铝加工基础知识培训教材

变形铝及铝合金简介引言自然界中，金属分黑色金属和有色金属两大类，铝是有色金属类中的一种。自然界中铝的储藏量极为丰富，其含量约占地壳重量的8.31%，几乎是地壳中全部金属含量的1/3。然而铝的化学性质十分活泼，故在自然界中从未发现过元素状态的金属铝，而全部是以铝的化合物状态存在。纯金属铝必须通过一系列方法才能制取出来。铝及铝合金纯铝铝是银白色的金属，色泽美观。铝的比重小，导电性好，导热性高，对光的反射率高，热中子吸收截面小。铝具有面心立方晶格加工成型，可进行各种形式的压力加工。纯铝的主要物理性能如下：原子序数原子量比重（99.996%A1）熔点（99.996%Al）熔化潜热（99.0%Al）导热系数入（0〜100°C）导电率K（与纯铜导电率之比）电阻系数p（20C）20C时标准电位对热的反射率对白光的反射率（99.99%A1）线膨胀系数（20〜100C）晶体结构无同素异构转变，无低温脆性，塑性高，易于1326.982.6989660・24C93卡/克0.54卡/厘米•秒・C60%0.00267欧姆•毫米2/米－1.69伏特85〜95%98%24X10-6/C面心立方晶格晶格常数（99.99%A1） 4.0491A铝的化学性质很活泼，与空气接触时很容易被氧化，在铝的表面形成一层致密而坚实的氧化膜。此膜具有保护内部的铝不继续受氧化的作用。因此，铝在大气中是耐腐蚀的。所谓纯铝并不是绝对纯的，就是实验室内使用的99.996%高纯铝，也仍然含有微量杂质。按照铝中所含杂质的多少，可将纯铝分为高纯铝和工业纯铝两类。在工业上使用的纯铝叫做工业纯铝，其纯度为99.7〜98.0%Al。我国高纯铝及工业纯铝的牌号及杂质含量如表1—1所示。表1—1 我国纯铝的牌号及杂质含量（GB1196—83）纯铝牌号代号含铝量（不小于）%杂质，%（不大于）铁硅铁+硅铜其杂它质杂质总和四号高纯铝L0499.9960.00150.0015 0.001 0.004三号高纯铝04L0399.990.00300.0025 0.005 0.010二号咼纯铝L0299.970.0150.015 0.005 0.03一号高纯铝L0199.930.040.04 0.01 0.07一号工业高纯铝01L099.900.060.060.0950.005 0.10二号工业高纯铝0L0099.850.100.080.1420.008 0.15一号工业纯铝L99.70.160.160.260.010 0.30二号工业纯铝l299.60.250.200.360.010 0.40三号工业纯铝2L399.50.300.300.450.015_0.50四号工业纯铝3L499.30.300.350.600.050.10.70五号工业纯铝L一99.00.500.500.900.02 1.00六号工业纯铝5L698.80.500.551.000.10锌0.1锰0.1镁01苴它011.20七号工业纯铝L一98.01.101.001.800.03——2.00纯铝中的主要杂质是铁和硅。铁在铝中的溶解量很小，在655°C时能溶解0.052%，在室温下仅能溶解0.002%。铁与铝可形成金属间化合物FeAl3。FeAl3相是硬而脆的针状化合物，可使铝的强度略有提高而使其塑性下降。硅在铝中的溶解量比铁多些。在577°C时，铝中可溶解硅1.65%，在室温下约能溶解0.05%，多余的硅和铝不形成化合物，而是以游离状态单独存在于铝中，通常称为“自由硅”。硅相坚硬而脆，使铝的强度略有提高，使塑性略有下降。铁和硅都是纯铝中的有害杂质，应予控制。纯铝的机械强度低而塑性高，不能承受较大载荷。纯铝的机械性能在很大程度上取决于其主要杂质铁、硅和铜的含量，不同纯度纯铝的机械性能如表1—2所示。纯铝的半成品和纯铝制品有退火，半冷作硬化和冷作硬化状态。纯铝板材在不同状态下的典型机械性能如下：机械性能冷作硬化状态退火状态抗拉强度ob，MPb15080屈服强度O02，MP10030伸长率。10%635表1—2不同纯度纯铝的机械性能铝的纯度抗拉强度屈服强度布氏硬度伸长率(%)O,MPO02MPHBMP510(%)99.99b490.22284〜11245.599.8612513338.599.76626——99.670———99.57028126~17531.5对纯铝进行冷的压力加工变形时，铝的抗拉强度，屈服强度和硬度都随着变形程度的增加而提高，但其伸长率却相应的降低。图1—1说明了冷变形程度对纯铝机械性能的影响。当纯铝的冷变形程度达到60〜80%以上时，其抗拉强度可提高到150〜180MP，而其伸长率却由40%下降5%左右。纯铝的工艺性能良好，在冷状态和热状态下都有较高的塑性，它既可在室温下进行轧制，深冲和拉伸，也可在300〜500C温度下进行轧制，挤压等热塑性加工。铝可以进行气焊、氩弧焊、原子氢焊和接触焊接。铝的切削加工性能不好。纯铝可制成不同规格的管材、棒材、型材、线材、板材、带材、箔材、粉材等材料及电缆、导线、电容器等电气材料及日用器皿等。铝合金由于纯铝的机械强度较低，用纯铝制作承受较大载荷的结构材料是不适宜的。如果在铝中加入一些其他元素，如铜、镁、锌、锰等配制成铝合金，则其强度可比纯铝的强度大为提高。目前，强度最高的铝合金其抗拉强度可达到600MP以上，与低合金钢的强度差不多，但其比重却比合金钢低得多。根据工业上的需要，在铝中加入不同元素，可以配制成性能和用途不同的铝合金，例如高强度铝合金、耐腐蚀铝合金、耐热铝合金、锻造铝合金等。因此，铝及铝合金在工业上得到了十分广泛的应用。根据铝合金的化学成分和生产工艺特点不同，可将铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金两大类。铸造铝合金用于铸造各种成型零件，其主要特点是在化学成分中存在较多的共晶体，在铸造时液体金属具有良好的流动性，能够很好地充满铸造型腔，使铸件尺寸正确，表面光洁。但是，铸造铝合金的抗拉强度和塑性一般较低，不适于进行压力加工变形。变形铝合金的强度和塑性一般较高，可以通过压力加工变形的方法制成各种材料和半成品。按照化学成分和热处理特点不同，变形铝合金又可分为热处理不可强化的铝合金和热处理可强化的铝合金两组。热处理不可强化的铝合金这组铝合金是不能够利用淬火和时效的热处理方法使其强化的。它们只能利用冷作硬化的压力加工方法来提高它们的机械强度。属于这组铝合金的有：工业纯铝铝—锰系合金铝—镁系合金热处理可强化的铝合金这组铝合金是可以利用淬火和时效等热处理方法来显著提高它们的机械强度的。属于这组铝合金的有：铝—镁—硅和铝—铜—镁—硅系合金铝—铜—镁系合金铝—铜—镁—铁—镍系合金铝—铜—锰系合金铝—铜—锂系合金铝—锌—镁系合金铝—锌—镁—铜系合金我国变形铝及铝合金的名称和代号表示方法如下合金名称 代号TOC\o"1-5"\h\z高纯铝 L0工业纯铝 L防锈铝合金 LF锻造铝合金 LD硬铝合金 LY超硬铝合金 LC特殊铝合金 LT例如，三号防锈铝合金以LF3表示;十二号硬铝以LY12表示；四号超硬铝以LC4表示，其它铝合金的表示方法依次类推。铝及铝合金基本性质和用途铝的比重小，纯度为99.75%的铝在室温下比重为2.703克/厘米3。铝合金的比重随合金元素含量和比重而变化，常用铝合金的比重都在2.63~2.85之间，仅为钢的比重的三分之一。铝合金具有相当高的强度，其比强度可与钢相比(比强度是指材料的强度与比重之比)例如LY12在淬火时效状态下的比强度为17.4，而合金结构钢是12.8，可见在材料制件重量相同的情况下，ly12合金比合金钢所承受的负荷还要大。正因为如此，铝合金广泛用于航天航空工业。铝具有良好的导电性和导热性，它的导电性和导热性仅次于铜和银，铝导电性和导热性与金属纯度有关，随着添加元素的增加，其导电性和导热性会降低。所以纯铝是制造导电材料的金属。铝的化学性质比较活泼，在常温下易氧化，氧化时生成致密坚固的氧化膜。并具有保护作用，这层氧化膜只要在卤素离子和碱离子的激烈作用下才会受到破坏，因此，铝合金对淡水、海水、浓硝酸等具有较好的耐腐蚀性能。工业生产中采用阳极氧化的工艺使制品表面生成更加致密的氧化膜，而使制品耐蚀性能更好而且很美观，使铝在建筑业有广泛的使用。铝的晶格为面心立方，塑性好，能承受各种形式的压力加工。铝的热中子俘获截面较小，在强烈的幅照之后性能不变坏，所以铝合金被用于核反应工业。铝的优良特性，使铝及铝合金成为国防和国民经济各部门首选的重要金属材料之一。铝及铝合金的分类及牌号分类铝合金的种类很多，根据生产方法可分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金含合金元素量比较高，含有较多的共晶组织，铸造性能较好，塑性差，多用于铸件的生产。变形铝合金合金元素含量低，基本上以单相固溶体为基础，塑性好，能用压力加工方法制成各种形式的半成品，铸造铝合金和变形铝合金在相图的分布如图1－2。变形铝合金按热处理特点分为热处理可强化合金和热处理不可强化合金。热处理不可强化铝合金指合金经淬火处理后，强度提高不明显，甚至不能提高的合金纯铝系,A—MnAl—Mg系合金属于这类合金，这类合金的强化主要是通过冷加工使合金强化后的合金进一步硬化，以满足使用需求。热处理可强化的铝合金经淬火时效后，合金的强度显著提高。属于这类的合金较多，用途也较广，Al—Cu—Mg系，Al—Zn—Mg—Cu系，Al—Cu—Mn系，Al—Mg—Si系合金都属于这类合金。铝合金的牌号表示方法我国现行铝合金牌号表示方法有两种。第一种是按用途，由汉语拼音字母字头加序号的表示方法。用L—代表铝，F—代表防锈，Y—代表硬，C—代表超，D—代表锻造。将L与这些字母分别组合并在后面加上序号就组成铝合金牌号。通常使用的有：纯铝：L]、L2、L3、L4、L5等；防锈铝：LF2、LF3、LF5、LF6、La、Lb、LU等;硬铝：LY2、LY8、LY]0、Lt、LY]2、LY13、LYi6等；超硬铝：LC3、LC4、LC9等；锻铝：ld2、ld5、ld7、ld8、ld10等。2 5 7 8 10除此之外还有高纯铝（LG）、包覆铝（LB）、特殊铝（LT）等，生产及使用都比较特殊，不详细说明。国际铝合金牌号命名方法有许多，但通用的是四字数字命名法，这种方法用四位阿拉伯数字组合起来表示合金牌号。其中第一位阿拉伯数字表示合金系，具体规定为1为工业纯铝系，2为铝—铜系，3为铝—锰系，4为铝—硅系，5为铝—镁系，6为铝—镁和硅系，7为铝—锌系，8为铝—其他元素系，9为备用。1XXX系中的最末两位阿拉伯数字表示铝最低含量不小于99.0%的小数后两位的百分数含量。例如1070、1035分别表示铝含量为99.7%，99.35%。其他系的最后两位只表示该合金中的合金序号，例如2011、2014、表示铝—铜合金中的第11号，第14号合金。四位数字中的第二位阿拉伯数字表示对原始合金的修正。0表示该合金是工业上应用的原始合金。例如，2024是一种原始合金，2124则表示是2024合金的变种。同样5356和5456就是5056合金的变种。但1XXX系中的第二位数字为0时，表明该合金对单独杂质不需要单独控制，但如果1—9的数字，则表示该合金要对多少个杂质元素有特定的要求。例如1075、1175、1275三合金的纯度都要达到99.75%，1075没有对单个杂质元素有特定的要求，而1175、1275则要求对一个或两个杂质元素有控制的要求。为了与国际接轨，我国也规定了许多四位数字合金直接采用，但对原国有合金采用四位字符式表示方法，并对原合金进行了归类对照，其中第一位、第三位、第四位都用阿拉伯数字表示，其意义与国际用法一致，第二位用英语字母依次表示，A表示为原始合金，B及其它字母表示为改型合金。新旧牌号对照见下表：新牌号旧牌号新牌号旧牌号1070A代L2A70原LD10601代L.2A807原LD1050A2代L2A90 8 原LD10353代L,3A219原LF1100代L4A1121原LD12005-1代L5A0211原LF 2A01原LY5A03原LF2A021原LY5A053原LF2A042原LY5B055原LF2A064原LY5A0610原LF2A106原LY5A126原LF2A1110原LY505612原LF2A1211原LY50835-1原LFT2 4

2B11原ly8 6AU2原LD2B12原LY6061 2 原LD2A139原LY6063 30 原LD2A1413原LD7AU331原LD2A161U原LY7A043原LC,2A17原LY7A09 4 原LC2A5017原LD8A069原L2B505原LD66铝合金制品状态表示法我国铝合金制品状态是用汉字表示状态名称，用状态名称的第一个汉字的拼音字头表示该状态的代号。常用的状态名称和状态代号如下：热加工状态一R,退火（焖火）状态一M,淬火一C,淬火自然时效一CZ,淬火人工时效一CS,硬状态一Y,3/4硬一Y],1/2硬一丫?，1/3硬一丫3，1/4硬一丫4。国际通用的状态表示方法为基础状态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或多位阿拉伯数字表示。基础状态分为：自由加工状态一F,退火状态一0,加工硬化状态一H,固溶热处理状态一W,热处理状态一^To其中H状态、T状态细分状态较多，不详细阐述。我国状态与国际使用状态的对照如下：我国状态代号国际状态代号我国状态代号国际状态代号RF、H112CZT4MOCSt6YHX8RCS6T.Y.HX6MCS51y2HX4MCZ62TLY,HX2附录：1.我国变形铝及铝合金化学成分—1—前言本标准是根据新制定的GB/T16474-1996《变形铝及铝合金牌号表示方法》和近十多年来国内变形铝合金生产，使用方面的发展，对GB3190-82进行修订的。本标准改变了原标准的牌号表示方法，凡是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，除上述合金以外的其他合金，采用GB/T16474-1996规定的四位字符体系牌号。这样，我国变形铝及铝合金的牌号表示方法，与国际上较通用的方法基本一致。本标准包括143个牌号，保留了GB3190-82中的62个牌号（包括被成分相近似的牌号代替的L1、L2L3>L4L5和L5-1等六个工业纯铝在内），新增加81个牌号。GB3190-82的LT62和LT75停止使用，LF11并入LF5,钎接用的LQ1和LQ2系双金属，直接列入钎接板标准中，不再列入本标准。新增加的牌号中，有一部分在国内已经过研制并定型生产，如国家军用标准中的LY20、LY19、LF15、LF16、LC15、LC19和LC52等；绝大部分旧牌号是直接引入国际牌号注册组织命名的合金，这类合金做重要用途时，须经过研制和鉴定才能正式生产使用。下列三个标准是密切相关的，应同时使用：GB/T3190-1996变形铝及铝合金化学成分GB/T16474-1996变形铝及铝合金牌号表示方法GB/T16475-1996变形铝及铝合金状态代号本标准从生效之日起，代替GB3190-82。本标准表1“备注”栏中所列的旧牌号，在过渡期间仍可继续使用，但新编制的技术文件应使用新牌号。自然过渡，暂不限定过渡时间。本标准的附录A是提示的附录。本标准由中国有色金属工业总公司提出。本标准由中国有色金属工业总公司标准计量研究归口。本标准由东北轻合金加工厂负责起草。本标准主要起草人：邹振楚、肖亚庆、黄永表、吴欣凤、刘援朝、葛立新。1范围本标准规定了变形铝及铝合金的化学成分。本标准适用于以压力加工方法生产的铝及铝合金加工产品（板、带、箔、棒、型、线和锻件）及其所有的铸锭和板坯。2引用标准下列标准包括的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T6987-86GB/T8005-87GB/T8170-87GB/T16474-19963要求铝及铝合金化学分析方法铝及铝合金述语数值修约规则变形铝及铝合金牌号表示方法3.1化学成分变形铝及铝合金的化学成分应符合表1的规定3.2取样生产厂应按熔次,在熔体中取化学成分分析试样;对于连续铸造,每班应至少取一次试样。使用厂在加工产品上取化学成分分析试样。采样时,应尽量使样品具有代表性。采取的样品应清洗干净,去掉氧化皮、包覆层、脏物、油污及润滑油等，并应避免因腐蚀、氧化或污染改变样品的成分。试样应取双份,一份分析,一份备查。备查试样的保存期限为：纯铝不少于半年，铝合金不少于1年。成分分析常规分析时只分析表1中有数值规定的元素,铝不作分析,另有规定者除外。如怀疑有其他元素超过了规定值,应作进一步分析。常规分析可用国家标准规定的方法,也可用其他准确可靠的方法。有争议时,必须采用GB/T6987或双方另行商订的方法作仲裁分析。第一次分析结果不合格，允许进行第二次分析，并以第二次分析结果作为生产厂出厂、验收的判定依据。4其他4.1铝含量大于等于99.00%但小于99.90%时，应由计算确定，即由100.00%减去所有含量不小于0.010%的元素总和的差值而得，求和前各元素数值要表示到0.0X%。铝含量大于等于99.90%但小于等于99.99%时,应由计算确定,即由100.00%减去所有含量不小于0.0010%的元素总和的差值而得，求和前各元素数值要表示到0.0XX%。求和后将总和修约到0.0X%。表1中，含量有上下限者为合金元素，含量为单个数值者，铝为最低限，其他杂质元素为最高限。“其他”一栏系指未列出或未规定数值的金属元素。表头未列出的某些元素，当有极限含量要求时，其具体规定列于空白栏中。化学成分分析报告给出的元素含量的位数,应与表1中规定的相应牌号的位数一致。注GLG-GGGA9599成,卜计合00

彳k其匸个ZT--------Z4400NC10M1MC000141000000FS00号0000序号123456789012345

注------YYYYYYY1.5900量量量量量量量量A99余余余余余余余余其计合000000000000000000他个单Z%T0005555500000000pp50V分n00000000000000000000成N00学00C1化0M-10--200004121010080008002811M11570008003030480048000900000丄C00002022333588343539F610700000S1070000号牌0550011111序号678901234567890

注Y-Y---DLDLDL-DL量量量量量量量量量量量量量量量AL余余余余余余余余余余余余余余余其计合0000000000000000000000他个单Z---001500-1500T10001076500000%00000~000000005115000n00ZPT----V-0001VB-----Z6分0成N--00----821~60820~0000950~84950~学C-----------1000---化M261~30000000505020820~051~8~08000800411~211~411~M0700082°200~50706080800001000000000000C850045989400880~88003462342~868695879~F670000000006006082779594061~S076200000000607272020丄号牌序号123456789012345

注DL------------量量量量量量量量量量量量量量量AL余余余余余余余余余余余余余余余其计合他个单Z-300~---------Oh-O---%T40100000500--99----0V分Z000900000成00N8~-------9101----学C化M000(oto-0800080008000800000丄9010111~311050M000101010000001010090906000丄0丄010丄0丄0000C005690903~90109711888989Fono707070707001930170Sono00010~60/ono010~oooiGT4OoooiGT4O8090Oh-O60号牌1147794序号6789011534567890

注-----T------量量量量量量量量量量量量量量量AL余余余余余余余余余余余余余余余其计合他个单Z-------%T000000999分Z0+0Z000000成N0303学C00000000化M-000360000800-830~55010830~50000000M059505050800005000C00000050000000~0~00000000F77777608086860000001010000S60066551~8205120500051~504650001~001~号牌345437序号123456789072345

注LLLL-量量量量量量量量量量量量量量量A余余余余余余余余余余余余余余余其计合000000000001000000000000他个单Z1010---------1010----%T-000~10100500050005002020--225525050L 00 000L 00 00 0500000B0B000BBB分Z55成N0000学C1010-------------化M60082~~3845475~58368~~25214507600060041000M070C4或110600060006000~0808000800000006001010-00C0000000550000000000000000000F00000000170000000000S00800000000000000000号牌A序号678901234567890

注----L量量量量量量量量量量量量量量量A余余余余余余余余余余余余余余余其计合他个单Z---------------%T05000000050000001000100000606~~0~990P0P--------分n000000成N学C050000000000000000000005005000000~化M46181~741~28393~402~402~26464545004500450944M06100100000000000002000000000000000丄C000000000000000000000000F70000000000000000000S0000000000000000号牌944446序号1234567890145

注--DL-------量量量量量量量量量量量量量量量A余余余余余余余余余余余余余余余其计合00000000他个单Z---------------%T040004000000000000005~~~~0S分n000000成N学C05000500---30-0000-500500005000化M42354940080046408009000600070008005602590900M000700c5103008000000或500000000C00060010050000f000f00000000000000000F000007000000S000002710~070007090970060800060600号牌31110序号7023456789

注--CC-C--%分成学A量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余量余其他计合-0000000000个单Z-----150~---0000-050〜050〜8〜T0000-080000060~00000500-010050080〜001〜-------BB----Z9301670057404~5132444335644〜084〜554〜NC00-501500050~101010101010101000101006〜化注g备M600-~6?0-~-261-~82■1-~1L~002-~003-44019于~082〜。〜量%成学化分M量余0量0余量余量余0量牌量5余量余0量0余10103000£里含镀0可0,20压挤%含0锌于〜金苴其C计合50505802540052005500000000时0［卜〜0000时大不01量）A00012122120~他F个单00堆和条定0规r0冏方含的Z0的的000000ZS00027-3805006030000于8/£-^量92人需4供供在^线定-钉限0铆0~000T 1注丽0铍铍3卩析斤仅品作产5P牌8A7A7A7A70序号1214>续<1表

-§--Z004~~32001100NC1510418155000000000000M041~609612960050630~M0^0(irOO10000000000000C000062029000006F00500610000000~0S000090000000号牌020551序号901附录A（提示的附录）新旧牌号对照表表A1新牌号旧牌号新牌号旧牌号新牌号旧牌号1A99原LG52B12原LY930031A97原LG42A13原LY1331031A952A14原LD1030041A93原LG32A16原LY1630051A90原LG22B16曾用LY16-131051A85原LG12A17原LY174A01原LT110802A20曾用LY204A11原LD111080A2A21曾用2144A13原LT1310702A25曾用2254A17原LT171070A代L12A49曾用149400413702A50原LD540321060代L22B50原LD6404310502A70原LD74043A1050A代L32B70曾用LD7一140471A50原LB22A80原LD84047A13502A90原LD95A01曾用2101、L02原LF21035代L420115A03原LF31A30原L4-120145A05原LF51100代L5-12014A5B05原LF101200代L522145A06原LF6123520175B06原LF142A01原LY12017A5A12原LF122A02原LY221175A13原LF132A04原LY422185A30曾用2103、LF16

表A1（完）新牌号旧牌号新牌号旧牌号新牌号旧牌号2A06原LY626185A33原LF332A10原LY102219曾用LY19、1475A41原LT412A11原LY1120245A43原LF432B11原LY821245A66原LT662A12原LY123A21原LF21500550196B02原LD2-17A09原LC950506A51曾用6517A10原LC10525161017A15曾用LC157A19曾用919、LC19515460057A31曾用183-15154A6005A7A33曾用LB733545463517A52曾用LC52、5210555460607003原LC1257546061原LD3070055056原LF5-16063原LD31702053566063A702254566070原LD2-270505082618170755182608274755083原LF47A01原LB18A06原L651837A03原LC38011曾用LT9850867A04原LC480906A02原LD27A05曾用705注：Q“原”是指化学成分与新牌号等同，且都符合GB3190-82规定的旧牌号。Q“代”是指与新牌号的化学成分相近似，且符合GB3190-82规定的旧牌号。Q“曾用”是指已经鉴定，工业生产时曾经用过的牌号