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铝及铝合金材料论文

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湖南高速铁路职业技术学院

学生课程论文

题 目：铝及铝合金材料论文

系 部：铁道机电系

专 业：铁道机车车辆

班 级：车辆1001

学 号：************

* *****

指导老师：***

时 间：2012年6月17日

1 目 录

铝的简介………………………………………………………………………………3

铝材料的发展史………………………………………………………………………3

铝材料的特点…………………………………………………………………………4

铝的化学性质…………………………………………………………………………4

铝材料的应用…………………………………………………………………………5

铝合金基本知识………………………………………………………………………6.

铝合金的分类…………………………………………………………………………7

铝合金性能……………………………………………………………………………8

铝合金强化……………………………………………………………………………9

铝合金的优越性………………………………………………………………………9

铝合金的发展方向……………………………………………………………………10

中国铝加工业的崭新发展时期………………………………………………………10

结束语…………………………………………………………………………………11

2 铝的简介

铝是自然界中分布最广的金属元素，地壳中铝占地壳总量的8.8%（重量），仅次于氧和硅。铝通常以复杂的硅酸盐形态存在，铝元素在地壳中的含量居金属首位。据报道，地球上的某些石英矿脉中以及月球土壤中含有少量自然铝。已知的含铝矿物有250多种，其中最常见的是铝硅酸盐类。

表2.1铝的总体特性

铝的总体特性

名称、符号、序号 铝、Al、13 共价半径 118 pm

周期、元素分区 13族(IIIA), 3, p 范德华半径 无数据

密度、硬度 2700kg/m3、2.75 价电子排布 [氖]3s23p1

颜色 银白色 电子在每能级的排布 2，8，3

原子量 26.9815386(8) 氧化价（氧化物） 3（两性的）

原子半径 125（118）pm 晶体结构 面心立方晶格

铝材料的发展史

相对于其他金属，铝的发现比较晚。铝的发展历史至今也不过200年。1807年，英国H.达维发现铝，1808年汉弗里·戴维爵士首次使用了“Aluminum”这个词，并开始尝试生产铝。1809年他在电弧炉中炼出一种铝铁合金，1825年丹麦化学家汉斯·奥斯特成功用钾从氯化铝中还原出铝：

1827年弗里德里希·维勒用金属钾还原熔融的无水氯化铝得到较纯的金属铝单质。由于取之不易，当时铝的价格高于黄金。德维尔（Henri Etienne Sainte-Claire Deville）在1846年纯化了维勒过程，并发表在1859年的一本书上。

自从电解炼铝法问世以来，铝的生产量和消费量大约以平均每10年增长1倍的规模发展，特别是近几十年来，由于冶炼方法与工艺的不断改进和电力工业的发展，铝工业的发展速度更是惊人。从1940年世界原铝产量不到100万吨，到1980年达1650万吨，到2010年达4000万吨，预计到2020年其产量可能突破1亿吨大关。

中国的炼铝试验工作起始自1934年天津的黄海化学工业社，用800A预焙阳极电解槽炼出金属铝。抚顺铝厂开始兴建于1937年，电解槽为自焙阳极式，电流强度为24000A最高年产铝量达到8000t。改革开放前发展速度十分缓慢，之后我国的铝工业进入了一个高速发展的时期，到2002年中国电解铝的产能达500万吨/a,超过美国而居榜首。但是由于中国的加工技术相对落后，所以中国的平均产能（1.0以下）远远低于发达国家的平均产能（1.0~17.5）。 3

铝材料的特点

1. 铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽。

2. 铝是一种优良的导电材料。铝的导电能力虽然只有铜的60%~70%，但是按重量计算，铝能够更好地导电。

3. 铝具有良好的导热性能。铝的热导率大约是不锈钢的10倍。因此铝是制造机器活塞、热交换器、冷却翅板、饭锅和电熨斗的理想材料。

4. 铝还具有良好的光和热的反射能力，所以铝用来制造反光镜，又可作绝热材料。铝没有磁性它不会产生附加的磁场，在精密仪器中不会起干扰作用。

5. 铝易于加工，可压成薄板或铝箔，或拉成铝线，挤压成各种异形的材料。

6. 铝的物理和化学性质与其纯度有关。铝愈纯，则其导电性和导热性愈好，化学性能愈加稳定。

铝的化学性质

虽然铝是一种非常活泼的常用金属，它在一般的氧化环境中却是很稳定的。这是因为暴露在氧气、水和其他氧化剂的新鲜铝表面上生成一薄层连续的氧化铝膜，它具有很大的稳定性。此层氧化铝的分子体积大约是氧化反应中所消耗的铝的体积1.3倍。所以此层氧化膜是处于压应力之下，一旦局部受到损伤，立即能够弥补。在干燥的氧气中，此层表面膜的厚度达到极限值，它与温度有关。在室温下，其厚度为2.5~3.0nm。在室温以及100%相对湿度时，所生成的氧化铝膜大约是在干燥氧气中的两倍。在潮湿的环境中，通常生成两层氧化铝膜；紧贴在金属表面上的连续膜，在固-气界面上转化为氢氧化合膜。在较高的温度下以及在铝合金（特别是那些含镁和铜的铝合金）的表面上，生成结构上更加复杂的氧化膜。

氧化薄膜又使铝不易被腐蚀。铝能够与稀的强酸（如稀盐酸，稀硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐，但一般需要将其氧化膜去掉或快速摩擦后放入酸液中。与一般的金属不同的是，它也可以和强碱进行反应，形成四羟基合铝酸盐（曾被认为是偏铝酸盐）和氢气。因此认为铝是两性金属，铝的氧化物称为两性氧化物，而氢氧化铝则称为两性氢氧化物。在常温下，铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸是用铝罐（可维持约180小时）运输的。纯铝较软，在300℃左右失去抗张强度。经处理过的铝合金，质轻而较坚韧。

4

铝材料的应用

铝的应用概述

铝是第二大金属，产量和用量仅次于钢铁。铝的密度小，导电、导热和反光性能良好，铝有良好的抗腐蚀性能，铝和多种铝合金有很好的延展性，可以进行各种塑性加工，铝有熔点低、铸造性能好等特性。

中国铝的消费市场简介如下：

（1）轻工业

目前轻工业是中国消费铝大户“，七五”和“八五”期间轻工业耗铝量约占全国铝消费量的32.8%和22.5%，以日用五金、家用电器、日用玻璃和日用化工用铝最多，分别占轻工业耗铝量的52%、31%、5%和3%。西方工业发达国家轻工业用铝所占比例要小。

（2）电气行业

中国高压输电线路几乎都是钢芯铝绞线，另外变压器线圈、感应电动机转子、母线排等也多用铝，还有铝电力电缆、铝布电线、铝电磁线等。电线电缆用铝量约占电气行业用铝量的75%~85%。

（3）机械制造业

机械制造业主要使用铝合金“，七五”及“八五”期间耗铝量约占全国铝消费量的8.1%和6.7%，也是一个重要的用铝行业。

（4）电子行业

电子行业用铝广泛，民用产品及基础器件收音机、扩大机、电视机及电容、电位器、扬声器等，军工产品雷达、雷达侦察干扰设备，战术导弹加套设备、卫星地面站加套设备等均大量用铝。

（6）冶金行业

铝主要用于炼钢脱氧、铁合金和特种钢生产的添加剂。大体上炼万吨钢需消耗铝8.8t，一般普通钢耗铝量0.4~0.5kg/t。不锈钢耗铝量高达30kg/t。随着冶金行业产品结构调整，增加高效钢和锈钢产量比例，用铝量还会增多。

另外还有诸多行业就不一一列举了

5

铝合金基本知识

以铝为基的合金总称。对铝进行合金化，铝合金保持了纯铝的基本物化性能。如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好等，且强度有了大幅度上升。 纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。

图2.5 铝合金二元相图

通过长期的生产实践和科学实验，人们常加入的主要合金元素有铜、镁、硅、锌、锰、锂，辅加的微量元素有钛、钒、硼、镍、铬、稀土金属等，杂质元素有铁等合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上.不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用。铝合金主要应用固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细晶强化、冷变形强化等方式来提高其力学性能。

6 表2.8 主要合金元素在铝中的极限溶解度w %

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，铝合金冷变形和热处理后，抗拉强度可达500-600Mpa，相当于低合金钢，广泛应用于结构材料，使用量仅次于钢。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

铝合金的分类

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：

表2.9 铝合金的分类及性能特点

分类 合金名称 合金系 性能特点 示例

变形铝合金 非热处理强化铝合金 防锈铝 Al-Mn 抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低 3A21

Al-Mg 5A05

热处理强化铝合金 硬铝 Al-Cu-Mg 力学性能高 2A11,2A12

超硬铝 Al-Cu-Mg-Zn 硬度强度最高 7A04,7A09

锻铝 Al-Mg-Si-Cu 锻造性能好

耐热性能好 2A14,2A50

Al-Cu-Mg-Fe-Ni 2A70,2A80

铸造铝合金 简单铝硅合金 Al-Si 铸造性能好，不能热处理化，力学性较低 ZL102

特殊铝硅合金 Al-Si-Mg

铸造性能良好，可热处理强化，力学性能较高 ZL101

Al-Si-Cu ZL107

Al-Si-Mg-Cu ZL105,ZL110

Al-Si-Mg-Cu-Ni ZL109

铝铜铸造合金 Al-Cu 耐热性好，铸造性能与抗蚀性差 ZL201

铝镁铸造合金 Al-Mg 力学性能高，抗蚀性好 ZL301

铝锌铸造合金 Al-Zn 能自动淬火，宜于压铸 ZL401

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金属材料的论文

金属材料的论文

金属材料的论文

金属材料是工程领域中最常用的材料之一，其在制造业中扮演着重要的角色。金属材料的研究不仅涉及到材料的物理性能和化学性质，还包括了材料的加工工艺、应用领域等方面。本文将从金属材料的分类、性能及应用等方面展开论述。

首先，金属材料根据其成分和结构可以分为铁基金属材料和非铁基金属材料两大类。铁基金属材料主要包括铁、钢和铸铁等，而非铁基金属材料则包括铝、镁、铜、镍、钛等。每一类金属材料都有其独特的物理性能和化学性质，适用于不同的工程领域。

其次，金属材料具有优良的导热性、导电性和机械性能。其中，铝合金具有较高的强度和耐腐蚀性，因此在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用；而钢材具有较高的硬度和韧性，适用于建筑结构、机械制造等领域。除此之外，金属材料还具有良好的可塑性和可焊性，能够满足复杂零部件的加工需求。

另外，金属材料在现代工业中有着广泛的应用。例如，铝合金被广泛应用于航空航天领域，用于制造飞机机身、发动机零部件等；而不锈钢则被用于制造化工设备、厨具等。此外，金属材料还在建筑领域、电子领域、医疗领域等有着重要的应用价值。

总之，金属材料作为工程材料的重要组成部分，其研究和应用对于推动制造业的发展具有重要意义。随着科技的不断进步，金属材料的性能和加工工艺也在不断提升，为各个领域的工程应用提供了更多可能性。希望本文能够对金属材料的研究和应用提供一定的参考价值，推动金属材料领域的进一步发展。

铝及铝合金焊接材料的应用

铝及铝合金焊接材料的应用

铝及铝合金焊接材料应用

纯铝焊丝ER1100

性能特点：纯铝焊丝，铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能，很高的导热与导电性能，以及极好的可加工性能。对经阳极化处理的材料，需要配色时十分理想，推荐用于焊接1000系列铝合金。

典型化学成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18 、Mn≤0.003，AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食品等行业。

铝硅合金焊丝ER4047

性能特点：本品为含硅12％的合金焊丝，适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好的流动性使母材焊接变形很小。

典型化学成份：Si 12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15，AL余量

用途：焊接或堆焊轻质合金加工业。

铝硅合金焊丝ER4043

性能特点：本品为含硅5％的合金焊丝，适合焊接铸铝合金

典型化学成份：Si 5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05 ，AL余量

用途：船舶、机车、化工、食品、运动器材、模具、家具、容器、集装箱

铝镁合金焊丝ER5356

性能特点：本品为含镁5％的合金焊丝，是一种用途广泛的通用型焊材，适合焊接或表面堆焊5％镁的铸锻铝合金，强度高，可锻性好，有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊接提供良好的配色。

典型化学成份：Mg 5、Cr 0.10、（Fe＋Si）0.3、Cu≤0.05、Zn 0.05、Mn 0.15、 Ti 0.1，AL余量

用途：自行车、铝滑板车等运动器材，机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等行业。

铝镁合金焊丝ER5183

性能特点：本品为含镁3％的合金焊丝，适用于焊接或表面堆焊同等级的铝合金材料。

典型化学成份：Mg 3.5,Cr 0.2,Fe 0.15,Cu≤0.05, Zn 0.10,Mn 0.05,Ti 0.1，AL余量

用途：化工压力容器、核工业、造船、制冷行业、锅炉、航空航天工业等

铝及铝合金焊接材料应用

铝及铝合金焊接材料应用

一、铝及铝合金焊接材料应用

纯铝焊丝ER1100

性能特点：纯铝焊丝，铝含量≥99.5%,有极好的抗腐蚀性能，很

高的导热与导电性能，以及极好的可加工性能。对经阳极化处理

的材料，需要配色时十分理想，推荐用于焊接1000系列铝合金。

典型化学成份：Si≤0.03、Cu≤0.002、Zn≤0.013、Fe≤0.18

、Mn≤0.003，AL余量用途广泛用于铁路机车、电力、化学、食

品等行业。 铝硅合金焊丝ER4047

性能特点：本品为含硅12％的合金焊丝，适合焊接各种铸造及挤压成型铝合金。低熔点及良好

的流动性使母材焊接变形很小。

典型化学成份：Si 12、Mg≤0.10、Fe≤0.80、Cu≤0.03、Zn≤0.20、Mn≤0.15，AL余量

用途：焊接或堆焊轻质合金加工业。

铝硅合金焊丝ER4043

性能特点：本品为含硅5％的合金焊丝，适合焊接铸铝合金

典型化学成份：Si 5、Mg≤0.10、Fe≤0.04、Cu≤0.05

，AL余量

用途：船舶、机车、化工、食品、运动器材 、模具、家具、容器、集装箱

铝镁合金焊丝ER5356

性能特点：本品为含镁5％的合金焊丝，是一种用途广泛的通用型焊材，适合焊接或表面堆焊

5％镁的铸锻铝合金，强度高，可锻性好，有良好的抗腐蚀性。本品也能为经阳极化处理的焊

接提供良好的配色。

典型化学成份：Mg 5、Cr 0.10、（Fe＋Si）0.3、Cu≤0.05、Zn 0.05、Mn 0.15、

Ti 0.1，AL余量

用途：自行车、铝滑板车等运动器材，机车车厢、化工压力容器、兵工生产、造船、航空等

行业。铝镁合金焊ER518

性能特点：本品为含％的合金焊丝，适用于焊接或

面堆焊同等级的铝合金材料

典型化学成份Mg 3.5,Cr 0.,Fe 0.15,Cu≤0.05

Zn 0.10,Mn 0.05,Ti 0.A余

铝合金材料论文材料成型论文

铝合金材料论文材料成型论文

铝合金材料论文材料成型论文：

铝合金材料在锻造中的应用

［摘 要］ 采用铝合金锻造工艺生产的铝合金锻件主要用做重要受力结构件。以铝合金锻造在汽车轮圈、悬挂零件以及摩托车中的应用，说明了发展锻造铝业的必要性。

［关键词］ 铝合金 ； 锻造工艺； 锻造优越性

［中图分类号］ TH142.2 ［文献标识码］ A ［文章编号］

1008-4738(2008)02-0109-02

1 引言

铝是地壳中分布最广、储量最多的金属元素之一。铝工业的整个发展历史不过两百年，但由于铝及铝合金具有一系列优异特性，发展速度非常快，已广泛应用于交通运输、包装容器、建筑装饰、航空航天、机械电气等行业，成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。铝及铝合金材料的主要加工方法有：铸造、锻造、冲压、挤压以及深加工。近年来，随着对节能、环保、安全要求的不断提升，锻造铝业呈现增长态势。以日本为例，2004年锻造铝悬挂部件产品数量达到了2000年的5倍，用铝减轻汽车重量的策略已经从汽车发动机部分扩展到车身部分［1］。

2 铝合金锻造的优越性 2.1 重量轻。铝的密度为2.7 kg/dm3,与 铜（密度为8.9

kg/dm3）或铁（密度为7.8 kg/dm3）比较，约为它们的1/3。在相同条件下，铝合金车身与含铜耐磨钢车身相比，重量可减轻35%以上。由于重量减轻，在同样牵引力的条件下，铝合金车体可增加运量10%，节能9.6%—12.5%［2］。所以铝及铝合金材料是航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的关键材料。

2.2 强度好。虽然纯铝的力学性能不如钢铁，但其比强度高，可以添加铜、镁、锰、铬等合金元素，制成铝合金并经热处理后而得到较高的强度。

2.3 加工容易。铝及铝合金不仅可以切削加工，还可以进行塑性加工。铝的延展性优良，易于挤出形状复杂的中空型材，适于拉伸加工及其他各种冷热塑性成形。目前许多铝合金都可以锻造，包括2000系列/7000系列高强度合金、6000系列/5000系列抗腐蚀合金和4000系列耐磨合金［2］。铝合金材料可以在液压机和机械压力机上锻造，液压机速度慢，适合锻造形状复杂或者较薄的零件；机械压力机速度快，适合锻造大锻件。铝合金锻件内部质量高，力学性能好，具有高可靠性。