鋁合金（有色金屬結(jié)構(gòu)材料）
  鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用**泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。工業(yè)經(jīng)

濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應(yīng)用**多的合金。
中文名：鋁合金
類  別：有色金屬
熔  點(diǎn)：660℃ 
比  重：2.702 
歷史發(fā)展 
  氧化鋁在1808年在實(shí)驗(yàn)室利用電解還成為鋁材，于1884年即被作為建筑材料使用在美國(guó)華盛頓紀(jì)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筑工業(yè)廣泛應(yīng)用在各環(huán)節(jié)上。
1908年美國(guó)鋁業(yè)公司發(fā)明電工鋁合金1050，并制成鋼芯鋁絞線，開創(chuàng)高壓遠(yuǎn)程輸電先鋒。
1915年美國(guó)鋁業(yè)公司發(fā)明2017合金，1933年發(fā)明2024合金，使鋁的應(yīng)用得以迅速擴(kuò)大。 1933年美國(guó)鋁業(yè)公司發(fā)明6061合金，隨

即創(chuàng)造了擠壓機(jī)淬火工藝，顯著擴(kuò)大了擠壓型材應(yīng)用范圍。
1943年美國(guó)鋁業(yè)公司發(fā)明了6063合金及7075合金，開創(chuàng)了高強(qiáng)度鋁合金的新紀(jì)元。
1965年美國(guó)鋁業(yè)公司又發(fā)明了A356鑄造鋁合金，這是經(jīng)典鑄造鋁合金。
隨著對(duì)鋁合金材料方面的研究深入，高強(qiáng)鋁合金(2000、7000系列)以其優(yōu)異的綜合性能在商用飛機(jī)上的使用量已經(jīng)達(dá)到其結(jié)構(gòu)質(zhì)量

的80%以上，因此得到全球航空工業(yè)界的普遍重視。鋁合金開始逐漸應(yīng)用于生活，軍事，科技方面。
物質(zhì)特性 
鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)**鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上

廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機(jī)械性能，物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬AI—Cu—Mg

系，一般含有少量的Mn，可熱處理強(qiáng)化．其特點(diǎn)是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬Al一Cu—Mg—Zn系，可熱處理強(qiáng)化，是室溫下

強(qiáng)度**高的鋁合金．但耐腐蝕性差，高溫軟化快。鍛鋁合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金，雖然加入元素種類多，但是含量少，因而

具有優(yōu)良的熱塑性，適宜鍛造，故又稱鍛造鋁合金。
物質(zhì)結(jié)構(gòu) 
純鋁的密度小（ρ=2.7g/cm3），大約是鐵的 1/3，熔點(diǎn)低（660℃），鋁是面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性（δ:32~40%，

ψ:70~90%），易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好。但是純鋁的強(qiáng)度很低，退火狀態(tài) σb 值約為8kgf/mm2，故不宜

作結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們逐漸以加入合金元素及運(yùn)用熱處理等方法來(lái)強(qiáng)化鋁，這**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(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度，σb 值分別可達(dá) 24～60kgf/mm2。這樣使得其“比

強(qiáng)度”（強(qiáng)度與比重的比值 σb/ρ）勝過(guò)很多合金鋼，成為理想的結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等

方面，飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、壓氣機(jī)等常以鋁合金制造，以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接，結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。
制造工藝 
  合成工藝 
鋁和鋁合金可以用各種不同的方法熔煉。常使用的是無(wú)芯感應(yīng)爐和槽式感應(yīng)爐、坩堝爐和反射式平爐（使用天然氣或燃料油燃燒）

以及電阻爐和電熱輻射爐。爐料種類廣泛，從高質(zhì)量的預(yù)合金化鑄錠一直到專門由低等級(jí)廢料構(gòu)成的爐料都可以使用。然而，即使在

**熔煉澆注的條件下，熔化的鋁也易受三種類型的不良影響：

·在高溫條件下，隨著時(shí)間的推移，氫氣的吸附導(dǎo)致溶解在熔液中氫氣的增加。
·在高溫條件下，隨著時(shí)問(wèn)的推移，熔液發(fā)生氧化。
·合金元素的喪失。
氫氣是很容易被熔化的鋁吸附的。不幸的是，在熔化的鋁合金中，氫氣的溶解度基本上大于其在固體鋁中的溶解度。當(dāng)鋁合金凝固

時(shí)，氫氣從熔液中排出，收縮孔隙度擴(kuò)大并放大，同時(shí)伴隨著力學(xué)性能的喪失。氫氣一般源自濕爐料和潮濕的熔化工具，但主要的氫

氣源是環(huán)境中的濕氣。因?yàn)槿蹮挄r(shí)幾乎難以防止氫氣的吸附，所以澆注前必須從熔液中除去氫氣**常使用的方法是向熔液中鼓入

于燥的氮?dú)饣驓鍤馀荨Ｈ欢捎诃h(huán)境和安全原因常排除它在生產(chǎn)中使用。
過(guò)去已利用減壓測(cè)試法測(cè)量出溶解在熔液中的氫氣量，其過(guò)程是將熔化鋁的試樣注入鋼杯中，并讓它在真空腔中凝固。觀察凝固

過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在凝固過(guò)程中氣泡變化的程度指示了存在的氫氣量。同時(shí)使用凝固后的試樣切片可以檢查形成氣泡的大小。遺憾的是，

這些方法并不**，而且受到熔體中作為氫氣泡晶核存在的氧化物顆粒的影響很大。測(cè)試溶解氫氣的更好方法是使用專門設(shè)計(jì)的

利用液體萃取技術(shù)顯示氫氣的儀器。
鋁在熔液表面瞬時(shí)形成非常穩(wěn)定的氧化物。氧化的速度隨著溫度的升高和某些合金元素(如鎂和鈹)的存在而增加。而如果鋁熔液表

面沒(méi)有受到于擾，那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的，任何紊流都會(huì)將氧化物膜攪和到大部分的熔液中，并產(chǎn)生新鮮的

表面以有利于更多的氧化物形成。生成的氧化物膜和氧化物雜質(zhì)非常有害于鑄鋁件的性能，然而，在合金冶煉、熔化金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)

或澆注和鑄型注滿的過(guò)程中都會(huì)引起紊流。
熔液中的氧化物顆粒成為形成縮孔和氣孔的品核。缺少氧化物雜質(zhì)時(shí)，氣孔和碾微孔隙也**基本消失了。對(duì)于鑄鋁件的生產(chǎn)，減少

**雜質(zhì)足特別重要的一個(gè)條件．因?yàn)橥ǔＫ鼈兊囊合嗑€與固相線之問(wèn)有非常大的幅差，而在多孔隙的狀態(tài)下冷凝，則很難給孔

隙提供補(bǔ)給。

鑄件的氧化膜則形成了極易失效的脆弱面，鑄鋁合金力學(xué)性能的不均勻性恰恰**是由于這些氧化膜的存在而引起的，如果沒(méi)有這

些氧化膜．不均勻性**會(huì)減少，鑄件性能的重復(fù)性**會(huì)優(yōu)于鍛件，用X射線檢查時(shí)，這些氧化膜通常是不可見的，但必須做到事前

預(yù)防而不要等事后發(fā)現(xiàn)時(shí)再去修補(bǔ)。，
在熔融狀態(tài)下，可以利用熔劑的覆蓋來(lái)控制氧化物。這些熔劑一般為氯化鎂鹽。它們漂浮在熔液的表而上。但仍要定期從熔液表面

清除氧化物，可以采用熔液通過(guò)過(guò)濾床的辦法從大熔爐中清除這些懸浮的氧化物雜質(zhì)。較小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，可以在澆注系統(tǒng)中設(shè)置過(guò)

濾器來(lái)清除氧化物。

為了防止在鑄件中形成氧化膜，則需要讓金屬以毫尤紊流的狀態(tài)進(jìn)入到鑄型的型腔．對(duì)大多數(shù)鑄件來(lái)說(shuō)，利用重力澆注的方法**不

可能做到這一點(diǎn)，因?yàn)橹睗驳赖乃^高度會(huì)加快流動(dòng)速度從而發(fā)生紊流，所以一定要采用反重力法或液位模具澆注技術(shù)。這樣過(guò)

器減緩金屬流動(dòng)的速度，使其慢到足以防止氧化物產(chǎn)生。另外必須從底部注入模具的型腔，注入鑄件各個(gè)液位的次序電要精心設(shè)計(jì)好

，以免發(fā)生“

瀑布”——模具中液態(tài)金屬?gòu)妮^高液位掉落到較低的液位，從而在新生金屬表面形成氧化物。利用從底部注入模具的方法，液態(tài)金屬頂

上的氧化層將升入到上砂箱層面的頂部并流入冒口的頂，這樣則不會(huì)損害鑄件。
  很多鑄鋁合金都含有像鎂這樣的會(huì)慢慢與氧氣發(fā)生反應(yīng)的元素，熔化的金屬保存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這些元素**會(huì)被逐漸氧化，導(dǎo)致鑄件的

化學(xué)成分不達(dá)標(biāo)，而其他一些合金元素，例如具有低氣化壓的鋅，還會(huì)從浴槽的表而蒸發(fā)。

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