铝合金

铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素,20世纪初由德国人Alfred Wilm发明,对飞机发展帮助极大,一次大战后德国铝合金成分被列为国家机密。跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能,但抗腐蚀性不如纯铝。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层。

造成电偶腐蚀(Galvanic corrosion)加速的情况有:铝合金与不銹钢接触的情况、其他金属的腐蚀电位比铝合金低或是在潮湿的环境下。如果铝和不銹钢要一同使用必须在有water-containing systems或是户外安装两金属间电子或电解隔离。

铝合金的成分需要向美国铝业协会(Aluminium Association,AA)注册。许多组织公布更具体制造铝合金的标准,包括美国汽车工程协会(Society of Automotive Engineers,SAE)特别是航空标准,还有美国材料试验协会(American Society for Testing and Materials,ASTM)。

铝合金是工业中应用 广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶  铝合金

及化学工业中已大量应用。

随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

纯铝的密度小(ρ=2.7g/cm3),大约是铁的 1/3,熔点低(660℃),铝是面心立方结构,故具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),易于加工,可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好;但是纯铝的强度很低,退火状态 σb 值约为8kgf/mm2,故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验,人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝,这就得到了一系列的铝合金。

添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度,σb 值分别可达 24~60kgf/mm2。这样使得其“比强度”(强度与比重的比值 σb/ρ)胜过很多合金钢,成为理想的结构材料,广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面,飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造,以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接,结构重量可减轻50%以上。

铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类:

变形铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。 形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金,铝锌合金和铝稀土合金,其中铝硅合金又有过共晶硅铝合金,共晶硅铝合金,单共晶硅铝合金,铸造铝合金在铸态下使用。

一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性能。

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性能参数

纯铝产品

来源: 地壳中含量 丰富的金属元素,含量高于7%。

铝,原子序数为13,原子量为26.98,原子体积为(立方厘米/摩尔):10.0,面心立方结构,熔点660℃,密度2.702,地壳中含量(ppm):82000 。

纯铝分冶炼品和压力加工品两类,前者以化学成份Al表示,后者用汉语拼音LV(铝、工业用的)表示。

各种飞机都以铝合金作为主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。飞机依用途的不同,铝的用量也不一样。着重于经济效益的民用机因铝合金价格便宜而大量采用,如波音767客机采用的铝合金约占机体结构重量 81%。军用飞机因要求有良好的作战性能而相对地减少铝的用量,如 大飞行速度为马赫数 2.5的F-15高性能战斗机仅使用35.5%铝合金。有些铝合金有良好的低温性能,在-183~-253[2oc]下不冷脆,可在液氢和液氧环境下工作,它与浓硝酸和偏二甲肼不起化学反应,具有良好的焊接性能,因而是制造液体火箭的好材料。发射“阿波罗”号飞船的“土星” 5号运载火箭各级的燃料箱、氧化剂箱、箱间段、级间段、尾段和仪器舱都用铝合金制造。

航天飞机的乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼都是用铝合金制做的。各种人造地球卫星和空间探测器的主要结构材料也都是铝合金。

金属特点

锻造修伤

修伤是铝合金模锻工艺中的重要一环。由于铝合金在高温下较软,粘性大,流动性差,容易粘模并产生各种表面缺陷(折叠、毛刺、裂纹等),在进行下一道工序前,必须打磨、修伤,将表面缺陷清除干净,否则在后续工序中缺陷将进一步扩大,甚至引起锻件报废。

修伤用的工具有风动砂轮机、风动小铣刀、电动小铣刀及扁铲等。修伤前先经腐蚀查清缺陷部位,修伤处要圆滑过渡,其宽度应为深度的5~10倍。

压铸特点

铝合金压力加工产品分为防锈(LF)、硬质(LY)、锻造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及钎焊(LQ)等七类。常用铝合金材料的状态为退火(M焖火)、硬化(Y)、热轧(R)等三种。

压铸的特点

压力铸造简称压铸,是一种将熔融合金液倒入压室内,以高速充填钢制模具的型腔,并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。

(1)金属液是在压力下填充型腔的,并在更高的压力下结晶凝固,常见的压力为15—100MPa。

(2)金属液以高速充填型腔,通常在10—50米/秒,有的还可超过80米/秒,(通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度),因此金属液的充型时间极短,约0.01—0.2秒(须视铸件的大小而不同)内即可填满型腔。压铸机、压铸合金与压铸模具是压铸生产的三大要素,缺一不可。所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用,使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件,甚至优质铸件。

压铸的流动性

流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性 好。

影响流动性的因素很多,主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒,但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力(俗称浇注压头)的高低。

实际生产中,在合金已确定的情况下,除了强化熔炼工艺(精炼与除渣)外,还必须改善铸型工艺性(砂模透气性、金属型模具排气及温度),并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度,保证合金的流动性。

铝材

铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材,包括板材、带材、箔材、管材、棒材、线材、型材等。

缺陷修复

铝合金在生产过程中,容易出现缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷。如何修复铝合金铸件气孔等缺陷呢?如果用电焊、氩焊等设备来修补,由于放热量大,容易产生热变形等副作用,无法满足补焊要求。

冷焊修复机是利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。由于冷焊热影响区域小,不会造成基材退火变形,不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高,补材与基体同时熔化后的再凝固,结合牢固,可进行磨、铣、锉等加工,致密不脱落。冷焊修复机是修补铝合金气孔、砂眼等细小缺陷的理想方法。

作用介绍

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

1145 包装及绝热铝箔,热交换器

1199 电解电容器箔,光学反光沉积膜

1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材

2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品

2014 应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭 级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件

2017 是 个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件

2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件

2036 汽车车身钣金件

2048 航空航天器结构件与兵器结构零件

2124 航空航天器结构件

2218 飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环

2219 航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300℃。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力

2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料

2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件

2A01 工作温度小于等于100℃的结构铆钉

2A02 工作温度200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片

2A06 工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉

2A10 强度比2A01合金的高,用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉

2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉

2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件

2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件

2A16 工作温度250~300℃的航天航空器零件,在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱

2A17 工作温度225~250℃的航空器零件

2A50 形状复杂的中等强度零件

2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等

2A70 飞机蒙皮,航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等

2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件

2A90 航空发动机活塞

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 全铝易拉罐罐身,要求有比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

3A21 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等;建筑材料与食品等工业装备等

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 薄板可作为制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

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、制冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等

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

5154 焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐

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

5254 过氧化氢及其他化工产品容器

5356 焊接镁含量大于3%的铝-镁合金焊条及焊丝

5454 焊接结构,压力容器,海洋设施管道

5456 装甲板、高强度焊接结构、贮槽、压力容器、船舶材料

5457 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件

5652 过氧化氢及其他化工产品贮存容器

5657 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件,但在任何情况下必须确保材料具有细的晶粒组织

5A02 飞机油箱与导管,焊丝,铆钉,船舶结构件

5A03 中等强度焊接结构,冷冲压零件,焊接容器,焊丝,可用来代替5A02合金

5A05 焊接结构件,飞机蒙皮骨架

5A06 焊接结构,冷模锻零件,焊拉容器受力零件,飞机蒙皮骨部件

5A12 焊接结构件,防弹甲板

6005 挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等

6009 汽车车身板

6010 薄板:汽车车身

6061 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、夹具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材

6063 建筑型材,灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料

6066 锻件及焊接结构挤压材料

6070 重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材

6101 公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等

6151 用于模锻曲轴零件、机器零件与生产轧制环,供既要求有良好的可锻性能、高的强度,又要有良好抗蚀性之用

6201 高强度导电棒材与线材

6205 厚板、踏板与耐高冲击的挤压件

6262 要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件

6351 车辆的挤压结构件,水、石油等的输送管道

6463 建筑与各种器具型材,以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件

6A02 飞机发动机零件,形状复杂的锻件与模锻件

7005 挤压材料,用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构,如交通运输车辆的桁架、杆件、容器;大型热交换器,以及焊接后不能进行固熔处理的部件;还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒

7039 冷冻容器、低温器械与贮存箱,消防压力器材,军用器材、装甲板、导弹装置

7049 用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件,如飞机与导弹零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等,而韧性稍高

7050 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高

7072 空调器铝箔与特薄带材;2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材与管材的包覆层

7075 用于制造飞机结构及期货 他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造

7175 用于锻造航空器用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能,即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高

7178 供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件

7475 机身用的包铝的与未包铝的板材,机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件

7A04 飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等