铝及铝合金的材料及焊接性.docx

一、铝及铝合金的分类、成分和性能一、铝及铝合金的分类、成分和性能（1）铝及铝合金的分类。铝是银白色的轻金属，纯铝的熔点 660，密度 2.7g/cm3。工业用铝合金的熔点约 566。铝具有热容量和熔化潜热高、耐腐蚀性好，以及在低温下保持良好的力学性能等特点。铝及铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金（分非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法（经过轧制、挤压等工序）制成的板、带、棒、管、型、条等半成品材料，铸造铝合金以合金铸锭供应。铝合金分类及性能特点见表 1-1。按 GB/T 31901996 和 GB/T 16741996 的规定，纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是：直接采用国际四位数字体系牌号;未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。四位字符牌号的第一位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（如“A”）。纯铝编号系统的第一位为“1”，如 1xxx 或 1Axx，最后两位数字表示铝的纯度。2xxx为 Al-Cu 系；3xxx 为 Al-Mn 系；4xxx 为 Al-Si 系；5xxx 为 Al-Mg 系；6xxx为 Al-Mg-Si 系；7xxx 为 Al-Zn 系；8xxx 为 AI-其他元素系；9xxx 为 Al-备用系。我国变形铝合金的牌号表示法与国际上的通用方法基本一致。工业纯铝。工业纯铝含铝 99%以上，熔点 660，熔化时没有任何颜色变化。表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蚀性。纯铝的导热性约为低碳钢的 5 倍，线胀系数约为低碳钢的 2 倍。纯铝强度很低，不适合做结构材料。退火的铝板抗拉强度为 60100MPa,伸长率为 35%40%。非热处理强化铝合金。非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原代号LFxx。Al-Mn 合金和 Al-Mg 合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用广泛的铝合金。热处理强化铝合金。热处理强化铝合金通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊接性较差，熔化焊时产生焊接裂纹的倾向较大，焊接接头的力学性能（主要是抗拉强度）严重下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝等。a.硬铝。硬铝的牌号是按铜的增加的顺序编排的。铜是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，铜含量一般应控制在 4.0%4.8%范围。锰也是硬铝的主要成分，主要作用是消除铁对抗蚀性的不利影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，铜、硅、锰等合金元素能形成固溶于铝的化合物，从而促进硬铝合金热处理强化。退火状态下硬铝的抗拉强度为 160220MPa,经过淬火及时效处理后抗拉强度增加至 312460MPa。但硬铝的耐蚀性能差。为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝的保护层。b.超硬铝。合金中锌、镁、铜的平均总含量可达 9.7%13.5%,在当前航空航天工业中仍是强度最高（抗拉强度达 500600MPa）和应用最多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中锌含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向较大。C.锻铝。锻铝具有良好的热塑性（原代号 LDxx）。其铜含量越少热塑性越好，适于作铝合金锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛的应用。铝及铝合金的新旧牌号对照见表 1-2。铝锂(Al-Li)合金是近代铝合金的一个重大发展。这些低密度的铝锂合金是为了取代常规铝合金，减轻飞机质量，节约燃料而开发的。用铝锂合金替代常规铝合金可使结构质量减轻 10%-15%,刚度提高 15%20%，适于用作航空航天结构材料。20 世纪 70-80 年代，能源危机给航空业带来的压力推动了铝锂合金的发展，提出用新的 Al-Li 合金取代传统高强度 2000 和7000 系列铝合金的目标。80 年代以后又开发了高强度的 Al-Li-Cu 和Al-U-Cu-Mg 合金系并获得应用。（2）铝合金的性能及应用。铝及其合金具有独特的物理化学性能。铝具有许多优良的性质，包括密度小、塑性好、易于加工、抗腐蚀性好等。在空气或硝酸中，铝表面会形成致密的氧化铝薄膜，可保护内部不受氧化。铝的导电率高、导电性好，仅次于金、银、铜，居第 4 位。铝具有面心立方结构，无同素异构转变，无“延-脆”转变，因而具有优异的低温韧性，在低温下能保持良好的力学性能。铝及铝合金塑性好，可以承受各种形式的压力加工，很容易加工成形，它可用铸造、轧制、冲压、拉拔和滚轧等各种工艺方法制成形状各异的制品。铝及铝合金容易机械加工，且加工速度快，这也是铝制品零部件得到大量应用的重要因素之一。经过冷加工变形后铝的强度增高，塑性下