变形铝合金的基本性能及分类.doc

79变形铝合金的基本性能及分类(超全)摘要：本课题研究了变形铝合金的基本性能及分类。变形铝合金在我们日常生活中应用极广，对于了解变形铝合金十分必要。变形铝合金的基本性能包括物理性能，化学性能，力学性能，电学性能等等，由于篇幅有限，在这里我们只对一些典型、常用型号的铝合金进行了一些相关介绍。在变形铝合金的分类中我们提到了几种分类方法，主要介绍了国际四位数字体系分类，对比于其他分类方法，其具有容易记忆、便于管理等鲜明特点，也是国际上所共识的分类方法。于此同时我们还对常用变形铝合金进行了美、日、俄、法等国牌号对照。目 录绪论. .1第一章 1系铝合金. .2 1.1 纯铝的一般特性. .2.1.2 纯铝的性能.21.2.1物理性能.21.2.1 化学性能. .31.2.3 力学性能.31.3 纯铝的牌号及化学成分.4 第二章 2系铝合金. .42.1 概述. .42.2 2系铝合金的基本性能 . .42.2.1 物理性能.52.2.2 化学性能.62.2.3 力学性能.72.3 2系铝合金各国牌号对照.9第三章 3系铝合金. .10 3.1 化学成分. .103.2 3系铝合金的基本性能. .103.2.1 物理性能. .103.2.2 化学性能. .113.2.3 电学性能. .113.2.4 力学性能. .113.3 3系铝合金常用牌号对照. 13第四章 4系合金. 134.1 典型牌号的化学成分. 134.2 4系铝合金的基本性能.144.2.1 物理性能. 144.2.2 力学性能. .144.3 4系铝合金典型牌号对照. .16第五章 5系铝合金. .165.1 5系铝合金的基本性能. . .165.1.1 物理性能. 175.1.2 电学性能. 185.1.3 化学性能. 195.1.4 力学性能. 205.2 各国5系合金典型牌号对照.20第六章 6系合金. 216.1 合金元素在6系铝合金中的作用. 216.2 6系铝合金常用材料的性能.226.2.1 物理性能. .226.2.2化学性能.236.2.3力学性能.236.3 各国6系合金典型牌号对照. 27第七章 7系合金. 277.1 7系铝合金的发展历史. .277.2 7系铝合金典型牌号的物理性能. .277.2.1 热力学性能. .277.2.2 电力学性能. 287.2.3 力学性能. 287.3 化学性质. 297.4 7系铝合金国内外典型牌号对照. .30第八章 8系合金. 308.1 8系常用铝合金的牌号及化学成分. .308.2 化学性能. .318.3 8系铝合金国内外典型牌号对照. .31第九章 9系合金（备用合金组）.32 结论. .32 参考文献. .33 致谢. .33 附录. .34绪论变形铝合金的分类方法很多, 目前, 世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类:(1) 按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。(2) 按合金性能和用途可分为: 工业纯铝、防锈铝合金、 切削铝合金、 耐热铝合金、 低强度铝合金、 1中强度铝合金、 高强度铝合金(硬铝)、 超高强度铝合金(超硬铝)、 锻造铝合金及特殊铝合金等。(3) 按合金中所含主要元素成分可分为（四位数字体牌号）: 工业纯铝(1XXX系), Al-Cu合金(2XXX系), Al-Mn合金(3XXX系), Al-Si合金(4XXX系), Al-Mg合金(5XXX系), Al-Mg-Si合金(6XXX系) ,Al-Zn-Mg-Cu合金(7XXX系),Al-其它合金元素(8XXX系)及备用合金组(9XXX系)这三种方法各有特点，有事互相交叉、相互补充。在工业生产中，国际上惯用第三种分类方法，即合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法较本质的反应合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。在这里我们主要按第三种分类方法来系统介绍变形铝合金。变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号是指按照1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号。此推荐方法是由承认变形铝及铝合金国际牌号体系宣言的世界各国团体或组织提出的，牌号及成分注册登记秘书处设在美国铝业巨会公司(The Aluminum Association Incorporated, AA)。截比2007年底，参加此国际组织的有25个国家的24个组织、团体或企业，其中包括美、英、中(中国于1995年参加)、法、德、日等。四位数字体系牌号意义：第一位数字表示合金系列，按主要合金元素的分类可参见表0-1。表0-1 铝合金的分类在1x xx系中，最后两位数字表小最低铝含量，与最低含铝量中小数点右边的两位数字相同，如1060是最低铝含量为99. 60%质量分数（下同)的工业纯铝。第二位数字表小对杂质范围的修改，若是零则表小该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围;如果为1- 9中的自然数，则表小生产中应对某一种或某种杂质或合金元素加以专门的控制，例如1350工业纯铝是一种铝含量应不小于99. 50%的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即w ( V+ Ti) 0. 02%、(B) % ,w (Ga) 0.3 %。在2xxx系一xxx系中，牌号的最后两位数字无特殊意义，仅表小同一系列中的不同铝合金，但有些是表示美国铝业公司过去用的旧牌号中的数字部分，如2024合金，即过去的“24S”合金。不过，这样的合金为数甚少。第二位数字表小对合金的修改，如为零，则表示原型铝合金，如为19中的任一整数，则表小对合金的修改次数。对原型铝合金的修改仅限于下列情况之一或同时几种:(1) 对主要合金元素含量范围进行变更，但最大变更量与原型合金中铝合金元素的含量关系是:原型铝合金中合金元素质量分数的算术平均值范/% 允许最大变化影%1.0 0.151.0 2.0 0.202.0 3.0 0.253.0 4.0 0.304.0 5.0 0.355.0 6.0 0.406. 0 0.50变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号是指按照1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号。此推荐方法是由承认变形铝及铝合金国际牌号体系宣言的世界各国团体或组织提出的，牌号及成分注册登记秘书处设在美国铝业巨会公司(The Aluminum Association Incorporated, AA)。截比2007年底，参加此国际组织的有25个国家的24个组织、团体或企业，其中包括美、英、中(中国于1995年参加)、法、德、日等。四位数字体系牌号意义：第一位数字表示合金系列，按主要合金元素的分类可参见表0-1。表0-1 铝合金的分类在1x xx系中，最后两位数字表小最低铝含量，与最低含铝量中小数点右边的两位数字相同，如1060是最低铝含量为99. 60%质量分数（下同)的工业纯铝。第二位数字表小对杂质范围的修改，若是零则表小该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围;如果为1- 9中的自然数，则表小生产中应对某一种或某种杂质或合金元素加以专门的控制，例如1350工业纯铝是一种铝含量应不小于99. 50%的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即w ( V+ Ti) 0. 02%、(B) % ,w (Ga) 0.3 %。在2xxx系一xxx系中，牌号的最后两位数字无特殊意义，仅表小同一系列中的不同铝合金，但有些是表示美国铝业公司过去用的旧牌号中的数字部分，如2024合金，即过去的“24S”合金。不过，这样的合金为数甚少。第二位数字表小对合金的修改，如为零，则表示原型铝合金，如为19中的任一整数，则表小对合金的修改次数。对原型铝合金的修改仅限于下列情况之一或同时几种:(1) 对主要合金元素含量范围进行变更，但最大变更量与原型合金中铝合金元素的含量关系是:原型铝合金中合金元素质量分数的算术平均值范/% 允许最大变化影%1.0 0.151.0 2.0 0.202.0 3.0 0.253.0 4.0 0.304.0 5.0 0.355.0 6.0 0.406. 0 0.50(2)增加或减少不多于一种合金元素，同时，此合金元素的含量算术平均值不大于0. 30%.(3)用作用相同的一种合金元素代替另一种合金元素。(4)改变杂质含量范围。(5)改变晶粒细化剂含量范围。(6)改变原铝锭的杂质硅或铁的含量。如果合金成分的改变不符合变更合金的要求，则应作为新合金而注册。对于试验合金的牌号也按本条例编制，但在数字前面加大写字母 X。试验合金的注册期不得超过5a对试验合金的成分，申请注册的公司有权改变，而已注册的合金化学成分改变权限归铝业协会技术处(The Technical Division of the Aluminium Association)。当合金通过试验合格后，去掉X，成为正式合金。第一章 1系铝合金 1.1 纯铝的一般特性铝是元素周期表中第三周期主族元素，具有棉芯立方结构，无同素异构转变。铝具有一系列的优点：密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好等特点。铝的密度为2.72gcm，约为铁的1/3,故铝及合金的密度都较小，一般为2.52.88 gcm之间。铝具有良好的导电性、导热性，其导电性仅次于银与铜。铝具有良好的抗蚀性。因为铝和氧的亲和力很大，在室温中能与空气中的氧化合，表面生成一层薄而致密并与基材金属结核的Al2O3氧化膜。铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高而提高，当纯度为99.996时，熔点为660.24。铝还具有好的塑性加工性能，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。纯铝不能热处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200左右。退火板材的b=80100MPa，0.2=3050MPa，=35%40%，HB=2530。经60%80%冷变形，虽然能提高到150180MPa，但值却下降到1%1.5%。增加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀性。 331.2 纯铝的性能纯铝的性能包括物理性能、化学性能与力学性能等。1.2.1物理性能物理性能如表1-1所示。物理性能包括原子序数、原子量、晶体结构、电磁学性能等。这三种方法各有特点，有事互相交叉、相互补充。在工业生产中，国际上惯用第三种分类方法，即合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法较本质的反应合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。在这里我们主要按第三种分类方法来系统介绍变形铝合金。变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号是指按照1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号。此推荐方法是由承认变形铝及铝合金国际牌号体系宣言的世界各国团体或组织提出的，牌号及成分注册登记秘书处设在美国铝业巨会公司(The Aluminum Association Incorporated, AA)。截比2007年底，参加此国际组织的有25个国家的24个组织、团体或企业，其中包括美、英、中(中国于1995年参加)、法、德、日等。四位数字体系牌号意义：第一位数字表示合金系列，按主要合金元素的分类可参见表0-1。表0-1 铝合金的分类在1x xx系中，最后两位数字表小最低铝含量，与最低含铝量中小数点右边的两位数字相同，如1060是最低铝含量为99. 60%质量分数（下同)的工业纯铝。第二位数字表小对杂质范围的修改，若是零则表小该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围;如果为1- 9中的自然数，则表小生产中应对某一种或某种杂质或合金元素加以专门的控制，例如1350工业纯铝是一种铝含量应不小于99. 50%的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即w ( V+ Ti) 0. 02%、(B) % ,w (Ga) 0.3 %。在2xxx系一xxx系中，牌号的最后两位数字无特殊意义，仅表小同一系列中的不同铝合金，但有些是表示美国铝业公司过去用的旧牌号中的数字部分，如2024合金，即过去的“24S”合金。不过，这样的合金为数甚少。第二位数字表小对合金的修改，如为零，则表示原型铝合金，如为19中的任一整数，则表小对合金的修改次数。对原型铝合金的修改仅限于下列情况之一或同时几种:(1) 对主要合金元素含量范围进行变更，但最大变更量与原型合金中铝合金元素的含量关系是:原型铝合金中合金元素质量分数的算术平均值范/% 允许最大变化影%1.0 0.151.0 2.0 0.202.0 3.0 0.253.0 4.0 0.304.0 5.0 0.355.0 6.0 0.406. 0 0.50第 6 页 共 39 页(2)增加或减少不多于一种合金元素，同时，此合金元素的含量算术平均值不大于0. 30%.(3)用作用相同的一种合金元素代替另一种合金元素。(4)改变杂质含量范围。(5)改变晶粒细化剂含量范围。(6)改变原铝锭的杂质硅或铁的含量。如果合金成分的改变不符合变更合金的要求，则应作为新合金而注册。对于试验合金的牌号也按本条例编制，但在数字前面加大写字母 X。试验合金的注册期不得超过5a对试验合金的成分，申请注册的公司有权改变，而已注册的合金化学成分改变权限归铝业协会技术处(The Technical Division of the Aluminium Association)。当合金通过试验合格后，去掉X，成为正式合金。第一章 1系铝合金 1.1 纯铝的一般特性铝是元素周期表中第三周期主族元素，具有棉芯立方结构，无同素异构转变。铝具有一系列的优点：密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好等特点。铝的密度为2.72gcm，约为铁的1/3,故铝及合金的密度都较小，一般为2.52.88 gcm之间。铝具有良好的导电性、导热性，其导电性仅次于银与铜。铝具有良好的抗蚀性。因为铝和氧的亲和力很大，在室温中能与空气中的氧化合，表面生成一层薄而致密并与基材金属结核的Al2O3氧化膜。铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高而提高，当纯度为99.996时，熔点为660.24。铝还具有好的塑性加工性能，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。纯铝不能热处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200左右。退火板材的b=80100MPa，0.2=3050MPa，=35%40%，HB=2530。经60%80%冷变形，虽然能提高到150180MPa，但值却下降到1%1.5%。增加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀性。 331.2 纯铝的性能纯铝的性能包括物理性能、化学性能与力学性能等。1.2.1物理性能物理性能如表1-1所示。物理性能包括原子序数、原子量、晶体结构、电磁学性能等。第 7 页 共 39 页铝是电负性金属，其电极电位为0.53V，99.99%纯铝在5.3%NaCl+0.3%H2O2溶液中对甘汞参比电极的点位为0.87+0.01V。铝是最活泼的工业金属之一，其表面在室温下就易生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜（Al2O3 ），故在氧化性介质、水、大气、部分中性溶液、许多的弱酸和强氧化性介质中都具有相当高的稳定性。但在碱和盐的水溶液中，铝的氧化膜很快被破坏。通常氧化膜在PH=4.09.0的溶液中时稳定的。因此，凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度和提高氧化膜绝缘性能的因素，都有助于铝抗蚀性的提高。反之，凡是降低氧化膜有效保护作用的因素，不论是机械的还是化学的，都会使铝的抗蚀性下降。1.1.3 力学性能工业纯铝的力学性能除与纯度有关，还与材料的加工状态有关，不同状态的工业纯铝的力理学性能如表1-2所示【6】。1.3 纯铝的牌号及化学成分常用工业纯铝的牌号及化学成分见表13。各国牌号对照见表14表13 常用工业纯铝的牌号及化学成分7【8】。第 8 页 共 39 页7.17系铝合金的发展历史.；7.2.1热力学性能.；第八章8系合金.；8.18系常用铝合金的牌号及化学成分.；第九章9系合金（备用合金组）.；结论.；绪论；变形铝合金的分类方法很多,目前,世界上绝大部分国；第57.1 7系铝合金的发展历史. .27 7.2 7系铝合金典型牌号的物理性能. .277.2.1 热力学性能. .27 7.2.2 电力学性能. 28 7.2.3 力学性能. 28 7.3 化学性质. 29 7.4 7系铝合金国内外典型牌号对照. .30第八章 8系合金. 308.1 8系常用铝合金的牌号及化学成分. .30 8.2 化学性能. .31 8.3 8系铝合金国内外典型牌号对照. .31第九章 9系合金（备用合金组）.32结论. .32 参考文献. .33 致谢. .33 附录. .34绪论变形铝合金的分类方法很多, 目前, 世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类: (1) 按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。 (2) 按合金性能和用途可分为: 工业纯铝、防锈铝合金、 切削铝合金、 耐热铝合金、 低强度铝合金、第 5 页 共 39 页1中强度铝合金、 高强度铝合金(硬铝)、 超高强度铝合金(超硬铝)、 锻造铝合金及特殊铝合金等。(3) 按合金中所含主要元素成分可分为（四位数字体牌号）: 工业纯铝(1XXX系), Al-Cu合金(2XXX系), Al-Mn合金(3XXX系), Al-Si合金(4XXX系), Al-Mg合金(5XXX系), Al-Mg-Si合金(6XXX系) ,Al-Zn-Mg-Cu合金(7XXX系),Al-其它合金元素(8XXX系)及备用合金组(9XXX系)这三种方法各有特点，有事互相交叉、相互补充。在工业生产中，国际上惯用第三种分类方法，即合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法较本质的反应合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。在这里我们主要按第三种分类方法来系统介绍变形铝合金。变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号是指按照1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体系推荐方法命名的牌号。此推荐方法是由承认变形铝及铝合金国际牌号体系宣言的世界各国团体或组织提出的，牌号及成分注册登记秘书处设在美国铝业巨会公司(The Aluminum Association Incorporated, AA)。截比2007年底，参加此国际组织的有25个国家的24个组织、团体或企业，其中包括美、英、中(中国于1995年参加)、法、德、日等。四位数字体系牌号意义：第一位数字表示合金系列，按主要合金元素的分类可参见表0-1。表0-1 铝合金的分类在1x xx系中，最后两位数字表小最低铝含量，与最低含铝量中小数点右边的两位数字相同，如1060是最低铝含量为99. 60%质量分数（下同)的工业纯铝。第二位数字表小对杂质范围的修改，若是零则表小该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围;如果为1- 9中的自然数，则表小生产中应对某一种或某种杂质或合金元素加以专门的控制，例如1350工业纯铝是一种铝含量应不小于99. 50%的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即w ( V+ Ti) 0. 02%、(B) % ,w (Ga) 0.3 %。在2xxx系一xxx系中，牌号的最后两位数字无特殊意义，仅表小同一系列中的不同铝合金，但有些是表示美国铝业公司过去用的旧牌号中的数字部分，如2024合金，即过去的“24S”合金。不过，这样的合金为数甚少。第二位数字表小对合金的修改，如为零，则表示原型铝合金，如为19中的任一整数，则表小对合金的修改次数。对原型铝合金的修改仅限于下列情况之一或同时几种:(1) 对主要合金元素含量范围进行变更，但最大变更量与原型合金中铝合金元素的含量关系是:原型铝合金中合金元素质量分数的算术平均值范/% 允许最大变化影% 1.0 0.15 1.0 2.0 0.20 2.0 3.0 0.25 3.0 4.0 0.30 4.0 5.0 0.35 5.0 6.0 0.40 6. 0 0.50第 6 页 共 39 页(2)增加或减少不多于一种合金元素，同时，此合金元素的含量算术平均值不大于0. 30%. (3)用作用相同的一种合金元素代替另一种合金元素。 (4)改变杂质含量范围。 (5)改变晶粒细化剂含量范围。 (6)改变原铝锭的杂质硅或铁的含量。如果合金成分的改变不符合变更合金的要求，则应作为新合金而注册。对于试验合金的牌号也按本条例编制，但在数字前面加大写字母 X。试验合金的注册期不得超过5a对试验合金的成分，申请注册的公司有权改变，而已注册的合金化学成分改变权限归铝业协会技术处(The Technical Division of the Aluminium Association)。当合金通过试验合格后，去掉X，成为正式合金。第一章 1系铝合金1.1 纯铝的一般特性铝是元素周期表中第三周期主族元素，具有棉芯立方结构，无同素异构转变。铝具有一系列的优点：密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好等特点。铝的密度为2.72gcm，约为铁的1/3,故铝及合金的密度都较小，一般为2.52.88 gcm之间。铝具有良好的导电性、导热性，其导电性仅次于银与铜。铝具有良好的抗蚀性。因为铝和氧的亲和力很大，在室温中能与空气中的氧化合，表面生成一层薄而致密并与基材金属结核的Al2O3氧化膜。铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高而提高，当纯度为99.996时，熔点为660.24。铝还具有好的塑性加工性能，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。纯铝不能热处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200左右。退火板材的b=80100MPa，0.2=3050MPa，=35%40%，HB=2530。经60%80%冷变形，虽然能提高到150180MPa，但值却下降到1%1.5%。增加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀性。331.2 纯铝的性能纯铝的性能包括物理性能、化学性能与力学性能等。1.2.1物理性能物理性能如表1-1所示。物理性能包括原子序数、原子量、晶体结构、电磁学性能等。第 7 页 共 39 页铝是电负性金属，其电极电位为0.53V，99.99%纯铝在5.3%NaCl+0.3%H2O2溶液中对甘汞参比电极的点位为0.87+0.01V。铝是最活泼的工业金属之一，其表面在室温下就易生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜（Al2O3 ），故在氧化性介质、水、大气、部分中性溶液、许多的弱酸和强氧化性介质中都具有相当高的稳定性。但在碱和盐的水溶液中，铝的氧化膜很快被破坏。通常氧化膜在PH=4.09.0的溶液中时稳定的。因此，凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度和提高氧化膜绝缘性能的因素，都有助于铝抗蚀性的提高。反之，凡是降低氧化膜有效保护作用的因素，不论是机械的还是化学的，都会使铝的抗蚀性下降。1.1.3 力学性能工业纯铝的力学性能除与纯度有关，还与材料的加工状态有关，不同状态的工业纯铝的力理学性能如表1-2所示【6】。1.3 纯铝的牌号及化学成分常用工业纯铝的牌号及化学成分见表13。各国牌号对照见表14表13 常用工业纯铝的牌号及化学成分7【8】。第 8 页 共 39 页第二章 2系铝合金2.1 概述2 x xx系铝合金是以铜为主要合金元素的铝合金，它包括了Al-Cu-Mg-（Mn）合金、Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金、A