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      蝕刻加工用的鋁合金及分類

      文章出處:未知  責任編輯:admin  人氣:   發表時間:2020-07-10  【
      蝕刻加工用的鋁合金及分類
       
      鋁合金按其產品類型可分為板材、棒材、線材和型材。
      (1)板材類板材是工業上用得最多的一種材料,板材按其厚度又分為厚板類和薄板類。
      ①厚板類。按美國標準,厚板是指厚度大于。. 25in(6. 3mm)的產品。2 X XX和7XXX系列合金的厚板也有包鋁形式。對于飛機等飛行器構件,最常用的合金是2024, 2124, 2219, 7075, 7050, 7150, 7475, 7178等;對于航海應用、低溫燃料箱組與壓力容器,最常用的合金是5083, 5086, 5456等;對于一般應用,最常用的是1050, 1010, 1100, 3003, 5052, 6061, 6063等。
       
      ②薄板類。按美國標準,薄板是指厚度為0. 006-0. 249in(0. 15—6. 3mm)的產品。其表面狀態分為:工廠一般精整XX和7XXX系列薄板也有包鋁形式、一面光亮精整或兩面光亮精整。對于2X。除少數外,1XXX、2XXX、3 X X X、5XXX, 7XXX系與6061等系列·的大多數鋁合金都能生產薄板,且具有范圍很廣的用途,從建筑小五金到運輸設備,從家用小電器到飛機構件等。
      (2)棒材與線材類2011,用于制鉚接件與零配件;1350,6262是專門設計供制作螺釘的產品;2117, 60536101, 6201廣泛用作線材;2024-T4是螺栓與螺絲的標準材料;5056合金用作拉鏈;5056包鋁合金可制作防蟲紗窗網等。
       
      鋁合金按其加工性能可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金又分為可熱處理強化變形鋁合金和不可熱處理強化變形鋁合金(見圖1-3)
       
      1
      一、變形鋁合金的分類及主要性能
      1,美國鋁協會分類
      變形鋁合金各國分類型號不盡相同,按美國鋁協會標準,變形鋁合金可分為以下系列。
      (1) 1xxX系該系列產品是純鋁系列。其特征是具有優良的抗腐蝕性能、高電導率、高熱導率、低力學性能及優良的可加工性。通過應變硬化,可使強度獲得中等程度增加。典型用途包括化工設備、反射器、熱交換器、導電體、電容器、包裝用箔片、建筑和裝飾鑲邊等。
       
      (2) 2 X X X系Cu是該系合金的主要合金元素,合金中經常還有作為次要添加成分的Mg。該系列中的合金抗蝕性能不是很好,而且在某些情況下還會受到晶間腐蝕。因此,呈薄板形式的這些合金通常要用一層高純度的鋁或6 X X X系的AI-Mg-Si合金予以包覆。
      該系列中的合金特別適合于制作對于強度/質量比要求高的部件和結構件,常用來制造卡車與飛機輪子構件、卡車懸掛系統構件、飛機機身與蒙皮,及要求在高達1500C (300 0F)的溫度下仍需具有良好強度的結構部件。除2219合金外,這些合金都具有有限的可焊接性,但這個系列中多數合金具有優良的可機加工性能。
       
      (3) 3 X X X系Mn是該系合金的主要合金元素。該系合金一般不可用熱處理方法進行強化處理,但有比1XXX系合金高20%以上的強度。由于只有有限含量的Mn(1. 5寫左右)能有效地添加進鋁中,因此Mn僅在很少數合金中用作主要元素。該系合金只有三種廣泛應用的通用合金,即3003, 3004, 3105。該系合金的機械強度比1XXX系高,塑性好,焊接性能好,其抗蝕性能僅比高純鋁略低。
      故可用于飲料、罐頭、炊事用具、熱交換器、貯槽、遮蓬、家具、公路標志、屋頂、幕墻板等。
      (4) 4XXX系Si是該系合金的主要合金元素,Si能以較大量(12%)加到鋁中。這個系列的合金一般不可熱處理強化。該系合金可用作焊接鋁用的焊絲和釬料。這類合金在陽極氧化時,表面呈深灰至炭黑色。4032合金具有低的熱膨脹系數和高的耐磨性,適合于生產鍛造引擎活塞。
       
      (5) 5X X X系Mg是該系合金的主要合金元素。當Mg用作主要合金元素或與Mn一起使用時,能形成具有中等強度或高強度的可加工硬化合金。這個系列的合金具有良好的焊接性能,并在海洋空氣中具有良好的抗蝕性能。該系合金用途包括建筑材料、裝飾和裝飾鑲邊、罐頭和罐頭蓋、家用電器、街燈標準件、船舶、低溫燃料箱組、吊車部件及汽車結構件等。
      (6) 6XXX系該系合金含有Si與Mg,屬可熱處理強化合金。該系合金具有中等強度,但不如多數的2XXX和7 X X X合金強度高。該系合金具有良好的成形性、可焊接性、可機加工性和抗蝕性??捎糜诮ㄖ牧?、自行車車架、運輸設備、橋梁欄桿和焊接結構件等。
      (7) 7X X X系Zn是該系合金的主要合金元素,添加量為100^800。屬具有中等強度至很高強度的可熱處理強化合金??捎糜谥谱黠w機機體結構件、移動式設備及其他高應力部件。

      2.國產鋁合金分類
       
      國產變形鋁合金分類如下。
      (1)純鋁這類鋁材國產牌號為L及LG系列合金,對應美國鋁協為1XXX系列合金??煞譃楣I純鋁(L)和高純鋁(LG ),純度在99.50% —99.79%的鋁稱為工業純鋁,純度為99.8%^-99.99%的鋁稱為高純鋁。
      純度對鋁的各種性能有顯著影響。純鋁的主要雜質是Fe和Si,含量增加時,雖能提高合金強度,但卻降低了合金塑性、電導率和抗蝕性能。
       
      純鋁具有高的可塑性、耐蝕性、導電性和導熱性。但強度低、熱處理不可強化、切削性能不好??蓺夂傅灰租F焊,易承受各種壓力加工,如拉伸、彎曲等。
      純鋁主要用于不承受載荷,但要求具有高的可塑性、良好的焊接性、高的耐蝕性或高的導電導熱性的結構元件。如鋁箔用于制作墊片及電容器,其他半成品用于制作電子管隔離罩、飛機通風系統零件等。在民用行業廣泛用于各種低強度電器殼體的制作
      (2)防銹鋁防銹鋁包括Al-Mn, A1-Mn-Mg, Al-Mg, Al-Mg-Mn系合金。
      它們的機械強度比純鋁高,但不可進行熱處理強化。該系合金有高的抗蝕性能,故此得名。該系合金還具良好的焊接性能。
       
      Q Al-Mn, Al-Mn-Mg系防銹鋁。對應美國鋁協會牌號為3 X X X系列合金。
      這類合金國產牌號只有LF-21一種(3003), Mn在鋁中并無明顯強化作用,也不能進行熱處理強化,常采用冷加工方法來提高其力學性能。在退火狀態下有高的塑性,但退火處理方法不當時,由于Mn在合金內極易產生偏析而使合金的晶粒不均勻。如退火時低Mn部分先再結晶,優先長大形成粗大晶粒,而高Mn部分后再結晶,晶粒較細。這種晶粒不均勻的材料在沖壓時易使Mn偏析,造成橘皮狀粗糙面,從而嚴重影響表面處理質量。在加工時常放寬Fe雜質的范圍以減少晶粒細化;或采取快速退火來獲得細晶粒組織板材。在半冷作硬化時塑性尚好,冷作硬化
      時塑性低,耐蝕性好,焊接性良好。
      合金中Si雜質可降低Fe的晶粒細化作用,Cu雜質影響合金抗蝕性能。該系合金的可焊性能、切削加工性能、陽極氧化性能與工業純鋁相當。含1%Mg的合金在深沖后有加工軟化現象,而其他合金則無此現象,適于制作變薄深拉的工件,如易拉罐等。
       
      ② Al-Mg, Al-Mg-Mn系防銹鋁。這類合金國產牌號是除LF-21以外的其他LF系列合金,對應美國鋁協牌號為5XXX系列合金。
       
      該合金系的主要元素是Mg。當Mg用作主要合金元素或與Mn一起使用時,能形成具有中等強度或高強度的可加工硬化合金。在該系合金中添加Zr與F??商岣咴俳Y晶溫度。Si能改善流動性。Mn或Cr能中和Fe對抗蝕性的不利影響。Zn對合金的抗蝕性無影響,但能提高合金的鑄造性能與強度。Ti與B能細化合金晶粒。少量Be能防止熔鑄和焊接時的氧化傾向。
      由于該系合金有輕微的時效硬化和強烈的沿晶界沉淀傾向,只能在退火(30。一3600C)或冷作硬化狀態下使用。合金通過冷作硬化可使其強度明顯提高,但塑性下降、抗蝕性能惡化,而隨后采用加熱的方法,無論是塑性或抗蝕性能都可重新獲得改善。
       
      這個系列的合金具有良好的焊接性能,并在海洋空氣中具有良好的抗蝕性能。Al-Mg合金經光亮酸蝕或電解拋光的表面有很高的反射能力,即使在陽極氧化后反射能力仍很高,且保持光澤的能力比其他同類性質的材料高得多。
      (3)硬鋁這類合金國產牌號為LY系列合金,對應美國鋁協會牌號為2 X X X系列合金。
      硬鋁合金又稱杜拉鋁,Cu和Mg是這一系列合金的主要合金元素,合金的強度主要決定于Cu,它的強化相為CuAl2 o Mg能進一步提高合金的強度,并能改善硬鋁抗晶間腐蝕的能力,并能消除Fe雜質對合金自然時效的影響。
      合金中添加了Mn元素,由于Mn抑制擠壓與固溶處理時的再結晶過程,產生擠壓效應,進而提高合金強度;另一作用是能消除Fe雜質對合金抗蝕性能的不利影響,穩定人工時效組織,有利于合金耐熱性能的提高。
       
      由于該系合金中Cu是主要合金元素,所以不具有較好的抗蝕性能。呈薄板形式的該系合金通常要用一層高純度的鋁或Al-Mg-Si合金予以包覆。
      該系合金中除少數合金外,都具有有限的可焊接性。但這個系列中多數合金具有優良的可機加工性能和高的強度。廣泛用于飛行器和其他強度要求高的結構件。
      (4)鍛鋁合金這類合金國產牌號為LD系列合金,對應美國鋁協會牌號為6XXX系列合金。
      ① Al-Mg-Si系鍛鋁合金。該系合金具有中等的強度,優良的可焊性能和抗蝕性能,并可熱處理強化。為了得到高的強度,該系合金在淬火后須立即進行人工時效。該系合金中Mg, Si含量比為1.73時,其合金材料表面光潔,易于陽極氧化。
      ②A1-Mg-Si-Cu系鍛鋁合金。該系合金是在Al-Mg-Si合金的基礎上發展而來,合金中的Cu能提高合金強度。該系合金具有良好的可焊性能、機加工性能和抗蝕性能。強度高于AI-Mg-Si系合金,并有較高的耐熱性和較好的熱塑性。
       
      (5)超硬鋁合金這類合金國產牌號為LC系列合金,對應美國鋁協會牌號為7XXX系列合金。
      AI-Zn-Mg系列是中等強度可焊超硬鋁合金。Zn和Mg是該系合金中的主要合金元素,該系合金具有中等強度,良好的可焊性能和抗均勻腐蝕能力。Zn/Mg –2.0-3.8的合金,雖強度不高,但有高的塑性、可焊性和抗應力腐蝕開裂性能,
      且拋光性能好;Zn/Mg>7的合金具有極好的擠壓性能,同時具有較高的強度、可焊性和抗應力腐蝕開裂的性能。
      (6)特殊鋁合金在這系合金中值得一提的是列人國家標準的LT“合金。該合金雜質含量極低,是含Mg1.5% 5Yo-%的高純防銹鋁。該合金具有良好的加工成形性能和抗蝕性能,同時又具有很好的拋光性和表面處理性能。
       
      二、鑄造鋁合金的分類及主要性能
      以鑄件形式應用的鋁合金稱為鑄造鋁合金。作為鑄造材料,具有如下優良特性:
      ①填充狹窄部分的良好流動性;
      ②適應其他許多金屬所要求的低熔點;
      ③熔融鋁的熱量可快速向鑄模傳遞,鑄造周期較短;
      ④氫是合金中唯一可較好溶解的氣體,且鋁中氫的可溶性可通過處理得到時效控制;
      ⑤許多鑄造鋁合金沒有熱脆開裂和撕裂傾向;
      ⑥化學穩定性好;
      ⑦良好的鑄造表面光潔度,鑄件表面光澤,很少或沒有表面缺陷。
      鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金系。鑄造鋁合金同樣可分為不可熱處理強化和可熱處理強化兩大類。除含有強化元素外,還必須含有足夠量的共晶元素(主要是Si)使合金具有相當的流動性,并易于填充鑄造時鑄件的收縮。所以鑄造鋁合金中Si元素的最大含量超過多數變形鋁合金中Si元素的含量,這也是變形鋁合金和鑄造鋁合金的主要差別。
      A 1-Si成分相圖示出了單一的共晶系統的狀況,該共晶系統使多數高鋁鑄件能大量生產。Si含量范圍大約從4%到共晶點12%時,可減少廢料損失,能生產形狀復雜多變的鑄件,并使鑄件具有較好的表面和內在質量。具有這些優點是因為Si增強了熔融鋁的流動性,減少了裂紋,把收縮孔隙降到最小程度。
       
      1. Al-Si系鑄造鋁合金(相當于4XXX系)
      Si是該系合金的主要合金元素。如在合金中添加Cu和Mg元素,可使合金通過熱處理強化。特別是Cu含量較高的合金不但具有較高的強度,而且還具有較好的鑄造性能和耐熱性能,但抗蝕性能較差。合金中的Fe雜質可降低合金強度、塑性和抗蝕性,常向合金添加Mn來消除其影響。Ti能使鑄件晶粒細化,改善鑄造性能。
      該系合金抗蝕性、焊接性、流動性均好,膨脹系數、收縮率小,適于鑄造復雜零件。
      2. Al-Cu系鑄造鋁合金(相當于2 X X X系)
      Cu是該系合金的主要合金元素,約在4%^5%。合金中Fe和Si等有害雜質元素能降低合金的強度和塑性。該系合金可經熱處理強化,獲得相當高的強度和韌性,特別是用Fe含量低于0.15%的鑄錠來制造則更是如此。該系合金如能以特定的工藝減少凝固時產生的應力,便能成功地用于生產高強度、高韌性的鑄件。
      含Cu量在9%-i0腸的該系合金,由于受其高溫強度和耐磨性的限制,只少量用于飛機汽缸蓋、某些汽車活塞和缸體。
      該系合金強度高、熱處理效果好、熱穩定性好、密度高,但其抗蝕性能差、鑄造性能差、熱裂紋傾向大。
      3. AI-Cu-Si系鑄造鋁合金(相當于3XXX系)
      該系合金是應用最為廣泛的一種鑄造合金系。在該系合金中,Cu對合金的強度起作用;Si能改善合金的鑄造性能并降低鑄件的熱脆性,特別是對于形狀復雜的工件Si的較高含量很重要。由于Mg能提高合金對熱處理的敏感性,所以含Mg的該系列合金還可用熱處理進行強化。
       
      4. Al-Mg系鑄造鋁合金(相當于5XXX系)
      該系合金具有中到高的強度和韌性,對于海水和海洋氣氛有高耐蝕性是該系合金的主要優點。該系合金具有良好的切削性能和低的粗糙表面,通過陽極氧化處理后具有很漂亮的外觀,但其鑄造性能不如Al-Si系合金。在合金中降低Mg的含量,并添加少量Zn, Ti等合金元素,能提高合金的鑄造性能。
      5. A l-Zn系鑄造鋁合金
      該系合金鑄造性能良好,并有良好的切削性、焊接性能、抗蝕性能和尺寸穩定性。有時顯示時效硬化能力,密度高,鑄造性能好。但用金模鑄造時易產生熱裂紋。
       
      6. Al-Zn-Mg系鑄造鋁合金(相當于7 X X X系)
      該系合金可用自然時效或人工時效來強化。在鑄造狀態下,具有中到優良的拉伸性能,良好的尺寸穩定性,良好的機加工性和一般抗蝕性。該系合金有高的共晶熔點,可采用硬釬接裝配鑄件。該系合金雖然鑄造性能不佳,如采用良好的鑄造工藝及精密控制操作過程,用砂模亦可生產相當復雜的鑄件。
      7. Al-Sn系鑄造鋁合金(相當于8xxx系)
      該系合金具有極好的潤滑性能,對于軸承制造,該系合金優于其他許多材料。但鑄造方法將十分明顯地影響其耐磨性能。合金中Sn的細小樹枝狀晶形分布對獲得最佳耐磨性能非常重要,這種樹枝狀分布狀態需要細小的枝狀晶間隙,可用快速冷卻的方法獲得。

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