常用金属材料的种类、性能特点及应用

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1、2021/7/16110.4铝及铝合金第十章常用金属材料的种类、性能特点及应用（3）10.4.1铝及铝合金的主要特点（1）密度小、比强度高纯铝密度约为2.699g/cm3,铝合金密度在2.63—2.85g/cm3,约为钢铁的1/3，如Al-4Li,2.4g/cm3,Al-12Fe,3.06/cm3,比Cu、Fe及其合金轻得多。Ly12的比强度达到17.4，常用合金结构钢40Cr的为12.8。航空、航天器、汽车、高速磁悬浮列车、坦克装甲、建筑、交通运输等轻量化。重要的有色金属材料，产量占所有有色金属产量的近一半

2、，在金属材料中仅次于铁。资源丰富，性能优良。美国轿车每使用0.45kg铝合金零件，车重可减少1.021kg。美国汽车工业的用铝量已占其全部用铝量的8%以上。（2）导电、导热性好仅次于Ag、Au（金融）、Cu，远优于Fe、Ti等，在工业金属，仅次于Cu，可部分替代Cu，作电线、电缆或用于其他电器元件。民用铝锅、电冰箱的导热部件、家庭采暖、发动机散热片等，还有电子元件的导电导热基座等。（3）工艺性能好铸造性能好：多数铝合金为共晶系，如Al-Si铸件（活塞、气缸等）。加工：强度低，塑性好，能通过塑性加工制成各种形状

3、的产品（挤、拉、轧、缎、冲，获得管、带、型、棒、线、板、箔等制品）。（4）耐蚀性好表面可生成致密的氧化膜，可起保护作用。但卤族离子和碱离子会破坏氧化膜。液态天热气输运管道、输油管道、冷冻装置。（5）热膨胀系数大为不锈钢、铜、黄铜的约1.5倍，与其它金属联接、铆接、复合时，热膨胀系数差值较大，产生大的内应力，以变形。但Al-Si系合金与显微强化的铝材的膨胀系数较低。（6）低温性能好铝和铝合金无低温脆性，强度与塑性军虽温度的下降而升高，即使在超低温范围内也不出现类似普通钢的低温脆性。适合于天然液化气装置、液氧储存

4、容器。另外，高纯铝在极低温度下导电率比铜的高，可作超导体的稳定材料。（7）无磁性、冲击无火花几乎不受电磁场影响，且无磁性，用于罗盘、抛物面天线、电子计算机存储磁盘等。电气屏蔽、易燃易爆物生产器材或容器。（8）核性能热中子吸收面积小，在放射线作用下，性能变化不敏感。用于反应堆的工艺管、元件包壳材料、以及浓缩铀的离心分离筒、机械手、加速器、热核反应超真空装置等。（9）力学性能常规力学性能随合金种类与状态不同，变化范围宽，抗拉强度为50—800MPa，屈服强度为10—700MPa，延伸率为2—50%。主要结构材料的

5、刚性大至于其密度成正比，与合金成分和状态没多大关系。弹性模量变化不大，大致为7—8x104MPa。疲劳强度较低，但低温下，相对于其它金属，其疲劳强度较高。日本超级铝抗拉强度指标为1000MPa。（10）表面性能铝及铝合金有良好的表面处理性能。如6063、6064锻铝通过阳极氧化处理可在表面形成一层透明的氧化膜，并可着上各种颜色。可作装饰用材（门窗等）。特殊处理后可选择性的吸收太阳光，提高吸收太阳能的效率，作太阳能装置。还可由硬质氧化处理提高耐磨性。阳极氧化还可以赋予合金电绝缘性、亲水性、润滑性等。(11)反射

6、能力强白光、红外、紫外线、电磁波、热辐射。导弹干扰铝箔10.4.2铝合金的合金化原理纯铝强度低，σb=80-100MPa，σ0.2=30-50MPa，δ=35-40%，HB=25-30，即使是冷变形60-80%，σb=150-180MPa，但δ=1-1.5%，难以满足需要，需合金化。（1）提高强度的途径加工硬化固溶强化相变强化（钢）弥散强化（第二相强化）细晶强化因此，从合金化的角度看，强化铝合金可选择的元素应有如下特点：固溶度大（低温），或高温极限固溶度大，而低温的小，或可形成作为结晶晶核的第二相颗粒或钉扎晶

7、界的稳定相颗粒。合金化的考虑：以所需的性能要求和成本要求为中心（2）常见合金化元素合金元素在铝中的极限固溶度（at%）ZnAgMgGeCuLiSiMnTiCrVZrFe28.813.813.52.72.41.631.590.90.740.40.210.080.025除Ag、Ge外，其他均是常见合金化元素Zn、Mg、Cu、Li（正开发）、Si（铸铝），有时也包括Mn，可作主加元素，起固溶强化、弥散强化作用；（加入量>1at%）Zr、V、Cr、Ti，有时也包括Mn，可作辅加元素，起细晶、补充强化、提高再结晶温度、

8、改善抗蚀性（Be）等作用；与铝形成包晶系。Fe、Si通常在变形铝合金中为杂质，但在Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe-Ni、Al-Fe-V-Si等中例外。新技术的发展，如快速凝固、机械合金化等有可能改变元素的固溶量和作用。铝合金添加合金元素的溶解元素在铝合金中的溶解受其固态结构结合力破坏和原子在铝中扩散速度的控制。可用铝合金相图大致确定，通常与铝形成易溶共晶的元素溶解较快，形成包晶的元素溶解慢