02铝及铝合金基础知识

1、铝及铝合金基础知识,品管培训课程,第一章 铝和铝合金的应用,现如今铝合金在我们生活的各个方面都得到了广泛地应用,为什么用户会选择铝合金产品？,材料与竞争,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,铝的性能优势,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% 力学性能较好 有较好的强度、塑性配比 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 (不易生锈) 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,铝产品的多样性优

2、势,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 回收利用无污染,第二章 铝和铝合金的基础知识,不同应用场合对性能的要求各不相同 加工工艺性能的各不相同 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,屈服 强度,表面精饰,箔 密封 印刷 光亮板,铝塑复合管 汽车 建筑型材 罐身/盖,2.1 变形铝合金的分类,按化学成分和加工方式分 铸造

3、铝合金和变形铝合金 按热处理方式分 热处理可强化的铝合金 热处理不可强化的铝合金 按合金性能及用途分 纯 铝-1xxx系 防锈铝-3xxx系、5xxx系 硬 铝-2xxx系 超硬铝-7xxx系 锻 铝-6xxx系 焊 铝-4xxx系 其他铝-8xxx系、9xxx系,2.1.1 按成分、加工方式分类,2.1.2 按化学元素及热处理方式分类：,不可热处理强化合金 1xxx系、3xxx系、4xxx系、5xxx系 主要依靠冷作硬化改变其力学性能。 可热处理强化合金 2xxx系、6xxx系、7xxx系 主要依靠热处理工艺改变其力学性能。,2.2 铝合金的牌号,1xxx 纯度为99.00%以上的纯铝 2x

4、xx 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,5x52 合金牌号演化方式,纯铝：1xxx系列为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。1xxx系列铝合金广泛应用于对强度要求不高的产品，如化工仪器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零件、热交换器、钟表面及盘面、铭牌、厨具、装饰品、反光器具等。 1a99 1a97 1a95 1

5、a93 1a90 1a85 1a80 1a80a 1070 1070a 1370 a 1060 1050 1050a 1a50 1350 1145 1350 1a30 1160 1200 1235 1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1235广泛用于食品、饮料、香烟、药品、照相底板、家庭日用品等，通常用

6、作其包装材电解电容器材料；建筑、车辆、船舶、房屋等的绝热材料；还可以作为装饰的金银线、壁纸以及各类文具印刷品和轻工产品的装潢商标等。,典型牌号变形铝合金的用途,3系列：3xxx系列为al-mn系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度不高（稍高于工业纯铝），不能热处理强化，故采用冷加工方法来提高它的力学性能：在退火状态有很高的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良。用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如邮箱，汽油或润滑油导管，各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件：线材用来做铆钉 3xxx系列铝板成形

7、性、溶接性、耐蚀性均良好。用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1xxx系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道一般器物、散热片、化妆板、影印机滚筒、船舶用材。 3a21 3003 3103 3004 3005 3105 3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1xxx系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道 3004/3104 全铝易拉罐罐身，要求

8、有比3003合金更高强度的零部件，化工产品生产与贮存装置，薄板加工件，建筑加工件，建筑工具，各种灯具零部件 3105 房间隔断、档板、活动房板、檐槽和落水管，薄板成形加工件，瓶盖、瓶塞等建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并与6063合金的色调协调一致,典型牌号变形铝合金的用途,5系列： 5xxx系列是高镁合金（5a06（lf6)5a05（lf5）,在不可热处理合金中强度良好，耐蚀性、可切削性良好。阳极化处理后表面美观。电弧焊性能良好。5xxx系列合金中的主要合金元素为镁，具有良好的抗蚀性与可焊接性能，以及中等强度。优良的抗腐蚀性能使5xxx系列合金广泛用于海事用途如船舶，

9、以及汽车、飞机焊接件、地铁轻轨，需严格防火的压力容器（如液体罐车、冷藏车、冷藏集装箱）、制冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹零件、装甲等。 5xxx系列属于al-mg-si系合金（5083lf4、5754、5052）,使用范围广泛,特别是建筑业离不开此合金，是最有前途的合金。耐蚀性好，焊接性优良，冷加工性较好，并具有中等强度。5xxx系列的主要合金元素为镁，具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性，中等强度，用于制造飞机油箱、油管、以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品、电器外壳等。 al-mn系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度高，特别是具有抗疲劳强度：

10、塑性与耐腐蚀性高，不能热处理强化，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良，可抛光。用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如油箱，汽油或润滑油导管，各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件：线材用来做铆钉. 5005 5a01 5a02 5a03 5a05 5a06 5b06 5a12 5a30 5a33 5a41 5a42 5a66 5005 5019 5050 5251 5052 5154 5154a 5454 5154a 5754 5056 5356 5456 5082 5182 5086 5754,典型牌号变

11、形铝合金的用途,5005 与3003合金相似，具有中等强度与良好的抗蚀性。用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并与6063合金的色调协调一致 5050 薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板，汽车气管、油管与农业灌溉管；也可加工厚板、管材、棒材、异形材和线材等 5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度，用于电子产品外壳、机柜，制造飞机油箱、油管，以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等 5056 镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等；包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩，以及需要有高抗蚀性的其他场合

12、5083 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件；需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲 5086 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等 5182 薄板用于加工易拉罐盖，汽车车身板、操纵盘、加强件、托架等零部件5252 用于制造有较高强度的装饰件，如汽车等的装饰性零部件。在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜 5754铝合金具有中等强度、良好的耐蚀性、焊接性及易于加工成形等特点，是almg系合金中的典型合金。在国外，不同热处理

13、状态的5754铝合金板材是汽车制造业（轿车车门、模具、密封件）、制罐工业所用的主要材料。5754铝板广泛应用于焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐以及用于要求有优良加工性能、优良耐蚀性、高疲劳强度、高可焊性和中等静态强度的场合。,典型牌号变形铝合金的用途,8系列：较为常用的为8011 属于其他系列。以做瓶盖为主要功用的铝板，也应用在散热器方面，大部分应用为铝箔。 8a06 8011 8090,典型牌号变形铝合金的用途,典型牌号变形铝合金的用途,1100 幕墙板 1050 it板 3003 厨房用具 3004 lcd背板 3104 罐身料 4343 钎焊料 5052 阳极外观件

14、 5754 机车料 5182 罐盖料,5083 船运板 5182 热屏蔽 5205 照明板 5252 卡车护栅 6111 汽车车身板 6063 挤压型材 7075 飞机蒙皮 8011 啤酒标,2.2 铝合金的状态代号,基础代号 f：自由加工状态 原加工状态。适用于在加工过程中对加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品，该状态对产品的力学性能不作规定。 o：退火状态 适用于经完全退火获得最低强度的产品 h：加工硬化状态 适用于通过加工硬化提高强度的产品。 只冷作硬化状态 冷作硬化部分退火状态 冷作硬化稳定化处理 4 冷作硬化涂漆处理 如： 8 相当于全硬态 （）相当于硬 （）相当于硬 （）相当于硬

15、抗拉强度相当于态，但屈服强度降低，延伸率提高。 t：热处理状态 适用热处理后，经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态的产品。,不同状态产品工艺流程,h1x：,h2x：,h3x：,*英制 - ksi 公制 - mpa,*,斜度弹性模量,屈服强度,抗拉强度,断裂,应力 /mpa,应变（延伸率）/%,标距长度,铝及铝合金的力学性能,几种典型铝合金的力学性能： 抗拉 屈服 延伸率 1050-o 70 30 25% 3104-h18 270 240 2% 5052-h22 210-260 130 10% 7075-t6 630 540 7%,冷加工硬化与退火软化曲线,特点：随冷变形程度的增加，强度升高，延

16、伸率降低。,特点：随退火温度的增加（或时间的延长），强度降低，延伸率升高。,抗拉强度,延伸率,抗拉强度,延伸率,冷变形%,温度oc,h3n,h2n,o,h1n,o,不可热处理强化合金通过冷作硬化与退火软化来改变其力学性能，满足客户要求,第三章 铝板带材生产流程,冷轧铝卷 热轧卷 圆片,窄带卷 中厚板 铝箔,轧制的概念及特点,轧制的概念：由被加工材料通过二个旋转的轧辊之间的辊缝而变形的加工过程，借助旋转轧 辊的摩擦力将轧件拖入轧辊间，同时依靠轧辊施加的压力使轧件在轧辊间发生 压缩变形的一种材料加工方式。 轧制的特点：不仅改变轧件的形状、尺寸，而且轧件的组织与性能也得到改善和提高。 如热轧能使铸锭

17、的粗晶破碎、组织致密化；冷轧能使金属的晶粒破碎，变得更 细小，而且强度提高，塑性降低等。,铝液,连续铸轧,铝锭,大板锭,连铸连轧,铸锭,热轧,冷轧,热轧卷,铝箔,箔轧,铝箔坯料,铸 轧 卷,中 厚 板,薄 铝 板 带,铝板带箔加工流程图,重熔 重熔,铝轧制品的分类,1.厚度,（一）铸锭热轧法,铸锭热轧：一般指在金属再结晶温度以上 对锭坯（如大板锭）进行的轧 制。热轧产品一般分为两类， 即热轧厚板（厚度不小于 7.0mm）和热轧卷（厚度小于 7.0mm）。,铸锭,铣面、边,加热,矫直,热轧,卸卷,剪切中断,热精轧,热轧卷,热厚板,热连轧主要项目,（二）连续铸轧法,连续铸轧：是指在两个相对旋转的被

18、水冷 却的轧辊辊缝间不断输入铝液 ，通过冷却、铸造，连续轧出 板、卷坯料即铸轧卷。 连续铸轧机,铝液,卷曲机,前箱,铸轧机,剪切机,润滑系统,冷却水,液面控制,在铝板带轧制品的加工领域，铸轧工艺得到了充分的推广和应用，大约有80%以上的板、带、箔材都可以用连续铸轧和连铸连轧的板带坯进行冷轧生产。目前铸轧板带主要应用于铝箔毛料和对深拉性能要求不高的部分板带深加工生产。 截至2006年底，全球约有590条铸轧生产线，中国就占约300条，铸轧产能2500kt/a。预计到2010年，我国将拥有350台连续铸轧机，铸轧产能3000kt/a。 我国铸轧工艺发展历程 20世纪60年代初，东北轻合金有限公司开

19、始连续铸轧技术研究 1981年，华北铝业有限公司进行铝板带坯连续铸轧商业化生产 1998年，中南大学开始在华北铝业公司研究高速铸轧技术，取得可喜成果,（三）连铸连轧法,连铸连轧：通过连续铸造机将铝液铸造成一 定厚度（一般约20mm）或一定 截面积（一般约2000mm2）的 锭坯，再进入后续的单机架或多 机架热（温）板带轧机，从而直 接轧制出冷轧用的板带坯料。 加工流程： 把传统的轧制工艺由6道合并为2道 铸造和轧制分别在不同的机器由两道独立 的工序完成，但仍在同一生产线上作业。,连铸连轧机,连铸连轧法特点： 成本、能耗方面优于热轧铸锭热轧法 产品品质方面接近铸锭热轧法且胜过双辊式连续铸轧法 除

20、2和7合金外，其他民用合金板带产品均可生产 黑兹列特连铸连轧工艺已经发展成熟并商业化生产 连铸连轧主要项目： 我国首条连铸连轧（黑兹列特）生产线是由伊川电力集团洛阳预港龙泉铝板带箔有限公司引入的，该项目于2007年10月开工建设，设计产能为50万吨，一期25万吨于2010年底建成。,产品对比 铸锭热轧：近年来新上马的轧制项目热门生产工艺，是生产高端产品的首选方式。 该工艺生产灵活，能生产全系列合金产品，应用范围广。产品的内部组织性能、 表面质量、加工性能、深冲性能良好。能生产罐料、高档ps板基、高档双零箔 、高压阳极箔、汽车散热器复合带等高端产品和航天航空、军工设备等材料。 连续铸轧：产品使用范围小，只适合生产1系、3003、5052、8011等合金板带。产品 在组织结构、晶粒均匀性、加工性能（尤其是深冲性能）等方面较差。一般适用 于普通产品，如装饰带