)純鋁(1×××系),Al-Cu合金(2×××系),Al-Mn合金(3×××系),Al-Si合金(4×××系),AL-Mg合金(5×××系),Al-Mg-Si合金(6×××系),Al-Zn-Mg合金(7×××系),Al-其它元素合金(8×××系)及備用合金組(9×××系)。這三種分類辦法各有特點(diǎn),有時(shí)互相交叉,互相補(bǔ)充。在工業(yè)生產(chǎn)中,大多數(shù)國(guó)家按第三種辦法,即按合金中所含重要元素成分的4位數(shù)碼法分類。這種分類辦法能較本質(zhì)的反映合金的基本性能,也便于編碼、記憶和計(jì)算機(jī)管理。我國(guó)現(xiàn)在也采用4位數(shù)碼法分類。
3.2
中國(guó)變形鋁合金的牌號(hào)表達(dá)法
根據(jù)GB/T16474—1996“變形鋁及鋁合金牌號(hào)表達(dá)辦法”,凡化學(xué)成分與變形鋁及鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)合同組織(簡(jiǎn)稱國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)組織)命名的合金相似的全部合金,其牌號(hào)直接采用國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào),未與國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)的變形鋁合金接軌的,采用四位字符牌號(hào)(但實(shí)驗(yàn)鋁合金在四位字符牌號(hào)前加X)命名,并按規(guī)定注冊(cè)化學(xué)成分。
四位字符體系牌號(hào)的第一、三、四位為阿拉伯?dāng)?shù)字,第二位為英文大寫字母(C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外)。牌號(hào)的第一位數(shù)字表達(dá)鋁及鋁合金的組別,如1×××系為工業(yè)純鋁,2×××為Al-Cu系合金,3×××為Al-Mn系合金,4×××為Al-Si系合金,5×××為Al-Mg系合金,6×××為Al-Mg-Si系合金,7×××為Al-Zn-Mg系合金,8×××為Al-其它元素合金,9×××為備用合金組。除改型合金外,鋁合金組別按重要合金元素來擬定,重要合金元素指極限含量算術(shù)平均值為最大的合金元素。當(dāng)有一種以上的合金元素極限含量算術(shù)平均值同為最大時(shí),應(yīng)按Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn、其它元素的次序來擬定合金組別。牌號(hào)的第二位字母表達(dá)原始純鋁或鋁合金的改型狀況,最后兩位數(shù)字用以標(biāo)記同一組中不同的鋁合金或表達(dá)鋁的純度。
我國(guó)的變形鋁及鋁合金表達(dá)辦法與國(guó)際上較通用的辦法基本一致。
我國(guó)變形鋁合金新舊牌號(hào)對(duì)照表
新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)新牌號(hào)舊牌號(hào)1A991A971A951A931A901A8510801080A10701070A1370106010501050A1A501350114510351A301100120012352A012A022A042A062A102A112B112A122B122A132A142A162B162A17原LG5原LG4
原LG3原LG2原LG1
代L1
代L2
代L3原LB2
代L4原L4-1代L5-1代15
原LY1原LY2原LY4原LY6原LY10原LY11原LY8原LY12原LY9原LY13原LD10原LY16曾用LY16-1原LY172A202A212A252A492A502B502A702B702A802A90A2214A2117221826182219202421243A213003310330043104300531054A014A114A134A1740044032曾用LY20曾用214曾用225曾用149原LD5原LD6原LD7曾用LD7-1原LD8原LD9
曾用LY19、147
原LF21
原LT1原LD11原LD13原LT1740434043A40474047A5A015A025A035A055B055A065B065A125A135A305A335A415A435A665005501950505251505251545154A54545554575450565356545650825182508351835086
曾用2101、LF15原LF2原LF3原LF5原LF10原LF6原LF14原LF12原L13曾用2103、LF16原LF33原LT41原LF43原LT66
原LF5-1
原LF46A026B026A5161016101A60056005A63516060606160636063A6070618160827A017A037A047A057A097A107A157A197A317A337A527003700570207022705071507055707574758A0680118090原LD2原LD2-1曾用651
原LD30原LD31
原LD2-2
原LB1原LC3原LC4曾用705原LC9原LC10曾用LC15、157曾用919、LC19曾用183-1曾用LB733曾用LC52、5210原LC12
原L6曾用LT96
3.3
中國(guó)變形鋁合金狀態(tài)代號(hào)及表達(dá)辦法
根據(jù)GB/T16475–1996原則規(guī)定,基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)用一種英文大寫字母表達(dá)。細(xì)分狀態(tài)代號(hào)采用基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)后跟一位、兩位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字表達(dá)。
3.3.1
基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)
代號(hào)名
稱說明與應(yīng)用F自由加工狀態(tài)合用于在成型過程中,對(duì)于加工硬化和熱解決條件無特殊規(guī)定的產(chǎn)品,該狀態(tài)產(chǎn)品的力學(xué)性能不作規(guī)定O退火狀態(tài)
合用于經(jīng)完全退火獲得最低強(qiáng)度的加工產(chǎn)品H加工硬化狀態(tài)合用于通過加工硬化提高強(qiáng)度的產(chǎn)品,產(chǎn)品在加工硬化后可通過(也可不通過)使強(qiáng)度有所減少的附加熱解決H代號(hào)背面必須跟有兩位或三位阿拉伯?dāng)?shù)字T熱解決狀態(tài)(不同于F、O、H狀態(tài))合用于熱解決后,通過(或不通過)加工硬化達(dá)成穩(wěn)定狀態(tài)的產(chǎn)品T代號(hào)背面必須跟有一位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字
3.3.2
細(xì)分狀態(tài)代號(hào)HXX狀態(tài)H背面的第一位數(shù)字表達(dá)獲得該狀態(tài)的基本解決程序H1——單純加工硬化狀態(tài)合用于未經(jīng)附加熱解決,只經(jīng)加工硬化即獲得所需強(qiáng)度的狀態(tài)。H2——加工硬化及不完全退火的狀態(tài)合用于加工硬化程度超出成品規(guī)定規(guī)定后,經(jīng)不完全退火,使強(qiáng)度減少到規(guī)定指標(biāo)的產(chǎn)品。H3——加工硬化及穩(wěn)定化解決的狀態(tài)合用于加工硬化后經(jīng)低溫?zé)峤鉀Q或由于加工過程中的受熱作用致使其力學(xué)性能達(dá)成穩(wěn)定的產(chǎn)品。H4——加工硬化及涂漆解決的狀態(tài)合用于加工硬化后,經(jīng)涂漆解決造成了不完全退火的產(chǎn)品。H背面的第二位數(shù)字表達(dá)產(chǎn)品的加工硬化程度,從1到9的數(shù)字來表達(dá)不同的硬化程度,數(shù)字8表達(dá)硬狀態(tài),9表達(dá)超硬狀態(tài)。
HXXX狀態(tài)H111——合用于最后退火后又進(jìn)行了適量的加工硬化,但加工硬化程度又不及H11狀態(tài)的產(chǎn)品。H112——合用于熱加工成型的產(chǎn)品,該狀態(tài)產(chǎn)品的力學(xué)性能有規(guī)定規(guī)定。H116——合用于鎂含量≥4.0%的5XXX系合金制成的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品含有規(guī)定的力學(xué)性能和抗剝落腐蝕性能規(guī)定。TX狀態(tài)在T背面添加0~10的阿拉伯?dāng)?shù)字,表達(dá)的細(xì)分狀態(tài)稱做TX狀態(tài),以下表所示,T背面的數(shù)字表達(dá)對(duì)產(chǎn)品的基本解決程序。
狀態(tài)代號(hào)說
明
與
應(yīng)
用T0固溶熱解決后,經(jīng)自然時(shí)效再通過冷加工狀態(tài)合用于經(jīng)冷加工提高強(qiáng)度的產(chǎn)品T1由高溫成型過程冷卻,然后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)合用于由高溫成型過程冷卻后,不再進(jìn)行冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平,但不影響力學(xué)性能極限)的產(chǎn)品T2由高溫成型過程冷卻,經(jīng)冷加工后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)合用于由高溫成型過程冷卻后,進(jìn)行冷加工或矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品T3固溶熱解決后進(jìn)行冷加工,再經(jīng)自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)合用于在固溶熱解決后,進(jìn)行冷加工或矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品T4固溶熱解決后自然時(shí)效至基本穩(wěn)定的狀態(tài)合用于固溶熱解決后,不再進(jìn)行冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平,但不影響力學(xué)性能極限)的產(chǎn)品T5由高溫成型過程冷卻,然后進(jìn)行人工時(shí)效狀態(tài)合用于由高溫成型過程冷卻后,不通過冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平,但不影響力學(xué)性能極限),予以人工時(shí)效的產(chǎn)品T6固溶熱解決后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)合用于固溶熱解決后,不再進(jìn)行冷加工(可進(jìn)行矯直、矯平,但不影響力學(xué)性能極限)的產(chǎn)品T7固溶熱解決后進(jìn)行過時(shí)效的狀態(tài)合用于固溶熱解決后,為獲取某些重要特性,在人工時(shí)效時(shí),強(qiáng)度在時(shí)效曲線上越過了最高峰點(diǎn)的產(chǎn)品T8固溶熱解決后經(jīng)冷加工,然后進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài)合用于經(jīng)冷加工或矯直、矯平提高強(qiáng)度的產(chǎn)品T9固溶熱解決后人工時(shí)效,然后進(jìn)行冷加工的狀態(tài)合用于經(jīng)冷加工提高強(qiáng)度的產(chǎn)品T10由高溫成型過程冷卻,再進(jìn)行冷加工,然后人工時(shí)效的狀態(tài)合用于經(jīng)冷加工矯直、矯平以提高強(qiáng)度的產(chǎn)品注:某些6XXX系的合金,無論是爐內(nèi)固溶熱解決,還是從高溫成型過程急冷以保存可溶性組分在固溶體中,均能達(dá)成相似的固溶熱解決效果,這些合金的T0、T3、T4、T6、T7、T8和T9狀態(tài)可采用上述兩種。TXX狀態(tài)、TXXX狀態(tài)在TX狀態(tài)代號(hào)背面再添加一位阿拉伯?dāng)?shù)字稱做TXX狀態(tài),或添加兩位阿拉伯?dāng)?shù)字稱做TXXX狀態(tài),表達(dá)通過了明顯變化產(chǎn)品特性(如力學(xué)性能、抗腐蝕性能等)的特定工藝解決的狀態(tài),以下表所示。
狀態(tài)代號(hào)說
明
與
應(yīng)
用T42合用于自O(shè)或F狀態(tài)固溶熱解決后,自然時(shí)效到充足穩(wěn)定狀態(tài)的產(chǎn)品,也合用于需方任何狀態(tài)的加工產(chǎn)品熱解決后,力學(xué)性能達(dá)成T42狀態(tài)的產(chǎn)品T62合用于自O(shè)或F狀態(tài)固溶熱解決后,進(jìn)行人工時(shí)效的產(chǎn)品,也合用于需方對(duì)任何狀態(tài)的加工產(chǎn)品熱解決后,力學(xué)性能達(dá)成T62狀態(tài)的產(chǎn)品T73合用于固溶熱解決后,通過時(shí)效以達(dá)成規(guī)定的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能指標(biāo)的產(chǎn)品T74與T73狀態(tài)定義相似。該狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度不不大于T73狀態(tài),但不大于T76狀態(tài)T76與T73狀態(tài)定義相似。該狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度分別高于T73、T74狀態(tài),抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能分別低于T73、T74狀態(tài),但其抗剝落腐蝕性能仍較好T7X2合用于自O(shè)或F狀態(tài)固溶熱解決后,進(jìn)行人工過時(shí)效解決,力學(xué)性能及抗腐蝕性能達(dá)成T7X狀態(tài)的產(chǎn)品T81合用于固溶熱解決后,經(jīng)1%左右的冷加工變形提高強(qiáng)度,然后進(jìn)行人工時(shí)效的產(chǎn)品T87合用于固溶熱解決后,經(jīng)7%左右的冷加工變形提高強(qiáng)度,然后進(jìn)行人工時(shí)效的產(chǎn)品
消除應(yīng)力狀態(tài)在上述TX或TXX或TXXX狀態(tài)代號(hào)背面再添加“51”、“510”、“511”、“52”、“54”表達(dá)經(jīng)歷了消除應(yīng)力解決的產(chǎn)品狀態(tài)代號(hào),以下表所示。
狀態(tài)代號(hào)說
明
與
應(yīng)
用TX51TXX51TXXX51合用于固溶熱解決或自高溫成型過程冷卻后,按規(guī)定量進(jìn)行拉伸的厚板、軋制或冷精整的棒材以及模鍛件、鍛環(huán)或軋制環(huán),這些產(chǎn)品拉伸后不再進(jìn)行矯直厚板的永久變形量為1.5%~3%;軋制或冷精整棒材的永久變形量為1%~3%;模鍛件、鍛環(huán)或軋制環(huán)的永久變形量為1%~5%TX510TXX510TXXX510合用于固溶熱解決或自高溫成型過程冷卻后,按規(guī)定量進(jìn)行拉伸的擠制棒、型和管材,以及拉制管材,這些產(chǎn)品拉伸后不再進(jìn)行矯直擠制棒、型和管材的永久變形量1%~3%;拉制管材的永久變形量為1.5%~3%TX511TXX511TXXX511合用于固溶熱解決或自高溫成型過程冷卻后,按規(guī)定量進(jìn)行拉伸的擠制棒、型和管材,以及拉制管材,這些產(chǎn)品拉伸后略微矯直以符合原則公差擠制棒、型和管材的永久變形量1%~3%;拉制管材的永久變形量為1.5%~3%TX52TXX52TXXX52合用于固溶熱解決或高溫成型過程冷卻后,通過壓縮來消除應(yīng)力,以產(chǎn)生1%~5%的永久變形量的產(chǎn)品TX54TXX54TXXX54合用于在終鍛模內(nèi)通過冷整形來消除應(yīng)力的模鍛件
材
質(zhì)拉伸性能布氏硬度HBS10/500疲勞強(qiáng)度/Mpaσb/Mpaσ0.2/Mpaδ/%1060-O1060-H121060-H141060-H161060-H18708510011513030759010512543161286192326303520303545451100-O1100-H121100-H141100-H161100-H1890110125145165251051151401502512965232832384435405060601350-O1350-H121350-H141350-H161350-H188595110175185308595110165
-T3-T78380405295310131295100125125-O-T4,T415-T6,T651185425485952904151618114510513590145125包鋁-O包鋁-T3包鋁-T4,T451包鋁-T6,T6511704354214707027525541521202210
-O-T4,T45118042570275
4510590125-T61420315
1051252024-O2024-T32024-T4,T3512024-T36118548547049575345325395201820134712012013090140140125包鋁2024-O包鋁2024-T3包鋁2024-T4,T351包鋁2024-T361包鋁2024-T81,T851包鋁2024-T861180450440460450480753102903653253952018191166
2025-T62036-T42117-T42218-T72400300295330255195165255
24110
7095125125952219-O2219-T422219-T31,T3512219-T372219-T622219-T81,T8512219-T871703603603954154554757518525031529035039518201711101010
1051051052618-T61625530
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材
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5
Al-Mg-Si系合金(6×××系)6063合金是Al-Mg-Si系合金中典型代表,含有特別優(yōu)良的可擠壓性和可焊接性,是建筑門窗型材的首選材料。它的特點(diǎn)是在壓力加工的溫度–速度條件下,塑性性能和抗蝕性高;沒有應(yīng)力腐蝕傾向;在焊接時(shí),其抗蝕性事實(shí)上不減少。
6×××系鋁合金的品種
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