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《铝合金材料类型、特点及选择》

 君慕Jemmy 2022-10-17 发布于福建

一、铝合金简介

1、定义

铝合金以铝为基添加一定量其他合金元素的合金(主要合金元素有铜、硅、镁 、锌、猛;次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等)。

2、基本特点

1、质轻且柔软。铝的密度为2171 g/ cm3 (铝合金:2.63~2.85g/cm(3)),约为钢密度 的三分之一,杨氏模量也约为钢的三分之一。

2、强度好。纯铝的抗拉强度约为80 MN/ m2,是低碳钢的五分之一。但经过热处理强化及合金化强化,能达到低碳钢相应的强度值。

3、耐蚀性能好。铝合金的特性之一是接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜,这层膜能防止腐蚀,所以耐蚀性能好。若再对其实施“氧化铝膜处理法,就可以全面防止腐蚀。

4、加工性能好。挤压性能好,二次机加工、弯曲加工也较容易。

5、易于再生。铝的熔点低(660 ℃) ,再生简单。

3、铝合金分类

按其成分和加工方法分为变形铝合金、铸造铝合金、压铸铝合金。

二、变形铝合金

1、定义

变形铝合金是通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。熔融法制锭,再经受金属塑性变形加工,制成各种形态的铝合金。

2、类型

按主要合金元素分将变形铝及铝合金分为八大系列,如下:

(1)1XXX系列

一系的铝成形性、表面处理性良好,在铝合金中其耐蚀性最佳。其强度较低,纯度愈高其强度愈低。

手机上常用的到的有1050、1070、1080、1085、1100,做简单挤压成型(不做折弯),其中1050和1100可以做化学打沙、光面、雾面,法线效果,有较明显的材料纹路,着色效果好;1080和1085镜面铝常用来做亮字、雾面效果,无明显材料纹路。 一系的铝材都相对较软,主要用来做装饰件或内饰件。

(2)2XXX系列

二系特点是硬度较高,但耐蚀性不佳,其中以铜原属含量最高,2000系列铝合金代表2024、2A16、 2A02。2000系列铝板的含铜量在3-5%左右。

2000系列铝棒属于航空铝材,作为构造用材使用,目前在常规工业中不常应用。

(3)3XXX系列

三系列铝棒是由锰元素为主要成分。3000系列铝合金代表3003、3105 、3A21为主。含量在1.0-1.5之间,是一款防锈功能较好的系列。常用作液体产品的槽、罐,建筑加工件,建筑工具,各种灯具零部件,以及薄板加工的各种压力容器与管道。成形性、溶接性、耐蚀性均良好。

(4)4XXX系列

通常硅含量在4.5-6.0%之间,含硅量较高强度就相对较高,4000系列铝棒代表为4A01、4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。汤流良好,凝固收缩少,属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料; 熔点低,耐蚀性好,具有耐热、耐磨的特性。

(5)5XXX系列

5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列,主要元素为镁,含镁量在3-5%之间。5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。又可以称为铝镁合金。它具有良好的加工成型性能、耐腐蚀性、焊接性能、疲劳强度和中静态强度。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列,在常规工业中应用也较为广泛。

(6)6XXX系列

6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素,故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品,适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好,容易涂层,加工性好。

(7)7XXX系列

主要含有锌元素,7000系列铝合金代表7075 。也属于航空系列,是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性。目前基本依靠进口,我国的生产工艺还有待提高

(8)8XXX系列

8000系列铝合金较为常用的为8011 属于其他系列,大部分应用为铝箔,生产铝棒方面不太常用。

3、相关国家标准:

《GBT16474-2011变形铝及铝合金牌号表示方法》

三、铸造铝合金

1、定义

铸造铝合金是以熔融金属充填铸型,获得各种形状零件毛坯的铝合金。具有低密度, 比强度较高,抗蚀性和铸造工艺性好, 受零件结构设计限制小等优点。

2、合金牌号和代号

3、类型

现代铸造铝合金按主要加入的元素可分为4个系列,即:铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系

(1) 铝-硅系合金

也叫硅铝明,有良好的铸造工艺性能和耐磨性能,是当前工业领域应用最广泛的铸造铝合金,有时添加适量的铜和镁,能提高合金的力学性能和耐热性。常用来制造活塞等零件。

(2) 铝-铜系合金

该系合金有高的强度和热稳定性,但铸造性和耐蚀性差。由于铜的存在使合金容易出现晶间腐蚀和应力腐蚀开裂倾向。

(3) 铝-镁系合金

该系合金强度高,耐蚀性最佳,密度小,有较好的气密性。

(4)铝-锌系合金

铝-锌系合金,为改善性能常加入硅、镁元素,常称为“锌硅铝明”。该系铝合金一个显著的优点是无须淬火,铸造后可以通过人工时效或者自然时效进行强化,具有较好的机械性能。

3、相关国家标准

《GB/T 1173-2013 铸造铝合金》

4、其他说明

铝铸造一般来分成铝合金铸造及高压铸造,常说的压铸就是指高压铸造,是用压铸机将熔融的铝合金型材高速的压紧模具中,并在高压下迅速制冷成型。而通常铸造又分成砂铸,重力铸造,低压铸造,脱蜡铸造,差压铸造,陶瓷型铸造,石膏型铸造等。

四、压铸铝合金

1、定义

用于高压铸造的铝合金材料,是用压铸机将熔融的铝合金型材高速的压紧模具中,并在高压下迅速制冷成型。

注明:与通常铸造,其主要特点是高压与高速。因而有以下优点:

①、产品质量好

铸件尺寸精度高,一般相当于6~7级,甚至可达4级;表面光洁度好,一般相当于5~8级;强度和硬度较高,强度一般比砂型铸造提高25~30%,但延伸率 降低约70%;尺寸稳定,互换性好;可压铸薄壁复杂的铸件。例如,当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm;铝合金铸件可达0.5mm;最小铸出孔径为 0.7mm;最小螺距为0.75mm。

②、生产效率高

机器生产率高,例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600~700次,小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000次;压铸型寿命长,一付压铸型,压铸钟合金,寿命可达几十万次,甚至上百万次;易实现机械化和自动化。

③、经济效果优良

由于压铸件尺寸精确,表面光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用,或加工量很小,所以既提高了金属利用率,又减少了大量的加工设备和工时;铸件价格便宜。

缺点:

①压铸机和压铸模费用昂贵,不适合小批量生产。

②由于高速填充,快速冷却,型腔中气体来不及排出,致使压铸件常有气孔及氧化夹杂物存在,从而降低了压铸件质量。因高温时气孔内的气体膨胀会使压铸件表面鼓泡,因此,有气孔的压铸件不能进行热处理。

③压铸件尺寸受到限制。因受到压铸机锁模力及装模尺寸的限制而不能压铸大型压铸件。

2、合金牌号和代号

3、类型

(1) Al-Si 铝合金

由于Al-Si铝合金具有结晶温度间隔小,而这种铝合金中硅相对于其他两种来说有着很大的凝固潜热、较大的比热容、线收缩系 数也比较小等特点,因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好,其充型能力也较好,热裂、缩松倾向也都比较小。

(2)Al-Mg 铝合金

Al-Mg铝合金室温力学性能好;抗腐蚀性强;铸造性能比较差。长期使用时,有因时效作用而使合金的塑性下降,甚至深圳压铸 厂的压铸件出现开裂的现象。

(3)Al-Zn 铝合金

Al-Zn铝合金压铸件经自然时效后,可获得较高的力学性能,当锌的质量分数大于10%时,强度显著提高。

4、常用压铸铝合金类型及其特点

3、相关国家标准

《GB/T 15115-2009 压铸铝合金》 、《 JIS H2118-2006压铸用铝合金锭》。

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