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/cm³），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原子重量（g/mol）Al26.98Fe55.84晶格密度（g/cm）弹性模数(MPa)延展系数(1/k)Rp0.2(MPa)Rm(MPa)比热(J/kg.k)熔化热(J/g)熔点(℃)导热性(W/m.k)导电率(m/Ω.mm)氧化物熔点(℃)33面心立方晶格2.7067.1024.10-10-50-890-39066023538Al2O32050-63体心立方晶格7.87210.1012.10-100-200-460-272153675-10FeO/Fe2O3/Fe3O41400/1455/1600-63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Al99.5AlMg5AlMg4.5MnAlMgSi0.5AlMg1SiCuAlZn4.5Mg1G-AlSi12G-AlSi10Mg导电性20°C条件下Sm/mm²（单位）33.5-35.514.0-19.015.0-19.026.0-35.023.0-26.021.0-25.017.0-26.017.0-26.0热传导性20°C条件下W/cmK（单位）2.26-2.291.20-1.341.20-1.302.00-2.401.631.54-1.671.30-1.901.30-1.90凝固范围°C659-658625-590640-575650-615640-595655-610580-570600-550第三节铝及铝合金材料的分类一、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AlZn4.5Mg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。四、铸造铝合金通过向铝中添加硅可得到铸铝合金。铸铝合金在修补时，焊接材料通常使用与基材相同成分的母材进行这些修焊工作，特别是焊缝与母材有相同物理、化学特性要求时更是如此。用于这些合金的焊接材料不得有较高的含氢量。抛光后，焊缝的颜色要与母材相同。通常焊缝在阳极氧化处理后将有一点稍微的不同着色。这在Si成分含量偏高时特别明显。五、铝合金按数字系列分类说明铝及铝合金也可按如下标准分为八类。这八类铝及铝合金的主要成份和性能特点如下：1.1000系列（工业用纯铝）主要成分：Al（99%以上）。特点：强度较低，但耐腐蚀性能、焊接工艺性及加工性很好，反光性高，是热和电的优良导体。主要用途：家庭用品，机器零件装饰品、反射镜等。2.2000系列（铝铜合金）主要合金成分：Cu（1.5%～6.0%），属时效硬化型铝合金。为加强其机械性能，进行淬火处理。特点：耐腐蚀性差，焊接工艺性在铝合金中是最差...
