PDF《第三章 铝及铝合金材料》

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第三章 铝及铝合金材料

第一节 铝及铝合金材料应用领域 铝是地球上存储量最丰富的金属元素, 自1808 年被发现以来, 已经广泛用于工业、 农业、 造船、航天、航空、轨道车辆等领域,铝元素主要用于下列领域: 电力传输工业 铝合金 散热器制造业 飞机、 航空、航天设备 汽车工业 高速铁路轨道车辆、地铁 造船 场馆建筑 门窗结构 金属铝及铝合金不同于钢材,当报废时,可再次熔化使用,对环境破坏最小,同时新型 铝合金材料和热处理方法不断出现,铝合金材料强度越来越高,因此,铝合金的应用将越来 越广泛.

第二节 铝及铝合金材料的物理特性 铝及铝合金具有如下物理特点: -比重低(2.7g/cm?) ,强度高(最高可达450MPa) -耐大气腐蚀性比钢高 -在零度以下温度时,具有良好韧性 -非常适于铸造工艺 对于纯铝,其物理特性和钢相比具有如表 3-1 的内容: 表3-1 铝与钢物理特性比较表 性能 Al Fe 原子重量(g/mol) 26.98 55.84

23 晶格 面心立方晶格 体心立方晶格 密度(g/cm

3 ) 2.70 7.87 弹性模数(MPa) 67.10

3 210.10

3 延展系数(1/k) 24.10 -6 12.10 -6 Rp0.2 (MPa) -10 -100 Rm (MPa) -50 -200 比热(J/kg.k) -890 -460 熔化热(J/g) -390 -272 熔点(℃)

660 1536 导热性(W/m.k)

235 75 导电率(m/Ω.mm

3 )

38 -10 氧化物 Al2O3 FeO/ Fe2O3 / Fe3O4 熔点(℃)

2050 1400 /

1455 /

1600 对于铝及铝合金,物理特性如表 3-2. 表3-2 铝及铝合金的物理特性表 材料缩写 导电性 热传导性 凝固范围 20°C 条件下 20°C 条件下 °C S m/mm? (单位) W/cm K (单位) Al 99.5 33.5-35.5 2.26-2.29 659-658 AlMg

5 14.0-19.0 1.20-1.34 625-590 AlMg 4.5Mn 15.0-19.0 1.20-1.30 640-575 AlMgSi 0.5 26.0-35.0 2.00-2.40 650-615 AlMg

1 SiCu 23.0-26.0 1.63 640-595 AlZn 4.5 Mg

1 21.0-25.0 1.54-1.67 655-610 G-AlSi

12 17.0-26.0 1.30-1.90 580-570 G-AlSi

10 Mg 17.0-26.0 1.30-1.90 600-550

第三节 铝及铝合金材料的分类

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一、铝及铝合金材料分类表 铝及铝合金材料按时效方式可分为可时效硬化铝合金、非时效硬化铝合金、铸造铝合 金三类.非时效强化铝合金具有良好的耐腐蚀性,时效强化铝合金耐腐蚀性相对较差,铸 造铝合金耐腐蚀性介于两者之间,图3-1表明了三类铝合金之间的关系. 图3-1 铝合金材料分类表

二、时效硬化铝合金 时效硬化铝合金指的是含有镁、硅、锌或铜的铝合金通过退火、淬火和时效可以获得 较高的抗拉强度的铝合金. 这些材料可在室温状态下通过数天的时间自然时效, 也可在80° C和160°C之间的温度下加快时效,例如60 °C时,时效60小时,120 °C时,时效24小时, 可以得到相同的时效效果.人工时效还取决于焊件的大小,越大的焊件,时效时间越长. 由于焊接热输入的原因,时效硬化铝合金在热影响区损失了时效强度.焊接热影响区 强度只有母材强度的60-70%,焊接时输入的热量越高,就有更多的焊接热量将改变原来的 强度.后来的热处理可使它们返回到其原来的强度值.7系列铝合金自然时效明显,如AlZn 4.5 Mg在焊后通过简单的自然时效就可回复到其原来的强度值.在铝合金车辆工业,大部 分使用的是时效强化型铝合金,由于焊接接头强度的降低,在设计结构上,在接头区要加 强,以保证结构等强要求.

三、非时效硬化铝合金 非时效硬化铝合金在热处理后不硬化.它们从固溶处理中得到较高的强度(与纯铝相 比) .AL―Mg和Al-Mn合金是典型的非时效强化铝合金.