铝及铝合金的基础知识.

铝合⾦基础知识⼯业⽣产⽤量仅次于钢铁，居有⾊⾦属⾸位。

特点：质轻，⽐强度和⽐刚度⾼，导电导热性好，耐腐蚀。

应⽤：宇航、航空等⼯业的主要原材料，建筑、运输、电⼒等各个领域。

1.纯铝纯铝的特性:纯铝呈银⽩⾊，密度2.7g·cm-3，熔点660℃，⾯⼼⽴⽅，⽆同素异构转变；●导电、导热性能好；●化学性质活泼，⼤⽓中⽣成致密氧化膜，防⽌继续氧化，⼤⽓中耐蚀性好；●碱、盐和⼤多数酸性溶液(如硫酸、盐酸等)中，易被腐蚀。

●易于加⼯制成各种制品。

●铝中常含许多杂质（主要是铁、硅，还有铜、锌、镁、锰、镍和钛等），随杂质含量↑，纯铝强度↑，导电性、耐蚀性和塑性↓纯铝的牌号及⽤途:牌号: “铝” 拼⾳第1字母“L”加⼀顺序号⾼纯Al：LG5－1，LG5纯度最⾼⼯业纯Al：L1－6， L6纯度最低纯铝不能热处理强化，唯⼀⼿段是冷加⼯硬化，强度低。

⽤途: 主要⽤作导电、导热材料，制备铝合⾦和⽤于化学⼯业。

2. 铝的合⾦化纯铝强度、硬度都很低，难以⽤作⼯程结构材料。

铝中适量加⼊某些合⾦元素，再经冷变形或热处理，可⼤幅度↑其⼒学性能（主要是强度、硬度）。

固态铝⽆同素异构转变，不能像钢⼀样借助于热处理相变强化。

合⾦元素的强化作⽤主要为固溶强化、沉淀强化、过剩相强化和细化组织强化。

固溶强化：合⾦元素加⼊纯Al中，形成铝基固溶体，使晶格发⽣畸变，↑位错运动阻⼒，↑强度。

合⾦元素的固溶强化能⼒与其本⾝性质及固溶度有关，总体讲固溶强化效果不⾼，因此铝的强化不能只依靠固溶强化。

⽤途: 主要⽤作导电、导热材料，制备铝合⾦和⽤于化学⼯业。

沉淀强化 : 主要强化⼿段，基体中造成较强烈应变场，↑位错运动阻⼒。

通过热处理（固溶时效）析出沉淀相实现强化，也称时效强化。

条件：①合⾦元素在铝中有较⾼的极限溶解度和明显的温度关系；②沉淀过程中形成性能好、均匀、弥散的共格或半共格过渡强化相。

Cu、Mg、Zn、Si、Li等主加元素在铝中均有较⾼溶解度，并随温度↓⽽急剧↓，但除铜外，与铝形成的沉淀相或因共格界⾯错配度低使应变场较弱，或因预沉淀阶段短，很快与基体丧失共格关系⽽形成⾮共格平衡相，难以充分满⾜上述沉淀强化条件。

铝的基础知识一、自然属性铝是一种轻金属，其化合物在自然界中分布极广，地壳中铝的含量约为8%（重量），仅次氧和硅，居于第三位。

铝被世人称为第二金属，其产量及消费仅次于钢铁。

铝具有特殊的化学、物理特性，是当今最常用的工业金属之一，不仅重量轻，质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，是国民经济发展的重要基础原材料。

铝的比重2.7，密度约为一般金属的1/3。

而常用铝导线的导电度约为铜的61%，导热度为银的一半。

虽然纯铝极软且富延展性，但仍可靠冷加工及做成合金来使它硬化。

铝土矿是铝的重要来源，制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿，而制造一磅金属铝也需要两磅氧化铝。

二、品种分类根据铝锭的主成份含量可以分成三类：高级纯铝（铝的含量99.93%--99.999%）、工业高纯铝（铝的含水量量99.85%--99.90%）、工业纯铝（铝的含量98.0%--99.7%）。

三、主要用途近五十年来，铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。

在建筑业上，由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到广泛应用；在航空及国防军工部门也大量合用铝合金材料；在电力输送上则常用高强度钢线补强的铝缆；此外，汽车制造、集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等领域都大量使用铝及铝合金。

四、铝的市场分布及特点生产铝锭的原料是铝土矿，世界上铝土矿资源总量约在400-500亿吨，储量在10亿吨以上的国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加及印度等，这些国家的铝土矿占世界铝土矿总储量的73%。

而产铝量主要集中的美国、前苏联、加拿大、澳洲、巴西、挪威等国，产量目中无人一球的60%以上。

铝的供应来源除了新铝外，回收铝也占有很高比例，回收铝又分为旧料回收（主要来源是饮料罐和汽车废件）、新料回收（加工过程中的废屑）两种。

近三年全球原铝产量每年增长约100万吨，1998年总产量为2266万吨，1999年总产量为2360万吨。

而全球铝的消费年增辐却仅为10万吨，相对铝产量增长率而言要低得多。

铝合金焊接基础知识一、铝及铝合金焊接的特点及焊接性1、常见铝及铝合金的分类铝为银白色轻金属，纯铝的熔点为660℃，密度2.7g/cm3。

工业用铝合金的熔点约为560℃。

按照GB/T3190-1996或GB/T16474-1996的规定，纯铝和铝合金牌号命名的基本原则是：可直接采用国际四位数字体系牌号；未命名为国际四位数字体系牌号的纯铝及其合金采用四位字符牌号。

城轨事业部目前常用的铝材主要有以下三种：①5083-H111，5表示为Al-Mg系，H111加工硬化状态：最终退火后又进行了适量加工硬化。

主要用于折弯件用的板材。

②6005A-T6，6表示为Al-Mg-Si系，T6热处理状态：固溶处理后再人工时效的稳定状态。

除牵引梁型材为6082之外，其余所有的型材均为6005A③6082-T6，绝大部分板材。

二、铝合金焊接基础知识1、定义：ISO857-1中对熔化极气体保护焊定义如下：使用丝状电极的MIG/MAG焊接原理图金属电弧焊，在过程中外部气源提供的气体形成的屏障将电弧和熔池与空气隔离。

根据使用的保护气体类型，进一步划分为：当使用惰性气体时为熔化极惰性气体保护电弧焊（MIG）。

当使用活性气体时为活性气体保护电弧焊（MAG）。

1-母材2-电弧3-焊缝4-套筒5-保护气体6-导电嘴7-焊丝8-送丝轮原理：通过送丝马达由丝盘提供的焊丝，仅在离开焊枪前通过简短地接触导电嘴加载电流，以便电弧能在焊丝的端部和工件之间燃烧。

保护气体由保护气喷嘴流出覆盖焊丝。

这样保护了焊接金属，防止空气中的氧、氢、氮等的渗透。

保护气体除了保护熔池之外还有其他作用，比如它确定了电弧气氛的成分，从而也影响了电弧的导电性和由此决定的焊接特性。

此外它还对吸收和烧损过程以及形成的焊缝的化学成分有影响，即它由焊接冶金学方面的作用。

2 电流类型MIG焊接通常使用直流电源焊接，电极（焊丝）连接到电源的正极，工件连接到电源的负极。

3 焊接材料铝和铝合金焊接用焊材一般为实芯焊丝，焊材标准为EN ISO 18273。

铝 金属材料一、铝：1、物理性质：银白色金属, 硬度和密度小,具有良好的导电、导热性和延展性.其导电性在银铜金之后 2、化学性质： 1 与非金属单质反应： 2Al+3Cl 22AlCl 3 4Al+3O 2 2Al 2O 3常温也可以反应,生成致密氧化膜,常用来解释为什么铝不容易生锈2 与酸反应：A 、与非氧化性酸反应盐酸,稀硫酸等,生成氢气 2Al+6HCl===2AlCl 3+3H 2↑2Al+6H +=2Al 3++3H 2↑2Al+3H 2SO 4===Al 2SO 43+3H 2↑ 2Al+6H +=2Al 3++3H 2↑B 、与氧化性酸反应,发生钝化,即铝、铁在冷的浓硫酸,浓硝酸中发生钝化注意: ① 如果是稀硫酸或者是稀硝酸,则不会发生钝化② 如果是热的浓硫酸或者是热的浓硝酸,也不会发生钝化 3 与碱反应：生成四羟基合铝酸钠 2Al+2NaOH+6H 2O===2NaAlOH 4+3H 2↑2Al+2OH –+6H 2O=2AlOH 4–+3H 2↑4 与盐反应：按照金属活动性顺序,发生置换反应 2Al+3Cu 2+===3Cu+2Al 3+5 与氧化物反应：发生铝热反应 2Al+Fe 2O 3Al 2O 3+2Fe注意事项：① 反应物铝和金属氧化物统称铝热剂② 铝热反应的实验现象为：发出耀眼的光芒、放出大量的热、有熔融物生成.③ 铝热反应常用于焊接铁轨和冶炼金属 二、氧化铝1、存在形式：氧化铝主要存在刚玉中,刚玉的主要成分是Al 2O 3 , A 、其中把含少量铬元素的刚玉称为红宝石； B 、含少量的铁和钛元素的刚玉称为蓝宝石.2、物理性质：白色固体、不溶于水、熔沸点高.3、化学性质：1 电解反应：电解氧化铝用于制取金属铝2Al 2O 3 ========= 2Al + 3 O 2 ↑ 2 两性氧化物即能与酸反应,也能与碱反应 A 、氧化铝与酸反应： Al 2O 3＋6HCl ＝AlCl 3＋3H 2O B 、氧化铝与碱反应： Al 2O 3＋2NaOH+3H 2O ＝2NaAlOH 4 三、氢氧化铝 1、物理性质：白色胶状物质, 不溶于水,强吸附性,可以吸附水中的悬浮物和各种色素. 2、化学性质：1 不稳定性：氢氧化铝不稳定,受热易分解.2AlOH 3 ===== Al 2O 3＋2H 2O 这是工业上制取纯净氧化铝的方法.2 两性氢氧化物：A 、与酸反应：AlOH 3 + 3HCl= AlCl 3 + 3H 2OB 、与碱反应：AlOH 3 + NaOH ＝NaAlOH 43、制取：实验室一般用铝盐跟氨水反应制取氢氧化铝 AlCl 3+3NH 3·H 2O === AlOH 3↓+3NH 4Cl电解△Al3+ + 3NH3·H2O === AlOH3↓+3NH4+注意：弱酸比如碳酸,弱碱比如氢氧化钠均不能使氢氧化钠溶解4、知识补充：四羟基合铝酸盐{AlOH4– }的性质：AlOH4–可以看成AlOH4–= AlOH3+OH–(1)与不能共存的离子：只要不能与氢氧根共存的离子,都不能与AlOH4–共存,比如：铁离子、铝离子、碳酸氢根等(2)铝盐可以跟四羟基合铝酸盐反应,生成氢氧化铝Al3+ + 3AlOH4–=4 AlOH3↓(3)四羟基合铝酸盐也可以和酸反应,比如实验室也可以利用四羟基合铝酸盐跟二氧化碳反应来制取氢氧化铝A、当CO2不足时,2AlOH4–+ CO2 = 2 AlOH3↓+H2O+CO32-B、当CO2过量时,AlOH4–+ CO2 = AlOH3↓+ HCO3-四、铝合金：1、合金的概念：金属跟金属,或者金属跟非金属通过加热融合而形成的混合物.2、合金的特征：两大一小1 合金的硬度一般比组成它的金属大2 合金的熔点一般比组成它的金属低3 合金的抗腐蚀性一般比组成它的金属强3、铝合金的优点：密度小、强度高、塑性好、易于成型等优点4、铝合金的用途：经常用于制造飞机构件,建筑业及电子行业等.五、金属材料：1、分类：分为黑色金属材料和有色金属材料1 黑色金属：黑色金属是指铁、锰、铬以及它们的合金2 有色金属：除黑色金属外所有的金属材料统称有色金属注意事项：① 黑色金属只是一种称呼,并不是说黑色金属都是黑色的② 黑色金属材料是人类使用最广泛的金属材料2、黑色金属—钢铁：1 铁的合金主要包括钢铁和生铁,其中生铁的含碳量比较高2 铁的使用经历了一个“铁—普通钢—不锈钢等特种钢”的演变3 不锈钢主要是在普通钢的基础上加入铬、镍等元素,不锈钢有很多类型,但是有一个共同的特征是：其含铬量一般都大于12%.3、有色金属材料—金、银、铜1 金银铜的三性导电性、导热性、延展性导电性：银>铜>金 导热性：银>铜>金 延展性：金>银>铜2 物理性质：金是黄色金属、银是银白色金属、铜是紫红色金属 其中铜是人类最早使用的金属.3 化学性质：金：金的化学性质很稳定,基本不与任何物质反应.银：银的化学性质也很稳定,除了跟硝酸、浓硫酸等少数氧化剂反应外,也基本不与其它物质反应铜：铜的化学性质相对比较活泼(1) 常温下,铜在干燥的空气中性质稳定,但是在潮湿的空气中容易被腐蚀,生成绿色的铜锈或者铜绿,方程式为： 2Cu+O 2+H 2O+CO 2====Cu 2OH 2CO 3(2) 铜在加热或者点燃的条件下,能与许多非金属反应：2Cu+O 2====2CuO 2Cu+S====Cu 2S(3) 铜及其化合物之间可以相互转化,而且转化时常伴着颜色变化4 CuO ======2Cu 2O + O 2↑ CuSO 4·5H 2O====CuSO 4+5H 2O ↑△ △△高温六、铝的图象问题总结：1、铝盐与氨水的反应由于产物氢氧化铝不溶于氨水,因此无论是铝盐里面加入氨水,还是氨水里面加入铝盐,反应都是一样的,因此图像也应该相同,具体如下所示：A、实验现象：加入试剂后,生成沉淀,沉淀不消失B、离子方程式：Al3+ + 3NH3·H2O === AlOH3↓+3NH4+1mol 3molC、图像：1 铝盐里面加入氨水：2 氨水中加入铝盐2、铝盐与强碱以氢氧化钠为例因为产物氢氧化铝溶于氢氧化钠,因此往铝盐里面加入氢氧化钠,跟氢氧化钠里面加入铝盐,反应情况应该是有所不同的,图像也应该是有所不同的,具体如下所示：1 铝盐里面加入氢氧化钠A、实验现象：①先生成沉淀铝盐里面Al3+较多,加入OH-后生成AlOH3沉淀②沉淀消失AlOH3与OH-继续反应,生成〔AlOH4〕-B、离子方程式：① Al3+ + 3OH - = AlOH3↓ 1mol 3mol② AlOH3 + OH- = 〔AlOH4〕-1mol 1mol C、图像：D、习题：例1. 向30毫升1 mol/L的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4 mol/L的 NaOH 溶液,若产生白色沉淀,则加入的NaOH溶液的体积可能为A. 3mLB.C. 15mLD.例2 向含有a mol AlCl3的溶液中加入含b mol KOH的溶液,生成沉淀的物质的量可能是1a mol 2b mol 3 a/3 mol4b/3 mol 50 mol 64a-bmolA. 12456B. 1456C. 12356D. 135总结：a mol AlCl3与b mol NaOH反应,沉淀的物质的量的讨论情况：A、 b≤3a 时,先写离子方程式,计算沉淀时,要以不足的量来计算Al 3+ + 3 OH-==== AlOH3↓ａmol 3ａmol ａmol∨ｂmol b/3 mol所以当b≤3a 时,即氢氧化钠不足时,沉淀的物质的量为b/3molB、 3a<b<4a时,同样写离子方程式,然后判断哪个反应物不足,要以不足的物质来计算沉淀的质量.① Al 3+ + 3 OH-==== AlOH3↓ａmol 3ａmol ａmol∧即AlCl3不足ｂmol ａmol 此时沉淀应该以AlCl3来算②AlOH3 + OH- = 〔AlOH4〕-ａmol ａmolb-3ａmol b-3ａmol b-3ａmol 则生成的沉淀为a-b-3a=4a-bmol所以当3a<b<4a 时,此时沉淀的物质的量为4a-bmol C 、 当b ≥4a 时,沉淀的物质的量为02 往氢氧化钠溶液里面加入铝盐 A 、实验现象：① NaOH 溶液中出现沉淀,沉淀立即消失氢氧化钠溶液里面OH -较多,加入Al 3+后生成AlOH 3沉淀,沉淀马上又跟OH -反应② 继续滴加Al 3+后沉淀突然增多后不变Al 3+与〔AlOH 4〕-反应生成AlOH 3后,AlOH 3不消失 B 、离子方程式：① Al 3+ + 3OH - = AlOH 3↓ ,AlOH 3 + OH - = 〔AlOH 4〕- 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol 3mol 1mol 1mol 即第一步发生 Al 3+ + 4OH - = 〔AlOH 4〕- ② Al 3+ + 3 〔AlOH 4〕- = 4 AlOH 3↓1mol 3 mol即加入的Al 3+要先花3mol 去跟OH -反应形成1mol 〔AlOH 4〕-,然后1mol Al 3+再跟1mol 〔AlOH 4〕-反应形成沉淀. C 、图像：3、Na〔AlOH4〕与CO2的反应：由于产物氢氧化铝不溶于碳酸,因此无论是Na〔AlOH4〕里面加入CO2,因此生成的沉淀应该不会消失,具体如下所示：A、实验现象：加入试剂后,生成沉淀,沉淀不消失B、离子方程式：当CO2不足时,2AlOH4–+ CO2 = 2 AlOH3↓+H2O+CO32-当CO2过量时,AlOH4–+ CO2 = AlOH3↓+ HCO3-C、图像：4、Na〔AlOH4〕与HCl的反应：因为产物氢氧化铝溶于盐酸,因此往Na〔AlOH4〕里面加入HCl,跟往HCl里面加入Na〔AlOH4〕,反应情况应该是有所不同的,图像也应该是有所不同的,具体如下所示：1 往Na〔AlOH4〕里面加入HClA、实验现象：① Na〔AlOH4〕溶液出现沉淀②继续滴加HCl,沉淀消失B、离子方程式：①〔AlOH4〕-+ H+ = AlOH3↓+H2O1mol 1mol② AlOH3+ 3H+ = Al3+ +3H2O1mol 3mol C、图像：2 往HCl 里面加入Na 〔AlOH 4〕: A 、实验现象：① HCl 溶液先出现沉淀,沉淀迅速消失 ② 继续滴加Na 〔AlOH 4〕,沉淀不变 B 、离子方程式：① 〔AlOH 4〕-+ H + = AlOH 3↓+H 2O AlOH 3+ 3H + = Al 3+ +3H 2O 即第一步的总反应为：〔AlOH 4〕-+ 4H + = Al 3+ +3H 2O ② Al 3+ + 3AlOH 4–=4 AlOH 3↓ C 、图像：5、向AlCl 3、MgCl 2溶液中滴加NaOH 溶液1实验现象：溶液中先出现白色沉淀,达最大值后继续滴加NaOH溶液沉淀部分溶解.2离子方程式： Al 3++3OH －=AlOH 3↓ Mg 2++2OH － =MgOH 2↓ AlOH 3+OH －=〔AlOH 4〕－ 3 图像：。

图铝的电阻率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，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倍。

所以此层氧化膜是处于压应力之下，一旦局部受到损伤，此层表面膜的厚度达到极限值，它与温度有关。

在室温下，。

在室温以及相对湿度时，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，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的表面上，生成结构上更加复杂的氧化膜。

可用阳极氧化的方法在铝材或铝器皿表面上涂覆色彩鲜艳的氧化膜，）为，电化学当量与酸碱溶液的反应以上的大片铝，可以抵御大多数酸类的腐蚀，图铝镁二元相图铝端（）从增高至，合金的强度得到提高，二元相图（图），在共晶温度室温下溶解度约。

金属间化合物可阻止晶粒长大。

锰固溶于铝中可提高合金再结晶温度，（）在，有较高的强度和良好的塑性。

图铝锰二元相图铝端二元合金中，不形成金属间化合物。

锌在铝中有很大的溶解度，。

固溶的锌起固溶强化作用。

在铝合金中（）可达可获得较大的固溶强化效果，能显著提高合金的强度。

图铝锌二元相图铝合金中的沉淀强化相铝合金中的沉淀强化相应满足以下的基本条件：沉淀强化相是硬度高的质点；沉淀相在铝基固溶体中高温下有较大的溶解度，随温度降低，能析出较大体积分数的沉淀相；沉淀相具有一系列介稳相，并且是弥散分布，在周围基体中产生较大的共格应变区。

图铝铜二元相图铝端在铝铜过饱和固溶体脱溶分解的过程中，产生一系列介稳相。

在自然时效过程首先在基体中产生铜原子的富集区（区），其点阵类型未变，图状态图中区及介稳相和溶解度线在时效时铝铜合金的硬度与时间关系）铝铜镁合金中，当（）（）时，出现相（全部为相。

铝铜镁合金在固溶处理后时效时，）面上偏聚，形成区。

继续时效，由无序结构转变为有序］方向长大成为棒状，并与基体保持完全共格。

铝合金基础知识总结（1）铝 Aluminum属于周期系第Ⅲ族主族的一种金属元素。

化学符号Al，原子序数13，具有面心立方晶格。

是一种银白色的轻金属。

有延展性，密度2.6989t/m3，熔点661℃。

导电、导热性好，纯铝可用作超高压电缆。

化学性质活泼，溶于酸或碱而放出氢气。

在空气中表面形成致密的氧化膜，因而起了保护作用。

日用器皿多用铝制成。

铝合金质轻而坚韧，大量用作飞机、汽车、火箭的结构材料和建筑装璜材料。

铝在自然界以复杂的硅酸盐形态存在，在地壳中含量甚丰(8.8%) ，由铝的氧化物与冰晶石(Na3AlF6) 共熔电解制得。

（2）铝加工 Aluminum fabrication用塑性加工方法将铝坯锭加工成各种铝材的生产过程。

主要方法有轧制、挤压、拉伸和锻造等。

产品广泛用于航空、建筑、运输、电气、包装和日用品等工业部门，产量仅次于钢铁。

我国生产的铝材有七个合金系列，有板、带、箔、管、棒、型、线材和锻件等八类产品。

铝加工应保证产品达到稳定一致的尺寸精度、力学性能和良好的表面质量以及内部组织，这些质量要求主要依靠生产工艺和设备保证。

（3）铝合金 Aluminum以铝为基的合金的总称。

加入的主要合金元素为铜、硅、镁、锌、锰，其次为镍、铁、钛、铬、锂等。

品种很多，大都可以通过淬火、时效强化。

铝合金的密度低，单位重量铝合金的强度接近或超过优质钢，加之具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在工业上用途很广。

一般分为两类：(1) 铸造铝合金。

在铸造状态使用，熔化温度低，铸造性能优良，常用来铸造形状较复杂的航空发动机零件等; (2) 变形(压延)铝合金。

能承受压力加工，力学性能高于铸造铝合金，广泛用作航空器材和日常生活器皿、建筑装璜材料等。

（4）铝矿石 Aluminum ore铝在地壳中含量甚多，在自然界中以化合态存在。

含铝的矿物有250余种，其中具有经济意义的有铝土矿、霞石、明矾石和高岭土。

铝土矿是工业上利用最广的铝矿石，其基本成分是含水氧化铝。