铝及铝合金基础知识讲义

铝及铝合金根底知识铝的根本特性与应用范围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密度小，仅为2.7g/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、外表性能好；无磁性；根本无毒；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。铝的根本特性与应用范围此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及外表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，下表列出了铝的根本特性及主要应用领域。基本特性主要特点主要应用领域举例质量轻铝的密度为2.7g/dm3,约为铜或铁的1/3。是轻量化的良好材料用于制造飞机、航天器、轨道车辆、汽车、船舶、桥梁、高层建筑、重型机械部件和质量轻的容器等强度好铝的力学性能不如钢铁，但它的比强度高，可以添加铜、镁、锰、铬等合金元素，制成铝合金，再经热处理，而得到很高的强度。铝合金的强度比普通钢好，也可以和特殊钢媲美用于制造桥梁（特别是吊桥、可动桥）、飞机、压力容器、集装箱、建筑结构材料、小五金等加工容易铝的延展性优良，易于挤出形状复杂的中空型材和适于拉伸加工及其他各种冷热塑性成形受力结构部件框架，一般用品及各种容器、光学仪器及其他形状复杂的精密零件美观、适于各种表面处理铝及其合金的表面有氧化膜，呈银白色，相当美观。如果经过氧化处理，其表面的氧化膜更牢固，而且还可以用着色和喷涂等方法，制造出各种颜色和光泽的表面建筑用壁板、器具装饰、装饰品、标牌、门窗、幕墙、汽车和飞机蒙皮、仪表外壳及室内外装修材料等导热、导电性好导热、导电率仅次于铜，约为钢铁的3～4倍电线、母线接头、锅、电饭锅、热交换器、汽车散热器、电子元件等对光、热、电波的反射性好对光的反射率，抛光铝为70%，高纯度铝经过电解抛光后为94%，比银（92%）还高。铝对热辐射和电波也有很好的反射性能照明器具、反射镜、屋顶瓦板、抛物面天线、冷藏库、冷冻库、投光器、冷暖器的隔热材料没有磁性铝是非磁性体船上用的罗盘、天线、操舵室的器具等耐低温铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想的低温装置材料冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、氧及氢的生产装置铝及铝合金的分类铝及铝合金的分类方法，可以按实际使用的不同需要，有多种分类方法。1.1按材料的根本加工方法分可以分为“铸造铝合金〞和“变形铝合金〞二大类。这是最常见的，也是最根本的分类方法。1.2按材料的性能特性分在实际使用中，加工及使用人员往往关心的不是材料的合金体系(组别)，而是材料的用途和根本特性。变形铝合金按用途可划分为：纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、特殊铝，这就是过去铝和铝合金的牌号表示方法所采用的分类方法。变形铝合金还可以按材料的热处理特性分为：可热处理强化铝合金、不可热处理强化铝合金。铸造合金：主要用于生产铸件的合金变形合金：主要通过塑性变形加工成产品的合金铝及铝合金的分类1．3按材料的合金系(组别)划分铝及铝合金的分类表3铝及铝合金的分类1．4其它分类方法除了上面三种根本分类方法外，还有一些其它的分类方法，例如：按材料的品种分，按材料的状态分⋯⋯可以用在一些特定的场合。铝及铝合金的牌号、代号铸造铝合金的牌号铸造铝合金按自己独立的牌号表示方法标准，即GB／T8063—1994?铸造有色金属及其合金牌号表示方法?，进行牌号命名，它突破了GB／T340-1976规定的框框，是和国际标准相接轨的国家标准。铸造铝合金的牌号表示方法根据GB／T8063—1994的规定，铸造铝合金的牌号是用字母“z〞和元素符号“AI〞的组合“ZAI〞当头(见表1)，“ZAI〞表示汉字“铸铝〞。纯铝是在ZAI后面跟表示材料铝含量的三位数字(即纯度)；铝合金是在ZAI后面再跟主要合金元素符号加代表该元素百分含量的数字(圆整后的平均值)，来组成材料牌号。这种牌号表示方法和合金钢的牌号表示方法有点相象。牌号末尾如果带字母“A〞，是表示优质、改型合金。铸造铝及铝合金共有五个材料组别，它们分别是：纯铝、AI—Si、AI—Cu、AI—Mg、AI—Zn系，其牌号的一般式如表1所示。铸造铝合金的代号从表1中可以看到，铸造铝合金的牌号一般比较长，存在不便于使用和记忆的缺点。而老的铸铝牌号便于使用和记忆，但又不和国际标准接轨。因此，铝及铝合金的牌号、代号铸造铝合金的牌号在新GB／T1173—1995中，把老的牌号统一改称为合金“代号〞，使用在一些非正式的场合下，还是很方便的。铸造铝合金的代号是用字母“ZL〞加三位数字组成。其中字母“zL〞表示汉字“铸铝〞；三位数字中的第一位数字代表合金的合金系，第二、三位是顺序号，末尾带字母“A〞时也是表示优质合金。压铸铝合金的牌号和代号压铸铝合金的牌号是用字母“YZ〞当头，“YZ〞表示汉字“压铸〞。其后面跟合金牌号，即GB／T8063—1994所规定的铸造铝合金牌号，它由AI和主要化学元素符号加代表该元素的百分含量(园整后的平均值)组成。压铸铝合金的代号是用字母“YL〞当头，后面加三位数字组成。“YL〞表示汉字“压铝〞，后面的三位数字和铸造铝合金代号中的三位数字一样。

铝及铝合金的牌号、代号变形铝合金的牌号和铸造铝合金一样，变形铝合金有自己独立的牌号表示方法标准，即GB／T16474—1996?变形铝合金牌号表示方法?，这也是和国际标准相接轨的国家标准。国际标准采用的是四位数字体系牌号(没有字母、符号)，而我国现在采用的是四位字符体系牌号，二者之间略有差异国际四位数字体系牌号铝及铝合金的牌号、代号变形铝合金的牌号国际四位数字体系牌号铝及铝合金的牌号、代号变形铝合金的牌号表4国际四位数字体系牌号铝及铝合金的牌号、代号未命名为国际四位数字体系牌号的变形铝及铝合金应采用“四位字符牌号〞变形铝合金的牌号四位字符体系牌号，其牌号的一般格式为：XAXX。四位字符体系牌号中的第一、三、四位为数字，第二位为英文大写字母(见表2)，它们的含义分别是：第一位数字代表材料的合金系(合金的组别)；第二位大写字母表示是原始材料(字母用A)，或改型材料(字母用B～Y)，注意，第二位大写字母A不是代表“铝〞；第三、四位数字是材料的标识(对纯铝是材料的纯度)，为了便于使用，在新牌号命名时，一般都把第三、四位数字和原来旧的铝合金牌号的数字尽量一致，或保持一定的继承关系。如5A06对应于旧牌号LF6，2A12对应于旧牌号LY12。3A21对应于旧牌号LF21变形铝及铝合金共有九个材料组别，它们分别是：纯铝、AI．Cu、AI．Mn、AI．Si、AI．Mg、AI-Mg-Si、AI—Zn系、其它、备用组别，其牌号分别用数字1～9当头，材料牌号的一般式见表2所示。铝及铝合金的牌号、代号1)新的变形铝合金牌号表示方法中，只有材料的牌号，没有其它标准中有的：材料“代号〞、材料“名称〞等。但是，它有材料的状态“代号〞。我们不要把变形铝合金的老牌号当成材料的“代号〞(只有铸铝材料是把材料的老牌号规定为材料的“代号〞)。2)新的变形铝合金牌号表示方法是采用的按材料合金体系来分类的，而老的变形铝合金牌号表示方法是按材料的根本特性来分类的，它和材料的合金系(组别)之间有一定的关系，二者在大的类别上的关系是：防锈铝(LFXX)：包括现在的AI．Mn、AI．Mg二个系列的合金；硬铝(LYXX)：包括现在的AI．Cu系列合金的一局部；锻铝(LDXX)：包括现在的AI．Mg．Si系列合金和AI．Cu系列合金的一局部；超硬铝(LCXX)：包括现在的AI．Zn(．Mg．Cu)系列合金。现在已经正式纳入新的国家标准的变形铝合金牌号有143个，但在我们工作中用到的也就十五、六个牌号，常用的就更少。为了便于对照使用，本文把主要的变形铝合金的新、旧牌号的对照按它们的合金系列于表5。使用新的变形铝合金牌号标准时要注意的几个问题铝及铝合金的牌号、代号变形铝合金新旧牌号对照表表5铝及铝合金的状态金属材料的状态主要是指材料的冷、热变形加工状态(加工后的硬化程度)、铸造方法、热处理状态等。金属材料的状态之所以重要，是因为不同状态下的材料的性能往往不同，有时差异很大；还有不同状态的材料，其加工工艺路线也不同，需要根据材料的状态来编制适合的加工工艺。特别是对铝及铝合金，由于它在航空上长期使用，在材料的使用和管理上比较严格，对材料的状态，非常重视，并且有专门的国家标准GB／T16475—1996?变形铝及铝合金状态代号?予以统一标准，这是其它金属材料所没有的变形铝合金的状态在GB／T16475中把铝合金的状态划分为二大类：根底状态：即最根本的材料状态；细分状态：是指从根底状态中的某个状态再派生出来的子状态根底状态的名称和代号铝及铝合金的根底状态共有五种，它们的名称、新、旧代号(见表6)铝及铝合金的状态变形铝合金的状态根底状态的名称和代号表6铝及铝合金的状态变形铝合金的状态根底状态的名称和代号表6其中新代号的代表字母是来自英文，而旧代号的代表字母是来自汉语拼音。新标准中的“T〞状态所指的“热处理〞是一种狭义的含义，仅仅是指固溶处理和时效处理的组合热处理(这和钢的调质处理有点相似)，GB／T16475-1996标准中的“T〞状态所指的“热处理〞没有包括退炽热处理、固溶热处理铝及铝合金的状态变形铝合金的状态根底状态的名称和代号铝及铝合金的状态变形铝合金的状态“H〞状态的细分状态H状态主要是反映材料的加工硬化程度，它是用字母“H〞加数字来表示的，有HX、HXX、HXXX等状态。“H〞后面的第一位数字表示该加工硬化状态(即H状态)的初始根本处理程度，它是H状态材料的第一次细分。数字1～4代表了材料的根本处理程度，故H1～H4是反映原材料不同的原始(初始)加工状况，它是对材料不同的根本处理状态的第一次细分(见表7)表7铝及铝合金的状态变形铝合金的状态“H〞状态的细分状态“H〞后面的第二位数字表示已经是“Hx〞(见表6)状态下材料，进行冷变形加工后所保存的加工硬化程度，它反映了在某一种HX根本处理程度状态下的材料，它的加工硬化程度。这是第二次细分，共分了九个等级，是用第二位数字149来表示，见表8。表8从表8可以看出，现在对状态分得更加细了(原来GB340标准中只分了T、Y、Y1、Y2、Y五个等级)，细化是新标准的共同特点。铝及铝合金的状态变形铝合金的状态“H〞状态的细分状态“H〞后面的第三位数字表示的是一些特殊的状态，有H111、112、116等状态，是H状态的第三次细分，由于分得太细，需要时查阅标准资料原文即可。铝及铝合金的状态变形铝合金的状态“T〞状态的细分状态“T〞状态主要是表示材料的热处理(固溶、时效)状态，以及热处理和冷、热变形加工的组合状态。它是用字母“T〞加数字表示的，有TX、TXX、TXXX⋯⋯具体包括：TX状态：根本工艺状态；TXX、TXXX状态：特殊工艺处理状态；W状态：不稳定固溶处理+消除应力状态。新标准中对T状态的划分变得比原来细多了，但最常用的根本状态仍然是T4、T6状态和T42、T62状态。为了方便使用，在此将主要的T状态的新、旧状态代号对照摘要列于表9铝及铝合金的状态变形铝合金的状态“T〞状态的细分状态表9铝及铝合金的状态变形铝合金的状态“T〞状态的细分状态除了上述介绍的常用材料状态外，还有一些更多位数的细分状态。已经正式纳入现行铝合金材料标准的材料状态现已多达四、五十个之多。需要时去查阅标准原文即可铝及铝合金的状态铸造铝合金的状态铸造铝合金的状态主要包括铸件的原始状态(含铸造方法)、铸件的热处理状态，在GB／T1173一l995中规定了铸造铝合金的铸造方法和热处理状态的名称及代号(见表10)表10铝及铝合金的状态铸造铝合金的状态表10中铸造方法状态代号的字母是来自汉语拼音，而热处理状态的状态代号的字母是来自英文。在实际应用中，用得最多的是T4和T6状态。铝及铝合金材料的产品品种体系铝和铝合金材料的产品标准体系，本文所述的铝和铝合金材料“产品〞系指铝及铝合金材料的“毛坯件(铸件、锻件)〞和“原材料(变形产品、铸锭)〞。它也可以分为：铸造产品、变形加工产品二大局部。铸造产品又分为铝铸锭；铝合金铸件。铝合金铸件：砂型铸件、金属型铸件、熔模铸件、压铸铸件。变形加工产品：棒、板、管、带、线、箔、型材、锻件⋯⋯。众所周知，在零件图纸上的材料栏里都必须标上零件材料的牌号，牌号的后面要标注材料品种标准号，这些就是设计对零件材料的根本技术要求。因为原材料质量的好坏、原材料的原始状态(出厂状态、供货状态)对下一步的零件加工路线和产品的最终质量都有着非常直接的影响。因此，铝及铝合金材料“产品品种标准〞十分重要，它规定了产品的根本技术要求，它所包括的内容主要有二大局部：1)产品的技术条件(含材料的化学成分、各种状态下性能指标、检验方法等)；2)产品的尺寸规格、尺寸公差(允许偏差)。铝及铝合金材料的产品品种体系现在有些材料标准是把这二局部的内容放在一个标准中，有些是把这二局部的内容分别纳入二个独立的标准中。铝及铝合金材料产品品种标准是属于这二种情况都有的混合情况。即有的铝及铝合金产品是把这二局部的内容分别纳入二个独立的标准中，而有的产品是把这二局部的内容合并在一个标准——产品的技术条件标准中，是很不统一的。铸造铝及铝合金品种标准铝及铝合金铸锭标准铝及铝合金铸锭是用来生产铸件的原材料，材料的化学成分(材料纯度)是第一位的，其次是用途。铝及铝合金铸锭没有独立的产品尺寸标准，只有以技术条件为主的、综合性的标准。现行的主要铸锭标准见表11。原GB／T8734~1988?铸造铝硅合金锭?，在修订时已合并入GB／T8733-2000。在确定所选用的铸锭标准时，应首先要全面了解上述有关标准的根本内容，搞清楚它们包括的合金牌号、应用范围等主要内容后，再根据自己的需要进行选择。铝及铝合金材料的产品品种体系铸造铝及铝合金品种标准铝及铝合金铸锭标准表11铝及铝合金材料的产品品种体系铸造铝及铝合金品种标准铝及铝合金铸件标准铝及铝合金铸件是零件的毛坯、半成品，在铝铸件标准中不仅有铸件的材料性能方面的问题，还有铸件的质量、外形尺寸等方面的问题。所以，铸件标准包括的主要内容有：铸件的分类、铝合金的牌号、化学成分、力学性能、外表质量、内部质量、外形尺寸及允许偏差、检验方法等。由于它所包括的内容比较多，铝及铝合金铸件的外形尺寸及允许偏差往往是单独列为一项品种尺寸标准，而其余内容都纳入铸件技术条件标准中。因此，铝及铝合金铸件的技术标准现有二大类：一类是“铸件技术条件标准〞；一类是“铝及铝合金铸件的尺寸及公差标准〞。1)“铸件技术条件标准〞：现在常用的铸件技术条件标准主要有8项(见表12)。2)“铝及铝合金铸件的尺寸公差标准〞：这是又一类性质的铸件产品标准。它是专门规定铸件尺寸的标准，它的内容比较单一，是铸件技术条件标准中引用的标准。它们的数量不多，常用的有：GB／T6414．1999?铸件尺寸公差与机械加工余差?和HB6103．1986?铸件尺寸公差?。铝及铝合金材料的产品品种体系铸造铝及铝合金品种标准铝及铝合金铸件标准表12表12中铸件标准都是以铸件技术条件为主要内容的铝合金铸件标准，也是图纸上选用标注的铸件标准。铝及铝合金材料的产品品种体系铸造铝及铝合金品种标准铝及铝合金铸件标准在执行铝及铝合金铸件标准中需要注意的几个问题：1)不要把“铸造铝合金〞标准和“铝及铝合金铸件技术条件〞标准混淆，它们是二类性质完全不同的标准。“铸造铝合金〞标准是根底标准，变形铝合金有独立的GB／T3190__1996?变形铝合金化学成分?标准，而铸造铝合金没有独立的化学成分标准，所以GB／T1173它实际上是以铸造铝合金的牌号、化学成分为主，同时包括有材料力学性能等内容的根底标准。而“铝及铝合金铸件〞标准，那么是以“铸造铝合金〞标准为根底，增加了铸件的类别、力学性能、外表质量、内部质量、外形尺寸及允许偏差、检验方法等内容而制定的专门用于铸件的技术标准。2)在选择铸件的技术条件标准时，首先要注意每个铸件标准的适用范围，也就是它所包括的铸造铝合金的牌号,不要把标准中没有的材料牌号、或状态给选上了。铝及铝合金材料的产品品种体系铸造铝及铝合金品种标准铝及铝合金铸件标准3)在选好铸件的技术条件标准以后，一定要同时重视、并选好和给出铸件的类别。因为，铸件的重要程度不同，对铸件的力学性能、内、外部质量要求也就不同，相应的检验工程也不同，这些都反映在铸件的类别上，所以，要根据零件的重要程度以及对材料的具体性能要求来选择铸件的类别。4)要给出铸件的热处理状态，也就是铸件的最后使用状态。常用热处理状态见表10，一般不用给出热处理工艺，那是热处理加工工艺人员的职责。铝及铝合金材料的产品品种体系变形铝及铝合金品种标准变形铝及铝合金产品品种标准中所包括的材料都是变形铝合金，它们的产品是变形加工产品，即铝棒、板、管、带、线、箔、型材、锻件等，这些都是我们常用的材料产品品种，它们的标准对使用单位来说比较重要。铝及铝合金变形产品的品种标准也是分成二大类：一类是产品的技术条件标准，一类是产品的尺寸规格和尺寸偏差标准，变形产品的这二类标准一般是各自独立的原材料产品标准。但现在有的材料产品标准是把这二个标准的内容放在一个产品品种标准中，具体的产品是:铝棒(GB／T3191．1998)拉(轧)制铝管(GB／T6893—2000)焊接铝管(GB／T10571．1989)冷轧铝带材(GB／T3614．1999)铝箔(GB／T3198．1996)等.铝及铝合金材料的产品品种体系变形铝及铝合金品种标准它们是一个产品品种，一个标准。而有些材料产品标准是把这二个标准的内容分别放在二个不同的产品品种标准中，具体的产品是:铝型材(GB／T6892．2000、GB／T5237．1993)、板材(GB／T3880．1997)、热挤压管(GB／T4437．1．2000)、铝锻件等，它们是一个产品品种，二个标准。由于上述材料产品标准的数量比较多，加上标准体系不统一，要做到正确的选用和贯彻材料产品标准，首先需要对产品的品种标准有一个全面的了解，只有对产品的品种标准了解全面了，才不会选错标准。要全面了解产品的品种标准，第一步可以去查阅“铝及铝合金的产品品种标准一览表〞。“品种标准一览表〞是一个总目录，从中可以看到各个牌号的产品品种的范围，产品的技术条件标准和尺寸系列、尺寸偏差标准的标准号等重要内容铝及铝合金材料的产品品种体系变形铝及铝合金品种标准铝及铝合金变形产品的技术条件标准这是以规定铝及铝合金变形产品的技术要求为主要内容的产品标准，它所包括的内容主要有合金的牌号、化学成分(引用)、材料状态、力学性能、检验方法等。产品的技术条件标准是按产品的外形来划分的，有铝棒、板、管、带、线、箔、型材、锻件等产品标准，这类标准是我们现在用得最多、最广的原材料产品标准，在零件图、技术条件中经常标注的就是这一类标准，所以非常重要。铝及铝合金变形产品的尺寸规格和尺寸偏差标准顾名思义，这一类标准是关于产品外形尺寸及允许偏差的标准，它的内容比较单一，当需要了解产品的尺寸范围、尺寸系列、尺寸偏差(精度)等内容时就需要用到它。现在有独立的产品品种、尺寸标准的铝材产品主要有铝型材、板材、热挤压管、铝锻件等产品。它们对应的尺寸系列和尺寸偏差标准(见表13)铝及铝合金材料的产品品种体系变形铝及铝合金品种标准表13铝及铝合金材料的产品品种体系变形铝及铝合金品种标准贯彻铝及铝合金产品品种标准中需要注意的几个问题：1)由于