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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,厚板是指厚度大於。. 25in(6. 3mm)的產品。2 X XX和7XXX係列合金的厚板也有包鋁形式。對於飛機等飛行器構件,最常用的合金是2024, 2124, 2219, 7075, 7050, 7150, 7475, 7178等;對於航海應用、低溫燃料箱組與壓力容器,最常用的合金是5083, 5086, 5456等;對於一般應用,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。其表麵狀態分為:工廠一般精整XX和7XXX係列薄板也有包鋁形式、一麵光亮精整或兩麵光亮精整。對於2X。除少數外,1XXX、2XXX、3 X X X、5XXX, 7XXX係與6061等係列·的大多數鋁合金都能生產薄板,且具有範圍很廣的用途,從建築小五金到運輸設備,從家用小電器到飛機構件等。
(2)棒材與線材類2011,用於製鉚接件與零配件;1350,6262是專門設計供製作螺釘的產品;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包鋁合金可製作防蟲紗窗網等。
 
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係列。
(1) 1xxX係該係列產品是純鋁係列。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、建築和裝飾鑲邊等。
 
(2) 2 X X X係Cu是該係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。該係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係的AI-Mg-Si合金予以包覆。
該係列中的合金特別適合於製作對於強度/質量比要求高的部件和結構件,常用來製造卡車與飛機輪子構件、卡車懸掛係統構件、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,但這個係列中多數合金具有優良的可機加工性能。
 
(3) 3 X X X係Mn是該係合金的主要合金元素。該係合金一般不可用熱處理方法進行強化處理,但有比1XXX係合金高20%以上的強度。由於隻有有限含量的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。該係合金隻有三種廣泛應用的通用合金,即3003, 3004, 3105。該係合金的機械強度比1XXX係高,塑性好,焊接性能好,其抗蝕性能僅比高純鋁略低。
故可用於飲料、罐頭、炊事用具、熱交換器、貯槽、遮蓬、家具、公路標誌、屋頂、幕牆板等。
(4) 4XXX係Si是該係合金的主要合金元素,Si能以較大量(12%)加到鋁中。這個係列的合金一般不可熱處理強化。該係合金可用作焊接鋁用的焊絲和釺料。這類合金在陽極氧化時,表麵呈深灰至炭黑色。4032合金具有低的熱膨脹係數和高的耐磨性,適合於生產鍛造引擎活塞。
 
(5) 5X X X係Mg是該係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。這個係列的合金具有良好的焊接性能,並在海洋空氣中具有良好的抗蝕性能。該係合金用途包括建築材料、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係該係合金含有Si與Mg,屬可熱處理強化合金。該係合金具有中等強度,但不如多數的2XXX和7 X X X合金強度高。該係合金具有良好的成形性、可焊接性、可機加工性和抗蝕性。可用於建築材料、自行車車架、運輸設備、橋梁欄杆和焊接結構件等。
(7) 7X X X係Zn是該係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。可用於製作飛機機體結構件、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係列合金,對應美國鋁協為1XXX係列合金。可分為工業純鋁(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。可氣焊但不易釺焊,易承受各種壓力加工,如拉伸、彎曲等。
純鋁主要用於不承受載荷,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。如鋁箔用於製作墊片及電容器,其他半成品用於製作電子管隔離罩、飛機通風係統零件等。在民用行業廣泛用於各種低強度電器殼體的製作
(2)防鏽鋁防鏽鋁包括Al-Mn, A1-Mn-Mg, Al-Mg, Al-Mg-Mn係合金。
它們的機械強度比純鋁高,但不可進行熱處理強化。該係合金有高的抗蝕性能,故此得名。該係合金還具良好的焊接性能。
 
Q Al-Mn, Al-Mn-Mg係防鏽鋁。對應美國鋁協會牌號為3 X X X係列合金。
這類合金國產牌號隻有LF-21一種(3003), Mn在鋁中並無明顯強化作用,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,由於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部分後再結晶,晶粒較細。這種晶粒不均勻的材料在衝壓時易使Mn偏析,造成橘皮狀粗糙麵,從而嚴重影響表麵處理質量。在加工時常放寬Fe雜質的範圍以減少晶粒細化;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。該係合金的可焊性能、切削加工性能、陽極氧化性能與工業純鋁相當。含1%Mg的合金在深衝後有加工軟化現象,而其他合金則無此現象,適於製作變薄深拉的工件,如易拉罐等。
 
② Al-Mg, Al-Mg-Mn係防鏽鋁。這類合金國產牌號是除LF-21以外的其他LF係列合金,對應美國鋁協牌號為5XXX係列合金。
 
該合金係的主要元素是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。在該係合金中添加Zr與F。可提高再結晶溫度。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。
由於該係合金有輕微的時效硬化和強烈的沿晶界沉澱傾向,隻能在退火(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,而隨後采用加熱的方法,無論是塑性或抗蝕性能都可重新獲得改善。
 
這個係列的合金具有良好的焊接性能,並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麵有很高的反射能力,即使在陽極氧化後反射能力仍很高,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係列合金,對應美國鋁協會牌號為2 X X X係列合金。
硬鋁合金又稱杜拉鋁,Cu和Mg是這一係列合金的主要合金元素,合金的強度主要決定於Cu,它的強化相為CuAl2 o Mg能進一步提高合金的強度,並能改善硬鋁抗晶間腐蝕的能力,並能消除Fe雜質對合金自然時效的影響。
合金中添加了Mn元素,由於Mn抑製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,有利於合金耐熱性能的提高。
 
由於該係合金中Cu是主要合金元素,所以不具有較好的抗蝕性能。呈薄板形式的該係合金通常要用一層高純度的鋁或Al-Mg-Si合金予以包覆。
該係合金中除少數合金外,都具有有限的可焊接性。但這個係列中多數合金具有優良的可機加工性能和高的強度。廣泛用於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係列合金,對應美國鋁協會牌號為6XXX係列合金。
① Al-Mg-Si係鍛鋁合金。該係合金具有中等的強度,優良的可焊性能和抗蝕性能,並可熱處理強化。為了得到高的強度,該係合金在淬火後須立即進行人工時效。該係合金中Mg, Si含量比為1.73時,其合金材料表麵光潔,易於陽極氧化。
②A1-Mg-Si-Cu係鍛鋁合金。該係合金是在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。該係合金具有良好的可焊性能、機加工性能和抗蝕性能。強度高於AI-Mg-Si係合金,並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係列合金,對應美國鋁協會牌號為7XXX係列合金。
AI-Zn-Mg係列是中等強度可焊超硬鋁合金。Zn和Mg是該係合金中的主要合金元素,該係合金具有中等強度,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)特殊鋁合金在這係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-%的高純防鏽鋁。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麵處理性能。
 
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製;
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良好的鑄造表麵光潔度,鑄件表麵光澤,很少或沒有表麵缺陷。
鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金係。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,並易於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係統的狀況,該共晶係統使多數高鋁鑄件能大量生產。Si含量範圍大約從4%到共晶點12%時,可減少廢料損失,能生產形狀複雜多變的鑄件,並使鑄件具有較好的表麵和內在質量。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係鑄造鋁合金(相當於4XXX係)
Si是該係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。
該係合金抗蝕性、焊接性、流動性均好,膨脹係數、收縮率小,適於鑄造複雜零件。
2. Al-Cu係鑄造鋁合金(相當於2 X X X係)
Cu是該係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。該係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含量低於0.15%的鑄錠來製造則更是如此。該係合金如能以特定的工藝減少凝固時產生的應力,便能成功地用於生產高強度、高韌性的鑄件。
含Cu量在9%-i0腸的該係合金,由於受其高溫強度和耐磨性的限製,隻少量用於飛機汽缸蓋、某些汽車活塞和缸體。
該係合金強度高、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係鑄造鋁合金(相當於3XXX係)
該係合金是應用最為廣泛的一種鑄造合金係。在該係合金中,Cu對合金的強度起作用;Si能改善合金的鑄造性能並降低鑄件的熱脆性,特別是對於形狀複雜的工件Si的較高含量很重要。由於Mg能提高合金對熱處理的敏感性,所以含Mg的該係列合金還可用熱處理進行強化。
 
4. Al-Mg係鑄造鋁合金(相當於5XXX係)
該係合金具有中到高的強度和韌性,對於海水和海洋氣氛有高耐蝕性是該係合金的主要優點。該係合金具有良好的切削性能和低的粗糙表麵,通過陽極氧化處理後具有很漂亮的外觀,但其鑄造性能不如Al-Si係合金。在合金中降低Mg的含量,並添加少量Zn, Ti等合金元素,能提高合金的鑄造性能。
5. A l-Zn係鑄造鋁合金
該係合金鑄造性能良好,並有良好的切削性、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係鑄造鋁合金(相當於7 X X X係)
該係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。該係合金有高的共晶熔點,可采用硬釺接裝配鑄件。該係合金雖然鑄造性能不佳,如采用良好的鑄造工藝及精密控製操作過程,用砂模亦可生產相當複雜的鑄件。
7. Al-Sn係鑄造鋁合金(相當於8xxx係)
該係合金具有極好的潤滑性能,對於軸承製造,該係合金優於其他許多材料。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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