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鋁及鋁合金的分類、成分和性能

 

（1）鋁及鋁合金的分類【泓鑫金屬】

鋁是銀白色的輕金屬，純鋁的熔點(diǎn)為660℃,密度為2.7g/cm³。工業(yè)用鋁合金的熔點(diǎn)為566℃。鋁具有熱容量和熔化潛熱高、耐腐蝕性好，以及在低溫下能保持良好的力學(xué)性能等特點(diǎn)。

鋁及鋁合金可分為工業(yè)純鋁、變形鋁合金（又分為非熱處理強(qiáng)化鋁合金、熱處理強(qiáng)化鋁合金兩類）和鑄造鋁合金。變形鋁合金是指經(jīng)不同的壓力加工方法（經(jīng)過(guò)軋制、擠壓等工序）制成的板、帶、棒、管、型、條等半成品材料；鑄造鋁合金以合金鑄錠供應(yīng)。鋁合金分類示意見(jiàn)圖1。鋁合金的分類及性能特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1  鋁合金的分類及性能特點(diǎn)

分   類		合金名稱	合金系	性能特點(diǎn)	示   例
變 形 鋁 合 金	非熱處理強(qiáng)化 鋁合金	防銹鋁	Al-Mn	抗蝕性、壓力加工性與焊接性能好，但強(qiáng)度較低	3A21
			Al-Mg		高等05
	熱處理強(qiáng)化 鋁合金	硬鋁	Al-Cu-Mg	力學(xué)性能高	2A11,2A12
		超硬鋁	Al-Cu-Mg-Zn	硬度強(qiáng)度較高	7A04,2A50
		鍛鋁	Al-Mg-Si-Cu	鍛造性能好   耐熱性能好	2A14,2A50
			Al-Cu-Mg-Fe-Ni		2A70,2A80
鑄造鋁合金		簡(jiǎn)單鋁硅合金	Al-Si	鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高	ZL102
		特殊鋁硅合金	Al-Si-Mg	鑄造性能良好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高	ZL101
			Al-Si-Cu		ZL107
			Al-Si-Mg-Cu		ZL105,ZL110
			Al-Si-Mg-Cu-Ni		ZL109
		鋁銅鑄造合金	Al-Cu	耐熱性好，鑄造性能與抗蝕性差	ZL201
		鋁鎂鑄造合金	Al-Mg	力學(xué)性能高，抗蝕性好	ZL301
		鋁鋅鑄造合金	Al-Zn	能自動(dòng)淬火，宜于壓鑄	ZL401
		鋁稀土鑄造合金	Al-Re	耐熱性能好	－

 

按GB/T 3190—1996和GB/T 16474—1996的規(guī)定，純鋁和鋁合得獎(jiǎng)號(hào)命名的基本原則是：可直接采用全部四位數(shù)字體系牌號(hào)；未命名為全部四位數(shù)字體系牌號(hào)的純鋁及其合金采用四位字符牌號(hào)。四位字符牌號(hào)的靠前位、第三位、第四位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第二位為英文大寫字母（如“A”）。純鋁編號(hào)系統(tǒng)的靠前位為“1”，例如1×××或1A××，較后兩位數(shù)字表示鋁的純度。2×××為Al-Cu系，3×××為Al-Mn系，4×××為Al-Si系，5×××為Al-Mg系，6×××為Al-Si系，7×××為Al-Zn系，8×××為Al-其他元素，9×××為Al-備用系。這樣，我國(guó)變形鋁合金的牌號(hào)表示法與全部上的通用方法基本一致。

1）工業(yè)純鋁

工業(yè)純鋁含鋁99%以上，熔點(diǎn)660℃，熔化時(shí)沒(méi)有任何顏色變化。表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蝕性。純鋁的導(dǎo)熱性約為低碳鋼的5倍，線脹系數(shù)約為低碳鋼的2倍。純鋁強(qiáng)度很低，不適合做結(jié)構(gòu)材料。退火的鋁板抗拉強(qiáng)度為60～100MPa，伸長(zhǎng)度為35%～40%。

2）非熱處理強(qiáng)化鋁合金

非熱處理強(qiáng)化鋁合金通過(guò)加工硬化、固溶強(qiáng)化提高力學(xué)性能，特點(diǎn)是強(qiáng)度中等、塑性及耐蝕性好，又稱防銹鋁，原先代號(hào)為L(zhǎng)F××。Al-Mg合金屬于防銹鋁合金，不能熱處理強(qiáng)化，但強(qiáng)度比純鋁高，并具有優(yōu)異的抗腐蝕性和良好的焊接性，是目前焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較廣的鋁合金。

3）熱處理強(qiáng)化鋁合金

熱處理強(qiáng)化鋁合金是通過(guò)固溶、淬火、時(shí)效等工藝提高力學(xué)性能。經(jīng)熱處理后可顯著提高抗拉強(qiáng)度，但焊接性較差，熔化焊時(shí)產(chǎn)生焊接裂紋的傾向非常大，焊接接頭的力學(xué)性能（主要是抗拉強(qiáng)度）嚴(yán)格下降。熱處理強(qiáng)化鋁合金包括硬鋁、超硬鋁、鍛鋁等。

① 硬鋁  硬鋁的牌號(hào)是按銅增加的順序編排的。Cu是硬鋁的主要成分，為了得到高的強(qiáng)度，Cu含量一般應(yīng)控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬鋁的主要成分，主要作用是清理Fe對(duì)抗蝕性的不利影響，還能細(xì)化晶粒、加速時(shí)效硬化。在硬鋁合金中，Cu、Si、Mg等元素能形成溶解于鋁的化合物，從而促使硬鋁合金在熱處理時(shí)強(qiáng)化。

退火狀態(tài)下硬鋁的抗拉強(qiáng)度為160～220MPa，經(jīng)過(guò)淬火時(shí)效后抗拉強(qiáng)度增加至312～460NPa。但硬鋁的耐蝕性能差，為了提高合金的耐蝕性，常在硬鋁板表面覆蓋一層工業(yè)純鋁保護(hù)層。

② 超硬鋁  合金中Zn、Mg、Cu的平均總含量可達(dá)9.7%～13.5%，在當(dāng)前航空航天工業(yè)中仍是強(qiáng)度較高（抗拉強(qiáng)度達(dá)500～600MPa）和應(yīng)用較多的一種輕合金材料。超硬鋁的塑性和焊接性差，接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材。由于合金中Zn含量較多，形成晶間腐蝕及焊接熱裂紋的傾向非常大。

③ 鍛鋁  具有良好的熱塑性（原代號(hào)為L(zhǎng)D××），而且Cu含量越少熱塑性越好，適于作鍛件用。具有中等強(qiáng)度和良好的抗蝕性，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

鋁及鋁合金的新舊牌號(hào)對(duì)照見(jiàn)表2。

表2  鋁及鋁合金的新舊牌號(hào)對(duì)照

類   別	新 牌 號(hào)	舊 牌 號(hào)	類   別	新 牌 號(hào)	舊 牌 號(hào)
工業(yè)純鋁	1070（1070A） 1060 1050（1050A） 1035 1100 1200	L1 L2 L3 L4 L5-1 L5	特殊鋁合金	4A01 4A13 4A17 高等41 高等66	LT1 LT13 LT17 LT41 LT66
防銹鋁合金	— 高等02 高等03 高等05 高等06 5B05 5083 5056 3A21 3003	LF1 LF2 LF3 LF5 LF6 LF10 LF4 LF5-1 LF21 —	鍛鋁合金	6A02 2A50 2B50 2A70 2A80 2A90 2A14 6061 6063	LD2 LD5 LD6 LD7 LD8 LD9 LD10 LD30 LD31
硬鋁合金	2A01 2A02 — 2A04 2A06 2B11 2B12 2A10 2A11 2A12 2A13 2A16 2A17	LY1 LY2 LY3 LY4 LY6 LY8 LY9 LY10 LY11 LY12 LY13 LY16 LY17	超硬鋁合金	7A03 7A04 — 7A09 7A10 7003	LC3 LC4 LC5 LC9 LC10 LC12

（2）鋁及鋁合金的性能及應(yīng)用【泓鑫金屬】

鋁及其合金具有獨(dú)特的物理化學(xué)性能。鋁具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，包括密度小、塑性好、易于加工、抗腐蝕性好等。在空氣或硝酸中，鋁表面會(huì)形成致密的氧化鋁薄膜，可保護(hù)內(nèi)部不受氧化；鋁的導(dǎo)電率較高，導(dǎo)電性好，僅次于金、銀、銅，居第4位。

鋁具有面心立方結(jié)構(gòu)，無(wú)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，無(wú)“延一脆”轉(zhuǎn)變，因而具有優(yōu)異的低溫韌性，在低溫下能保持良好的力學(xué)性能。鋁及鋁合金塑性好，可以承受各種形式的壓力加工，很容易加工成形，它可用鑄造、軋制、沖壓、拉拔和滾軋等各種工藝方法制成形狀各異的制品。鋁及鋁合金容易機(jī)械加工，且加工速度快，這也是鋁制零部件得到大量應(yīng)用的重要因素之一。

經(jīng)過(guò)冷加工變形后，鋁的強(qiáng)度增高，塑性下降。當(dāng)鋁的變形程度達(dá)到60%～80%時(shí)，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)150～180Mpa，而伸長(zhǎng)率下降至1%～1.5%。因此，可以通過(guò)冷作硬化方法來(lái)提高鋁的強(qiáng)度性能。經(jīng)過(guò)冷作硬化的鋁材，在250～300℃的溫度區(qū)間可以引起再結(jié)晶過(guò)程，使冷作硬化清理。鋁的退火溫度為400℃,經(jīng)過(guò)退火處理的鋁稱為退火鋁或軟鋁。

鋁及其合金還具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和較高的比強(qiáng)度。與各種金屬相比，鋁在大氣中的抗腐蝕性能很好。這是由于鋁比較活潑，與空氣接觸時(shí)，表面生成的難熔氧化鋁膜比較致密（Al₂O₃熔點(diǎn)2050℃），從而保護(hù)鋁材不被繼續(xù)氧化。鋁在濃硝酸中因表面被鈍化而非常穩(wěn)定，但鋁對(duì)堿類和帶有氯離子的鹽類抗腐蝕性能較差。

鋁及鋁合金的物理性能見(jiàn)表3。鋁及鋁合金類別和化學(xué)成分見(jiàn)表4。常用鋁及鋁合金的力學(xué)性能見(jiàn)表5。