铝合金的分类和基本性能-1

铝合金的分类及基本性能变形铝合金的分类方法很多,目前,世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类:{罗苏主编.变形铝合金的分类.湖南：中南大学出版社，2006}(1)按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。(2)按合金性能和用途可分为:工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金(硬铝)、超高强度铝合金(超硬铝)、锻造铝合金及特殊铝合金等。(3)按合金中所含主要元素成分可分为:工业纯铝(1XXX系),Al-Cu合金(2XXX系),Al-Mn合金(3XXX系),Al-Si合金(4XXX系),Al-Mg合金(5XXX系),Al-Mg-Si合金(6XXX系),Al-Zn-Mg-Cu合金(7XXX系),Al-其它合金元素(8XXX系)及备用合金组(9XXX系)这三种方法各有特点，有事互相交叉、相互补充。在工业生产中，绝大多数国家按第三种方法，即合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法较本质的反应合金的基本性能，，也便于编码、记忆和计算机管理。我们这里主要讲第三种分类.表1为铝合金的分类。{刘静安，谢水生主编.铝合金材料的应用于技术.北京：冶金工业出版社，2004}表0-1铝合金的分类铝合金变形铝合金非热处理型纯铝—1×××系，如1000Al-Mn系合金—3×××，如3004合金Al-Si系合金—4×××，如4043合金Al-Mg系合金—5×××，如5083合金热处理型Al-Cu系合金—2×××，如2024合金Al-Mg-Si系合金—6×××，如6063合金Al-Zn-Mg-Cu系合金—7×××，如7075合金热或非热处理型Al-其它合金—8×××，如8089合金备用合金组—9×××，铸造铝合金非热处理型Al-Si系合金，如ZL102合金Al-Mg系合金，如ZL103合金热处理型Al-Cu-Si系合金，如ZL107合金Al-Cu-Mg-Si系合金，如ZL110合金Al-Mg-Si系合金,如ZL104合金Al-Mg-Zn系合金,如ZL305合金一.1×××系铝合金{张士林，任颂赞主编.简明铝合金手册.上海：上海科学技术文献出版社，2006}1.1纯铝的一般特性铝是元素周期表中第三周期主族元素，具有棉芯立方结构，无同素异构转变。铝具有一系列的优点：密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好等特点。铝的密度为2.72g／cm3，约为铁的1/3,故铝及合金的密度都较小，一般为2.5~2.88g／cm3之间。铝具有良好的导电性、导热性，其导电性仅次于银与铜。铝具有良好的抗蚀性。因为铝和氧的亲和力很大，在室温中能与空气中的氧化合，表面生成一层薄而致密并与基材金属结核的Al2O3氧化膜。铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高而提高，当纯度为99.996％时，熔点为660.24℃。铝还具有好的塑性加工性能，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。纯铝不能热处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200℃左右。退火板材的σb=80～100MPa，σ0.2=30～50MPa，ζ=35%～40%，HB=25～30。经60%～80%冷变形，虽然能提高到150～180MPa，但ζ值却下降到1%～1.5%。增加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀性。1.2纯铝的性能纯铝的性能包括物理性能、化学性能与力学性能1.2.1物理性能物理性能如表1-1所示。物理性能包括原子序数、原子量、晶体结构、电磁学性能等。表1-1纯铝的物理性能性能高纯铝（99.996%）工业纯铝（99.5%）原子序数原子量晶格常数（20℃），×10-10m密度（20℃），kg/m3熔点，℃沸点，℃溶解热，J/kg×105燃烧热,J/kg×10-7凝固体积收缩率,%比热容(100℃),J/(kg.K)热导率(25℃),W/(m.K)线膨胀系数(20~100℃),um/(m.K)(100~300℃),um/(m.K)电导率,S/m1326.98154.04942698660.2420603.9613.094934.92235.224.5825.4564.944.0427106503.8943.1086.6964.74222.6（O状态）23.525.659（O状态）电阻率,uΩ.m(20℃)(20℃)电阻温度系数,nΩ.m/K体积磁化率，×10-7磁导率.H/m反射率（2500×10-10m），%（5000×10-10m），%（20000×10-10m）,%折射率（白光）吸收率（白光）辐射能（25℃）0.0267（O状态）0.16.271.0×10-557（H状态）0.02922（O状态）0.0302（H状态）0.16.261.0×10-58790970.78~1.482.85~3.920.035~0.061.1.2化学性能{郑峰主编.铝与铝合金速查手册.北京：化学工业出版社}铝是电负性金属，其电极电位为—0.5~—3V，99.99%纯铝在5.3%~NaCl+0.3%H2O2溶液中对甘汞参比电极的点位为—0.87~+0.01V。铝是最活泼的工业金属之一，其表面在室温下就易生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜（Al2O3），故在氧化性介质、水、大气、部分中性溶液、许多的弱酸和强氧化性介质中都具有相当高的稳定性。但在碱和盐的水溶液中，铝的氧化膜很快被破坏。通常氧化膜在PH=4.0~9.0的溶液中时稳定的。因此，凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度和提高氧化膜绝缘性能的因素，都有助于铝抗蚀性的提高。反之，凡是降低氧化膜有效保护作用的因素，不论是机械的还是化学的，都会使铝的抗蚀性下降。1.1.3力学性能工业纯铝的力学性能除与纯度有关，还与材料的加工状态有关，不同状态的工业纯铝的力理学性能如表1-2所示。1.3纯铝的牌号及化学成分变形纯铝的牌号及化学成分按GB/T3190-1996规定，牌号命名的基本原则是：采用四位字符牌号。四位字符牌号的第一、第三、第四为阿拉伯数字，第二位为数字或大写的字母A。纯铝编号的第一位为1，例如1×××或1A××；最后两位表示纯铝的浓度。新旧牌号的纯铝及化学成分见表1—3.二、2×××系铝合金(Al-Cu系合金)2xxx系铝合金是以铜为主要合金元素的铝合金，它包括了Al-Cu-Mg-（Mn）合金、Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金、Al-Cu-Mn合金和Al-Cu-Mg-Si四系，这些合金均属热处理可强化铝合金。合金的特点是强度高，通常称为硬铝合金，其耐热性能和加工性能良好，但耐蚀性不如大多数其他铝合金好，在一定条件下会产生晶间腐蚀，因此，板材往往需要包贾一层纯铝，或一层对芯板有电化学保护的6xxx系铝合金，以大大提高其耐腐蚀性能。(1)Al-Cu-Mg-（Mn）系Al-Cu-Mg-（Mn）系合金中多数的.成分范:围.为:1.5%一6.8%Cu,0.2%一0.8%Mg，0.2%一1.2%Mn,其中部分合金含有微量钒、锆，个别合金超出此成分范围。这类合金存在晶间腐蚀倾向，其薄板通常需包铝或包防锈铝，以适应某些焊接方法。主要因含铁、硅粗大的金属间化合物，该系合金断裂韧性不高。现已发展一些高纯Al-Cu-Mg-Mn系合金，其断裂韧性明显提高。（2）Al-Cu-Mg-Fe-Ni系此系合金的成分特点是:Cu/Mg比值较低，铁、镍含量接近。此系合金的室温强度与Al-Cu-Mg-Mn接近，耐热性好，服役温度更高，超过150℃。（3）Al-Cu-Mn系此系合金的铜含量较高，约为6%一7%，含少量锰0.2%一0.8%，不含或含少量镁，T相的存在使其耐热性比AI一Cu一Mg一Fe一Ni系更好，合金的服役温度达200~300℃（3）Al-Cu-Mg-Si系此系合金是在Al-Mg-Si系合金的基础上添加铜发展起来的，随含铜量增加，室温强度和耐热性明显提高，停放效应减弱，但降低塑性和耐蚀性。因铜量超过镁、硅，故划归国际四位数牌号的2×××系合金。该一系列材料的强度一般较高，某些牌号的合金强度可与钢抗衡。但因含铜量的差异，此系合金的强度、抗蚀性等在较宽范围内变化，以满足不同的需求。其中，铜含量较低的合金，杭蚀性接近防锈铝;铜含量较高的合金.，强度接近硬铝，实际上相当于在硬铝的基础上提高了硅含量。另外该系合金的切削性能良好，尤其是添加铅、铋后的2011合金是一种快削合金，经常被用来制造机械零件。但是该系列材料的焊接性能不好，在结合时，主要用铆接、电阻焊接和螺栓结合等。2.1化学成分{郑峰主编.铝与铝合金速查手册.北京：化学工业出版社}2×××系铝合金的化学成分符合表2—1的规定表2-12×××系铝合金的化学成分2.22×××系铝合金各牌号基本性能2.1.1物理性能2×××系铝合金加工产品均无磁性，其它物理性能应符合表2—3的规定。注：O表示退火状态；H：表示加工硬化状态；T表示热处理状态。表2-32×××系铝合金的物理性质2.1.2化学性能这里主要介绍典型的几个牌号的耐蚀性2A01合金具有良好的抗应力腐蚀的能力，但是抗蚀性属于中等。2A01合金的抗蚀性与热处理状态有关，淬火时效状态下抗蚀性最好，淬火的冷却速度小会使其抗蚀性降低，需要注意.的是使用温度超过100℃会出现晶间腐蚀。一般来说，2A10合金的抗蚀性不好，主要原因是含铜量较高，而一且处于(a+β十S)相区。相对来说自然时效状态的抗蚀性比人工时效.状态的抗蚀性较好，但是淬火冷却速度慢或使用过程中受热都会使其抗蚀性下降。2A11在大气中抗蚀性中等，在电解介质溶液和潮湿空气中有晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的倾向。热处理工艺对该合金的抗蚀性影响很大，凡造成过饱和固溶体不均匀分解的热处理工艺都影响2A11的合金的抗蚀性。过烧、淬火转移时间长、淬火冷却速度慢等均会使其抗蚀性降低。相比较来说，自然时效状态的抗蚀性要比人工时效状态的抗蚀性好。但是若人工时效前进行预变形，对改善其抗蚀性有一定的作用包铝后有可靠的保护作用，但是加工和使用时应防止铜向包铝层中扩散，否则会影响保护效果。2A12合金在淬火自然时效状态下具有良好的抗蚀性，但是自然时效后的材料在使用过程中受热、淬火时效时冷却速度小或转移时间长导致θ和S相析出，造成晶界附近出现贫铜带，会引起晶间腐蚀。若.人工时效前进行预变形，可改一善该合金的抗蚀性。工业上最常用的是包铝(包铝层铝的纯度应在99。5%附近)，纯铝对于合金基体为阳极。2A14合金山于含铜量较高，抗蚀性不好，而且有晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的倾向。该合金的耐蚀性不仅与热处理状态有关，而且与工件的断面厚度有关。与2A10、2A11和2A12合金相似，2A14合金的淬火自然时效状态的耐蚀性好，断面厚的工件，淬火时得不到快速冷却，会导致第二相的析出，影响材料的抗蚀性。2A16合金由于含铜量高，抗蚀性能不好，必须在有保护的作用下使用。包铝的板材抗蚀性仍低于2A12合金，因为基体的含铜量高，易于扩散。焊缝过渡区耐蚀性也很低，必须进行阳极化处理或涂漆保护，或者先进行阳极化然后进行涂漆保护后使用。一般来讲，2A50合金的耐蚀性较好，但是在人工时效的状态下，如果出现CuAI2相，则有晶间腐蚀的倾向，应进行阳极化处理或涂漆保护。2A70和2124合金的耐蚀性都比较差，都有应力腐蚀的倾向。2A70合金很容易发生化学腐蚀，需进行阳极化或涂漆保护。2124合金还有可能发生晶间腐蚀和剥落腐蚀。但是2124一合金T851状态厚板无剥落腐蚀倾向，抗应力腐蚀性能良好。2.1.3力学性能{}见下表表2-42×××系铝合金材料的典型温室力学性能三.3×××系铝合金（Al-Mn系）3×××系铝合金为热处理不可强化的铝—锰合金。3×××系铝合金的塑性高，焊接性能好，加工性能好，强度比1×××系铝合金高，而耐蚀性接近于纯铝。3×××系铝合金的抗腐蚀性优良，是因为MnAl6的电极电位与纯铝的电极电位实际上相等（均为—0.86v）.合金的成型性，不论退火状态或冷作硬化状态都与1×××系铝合金相识，但是