铝合金的型号及物性
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铝合金的型号及物性
1铝的基本特性与应用
铝是元素周期表中第三周期主族元素,原子序数为13,原子量为26.9815。
铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性,如密度小,仅为2.7 g / cm3,约为铜或钢的1/3;良好的耐蚀性和耐候性;良好的塑性和加工性能;良好的导热性和导电性;良好的耐低温性能,对光热电波的反射率高、表面性能好;无磁性;基本无毒;有吸音性;耐酸性好;抗核辐射性能好;弹性系数小;良好的力学性能;优良的铸造性能和焊接性能;良好的抗撞击性。
此外,铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。
因此,铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用,下表列出了铝的基本特性及主要应用领域。
铝的基本特性及主要应用领域
2、铝合金的分类
纯铝比较软,富有延展性,易于塑性成形。
如果根据各种不同的用途,要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能,可以在纯铝中添加各种合金元素,生产出满足各种性能和用途的铝合金。
铝合金可加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材(变形铝合金),也可加工成铸件、压铸件等铸造材(铸造铝合金)。
纯铝—1×××系,如1000合金
非热处理型合金Al-Mn系合金—3×××系,如3003合金
Al-Si系合金—4×××系,如4043合金变形铝合金Al-Mg系合金—5×××系,如5083合金
Al-Cu系合金—2×××系,如2024合金
热处理型合金Al-Mg-Si系合金—6×××系,如6063合金铝及Al-Zn-Mg系合金—7×××系,如7075合金铝合金Al-其它元素—8×××系,如8089合金
纯铝系
非热处理型合金Al-Si系合金,如ZL102合金
Al-Mg系合金,如ZL103合金
铸造铝合金Al-Cu-Si系合金,如ZL107合金
Al-Cu-Mg-Si系合金,如ZL110合金
热处理型合金Al-Mg-Si系合金,如ZL104合金
Al-Mg-Zn系合金,如ZL305合金
3 变形铝合金分类、牌号和状态表示法
3. 1 变形铝合金的分类
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。
⑴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。
不可热处理强化铝合金(如:纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金)和可热处理强化铝合金(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。
⑶按合金中所含主要元素成分可分为:工业纯铝(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)及备用合金组(9×××系)。
这三种分类方法各有特点,有时相互交叉,相互补充。
在工业生产中,大多数国家按第三种方法,即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。
这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能,也便于编码、记忆和计算机管理。
我国目前也采用4位数码法分类。
3. 2 中国变形铝合金的牌号表示法
根据GB/T16474 —1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”,凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织(简称国际牌号注册组织)命名的合金相同的所有合金,其牌号直接采用国际四位数字体系牌号,未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的,采用四位字符牌号(但试验铝合金在四位字符牌号前加X)命名,并按要求注册化学成分。
四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字,第二位为英文大写字母(C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外)。
牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别,如1×××系为工业纯铝,2×××为Al-Cu系合金,3×××为Al-Mn系合金,4×××为Al-Si系合金,5×××为Al-Mg系合金,6×××为Al-Mg-Si系合金,7×××为Al-Zn-Mg系合金,8×××为Al-其它元素合金,9×××为备用合金组。
除改型合金外,铝合金组别按主要合金元素来确定,主要合金元素指极限含量算术平均值为最大的合金元素。
当有一个以上的合金元素极限含量算术平均值同为最大时,应按Cu、Si、Zn、其它元素的顺序来确定合金组别。
牌号的第二位字母表示原始纯Mn、Si、Mg、Mg
2
铝或铝合金的改型情况,最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。
我国的变形铝及铝合金表示方法与国际上较通用的方法基本一致。
我国变形铝合金新旧牌号对照表
3.3 中国变形铝合金状态代号及表示方法
根据GB/T16475–1996标准规定,基础状态代号用一个英文大写字母表示。
细分状态代号采用基础状态代号后跟一位、两位或多位阿拉伯数字表示。
3.3.1基础状态代号
3.3.2 细分状态代号
HXX状态
H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序
H1 ——单纯加工硬化状态
适用于未经附加热处理,只经加工硬化即获得所需强度的状态。
H2 ——加工硬化及不完全退火的状态
适用于加工硬化程度超过成品规定要求后,经不完全退火,使强度降低到规定指标的产品。
H3 ——加工硬化及稳定化处理的状态
适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。
H4 ——加工硬化及涂漆处理的状态
适用于加工硬化后,经涂漆处理导致了不完全退火的产品。
H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度,从1到9的数字来表示不同的硬化程度,数字8表示硬状态,9表示超硬状态。
HXXX状态
H111 ——适用于最终退火后又进行了适量的加工硬化,但加工硬化程度又不及H11状态的产品。
H112 ——适用于热加工成型的产品,该状态产品的力学性能有规定要求。
H116 ——适用于镁含量≥4.0%的5XXX系合金制成的产品。
这些产品具有规定的力学性能和抗剥落腐蚀性能要求。
TX状态
在T后面添加0~10的阿拉伯数字,表示的细分状态称做TX状态,如下表所示,T后面的数字表示对产品的基本处理程序。
注:某些6XXX系的合金,无论是炉内固溶热处理,还是从高温成型过程急冷以保留可溶性组分在固溶体中,均能达到相同的固溶热处理效果,这些合金的T0、T3、T4、T6、T7、T8和T9状态可采用上述两种。
TXX状态、TXXX状态
在TX状态代号后面再添加一位阿拉伯数字称做TXX状态,或添加两位阿拉伯数字称做TXXX状态,表示经过了明显改变产品特性(如力学性能、抗腐蚀性能等)的特定工艺处理的状态,如下表所示。
消除应力状态
、“52”、“54”
在上述TX或TXX或T XXX状态代号后面再添加“51”、“510”、“511”
4变形铝合金材料的典型力学性能
5Al-Cu系合金(2×××系)
Al-Cu系合金作为热处理型合金,已有很悠久的历史。
素有硬铝(飞机合金)之称。
2014是在添加铜的同时又添加硅、锰和镁的合金。
此种合金的特点是具有高的屈服强度,成形性较好,广泛用做强度比较高的部件。
经T6处理的材料,具有高的强度。
要求韧性的部件,可使用T4处理的材料。
2017和2024合金称为硬铝。
2017合金由于在自然时效(T4)下可得到强化,2024合金是比2017合金在自然时效下性能更高的合金,强度也更高。
这些合金适于做飞机构件、各种锻造部件、切削和车辆的构件等。
2011合金是含有微量铅、铋的易切削合金,其强度大致与2017合金相同。
6Al-Mg-Si系合金(6×××系)
6×××系(Al-Mg-Si)合金是最重要的挤压合金,目前全世界有70%以上的铝挤压加工材是用6×××系合金生产的,其成分质量分数范围为:0.3%~1.3% Si,0.35%~1.4% Mg。
在此极限范围内,各国研制开发出了几百种不同成分的合金。
美国AA标准合金表中列有46种不同成分的6×××系合金,而在1980年10月出版的国际合金成分手册中列出了252种不同成分的6×××系合金。
经过几十年的实践应用和筛选,证明6063、6082、6061、6005等4种合金及其变种已经占据了6×××系合金的统治地位(80%以上),它们涵盖了抗拉强从180Mpa~360Mpa整个范围的所有合金。
度σ
b
6063合金是Al-Mg-Si系合金中典型代表,具有特别优良的可挤压性和可焊接性,是建筑门窗型材的首选材料。
它的特点是在压力加工的温度–速度条件下,塑性性能和抗蚀性高;没有应力腐蚀倾向;在焊接时,其抗蚀性实际上不降低。
6×××系铝合金的品种和典型用途
7Al-Zn-Mg系合金(7×××系)
7.1 焊接构件材料(Al-Zn-Mg系)
此系合金以7005、7020合金为代表,有以下三个特点:
1)物理性能比较好,与5083合金相比,挤压型材的制造容易,加工性和耐蚀性能也良好,采用时效硬化可以得到高强度;
2)即使是自然时效,也可达到相当高的强度,对裂纹的敏感性低;
3)焊接的热影响部分,由于加热时被固溶化,故以后进行自然时效时,可以恢复强度,从而提高焊接缝的强度。
此类合金被广泛应用于焊接构件的制作。
7.2 高强度合金材料(Al-Zn-Mg-Cu系)
此系合金,多用做飞机材料的,以超硬铝合金7075合金为代表。
近年来,滑雪杖、高尔夫球的球棒等体育用品,也采用这种合金来制作。
7075合金的热处理,多用T651,这种处理可使T6处理后的残余应力,经拉伸矫正而均匀化,以防止加工时工件发生歪扭变形。
T73处理,会使力学性能有所降低,但却有减轻应力腐蚀倾向的效果。
7×××系铝合金的品种、状态和典型用途。