铝的介绍及其应用 陈胜译

RES-1美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月总论:铝合金的物理性能及其产品应用美铝亚洲合金与产品技术培训中国渤海2006年2月罗伯特·桑德斯博士美铝技术中心美国宾州美铝中心RES-2美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月美铝公司：范围最广的工业产品制造者我们制造那些合金和产品？–在哪里、如何制造？–铝加工技术－从采矿到最终产品如何定义我们的产品？–合金牌号和热处理工艺编号–美铝内部编号系统用户如何使用我们的产品？–直接使用最终产品–形变、连接、表面处理、机加工、腐蚀在主要市场上的新发展–汽车与航空–表面关键材料从哪里得到信息和帮助？RES-3美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月美铝公司业务氧化铝和化学品￥162亿元包装￥259亿元其它￥186亿元轧制产品￥470亿元工程应用产品￥510亿元2004年营业收入：1900亿元人民币原铝￥307亿元RES-4美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月美铝市场地位业务/产品全球业务总量美铝全球排名上游产品氧化铝￥960亿元1铝锭及增值产品￥3760亿元1加工制品轧制品￥2240亿元2挤压制品￥1600亿元1锻造产品￥200亿元1熔模铸造件￥320亿元1特殊紧固件￥200亿元1电气配线￥640亿元5包装最终用户用￥280亿元1（北美）间接用户用￥960亿元前10RES-5美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月为什么用户会选择铝合金产品？RES-6美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月为什么用户会选择铝合金产品？密度低导电性好强度高表面光亮隔绝气体表面可喷漆或阳极氧化处理成型性好热传导率高可焊接抗腐蚀抗冲击性好可回收再利用RES-7美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月铝的优势•密度低(是钢的1/3)–用铝替代钢，通过合理的结构设计，构件重量可减轻50%•导电率高(是铜的65%)–与铜相比，相通重量的铝可以承载两倍的电流•良好的耐腐蚀性(不会生锈!)–在特殊环境中选用铝合金•无磁性•隔绝氧、光•热传导率高(是钢的5倍)–对于包装和热交换器等应用很重要物理性能RES-8美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月材料与竞争存在哪些竞争?我们的竞争策略是什么?•铝罐–塑料、玻璃、钢•瓶盖–塑料、钢•建筑材料–木材、塑料•包装箔–纸、塑料•汽车–钢、塑料功能上的优势密度轻、抗腐蚀耐火尺寸均匀性好隔绝水、气、光表面与外观成型性好循环再利用加工成本低大规模生产成本低可连续铸造RES-9美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月工程材料的强度YieldStrengthsforEngineeringMaterials(fromAshby,MaterialSectioninMechanicalDesign,1992)110100100010000AlSteelTiCuMgWood(w/grain)PolymersYieldStrength,MPa206002001000200020010008090300120201205铝钢钛铜镁木材聚合物屈服强度,MPa各种工程材料的屈服强度摘自：Ashby著，机械设计中的材料选择，1992RES-10美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月各种工程材料的密度DensityValuesforEngineeringMaterials(fromAshby,MaterialSelectioninMechanicalDeisgn,19922.77.874.548.961.740.71.5012345678910AlSteelTiCuMgWood(w/grain)PolymersDensity,grams/cc*Valuesvaryfrom0.5-0.8**valuesrangefrom0.9(LDPE)to1.4(PVC)to2.0(PTFE)***铝钢钛铜镁木材聚合物*变化范围为0.5-0.8**变化范围从0.9(LDPE)到1.4(PVC)到2.0(PTFE)密度,克/立方厘米各种工程材料的密度对比摘自：Ashby著，机械设计中的材料选择，1992RES-11美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月铝的优势产品多种多样•通过不同的合金和热处理工艺可制备出多种-高强度结构件-具有良好柔韧性的包装用材料•产品种类多种多样-铸件-锻件-铝箔-挤压件/管-板带-粉末•按照用户需求进行表面加工-轧态-机加工-叠片-阳极氧化-焊接-抛光-喷漆/涂层-粘结•回收利用RES-12美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月铝与钢的对比性能铝合金6022-T4低碳钢(深冲级)不锈钢(316)屈服强度Y=193MPaY=220MPaY~310MPa刚度(弹性模量)E=69GPaE=207GPaE=210GPa疲劳强度好好好断裂韧性Gc=20kJ/m2Gc=100kJ/m2Gc~100kJ/m2密度2.7Mg/m37.8Mg/m37.8Mg/m3成本27元/公斤6元/公斤27~36+元/公斤耐腐蚀性好一般很好RES-13美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月铝与钢的对比铝•比钢轻•比大多数钢耐腐蚀•比普通钢贵3倍•是钢的强度的1/3，但很多情况下铝的比强度比钢的比强度高钢•具有较高的延展性，比铝更容易成型不锈钢•应用在耐腐蚀性要求很高的场合RES-14美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月铝合金选择的“难解之谜”•不同应用场合对性能的要求各不相同•成型性的重要性在不同应用中可大可小•提高产品在某方面性能可能会牺牲其它方面的性能强度表面质量耐腐蚀性成本疲劳成型性连接疲劳强度表面精饰RES-15美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月拉伸试验结果•对于绝大多数结构材料，抗拉强度都有下限值，以确保安全•对于大变形材料，材料的抗拉强度有上限值•拉伸试验是大多数质量检测中最常用的方法•用户的后续加工工艺可能会改变材料的强度（或热处理状态），例如成型喷漆、涂层烘烤等RES-16美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月工程应力-应变曲线XFractureUltimateTensileStressYieldStress1ESlope=ElasticModulus--0.2%--Strain(elongation)Stress(force)L=gagelength*英制-ksi公制-MPa*斜度＝弹性模量屈服强度抗拉强度断裂应力应变（延伸率）标距长度RES-17美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月弹性模量（E）-“刚度”材料在受到外力或载荷的时候，发生非永久性形变（弹性形变）;当外力或载荷去除时，材料会回复到变形前的形状应力=E×应变铝的弹性模量约为钢的1/3.用铝合金取代钢结构件时，必须改变构件的厚度或尺寸。弹性模量与材料的强度无关。LoadLoadaluminumalloystructuralsteel结构钢铝合金载荷载荷RES-18美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月美国与加拿大总计：1137万吨建筑14.8%出口8.2%其它10.1%电气6.4%耐用消费品6.4%容器与包装20.3%交通运输33.9%铸锭31.6%挤压件/管17.4%其它5.4%板带箔45.7%2004年主要市场铝合金的装船量(数据来源：2004年美国铝业协会统计报告)主要应用市场产品类型RES-19美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月2004年北美市场主要用铝分布图交通运输总量:333万吨半刚性容器13万吨家用或速食品17万吨易拉罐用板材185万吨拖车及半成品34万吨客车/公共汽车42万吨客车257万吨包装总量:215万吨RES-20美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月2003年中国铝材的消费结构领域产品/万吨总计百分比/%轧制品挤压件棒线材铸件其它建筑19.5138.67.128.826.1220.130交通运输14.320.26.256.39.2106.214.5耐用品13.716.59.321.813.374.610.1机械13.66.911.225.09.466.19.0电力能源13.86.047.222..24.793.912.8易拉罐18.0000018.02.5其它包装40.0000040.05.5其它15.19.829.030.929.3114.115.6总计148.0198.0110.0185.092.0733.0100RES-21美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月纯铝的特性晶体结构：面心立方纯铝退火后，对其进行的任何操作都会降低其导电性、热传导率纯铝退火后，对其进行的任何操作都会提高其强度对光具有良好的反射性，是紫外区反射性最好的金属热发射率很低在室温下，铝合金表面形成30埃厚的氧化铝薄膜后，将停止氧化过程RES-22美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月不同温度下铝合金的性质•高温下–熔点661ºC(1222华氏度)–随温度升高，强度迅速降低（详见下一张幻灯片）–绝大多数铝合金都用于200-250ºC以下•低温下–性能随温度降低而升高–铝合金常用于低温结构件，如焊接低温贮罐RES-23美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月0102030405060700200400600800华氏温度屈服强度,ksi5083-H3212124-T8512219-T8516061-T6铝合金的高温强度变化曲线(测试前在温度点保温30分钟)483414345276207138690华氏度-1893204316427摄氏度KSIMPaRES-24美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月0102030405060-500-400-300-200-1000100华氏温度屈服强度,ksi6061-T6YS5083-H321YS5083-H321%Elong6061-T6%Elong铝合金在低温下的性能变化曲线延伸率延伸率屈服强度屈服强度-296-240-129-7337摄氏度-184-18MPa414345276207138690KSI华氏度RES-25美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月铝合金•铝常与其它金属混合（合金化）以提高产品的强度或其它性能•不同铝合金的成分变化很大，这使得铝合金的各种性能具有很宽的变化范围•铝合金牌号是一种国际通用的方法，使我们可以同用户进行交流–这些命名方式由美国铝业协会或各国的的国家性机构制定•为了满足特殊客户的性能需求，美铝通常会制定更加严格的内部成分控制标准–美铝公司的成分控制比美国铝业协会的标准更加严格RES-26美铝公司版权所有如无许可不得复制美铝公司产品与技术培训中国渤海，2006年2月1xxx纯度为99.00%以上的纯铝2xxx以铜为主要合金元素的铝合金3xxx以锰为主要合金元素的铝合金4xxx以硅为主要合金元素的铝合金5xxx以镁为主要合金元素的铝合金6xxx以镁和硅为主要合金元素的铝合金7xxx以锌（和镁）为主要合金元素的铝合金8xxx以其它合金元素为主要合金元素的铝合金合金系