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)

濟的飛速發(fā)展，對鋁合金焊接結(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：660℃ 
比  重：2.702 
歷史發(fā)展 
  氧化鋁在1808年在實驗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)用得以迅速擴大。 1933年美國鋁業(yè)公司發(fā)明6061合金，隨

即創(chuàng)造了擠壓機淬火工藝，顯著擴大了擠壓型材應(yīng)用范圍。
1943年美國鋁業(yè)公司發(fā)明了6063合金及7075合金，開創(chuàng)了高強度鋁合金的新紀(jì)元。
1965年美國鋁業(yè)公司又發(fā)明了A356鑄造鋁合金，這是經(jīng)典鑄造鋁合金。
隨著對鋁合金材料方面的研究深入，高強鋁合金(2000、7000系列)以其優(yōu)異的綜合性能在商用飛機上的使用量已經(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，但強度比較高，接近或超過**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，使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能，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，可熱處理強化．其特點是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬Al一Cu—Mg—Zn系，可熱處理強化，是室溫下

強度**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。通過長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)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**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)點的同時還能具有較高的強度，σb 值分別可達(dá) 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(jié)構(gòu)材料，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業(yè)等

方面，飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造，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，隨著時問的推移，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，氫氣從熔液中排出，收縮孔隙度擴大并放大，同時伴隨著力學(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。因為熔煉時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

于燥的氮氣或氬氣泡。然而，由于環(huán)境和安全原因常排除它在生產(chǎn)中使用。
過去已利用減壓測試法測量出溶解在熔液中的氫氣量，其過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

過程發(fā)現(xiàn)，在凝固過程中氣泡變化的程度指示了存在的氫氣量。同時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。測試溶解氫氣的更好方法是使用專門設(shè)計的

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

或澆注和鑄型注滿的過程中都會引起紊流。
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，氣孔和碾微孔隙也**基本消失了。對于鑄鋁件的生產(chǎn)，減少

**雜質(zhì)足特別重要的一個條件．因為通常它們的液相線與固相線之問有非常大的幅差，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，如果沒有這

些氧化膜．不均勻性**會減少，鑄件性能的重復(fù)性**會優(yōu)于鍛件，用X射線檢查時，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)時再去修補。，
在熔融狀態(tài)下，可以利用熔劑的覆蓋來控制氧化物。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，可以采用熔液通過過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，可以在澆注系統(tǒng)中設(shè)置過

濾器來清除氧化物。

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．對大多數(shù)鑄件來說，利用重力澆注的方法**不

可能做到這一點，因為直澆道的水頭高度會加快流動速度從而發(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

器減緩金屬流動的速度，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，注入鑄件各個液位的次序電要精心設(shè)計好

，以免發(fā)生“

瀑布”——模具中液態(tài)金屬從較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，這樣則不會損害鑄件。
  很多鑄鋁合金都含有像鎂這樣的會慢慢與氧氣發(fā)生反應(yīng)的元素，熔化的金屬保存時間過長，這些元素**會被逐漸氧化，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，還會從浴槽的表而蒸發(fā)。

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