1.3.3 鋁及鋁合金的力學性能

純鋁的塑性和冷、熱加工性能均較好，但機械強度低，不能制成承受較大載荷的結構或零件。為此，可在純鋁中加入不同種類、數量的合金元素（如錳、鎂、銅、鋅、硅及稀土元素等），以改變其組織結構，從而提高強度并獲得所需的不同性能的鋁合金，使之適宜制作各種承載結構或零件，一般隨著合金元素的增加，鋁合金的強度也隨之增加，而塑性則隨之下降。但通過冷壓加工和熱處理方式能在很廣的范圍內改變鋁及鋁合金的力學性能，通常用于焊接的鋁及鋁合金均是經過冷壓加工或熱處理的，但焊接時產生的高溫會對這些鋁及鋁合金的力學性能有所影響，對熱處理過的鋁合金，這種影響與合金元素在鋁中的存在狀態有關。常加入的合金元素有銅、鎂、硅、鋅、錳和稀土元素等。加入的合金元素主要通過固溶強化和時效強化來提高鋁合金的力學性能。常用鋁及鋁合金的力學性能見表1-7。

表1-7 常用鋁及鋁合金的力學性能

注：狀態代號表示意義：O—退火，HX4—半冷作硬化，HX8—冷作硬化，T4—固溶處理加自然時效，T6—固溶處理加完全人工時效。

1.固溶強化

純鋁通過加入合金元素形成鋁基固溶體，起固溶強化作用，使其強度提高。Al-Mg、Al-Mn合金就主要是靠固溶強化來提高強度的，不能通過熱處理來提高強度，但可通過冷壓加工來提高強度，在鋁合金中其焊接性最好，被廣泛用于制作焊接結構。

2.時效強化

鋁合金經固溶處理后，獲得過飽和固溶體。在隨后的室溫放置或低溫加熱保溫時，笫二相從過飽和固溶體中緩慢析出，引起強度、硬度的提高，以及物理、化學性能的顯著變化，該過程稱為時效。室溫放置過程中使合金產生強化的效應稱為自然時效；低溫加熱過程中使合金產生強化的效應稱為人工時效。

鋁合金的時效強化或熱處理強化，主要是由于合金元素在鋁中有較大的固溶度，且隨著溫度的降低而急劇減小，故鋁合金經加熱到某一溫度淬火后，可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和固溶體是不穩定的，有自發分解的傾向，當給予一定的溫度與時間條件，就會發生分解，產生析出相，從而強化鋁合金。焊接時產生的高溫對這類鋁合金力學性能的影響很大。用于焊接的這類鋁合金主要有Al-Cu-Mn、Al-Mg-Mn、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg等。