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铝及铝合金的分类、成分和性能

 

（1）铝及铝合金的分类【泓鑫金属】

铝是银白色的轻金属，纯铝的熔点为660℃,密度为2.7g/cm³。工业用铝合金的熔点为566℃。铝具有热容量和熔化潜热高、耐腐蚀性好，以及在低温下能保持良好的力学性能等特点。

铝及铝合金可分为工业纯铝、变形铝合金（又分为非热处理强化铝合金、热处理强化铝合金两类）和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法（经过轧制、挤压等工序）制成的板、带、棒、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。铝合金分类示意见图1。铝合金的分类及性能特点见表1。

表1  铝合金的分类及性能特点

分   类		合金名称	合金系	性能特点	示   例
变 形 铝 合 金	非热处理强化 铝合金	防锈铝	Al-Mn	抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低	3A21
			Al-Mg		高等05
	热处理强化 铝合金	硬铝	Al-Cu-Mg	力学性能高	2A11,2A12
		超硬铝	Al-Cu-Mg-Zn	硬度强度较高	7A04,2A50
		锻铝	Al-Mg-Si-Cu	锻造性能好   耐热性能好	2A14,2A50
			Al-Cu-Mg-Fe-Ni		2A70,2A80
铸造铝合金		简单铝硅合金	Al-Si	铸造性能好，不能热处理强化，力学性能较高	ZL102
		特殊铝硅合金	Al-Si-Mg	铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高	ZL101
			Al-Si-Cu		ZL107
			Al-Si-Mg-Cu		ZL105,ZL110
			Al-Si-Mg-Cu-Ni		ZL109
		铝铜铸造合金	Al-Cu	耐热性好，铸造性能与抗蚀性差	ZL201
		铝镁铸造合金	Al-Mg	力学性能高，抗蚀性好	ZL301
		铝锌铸造合金	Al-Zn	能自动淬火，宜于压铸	ZL401
		铝稀土铸造合金	Al-Re	耐热性能好	－

 

按GB/T 3190—1996和GB/T 16474—1996的规定，纯铝和铝合得奖号命名的基本原则是：可直接采用全部四位数字体系牌号；未命名为全部四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。四位字符牌号的靠前位、第三位、第四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（如“A”）。纯铝编号系统的靠前位为“1”，例如1×××或1A××，较后两位数字表示铝的纯度。2×××为Al-Cu系，3×××为Al-Mn系，4×××为Al-Si系，5×××为Al-Mg系，6×××为Al-Si系，7×××为Al-Zn系，8×××为Al-其他元素，9×××为Al-备用系。这样，我国变形铝合金的牌号表示法与全部上的通用方法基本一致。

1）工业纯铝

工业纯铝含铝99%以上，熔点660℃，熔化时没有任何颜色变化。表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蚀性。纯铝的导热性约为低碳钢的5倍，线胀系数约为低碳钢的2倍。纯铝强度很低，不适合做结构材料。退火的铝板抗拉强度为60～100MPa，伸长度为35%～40%。

2）非热处理强化铝合金

非热处理强化铝合金通过加工硬化、固溶强化提高力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好，又称防锈铝，原先代号为LF××。Al-Mg合金属于防锈铝合金，不能热处理强化，但强度比纯铝高，并具有优异的抗腐蚀性和良好的焊接性，是目前焊接结构中应用较广的铝合金。

3）热处理强化铝合金

热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工艺提高力学性能。经热处理后可显著提高抗拉强度，但焊接性较差，熔化焊时产生焊接裂纹的倾向非常大，焊接接头的力学性能（主要是抗拉强度）严格下降。热处理强化铝合金包括硬铝、超硬铝、锻铝等。

① 硬铝  硬铝的牌号是按铜增加的顺序编排的。Cu是硬铝的主要成分，为了得到高的强度，Cu含量一般应控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬铝的主要成分，主要作用是清理Fe对抗蚀性的不利影响，还能细化晶粒、加速时效硬化。在硬铝合金中，Cu、Si、Mg等元素能形成溶解于铝的化合物，从而促使硬铝合金在热处理时强化。

退火状态下硬铝的抗拉强度为160～220MPa，经过淬火时效后抗拉强度增加至312～460NPa。但硬铝的耐蚀性能差，为了提高合金的耐蚀性，常在硬铝板表面覆盖一层工业纯铝保护层。

② 超硬铝  合金中Zn、Mg、Cu的平均总含量可达9.7%～13.5%，在当前航空航天工业中仍是强度较高（抗拉强度达500～600MPa）和应用较多的一种轻合金材料。超硬铝的塑性和焊接性差，接头强度远低于母材。由于合金中Zn含量较多，形成晶间腐蚀及焊接热裂纹的倾向非常大。

③ 锻铝  具有良好的热塑性（原代号为LD××），而且Cu含量越少热塑性越好，适于作锻件用。具有中等强度和良好的抗蚀性，在工业中得到广泛应用。

铝及铝合金的新旧牌号对照见表2。

表2  铝及铝合金的新旧牌号对照

类   别	新 牌 号	旧 牌 号	类   别	新 牌 号	旧 牌 号
工业纯铝	1070（1070A） 1060 1050（1050A） 1035 1100 1200	L1 L2 L3 L4 L5-1 L5	特殊铝合金	4A01 4A13 4A17 高等41 高等66	LT1 LT13 LT17 LT41 LT66
防锈铝合金	— 高等02 高等03 高等05 高等06 5B05 5083 5056 3A21 3003	LF1 LF2 LF3 LF5 LF6 LF10 LF4 LF5-1 LF21 —	锻铝合金	6A02 2A50 2B50 2A70 2A80 2A90 2A14 6061 6063	LD2 LD5 LD6 LD7 LD8 LD9 LD10 LD30 LD31
硬铝合金	2A01 2A02 — 2A04 2A06 2B11 2B12 2A10 2A11 2A12 2A13 2A16 2A17	LY1 LY2 LY3 LY4 LY6 LY8 LY9 LY10 LY11 LY12 LY13 LY16 LY17	超硬铝合金	7A03 7A04 — 7A09 7A10 7003	LC3 LC4 LC5 LC9 LC10 LC12

（2）铝及铝合金的性能及应用【泓鑫金属】

铝及其合金具有独特的物理化学性能。铝具有许多优良的性质，包括密度小、塑性好、易于加工、抗腐蚀性好等。在空气或硝酸中，铝表面会形成致密的氧化铝薄膜，可保护内部不受氧化；铝的导电率较高，导电性好，仅次于金、银、铜，居第4位。

铝具有面心立方结构，无同素异构转变，无“延一脆”转变，因而具有优异的低温韧性，在低温下能保持良好的力学性能。铝及铝合金塑性好，可以承受各种形式的压力加工，很容易加工成形，它可用铸造、轧制、冲压、拉拔和滚轧等各种工艺方法制成形状各异的制品。铝及铝合金容易机械加工，且加工速度快，这也是铝制零部件得到大量应用的重要因素之一。

经过冷加工变形后，铝的强度增高，塑性下降。当铝的变形程度达到60%～80%时，其抗拉强度可达150～180Mpa，而伸长率下降至1%～1.5%。因此，可以通过冷作硬化方法来提高铝的强度性能。经过冷作硬化的铝材，在250～300℃的温度区间可以引起再结晶过程，使冷作硬化清理。铝的退火温度为400℃,经过退火处理的铝称为退火铝或软铝。

铝及其合金还具有优异的耐腐蚀性能和较高的比强度。与各种金属相比，铝在大气中的抗腐蚀性能很好。这是由于铝比较活泼，与空气接触时，表面生成的难熔氧化铝膜比较致密（Al₂O₃熔点2050℃），从而保护铝材不被继续氧化。铝在浓硝酸中因表面被钝化而非常稳定，但铝对碱类和带有氯离子的盐类抗腐蚀性能较差。

铝及铝合金的物理性能见表3。铝及铝合金类别和化学成分见表4。常用铝及铝合金的力学性能见表5。