鋁合金[有色金屬結構材料]

鋁合金[有色金屬結構材料]

鋁合金以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、矽、鎂、鋅、錳,次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。鋁合金密度低,但強度比較高,接近或超過優質鋼,塑性好,可加工成各種型材,具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性,工業上廣泛使用,使用量僅次於鋼。

基本信息

基本信息

鋁合金是工業中套用最廣泛的一類有色金屬結構材料,在航空、航天、汽車、機械製造、船舶鋁合金及化學工業中已大量套用。隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展,對鋁合金焊接結構件的需求日益增多,使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛套用促進了鋁合金焊接技術的發展,同時焊接技術的發展又拓展了鋁合金的套用領域,因此鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。純鋁的密度小(ρ=2.7g/cm3),大約是鐵的1/3,熔點低(660℃),鋁是面心立方結構,故具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),易於加工,可製成各種型材、板材。抗腐蝕性能好;但是純鋁的強度很低,退火狀態σb值約為8kgf/mm2,故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗,人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁,這就得到了一系列的鋁合金。添 加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度,σb值分別可達24~60kgf/mm2。這樣使得其“比強度”(強度與比重的比值σb/ρ)勝過很多合金鋼,成為理想的結構材料,廣泛用於機械製造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面,飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金製造,以減輕自重。採用鋁合金代替鋼板材料的焊接,結構重量可減輕50%以上。

材料性質

純鋁的密度小(ρ=2.7g/cm3),大約是鐵的1/3,熔點低(660℃),鋁是面心立方結構,故具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),易於加工,可製成各種型材、板材,抗腐蝕性能好;但是純鋁的強度很低,退火狀態σb值約為8kgf/mm2,故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗,人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁,這就得到了一系列的鋁合金。添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度,σb值分別可達24~60kgf/mm2。這樣使得其“比強度”(強度與比重的比值σb/ρ)勝過很多合金鋼,成為理想的結構材料,廣泛用於機械製造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面,飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金製造,以減輕自重。採用鋁合金代替鋼板材料的焊接,結構重量可減輕50%以上。
鋁合金密度低,但強度比較高,接近或超過優質鋼,塑性好,可加工成各種型材,具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性,工業上廣泛使用,使用量僅次於鋼。一些鋁合金可以採用熱處理獲得良好的機械性能,物理性能和抗腐蝕性能。2008年北京奧運會火炬“祥雲”就是鋁合金製作的。

物質特性

鋁合金密度低,但強度比較高,接近或超過優質鋼,塑性好,可加工成各種型材,具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性,工業上廣泛使用,使用量僅次於鋼。
鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類:
形變鋁合金能承受壓力加工。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。主要用於製造航空器材、建築用門窗等。形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能,只能通過冷加工變形來實現強化,它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防鏽鋁等。可熱處理強化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能,它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。
鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁矽合金,鋁銅合金,鋁鎂合金,鋁鋅合金和鋁稀土合金,其中鋁矽合金又有過共晶矽鋁合金,共晶矽鋁合金,單共晶矽鋁合金,鑄造鋁合金在鑄態下使用。
一些鋁合金可以採用熱處理獲得良好的機械性能,物理性能和抗腐蝕性能。
2008年北京奧運會火炬“祥雲”就是鋁合金製作的。

物質簡介

鋁合金鋁合金
鋁合金分兩大類:鑄造鋁合金,在鑄態下使用;變形鋁合金,能承受壓力加工,力學性能高於鑄態。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。主要用於製造航空器材、日常生活用品、建築用門窗等。
鋁合金按加工方法可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能,只能通過冷加工變形來實現強化,它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防鏽鋁等。可熱處理強化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機械性能,它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。
鋁合金可以採用熱處理獲得良好的機械性能,物理性能和抗腐蝕性能。鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁矽合金,鋁銅合金,鋁鎂合金和鋁鋅合金

物質類別

純鋁產品
純鋁分冶煉品和壓力加工品兩類,前者以化學成份Al表示,後者用漢語拼音LG(鋁、工業用的)表示。
壓力加工鋁合金
鋁合金壓力加工產品分為防鏽(LF)、硬質(LY)、鍛造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及釺焊(LQ)等七類。常用鋁合金材料的狀態為退火(M燜火)、硬化(Y)、熱軋(R)等三種。
鋁材
鋁和鋁合金經加工成一定形狀的材料統稱鋁材,包括板材、帶材、箔材、管材、棒材、線材、型材等。
鑄造鋁合金
鑄造鋁合金(ZL)按成分中鋁以外的主要元素矽、銅、、鋅分為四類,代號編碼分別為100、200、300、400。
高強度鋁合金
高強度鋁合金指其抗拉強度大於480兆帕的鋁合金,主要是壓力加工鋁合金中硬鋁合金類、超硬鋁合金類和鑄造合金類。

檢測方法

Delta合金分析儀專門用於現場,無損,快速,準確分析檢測合金元素和合金牌號的識別。
合金材料鑑別(PMI)
來料檢驗;庫存材料管理;安裝材料復檢。由於在石化建設,金屬冶煉,壓力容器,電力電站,石油化工,精細化工,製藥,航空航天等行業中,混料或使用不合格的材料會產生嚴重的安全事故。Delta合金分析儀用以確保生產設備與管道中所使用的合金零部件與設計要求的規格完全一致。Delta合金分析儀攜帶方便,使用簡單,分析速度快,精度高,其結果直接顯示合金牌號、金屬成分的百分比含量,從而使Delta合金分析儀成為合金材料鑑別的全世界第一供應商。

廢舊金屬分析
廢舊金屬的回收、再利用需要Delta合金分析儀,確保對大量繁雜多樣的合金種類及材料品質,進行現場快速準確的分析檢測。為購銷雙方在原材料交易時作出迅速、可靠的判定,並提供必要的信息。

質量保證與質量控制(QA/QC)
在金屬製造行業中,材料、半成品、成品的質量保證與質量控制(QA/QC)是必不可少的,混料或使用不合格材料必給企業帶來損失。Delta合金分析儀被廣泛用於從小型金屬材料加工廠到大型的飛機製造商的各種製造業。已成為質量體系中材料確認、半成品檢驗、成品復檢的首選儀器。

缺陷修復

鋁合金鋁合金

鋁合金在生產過程中,容易出現縮孔、砂眼、氣孔和夾渣等鑄造缺陷。如何修復鋁合金鑄件氣孔等缺陷呢?如果用電焊、氬焊等設備來修補,由於放熱量大,容易產生熱變形等副作用,無法滿足補焊要求。
冷焊修復機是利用高頻電火花瞬間放電、無熱堆焊原理來修復鑄件缺陷。由於冷焊熱影響區域小,不會造成基材退火變形,不產生裂紋、沒有硬點、硬化現象。而且熔接強度高,補材與基體同時熔化後的再凝固,結合牢固,可進行磨、銑、銼等加工,緻密不脫落。冷焊修復機是修補鋁合金氣孔、砂眼等細小缺陷的理想方法。

典型用途

1050食品、化學和釀造工業用擠壓盤管,各種軟管,煙花粉
1060要求抗蝕性與成形性均高的場合,但對強度要求不高,化工設備是其典型用途
1100用於加工需要有良好的成形性和高的抗蝕性但不要求有高強度的零件部件,例如化工產品、食品工業裝置與貯存容器、薄板加工件、深拉或鏇壓凹形器皿、焊接零部件、熱交換器、印刷板、銘牌、反光器具
1145包裝及絕熱鋁箔,熱交換器
1199電解電容器箔,光學反光沉積膜
1350電線、導電絞線、匯流排、變壓器帶材
2011螺釘及要求有良好切削性能的機械加工產品
2014套用於要求高強度與硬度(包括高溫)的場合。飛機重型、鍛件、厚板和擠壓材料,車輪與結構元件,多級火箭第一級燃料槽與太空飛行器零件,卡車構架與懸掛系統零件
2017是第一個獲得工業套用的2XXX系合金,目前的套用範圍較窄,主要為鉚釘、通用機械零件、結構與運輸工具結構件,螺鏇槳與配件
2024飛機結構、鉚釘、飛彈構件、卡車輪轂、螺鏇槳元件及其他種種結構件
2036汽車車身鈑金件
2048航空太空飛行器結構件與兵器結構零件
2124航空太空飛行器結構件
2218飛機發動機和柴油發動機活塞,飛機發動機汽缸頭,噴氣發動機葉輪和壓縮機環
2219航天火箭焊接氧化劑槽,超音速飛機蒙皮與結構零件,工作溫度為-270~300攝氏度。焊接性好,斷裂韌性高,T8狀態有很高的抗應力腐蝕開裂能力
2319焊拉2219合金的焊條和填充焊料
2618模鍛件與自由鍛件。活塞和航空發動機零件
2A01工作溫度小於等於100攝氏度的結構鉚釘
2A02工作溫度200~300攝氏度的渦輪噴氣發動機的軸向壓氣機葉片
2A06工作溫度150~250攝氏度的飛機結構及工作溫度125~250攝氏度的航空器結構鉚釘
2A10強度比2A01合金的高,用於製造工作溫度小於等於100攝氏度的航空器結構鉚釘
2A11飛機的中等強度的結構件、螺鏇槳葉片、交通運輸工具與建築結構件。航空器的中等強度的螺栓與鉚釘
2A12航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、鉚釘等,建築與交通運輸工具結構件
2A14形狀複雜的自由鍛件與模鍛件
2A16工作溫度250~300攝氏度的航天航空器零件,在室溫及高溫下工作的焊接容器與氣密座艙
2A17工作溫度225~250攝氏底的航空器零件
2A50形狀複雜的中等強度零件
2A60航空器發動機壓氣機輪、導風輪、風扇、葉輪等
2A70飛機蒙皮,航空器發動機活塞、導風輪、輪盤等
2A80航空發動機壓氣機葉片、葉輪、活塞、漲圈及其他工作溫度高的零件
2A90航空發動機活塞
3003用於加工需要有良好的成形性能、高的抗蝕性可焊性好的零件部件,或既要求有這些性能又需要有比1XXX系合金強度高的工作,如廚具、食物和化工產品處理與貯存裝置,運輸液體產品的槽、罐,以薄板加工的各種壓力容器與管道
3004全鋁易拉罐罐身,要求有比3003合金更高強度的零部件,化工產品生產與貯存裝置,薄板加工件,建築加工件,建築工具,各種燈具零部件
3105房間隔斷、檔板、活動房板、檐槽和落水管,薄板成形加工件,瓶蓋、瓶塞等
3A21飛機油箱、油路導管、鉚釘線材等;建築材料與食品等工業裝備等
5005與3003合金相似,具有中等強度與良好的抗蝕性。用作導體、炊具、儀錶板、殼與建築裝飾件。陽極氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮,並與6063合金的色調協調一致
5050薄板可作為致冷機與冰櫃的內襯板,汽車氣管、油管與農業灌溉管;也可加工厚板、管材、棒材、異形材和線材等
5052此合金有良好的成形加工性能、抗蝕性、可燭性、疲勞強度與中等的靜態強度,用於製造飛機油箱、油管,以及交通車輛、船舶的鈑金件,儀表、街燈支架與鉚釘、五金製品等
鋁合金鋁合金
5056鎂合金與電纜護套鉚釘、拉鏈、釘子等;包鋁的線材廣泛用於加工農業捕蟲器罩,以及需要有高抗蝕性的其他場合
5083用於需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場合,諸如艦艇、汽車和飛機板焊接件;需嚴格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鑽探設備、交通運輸設備、飛彈元件、裝甲等
5086用於需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強度的場合,例如艦艇、汽車、飛機、低溫設備、電視塔、鑽井裝置、運輸設備、飛彈零部件與甲板等
5154焊接結構、貯槽、壓力容器、船舶結構與海上設施、運輸槽罐
5182薄板用於加工易拉罐蓋,汽車車身板、操縱盤、加強件、托架等零部件
5252用於製造有較高強度的裝飾件,如汽車等的裝飾性零部件。在陽極氧化後具有光亮透明的氧化膜
5254過氧化氫及其他化工產品容器
5356焊接鎂含量大於3%的鋁鎂合金焊條及焊絲
5454焊接結構,壓力容器,海洋設施管道
5456裝甲板、高強度焊接結構、貯槽、壓力容器、船舶材料
5457經拋光與陽極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件
5652過氧化氫及其他化工產品貯存容器
5657經拋光與陽極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件,但在任何情況下必須確保材料具有細的晶粒組織
5A02飛機油箱與導管,焊絲,鉚釘,船舶結構件
5A03中等強度焊接結構,冷衝壓零件,焊接容器,焊絲,可用來代替5A02合金
5A05焊接結構件,飛機蒙皮骨架
5A06焊接結構,冷模鍛零件,焊拉容器受力零件,飛機蒙皮骨部件
5A12焊接結構件,防彈甲板
6005擠壓型材與管材,用於要求強高大於6063合金的結構件,如梯子、電視天線等
6009汽車車身板
6010薄板:汽車車身
6061要求有一定強度、可焊性與抗蝕性高的各種工業結構性,如製造卡車、塔式建築、船舶、電車、家具、機械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材
6063建築型材,灌溉管材以及供車輛、台架、家具欄柵等用的擠壓材料
6066鍛件及焊接結構擠壓材料
6070重載焊接結構與汽車工業用的擠壓材料與管材
6101公共汽車用高強度棒材、電導體與散熱器材等
6151用於模鍛曲軸零件、機器零件與生產軋制環,供既要求有良好的可鍛性能、高的強度,又要有良好抗蝕性之用
6201高強度導電棒材與線材
6205厚板、踏板與耐高衝擊的擠壓件
6262要求抗蝕性優於2011和2017合金的有螺紋的高應力零件
6351車輛的擠壓結構件,水、石油等的輸送管道
6463建築與各種器具型材,以及經陽極氧化處理後有明亮表面的汽車裝飾件
6A02飛機發動機零件,形狀複雜的鍛件與模鍛件
7005擠壓材料,用於製造既要有高的強度又要有高的斷裂韌性的焊接結構,如交通運輸車輛的桁架、桿件、容器;大型熱交換器,以及焊接後不能進行固熔處理的部件;還可用於製造體育器材如網球拍與壘球棒
7039冷凍容器、低溫器械與貯存箱,消防壓力器材,軍用器材、裝甲板、飛彈裝置
7049用於鍛造靜態強度與7079-T6合金的相同而又要求有高的抗應力腐蝕開裂勇力的零件,如飛機與飛彈零件——起落架液壓缸和擠壓件。零件的疲勞性能大致與7075-T6合金的相等,而韌性稍高
7050飛機結構件用中厚板、擠壓件、自由鍛件與模鍛件。製造這類零件對合金的要求是:抗剝落腐蝕、應力腐蝕開裂能力、斷裂韌性與抗疲勞性能都高
7072空調器鋁箔與特薄帶材;2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材與管材的包覆層
7075用於製造飛機結構及期貨他要求強度高、抗腐蝕性能強的高應力結構件、模具製造
7175用於鍛造航空器用的高強度結構性。T736材料有良好的綜合性能,即強度、抗剝落腐蝕與抗應力腐蝕開裂性能、斷裂韌性、疲勞強度都高
7178供製造航空太空飛行器的要求抗壓屈服強度高的零部件
7475機身用的包鋁的與未包鋁的板材,機翼骨架、桁條等。其他既要有高的強度又要有高的斷裂韌性的零部件
7A04飛機蒙皮、螺釘、以及受力構件如大梁桁條、隔框、翼肋、起落架等

施工方法

鍛造修傷

修傷是鋁合金模鍛工藝中的重要一環。由於鋁合金在高溫下較軟,粘性大,流動性差,容易粘模並產生各種表面缺陷(摺疊、毛刺、裂紋等),在進行下一道工序前,必須打磨、修傷,將表面缺陷清除乾淨,否則在後續工序中缺陷將進一步擴大,甚至引起鍛件報廢。
修傷用的工具有風動砂輪機、風動小銑刀、電動小銑刀及扁鏟等。修傷前先經腐蝕查清缺陷部位,修傷處要圓滑過渡,其寬度應為深度的5~10倍。
壓力加工鋁合金壓力加工產品分為防鏽(LF)、硬質(LY)、鍛造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及釺焊(LQ)等七類。常用鋁合金材料的狀態為退火(M燜火)、硬化(Y)、熱軋(R)等三種。

壓鑄的特點

壓力鑄造簡稱壓鑄,是一種將熔融合金液倒入壓室內,以高速充填鋼製模具的型腔,並使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓鑄區別於其它鑄造方法的主要特點是高壓和高速。
金屬液是在壓力下填充型腔的,並在更高的壓力下結晶凝固,常見的壓力為15—100MPa。
金屬液以高速充填型腔,通常在10—50米/秒,有的還可超過80米/秒,(通過內澆口導入型腔的線速度—內澆口速度),因此金屬液的充型時間極短,約0.01—0.2秒(須視鑄件的大小而不同)內即可填滿型腔。壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生產的三大要素,缺一不可。所謂壓鑄工藝就是將這三大要素有機地加以綜合運用,使能穩定地有節奏地和高效地生產出外觀、內在質量好的、尺寸符合圖樣或協定規定要求的合格鑄件,甚至優質鑄件。

壓鑄的流動性

流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造複雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。
影響流動性的因素很多,主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒,但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力(俗稱澆注壓頭)的高低。
實際生產中,在合金已確定的情況下,除了強化熔煉工藝(精煉與除渣)外,還必須改善鑄型工藝性(砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度),並在不影響鑄件質量的前提下提高澆注溫度,保證合金的流動性。

鋁材

鋁和鋁合金經加工成一定形狀的材料統稱鋁材,包括板材、帶材、箔材、管材、棒材、線材、型材等。[3]

焊接方法

鋁合金材料,強度高和質量輕。主要焊接工藝為鎢極氬弧焊TIG、氣體保護焊MIG、攪拌摩擦焊FSW、電阻點焊等。
鋁合金焊接保護措施
1、焊前用化學+機械的方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物,順序是先化學清洗,後機械打磨;
2、焊接過程中要採用合格的保護氣體進行保護;
3、在氣焊時,採用熔劑,在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點
(1)極易氧化。在空氣中,鋁容易同氧化合,生成緻密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm),熔點高(約2050℃),遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約600℃左右)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3,約為鋁的1.4倍,氧化鋁薄膜的表面易吸附水分,焊接時,它阻礙基本金屬的熔合,極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷,引起焊縫性能下降。
(2)易產生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因是氫,由於液態鋁可溶解大量的氫,而固態鋁幾乎不溶解氫,因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時,氫來不及逸出,容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔難於完全避免,氫的來源很多,有電弧焊氣氛中的氫,鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。實踐證明,即使氬氣按GB/T4842標準要求,純度達到99.99%以上,但當水分含量達到20ppm時,也會出現大量的緻密氣孔,當空氣相對濕度超過80%時,如果不採取加熱等措施,焊縫就會明顯出現氣孔。同時,採用小電流慢速焊,加大焊縫冷卻時間,並利用焊絲電弧進行熔池攪動,可以較好的幫助氣體排出熔池。
(3)焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹係數和結晶收縮率約比鋼大兩倍,易產生較大的焊接變形的內應力,對剛性較大的結構將促使熱裂紋的產生。
(4)鋁的導熱係數大(純鋁0.538卡/Cm.s.℃)。約為鋼的4倍,因此,焊接鋁和鋁合金時,比焊鋼要消耗更多的熱量。
(5)合金元素的蒸發的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、鋅、等),在高溫電弧作用下,極易蒸發燒損,從而改變焊縫金屬的化學成分,使焊縫性能下降。
(6)高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低,破壞了焊縫金屬的成形,有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現象。
(7)無色彩變化。鋁及鋁合金從固態轉為液態時,無明顯的顏色變化,使操作者難以掌握加熱溫度。[4]

熔煉鑄造

鋁合金的熔煉與澆注是鑄造生產中主要環節。嚴格控制熔煉與澆鑄的全過程,對防止針孔、夾雜、欠鑄、裂紋、氣孔以及縮松等鑄造缺陷起著重要的作用。由於鋁熔體吸收氫傾向大,氧化能力強,易溶解鐵,在熔煉與澆鑄過程中必須採取簡易而又謹慎的預防措施,以獲得優質鑄件。
1、鋁合金爐料配製及質量控制
為了熔煉出優質鋁熔體,首先應選用合格的原材料。須對原材料進行科學管理和適當處理,否則就會嚴重影響合金的質量,生產實踐證明,原材料(包括金屬材料及輔助材料)控制不嚴會使鑄件成批報廢。
(一)原材料必須有合格的化學成分及組織,具體要求如下:
入廠的合金錠除分析主要成分及雜質含量外,尚就檢查低陪組織及斷口。實踐證明,使用了含有嚴重縮孔、針孔、以及氣泡的鋁液,就難以獲得緻密的鑄件,甚至會造成整爐、整批的鑄件報廢。
有人在研究鋁矽合金錠對鋁合金針孔的影響時發現,用熔融的純澆鑄砂型試塊時並不出現針孔,當加入低組織和不合格的鋁矽合金錠後,試塊針孔嚴重,且晶粒大。其原因為材料的遺傳性所致。鋁矽系合金和遺傳性隨著含量的提高面增大,矽量達到7%時,遺傳顯著。繼續提高矽含量到共晶成分,遺傳性又稍減小。為解決爐料遺傳性引起的鑄件缺陷,必須選用冶金質量高的鋁錠、中間合金及其它爐料。具體標準如下:
(1)斷口上不應有針孔、氣孔
針孔應在三級以內,局部(不超過受檢面積的25%)不應超過三級,超過三級者必須採取重熔煉的辦法以減少針孔度。重熔精煉方法與一般鋁合金熔煉相同,澆鑄溫度不宜超過660℃,對於那些原始晶粒大的鋁錠、合金錠等,應先用較低的錠模溫度,使它們快速凝固,細化晶粒。
(2)、爐料處理爐料使用前應經吹砂處理,以去除表面的鏽蝕、油脂等污物。放置時間不長,表面較乾淨的鋁合金錠及金屬型回爐料可以不經吹砂處理,但應消除混在爐料內的鐵質過濾網及鑲嵌件等,所有的爐料在入爐前均應預熱,以去除表面附的水分,縮短熔煉時間在3小時以上。
(3)、爐料的管理及存放
爐料的合理保存及管理對確保合金質量有重要意義。爐料應貯存在溫度變化不大、乾燥的倉庫內。
2、坩堝及熔煉工具的準備
(一)坩堝鑄造鋁合金常用鐵坩堝,也可用鑄鋼及鋼板焊接坩堝。
新坩堝及長期未用的舊坩堝,使用前均應吹砂,並加熱到700--800度,保持2--4小時,以燒除附著在坩堝內壁的水分及可燃物質,待冷到300度以下時,仔細清理坩堝內壁,在溫度不低於200度時噴塗料。
坩堝使用前應預熱至暗紅色(500--600度),並保溫2小時以上。新坩堝外熔煉之前,最好先熔化一爐同牌號的回爐料。
(二)熔煉工具的準備
鐘罩、壓瓢、攪拌勺、澆包
錠模等使用前均應預熱,並在150度---200度溫度下塗以防護性塗料,並徹底烘乾,烘乾溫度為200--400度,保溫時間2小時以上,使用後應徹底清除表面上附著的氧化物、氟化物,(最好進行吹砂)。
3、熔煉溫度的控制
熔煉溫度過低,不利於合金元素的溶解及氣體、夾雜物的排出,增加形成偏析、冷隔、欠鑄的傾向,還會因冒口熱量不足,使鑄件得不到合理的補縮,有資料指出,所有鋁合金的熔煉溫度到少要達705度並應進行攪拌。熔煉溫度過高不僅浪費能源,更嚴重的是因為溫度愈高,吸氫愈多,晶粒亦愈粗大,鋁的氧化愈嚴重,一些合金元素的燒損也愈嚴重,從而導致合金的機械性能的下降,鑄造性能和機械加工性能惡化,變質處理的效果削弱,鑄件的氣密性降低。
生產實踐證明,把合金液快速升溫至較高的溫度,進行合理的攪拌,以促進所有合金元素的溶解(特別是難熔金屬元素),扒除浮渣後降至澆注溫度,這樣,偏析程度最小,熔解的氫亦少,有利於獲得均勻緻密、機械性能高的合金.因為鋁熔體的溫度是難以用肉眼來判斷的,所以不論使用何種類型的熔化爐,都應該用測溫儀表控制溫度。測溫儀表應定期校核和維修。熱電偶套管應周期的用金屬刷刷乾淨,塗以防護性塗料,以保證測溫結果的準確性及處長使用壽命。
4、熔煉時間的控制
為了減少鋁熔體的氧化、吸氣和鐵的溶解,應儘量縮短鋁熔體在爐內的停留時間,快速熔煉。從熔化開始至澆注完畢,砂型鑄造不超過4小時,金屬型鑄造不超過6小時,壓鑄不超過8小時。
為加速熔煉過程,應首先加入中等塊度、熔點較低的回爐料及鋁矽中間合金,以便在坩堝底陪儘快形成熔池,然後再加塊度較大的回爐料及純鋁錠,使它們能徐徐浸入逐漸擴大的熔池,很快熔化。在爐料主要部分熔化後,再加熔點較高、數量不多的中間合金,升溫、攪拌以加速熔化。最後降溫,壓入易氧化的合金元素,以減少損失。
5、熔體的轉送和澆注
儘管固態氧化鋁的密度近似於鋁熔體的密度,在進入鋁熔體內部後,經過足夠長的時間才會沉至坩堝底陪。而鋁熔體被氧化後形成的氧化鋁膜,卻僅與鋁熔體接觸的一面是緻密的,與空氣接觸的一面疏鬆且有大量直徑為60--100A的小孔,其表面積大,吸附性強,極易吸附在水汽,反有上浮的傾向。因此,在這種氧化膜與鋁熔體的比重差小,將其混入熔體中,浮沉速度很慢,難以從熔體中排除,在鑄件中形成氣孔太夾雜。所以,轉送鋁熔體中關鍵是儘量減少熔融金屬的攪拌,儘量減少熔體與空氣的接觸。
採用傾轉式坩堝轉注熔體時,為避免熔體與空氣的混合,應將澆包儘量靠所爐咀,並傾斜放置,使熔體沿著澆包的側壁下流,不致直接衝擊包底,發生攪動、飛濺等。
採用正確合理的澆注方法,是獲得優質鑄件的重要條件之一。生產實踐得,注意下列事項,對防止、減少鑄件缺陷是很有效的。
(一)澆注前應仔細檢查熔體出爐溫度、澆包容量及其表面塗料層的乾燥程度,其他工具的準備是否合乎要不。金屬澆口杯在澆注前3--5分鐘之內就在砂型上安放好,此時澆包懷的溫度不高於150度,安置過早或溫度過高,澆道內憋住大量氣體,在澆注時有爆炸的危險。
(二)不能在有“過堂風”的場合下澆注,以及熔體強烈氧化,燃燒,使鑄件產生氧化夾雜等缺陷。
(三)由坩堝內獲取熔體時,應先用包底輕輕撥開熔體表面的氧化皮或熔劑層,緩慢地將澆包浸入熔體內,用澆包的寬口舀取熔體,然後平穩的提起澆包。
(四)端包時不要掌平,步子要穩,澆包不宜提得過高,澆包內金屬液面必須保持平穩,不受攏動。
(五)即將澆注時,應扒淨澆包的渣子,以免在澆注中將熔渣、氧化皮等帶入鑄型中。
(六)在澆注中,熔體流就保持平穩,不能中斷,不能直衝口懷的底孔。澆口懷自始至終應充滿,液面不得翻動,澆注速度要控制得當。通常,澆注開始度就稍慢些,使熔體充填平穩,然後速度稍快,並基本保持澆注速度不變。
(七)在澆注過程中,澆包咀與澆口的距離就儘可能靠近,以不超過50毫米為限,以免熔液過多地氧化。
(八)帶堵塞的澆口懷,堵塞不能撥得太早,在熔體充滿澆口懷後,再緩慢地斜向撥出,以免熔體在注入澆道時產生渦流。
(九)距坩堝底部60毫米以下的熔體不宜澆注鑄件。

鋁合金鑄造(ZL)
按成分中鋁以外的主要元素分為四類,代號編碼分別為100、200、300、400。
為了獲得各種形狀與規格的優質精密鑄件,用於鑄造的鋁合金一般具有以下特性。
(1)有填充狹槽窄縫部分的良好流動性
(2)有比一般金屬低的熔點,但能滿足極大部分情況的要求
(3)導熱性能好,熔融鋁的熱量能快速向鑄模傳遞,鑄造周期較短
(4)熔體中的氫氣和其他有害氣體可通過處理得到有效的控制
(5)鋁合金鑄造時,沒有熱脆開裂和撕裂的傾向
(6)化學穩定性好,抗蝕性能強
(7)不易產生表面缺陷,鑄件表面有良好的表面光潔度和光澤,而且易於進行表面處理
(8)鑄造鋁合金的加工性能好,可用壓模、硬模、生砂和乾砂模、熔模石膏型鑄造模進行鑄造生產,也可用真空鑄造、低壓和高壓鑄造、擠壓鑄造、半固態鑄造、離心鑄造等方法成形,生產不同用途、不同品種規格、不同性能的各種鑄件。
鑄造鋁合金在轎車上是得到了廣泛套用,如發動機的缸蓋、進氣歧管、活塞、輪轂、轉向助力器殼體等。

歷史沿革

氧化鋁在1808年在實驗室利用電解還成為鋁材,於1884年即被作為建築材料使用在美國華盛頓紀念碑尖頂上至今;鋁材加入各種金屬元素合成的鋁合金材料已被建築工業廣泛套用在各環節上。
鋁合金鋁合金

狀態與代號

1.範圍
本標準規定了變形鋁合金的狀態代號。
本標準適用於鋁及鋁加工產品。
2.基本原則
2.1基礎狀態代號用一個英文大寫字母表示。
2.2細分狀態代號採用基礎狀態代號後跟一位或多位阿拉伯數字表示。
2.3基本狀態代號
基本狀態分為5種
代號名稱說明與套用
自由加工狀態適用於在成型過程中,對於加工硬化和熱處理條件特殊要求的產品,該狀態產品的力學性能不作規定。
O退火狀態適用於經完全退火獲得最低強度的加工產品。
加工硬化狀態適用於通過加工硬化提高強度的產品,產品在加工硬化後可經過(也可不經過)使強度有所降低的附加熱處理。
W固熔熱處理狀態處理狀態一種不穩定狀態,僅適用於經固溶熱處理後,室溫下自然時效的合金,該狀態代號僅表示產品處於自然時效階段。
T熱處理狀態(不同於F、O、H狀態)適用於熱處理後,經過(或不經過)加工硬化達到穩定的產品。T代號後面必須跟有一位或多位阿拉伯數字

一般特性

鋁及鋁合金其它金屬材料相比,具有以下一些特點:
1、密度小
鋁及鋁合金的密度接近2。7g/,約為鐵或銅的1/3。
2、強度高
鋁及鋁合金的強度高。經過一定程度的冷加工可強化基體強度,部分牌號的鋁合金還可以通過熱處理進行強化處理。
3、導電導熱性好
鋁的導電導熱性能僅次於銀、銅和金。
4、耐蝕性好
鋁的表面易自然生產一層緻密牢固的AL2O3保護膜,能很好的保護基體不受腐蝕。通過人工陽極氧化和著色,可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。
5、易加工添加一定的合金元素後,可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。由於具有優良的物理性能,鋁在國民經濟各行業和國防工業中得到了廣泛的套用。鋁作為輕型結構材料,重量輕、強度大,海、陸、空各種運載工具,特別是飛機、飛彈、火箭、人造地球衛星等,均使用大量的鋁,一架超音速飛機的用鋁量占其自身重量的70%,一枚飛彈用鋁量占其總重量的10%以上;用鋁和鋁合金製造的各種車輛,可以減少能耗,其所節省的能量遠遠超過煉鋁時所消耗的能量;在建築工業中用鋁合金做房屋的門窗及結構材料;用鋁製作太陽能收集器,可以節能;在電力輸送方面,鋁的用量居首位,90%的高壓電導線是用鋁製作的;在食品工業上,從儲槽到罐頭盒,以至飲料容器大多用鋁製成;鋁粉可做難熔金屬(如鉬等)的還原劑和做煉鋼中的脫氧劑,日常生活所用的鍋、盤、匙等大多由鋁製成。
國際上已經註冊的鋁合金牌號有1000多個,每個牌號又有多種狀態,在硬度,強度,耐蝕性,加工性,焊接性,裝飾性等方面都存在著明顯的差異。選擇鋁合金的牌號與狀態時,以上各方面很難同時滿足,也沒有必要,應根據產品的性能要求,使用環境,加工過程等因素,設定各種性能的優先次序,方可做到合理選材,在保證性能的前是下合理控制成本。
硬度:很多客戶在購買鋁時非常關心,硬度首選跟合金化學成份有直接的關係。其次,不同的狀態也影響較大,從所能達到的最高硬度來看,7系,2系,4系,6系,5系,3系,1系,依次降低。硬度:強度是產品設計時必須考慮的重要因素,成其是鋁合金組件作為組件時,應根據所承受的壓力,選擇適當的合金。純鋁強度最低,而2系及7系熱處理型合金度最高,硬度和強度有一定的下相關係。耐蝕性:耐蝕性包括化學腐蝕,耐應力腐蝕等性能。一般而言,1系純鋁的耐蝕性最佳,5系表現良好,其次是3系和6系,2系及7系較差。耐蝕性選用原則應根據其使用場合而定。高強度合金腐蝕環境下使用,必須使用各種防蝕用複合材料。加工性:加工性能包插成形性能與切削性能。因為成形性與狀態有關,在選擇鋁合金牌號後,還需考慮各種狀態的強度範圍,通常強度高的材不易成形。台果要對鋁材進行折彎,拉伸,深沖等成形加工,完退火狀態材料的成形性最佳,反之,熱處理狀態材料的成形性最差。鋁合金的切削性較差,對於模具,機械零件等需要切削性較佳,反之,低強度者切削性較差,對模具,機械零件等需要切削加工的產品,鋁合金的切削性是重要的考慮因素。焊接性:多數鋁合金的焊接性均無問題,尤其是部分5系列的鋁合金,是專為焊接考慮而設計的,相對面言,部分2系和7系的鋁合金較難焊接。
裝飾性能:鋁材套用於裝飾或某些特定的場合時,需要對其表面進行陽極氧化,塗裝等加工,以獲得相應的顏色和表面組織,這時其裝飾性應該重點考慮的,一般而言,耐蝕性較好的材料,其陽極處理性能,表面處理性能,塗裝性能都非常出色。其他特性:除上述特性以外,還有導電性,耐磨性,耐熱性等。

未來線纜的發展方向

近日,上海電纜研究所舉辦了"推進鋁合金在輸電線路套用研討會",會議由上海電纜研究所總工程師毛慶傳主持,匯集了國家電網華東電網有限公司、設計研究院、電力公司、設備製造商及在架空導線及鋁合金產品方面領先的國內企業如遠東電纜、中天科技、武漢電纜、青島漢纜、重慶泰山電纜等數十家單位,近80名線纜行業專家參會。
上纜所作為中國線纜業最高檢測機構,具有行業領航標作用。每當上纜所推出一項新指標或一種新產品類型時,大多數國內企業都會加入到其試製與推廣的隊伍。此次上纜所推廣5種鋁合金芯導體在輸電線路中的套用,想必會引發一場有關節能鋁合金芯及相關產品的研發與生產熱潮。但我們應以一種客觀、冷靜的態度來對待這場"繁華的盛宴".
近年來,國家大力發展智慧型電網擴建與農村電網改造,對於電纜行業來說是一個大的契機與挑戰。
第一,銅價從去年的大幅度上升,又大幅度回落,到今年的小幅增高,銅金屬的供求關係波動性大,以鋁代銅的呼聲越來越高,部分企業和研究所已經把目光放在鋁代銅項目上;
第二,我國發電量世界第一,用電量世界第二,2011年國家限電拉閘,部分省份發生了用電荒,從電纜企業角度出發,我們不得不思考導體載流量的控制;
第三,從銅鋁產量與用量對比來看,電工用鋁的需求遠遠小於電工用鋁的供應。
第四:國家電網公司今年已在全國多個省份開展輸電線路節能導線(鋼芯高導電率鋁絞線、鋁合金芯鋁絞線、中強度全鋁合金絞線)工程的試點套用,推進節能導線尤其是鋁合金在輸電線路中的套用。
上述四點構成本次會議的背景,即政策、成本、載流量、節能。這符合國家"十二五規劃",也符合國際社會倡導的節能主流。最近幾年,線纜及相關配套行業大力提高創新力度,提高電網建設技術水平,所以為了進一步降低輸電線路電能的損耗、提高電能的利用效率,採用新型節能導線迫在眉睫。
會上,上海電纜研究所總工程師毛慶傳、黃院士及遠東電纜首席技術官王傳斌做了重要講話。其中,國家電網華東電網有限公司做了題為《國家電網公司2011年度依託工程基建新技術研究-鋁合金芯鋁絞線套用研究》的報告,上海電纜研究所做了《電工用鋁合金線製造技術概述》,中天科技也做了相關議題的匯報,整個會場氣氛熱烈。
在上海電纜研究所總工程師毛慶傳的主持下,各單位代表踴躍發言,相繼提出了各自的建議。其中包括:鋁合金線纜的基本特性、各型號產品在不同環境下的性能比較(如覆冰能力、最大水平負荷、垂直負荷等)、鋁合金製造設備的最佳化(如配套金具、連鑄連軋設備國內外對比等)、鋁合金製造工藝的質量控制點(如合金配方、冷卻溫度、速度、淬火溫度、人工時效溫度時間冷卻控制、拉線與絞線等)、鋁合金導體的檢測(如單線的機電性能、絞線的力學與電學性能)、鋁合金線車間的設計(如燃料的選擇、潤滑液與冷卻液的溫度控制、成品線存放地等)、國內外鋁合金共供求關係對比、依託工程研究的節能導線技術經濟分析等。
電線電纜行業是電工用鋁的主要用戶。近幾年,我國年產為200萬噸的輸電線和電纜線芯主要採用電工鋁導體,但鋁合金的用量也略有增加。據相關統計,2011年的鋁合金導線約為5萬噸,其中約一半出口銷往國外,剩下的電工用鋁全部被國內幾大鋁合金及相關產品生產大戶所消耗。

選購注意事項

1、仔細查看產品的表面狀況,產品表面不能有明顯的擦劃傷、氣泡等缺陷,產品色彩鮮亮,光澤好。
2、查看產品出廠合格證,注意出廠日期、規格、技術條件、企業名稱和生產許可證編號。
3、注意產品表面塗層的厚度,陽極氧化產品的膜厚不低於10μm,電泳塗漆產品的膜厚不低於17μm,粉末噴塗的塗層厚度不超出40~120μm範圍,氟碳漆噴塗產品應在二塗以上,不能低於30μm。
4、一定要注意產品的壁厚,門窗料的產品厚度應不小於1.2mm。
5、清洗劑可以用、洗滌靈和肥皂,但不能用其他有機物。
6、日常維護時,不能用刷子等其他硬物作為清洗工具,應選擇柔軟的棉紗和棉布。

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