1.2 鋁及鋁合金分類及牌號

1.2.1 鋁及鋁合金材料的分類

根據(jù)化學(xué)成分和制造工藝，鋁及鋁合金材料的分類如圖1-1所示。

1.純鋁

1）高純鋁。高純鋁中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.999%，主要用途為制作高純鋁合金、電子工業(yè)的導(dǎo)電元件和激光材料等。

2）工業(yè)純鋁。工業(yè)純鋁中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99%以上，熔點(diǎn)為660℃，熔化時無任何顏色變化，表面易形成致密的氧化膜，具有良好的耐蝕性。純鋁的熱導(dǎo)率約為低碳鋼的5倍，線脹系數(shù)約為低碳鋼的2倍。純鋁強(qiáng)度很低，不適合作為結(jié)構(gòu)材料。退火狀態(tài)的鋁板抗拉強(qiáng)度為60～100MPa，伸長率為35%～40%。

2.鋁合金

在純鋁中加入合金元素冶煉出來的材料稱為鋁合金，生產(chǎn)鋁合金的目的是提高材料強(qiáng)度并獲得其他需要的性能。鋁合金按工藝性能特點(diǎn)可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。

（1）變形鋁合金 變形鋁合金為單相固溶體組織，變形能力較強(qiáng)，適用于鍛造和壓延。變形鋁合金可分為非熱處理強(qiáng)化鋁合金和熱處理強(qiáng)化鋁合金。

1）非熱處理強(qiáng)化鋁合金。非熱處理強(qiáng)化鋁合金主要有Al-Mn合金和Al-Mg合金等，主要通過加入錳、鎂等元素的固溶強(qiáng)化和加工硬化作用提高合金的力學(xué)性能，不能通過熱處理來提高其強(qiáng)度，但強(qiáng)度比純鋁高。其特點(diǎn)是強(qiáng)度中等，具有優(yōu)良的耐蝕性、塑性和壓力加工性，在鋁合金材料中其焊接性最好，是目前鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣的鋁合金材料。Al-Mn、Al-Mg合金的化學(xué)成分及力學(xué)性能分別見表1-1、表1-2。

2）熱處理強(qiáng)化鋁合金。熱處理強(qiáng)化鋁合金可通過固溶、淬火、時效等工藝提高力學(xué)性能，主要分為硬鋁、超硬鋁和鍛鋁。鋁合金經(jīng)熱處理后可顯著提高抗拉強(qiáng)度，但焊接性較差，熔化焊時產(chǎn)生焊接裂紋的傾向較大，焊接接頭的力學(xué)性能（主要是抗拉強(qiáng)度）嚴(yán)重下降。

硬鋁的牌號是按銅增加的順序編排的。Cu是硬鋁的主要成分，為了得到較高的強(qiáng)度，Cu含量一般應(yīng)控制在4.0%～4.8%。Mn也是硬鋁的主要成分，主要作用是消除Fe對耐蝕性的不利影響，還能細(xì)化晶粒、加速時效硬化。在硬鋁合金中，Cu、Si、Mg等元素能形成溶解于鋁的化合物，從而促使硬鋁合金在熱處理時強(qiáng)化。退火狀態(tài)下硬鋁的抗拉強(qiáng)度為160～220MPa，經(jīng)過淬火時效后抗拉強(qiáng)度增加至312～460MPa。但硬鋁的耐蝕性差，因此為了提高鋁合金的耐蝕性，常在硬鋁板材表面覆蓋一層工業(yè)純鋁作為保護(hù)層。

超硬鋁合金中Zn、Mg、Cu的平均總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)9.7%～13.5%，是航空航天工業(yè)中強(qiáng)度最高（抗拉強(qiáng)度達(dá)500～600MPa）和應(yīng)用最多的一種輕合金材料。但超硬鋁的塑性和焊接性差，焊接接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材。而且由于合金中Zn含量較多，所以產(chǎn)生晶間腐蝕及焊接熱裂紋的傾向較大。

鍛鋁可以進(jìn)行淬火-時效強(qiáng)化，不僅在高溫下具有良好的塑性，而且Cu含量越少熱塑性越好，故適用于制造鍛件及沖壓件。另外，由于鍛鋁具有中等強(qiáng)度和優(yōu)良的耐蝕性，因此在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

（2）鑄造鋁合金 分為Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金和Al-Zn合金四類，其中Al-Si合金應(yīng)用最廣泛。

鑄造鋁合金中由于含有共晶組織，流動性好，因此這類合金最大的優(yōu)點(diǎn)是鑄造性能優(yōu)良，并有良好的耐蝕性和耐熱性，可加工性好，焊接性也較好，常用來制造發(fā)動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的零件等。