铝和铝合金的大气腐蚀 机理
1铝和铝合金的大气腐蚀机理 铝和铝合金的表面氧化膜是铝合金具有耐大气腐蚀性的主要原因.铝的氧化膜(γ- Al 2O 3)在室温的大气中就可以生成,而且非常迅速和致密,厚度为25~30.也就是说,氧化膜在 大气环境中具有自修复功能.若有水存在或者暴露在大气中几个月以后,最初形成的γ-Al 2O 3的外层转变为一薄层γ-AlOOH.然后,在γ-AlOOH 上又会覆盖上一层Al(OH)3(也可写 成Al 2O 3·3H 2O).从铝-水体系的电位-pH 图可知,Al(OH)3在较大的pH 范围内都会保持稳 定.Al(OH)3从pH=4开始溶解;当pH=2.4时,认为Al(OH)3会完全溶解(事实上,即使pH=2.0 时,铝表面的腐蚀类型仍然是孔蚀.).大部分的降雨、差不多所有的雾、表面蒸发浓缩的液层和铝表面小孔内的电解质都会使铝处于腐蚀状态.环境因素对铝的大气腐蚀的影响和其它金属相似,与环境大气的相对湿度、温度、大气中SO 2的浓度、Cl -的含量以及降水的数 量、酸度相关性较大,同时也受到O 3,NO x 及CO 2等污染组分的轻微影响.大气污染物通过干 湿沉降,使得金属表面存在着和大气中同样丰富的化学组分.暴露在大气中的铝合金表面可分为三层:铝合金及其氧化膜、腐蚀产物层和大气污染物形成的污染层或薄液膜.根据大气化学组分对铝和铝合金化学、电化学反应的不同及形成的腐蚀产物的性质不同,存在着不同的腐蚀机制. １.氯离子的存在是引起铝和铝合金大气腐蚀的重要原因.由于铝的氯化物具有可溶性,在户外暴露的铝表面上并没有大量的氯化物层存在,只有少量的氯离子进入到腐蚀产物层.Cl -通过竟争吸附,逐渐取代Al(OH)3表面上的OH -生成AlCl 3,如方程式(1)~(3)所示: Al(OH)3+Cl -→Al(OH)2Cl+OH -(1) Al(OH)2Cl+Cl -→Al(OH)Cl 2+OH -(2) Al(OH)Cl 2+Cl -→AlCl 3+OH -(3)
研究报告 教学院：化工与材料工程学院 班级： 姓名： 学号：
铝合金研究报告 摘要 铝合金的现今生活中有很大的用途，给我们带来了很多方便，此文通过对铝合金的基本性质（化学性质和物理性质）、铝合金的分类、铝合金的用途以及铝合金的防护等方面知识的介绍，系统的概括了铝合金的在我国工业产业中的重要地位。 关键字：铝合金、铝合金分类、铝合金用途、铝合金防护
铝合金定义 铝合金艺术栏杆 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，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。 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。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入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”（强度与比重的比值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。 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，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝
铝合金焊接接头疲劳性能研究张禧铭 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊 接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。 结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件 的应力集中创造条件，对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。气孔的大小、数量，未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性 能 0.引言 铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好，广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。焊接是铝合金零件最常见的连接方式，在铝合金焊接零件 在重复外力作用下会发生疲劳断裂，而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造 成不可估量的巨大损失[1]。通过研究发现，铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是 铝合金焊接断裂的主要原因，因此对铝合金焊接件进行全面分析，找出原因并提 出解决方案，提高铝合金焊接件有着重大意义[2，3]。近些年过高校和科研院所 对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作，并取得了重大成果。周进等人通过 对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析，得出了补焊可以降低铝合金焊接 件焊接接口的疲劳强度（下降将近20%），可作为一种可靠的补救措施[4]。王德 俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究，得出了十字接头焊接方式比对接 接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。本文以6061铝合金为研究对象，分析 焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。 1.试验材料及试验方法 本试验需要的材料为铝合金和焊丝，其中铝合金选用6061铝板，焊丝选用5356焊丝，铝板采用对接焊接。这两种材料的化学成分如表1所示。 试验材料化学成分/% 将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接，不仅仅能够保证 铝合金焊接件内部化学成分的完整性，而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。 在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理，找出其 中存在的问题，并对出现问题的原因进行全面分析。焊后进行X射线探伤检验， 找出存在的问题并找到原因及时解决，将样品进行铣削加工，去除焊缝余高。为 获得样品真实状态，将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。在MTS万能试验机上进行疲劳试验，用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。 2.试验结果及分析 2.1疲劳试验 试验结果如表2所示，对试验结果进行整理、对比，可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷，发生疲劳破坏的均为焊接口。但是整个焊接过程是否 存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。但焊缝有无缺陷对其 寿命有明显影响，即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品，并且 随着缺陷尺寸的增大，疲劳寿命下降越多。 6061铝合金焊接接头疲劳性能 2.2疲劳断口特征 按照焊接接头的断裂过程疲劳断口一般分为裂纹源、疲劳裂纹扩展和最后断
铝合金激光焊接难点及解决对策 一、概述 铝合金具有高比强度、高比模具和高疲劳强度以及良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的抗腐蚀性。因此，广泛应用于各种焊接结构和产品中。 传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工艺，但所面临的主要问题是焊接过程中较大的热输入使铝合金变形大，焊接速度慢，生产效率低。由于焊接变形大，随后的矫正工作往往浪费大量的时间，增加了制造成本，影响了生产效率和生产质量，而激光焊接具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在铝合金焊接领域受到格外的重视。 铝合金激光焊接的主要难点在于： 1、铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的吸收率低，“小孔”的诱导比较困难。 2、铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过程和扩散，使得焊接稳定性差。 3、铝合金激光焊接过程中容易产生气孔和热裂纹。 4、焊接过程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。 二、铝合金激光焊接的问题和对策 1、铝合金对激光的吸收率问题 材料对激光的吸收率由下式决定 ε=0.365{ρ[1+β(т-20)]/λ}1/2 式中ρ—铝合金20度的直流电阻率，Ω.M β—电阻温度系数，℃-1 т—温度，℃ λ—激光束的波长 对于铝合金来说，吸收率是温度的函数，在铝合金表面熔化、汽化前。由于铝合金对激光的高反射，吸收率将随温度的升高而缓慢增加，一旦铝合金表面熔化、汽化，对激光的吸收率就会迅速增加。为提高铝合金对激光的吸收，可以采用以下方法： ü采取适当的表面预处理工艺表1所示为铝在原始表面（铣、车加工后）、电解抛光、喷砂（300目砂子）及阳极氧化（氧化层厚度u m级）4种表面状态下对入射光束能量的吸收情况。由此可见，阳极氧化和喷砂处理可以显著提高铝对激光束的能量吸收。另外，砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层及空气炉中氧化等表面预处理措施对激光束的吸收是有效的。 ü激光器参数调整选用短焦距透镜和低阶模输出均可使光斑尺寸减小，激光功率密度增大，铝合金对激光束的吸收率也增加。 ü焊接结构设计将工件坡口设计成斜30℃角，这样激光束能在空隙中多次反射，形成一个人工小孔，从而增加激光束的吸收率。 表1 铝表面状态对CO2激光束吸收率的影响
第30卷 第4期 2010年8月 航 空 材 料 学 报 J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS V o l 130,N o 14 A ugust 2010 7075-T651铝合金疲劳特性研究 韩 剑, 戴起勋, 赵玉涛, 李桂荣 (江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013) 摘要:在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S -N 曲线,估算疲劳极限为223M P a 。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。关键词:7075-T 651铝合金;S -N 曲线;疲劳断口DO I :1013969/j 1i ssn 11005-505312010141018 中图分类号:TG146121 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)04-0092-05 收稿日期:2009-04-21;修订日期:2009-06-16基金项目:国家863高技术研究项目(2007AA 03Z548)作者介绍:韩剑(1984)),男,硕士研究生,从事高强铝合金组织与性能方面的研究,(E -m a il)han ji an_m oon @yahoo .com .cn 通讯作者:戴起勋,男,教授,博士生导师,(E -m ail)qxda i @u j s .edu .cn 。 7075合金是美国较早开发的一种铝合金,是航空航天领域广泛使用的一种轻型结构材料。近年来,因其强度高、重量轻的特性也在其他领域得到广 泛应用,例如攀岩设备及自行车零件都普遍使用7075铝合金 [1~4] 。在对7075合金所开展的研究工 作中,其疲劳性能因与实际应用联系较为密切,是一 个极有理论意义和应用价值的课题,目前虽然已有许多科研工作者对其进行了广泛的研究 [5~8] ,但对 其疲劳断裂机理研究却不多。为了进一步深化研究,充分挖掘7075铝合金的使用潜力,本研究对时效 7075-T651铝合金材料在不同应力幅下的疲劳断裂机理进行了研究。 1 试验材料和方法 试验材料为A lcan 生产的厚度为23mm 的7075-T651铝合金成品板材,合金成分如表1所示。合金抗拉强度达到580M Pa ,屈服强度为570M Pa ,断后伸长率为8%。 表1 试验合金成分(质量分数/%) T able 1 T he component o f alu m i nu m a lloy (m ass fracti on /%) Zn M g Cu M n T i C r N i Fe S i A l 5.68 2.40 1.63 0.14 0.22 0.18 0.044 0.18 0.06 Ba.l 疲劳试验在PLA30050疲劳试验机上进行,参照GB /T 4337)1984制成标准圆棒光滑试样。试验在室温下进行,应力水平设置在518MPa 到200MPa 之间测试轴向应力疲劳性能,疲劳试验的应力比R =-1,即轴向拉压对称加载,控制波形为正弦波,循环加 载频率为20H z 。试样在机器上循环加载直至断裂,记录加载周次。将疲劳断口完整切下,浸于酒精中在超声波清洗仪中清洗,而后在JS M-7001F 型扫描电子显微镜下进行断口形貌观察和分析,并用扫描电镜自 带的I nca Ener gy 350能谱仪作EDS 分析。 2 试验结果与分析 2.1 疲劳寿命曲线 将测得的试验数据拟合得到S-N 曲线(图1),数据点基本平均分布在曲线两侧,较为吻合。S-N 曲线没有水平部分,只是随着应力的降低,循环周次不断增大。通常,如果材料应力循环107 周次不断
理论上是，要看成型方法i: 压铸的左右，挤压的，锻造的
1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145 包装及绝热铝箔，热交换器 1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜 1350电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，它的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件 2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036汽车车身钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件
2218飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力 2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2A01 工作温度小于等于100℃的结构铆钉 2A02 工作温度200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片 2A06 工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉 2A10 强度比2A01合金的高，用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉 2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉 2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件 2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件 2A16 工作温度250~300℃的航天航空器零件，在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱 2A17 工作温度225~250℃的航空器零件 2A50 形状复杂的中等强度零件 2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等 2A70 飞机蒙皮，航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等 2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件 2A90 航空发动机活塞 3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道
铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties) 铝合金牌号 及状态拉伸强度(25°C MPa)屈服强度(25°C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率 1.6mm(1/16in)厚度 5052-H112 175 195 60 12 5083-H112 180 211 65 14 6061-T651 310 276 95 12 7050-T7451 510 455 135 10 7075-T651 572 503 150 11 2024-T351 470 325 120 20 铝合金的典型物理性能(Typical Physical Properties) 铝合金牌号及状态热膨胀系数 (20-100℃) μm/m?k熔点范围 (℃)电导率20℃(68℉) (%IACS) 电阻率20℃(68℉) Ωmm2/m 密度(20℃)(g/cm3) 2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 2.82 5052-H112 23.8 607-650 35 0.050 2.72 5083-H112 23.4 570-640 29 0.059 2.72 6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 2.73 7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 2.82 7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 2.82 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum ) 合金 牌号硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它铝 每个合计最小值 2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 余量5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 余量5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 余量6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余 量 7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 余量7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 余 量 美铝典型应用领域 用途 2024 5052 5083 6061 7050 7075 农业 -- ● -- ● -- -- 航空器● -- -- ●●● 模具 -- ● -- ● -- ● 机械设备●● -- ●●● 五金零件 -- -- -- ● -- -- 建筑 -- ● -- ● -- --
铝及铝合金的焊接培训资料 铝及铝合金的焊接特点 (1)铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。 （2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。 （3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5％～6％时可不产生热裂，因而采用SAlSi條(硅含量4．5％～6％)焊丝会有更好的抗裂性。 （4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。 （5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。 （6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。 （7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。 （8）铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，
一．引言 1.1 金属防腐蚀的重要意义 金属材料是现代最重要的工程材料，人类社会的文明和发展与金属材料的使用、发展与进步有着极为密切的联系。 但是金属材料及其制品会受到各种不同形式的损坏，其中最重要、最常见的损坏形式腐蚀。金属腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，而且随着经济建设和科学技术的 发展，腐蚀的危害越来越严重，对于国民经济的发展的制约作用越来越突出。使得腐蚀科学在国民经济中所处的地位越来越重要。据统计，人们每年冶炼出来的金属约有1/10 被腐蚀破坏， 相当于每年约有1/10 的冶炼厂因腐蚀的存在而做了无用功；而1/10 被腐蚀破坏的金属所殃及的金属制品的破坏，其损失要远远大于金属本身的价值。据美国国家标准局(NBS)调查， 1975 年美国因腐蚀造成的损失高达700 亿美元，即当年国民经济总产值(GNP)的4.2%;《光明日报》1999 年 1 月20 日报道，1997 年因腐蚀给我国国民经济带来的损失高达2800 亿人民币。 以上所说仅就经济损失而言，在有些领域，尤其在化学工业、石油化工、原子能等工业中，由于金属材料腐蚀造成的跑、冒、滴、漏，不仅造成大量的、宝贵而有限的资源与能源的严重浪费， 还能使许多有害物质甚至放射性物质泄漏而污染环境，危害人民的健康，有的甚至会长期造成严重的后果；而由于金属腐蚀所造成的灾难性事故严重地威胁着人们的生命安全；
许多局部腐蚀引起的事故，如氧脆和应力腐蚀断裂这一类的失效事故，往往会引起爆炸、火灾等灾难性恶果，在一定程度上威胁着人类的生存与发展，所以对于金属腐蚀问题的研究显得尤为 重要。 1.2 铝合金及其腐蚀机理 铝合金是近代发展起来的一类重要的金属材料。铝合金具有强度高、密度小、导电导热性强、力学性能优异、可加工性好等优点而广泛应用于化学工业、航空 航天工业、汽车制造业、食品工业、电子、仪器仪表业以及海洋船舶工业等领域。但是铝合金与其他金属一样，也面临着严重的腐蚀问题。虽然在自然条件下，铝合金表面容易形成一层厚约 4 nm 的自然氧化膜，但是这层膜多孔、不均匀且抗蚀性差，难以抵抗恶劣环境的腐蚀的。为了解决上述问题，有必要对铝合金的腐蚀机理有所了解。一般而言，金属在满足以下 5 个基本条件下 就会受到腐蚀:(1)阳极;(2)阴极;(3)阴一阳之间存在着连续接触;(4)电解质溶液;(5)阴极反应物(如氧气、水或氢气)。铝合金的腐蚀电化学反应为：Al A l3++ 3e( 1) O2 + 2H20 + 4 e 4 0H (中性/碱性) (2) + 2H + 2 e H 2（g）(酸性) (3) 由于原电池作用加速了铝腐蚀，有机或无机阻隔层和钝化剂可避免合金与电解质接触而发生阴极反应，与此同时也抑制腐蚀电子向金属界面的 传导;另外钝化剂(如铬酸盐)形成的不溶性氧化物沉积在受腐点，使活性腐蚀点(如晶界、晶族、凹坑、沉淀析出处)减少，从而阻挡水、
附录A 结构用铝合金材料力学性能 常见结构用铝合金板、带材力学性能（标准值）可按表A-1采用，结构用铝合金棒、管、型材力学性能（标准值）可按表A-2采用。结构用铝合金板、带、棒、管、型材的化学成分可按表A-3采用。 表A-1 结构用铝合金板、带材力学性能标准值
注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度不大于12.5mm的板材，A适用于厚度大于12.5mm的板材。502. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d（6XXX系列）或30d（7XXX系列）的情况。 3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的MIG焊，以及3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金厚度不超
过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和7xxx系列合金厚度不超过6mm的TIG焊，焊接折减系数的数值必须乘以0.8。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以0.9，6xxx系列和7xxx系列合金焊接折减系数的数值必须乘状态不需进行上述折减。O焊）。对于TIG（0.64焊）或MIG（0.8以． 表A-2 结构用铝合金棒、管、型材力学性能标准值
适用于厚度（或直的板（或棒）材，A注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度（或直径）不大于12.5mm50 12.5mm的板（或棒）材。径）大于系6XXX（2. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d 系列）的情况。列）或30d（7XXX8011A系列合金和MIG焊，以及3xxx系列、5xxx3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的焊接折减系数的7xxx系列合金厚度不超过6mmTIG焊，合金厚度不超过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和系列合。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx的数值必须乘以0.8系列合金焊接折减系数的数值必须乘0.9，6xxx系列和7xxx金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以TIG焊）。对于O状态不需进行上述折减。以0.8（MIG焊）或0.64（
一．引言 1.1金属防腐蚀的重要意义 金属材料是现代最重要的工程材料，人类社会的文明和发展与金属材料的使用、发展与进步有着极为密切的联系。但是金属材料及其制品会受到各种不同形式的损坏，其中最重要、最常见的损坏形式腐蚀。 金属腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，而且随着经济建设和科学技术的发展，腐蚀的危害越来越严重，对于国民经济的发展的制约作用越来越突出。使得腐蚀科学在国民经济中所处的地位越来越重要。据统计，人们每年冶炼出来的金属约有1/10被腐蚀破坏，相当于每年约有1/10 的冶炼厂因腐蚀的存在而做了无用功；而1/10 被腐蚀破坏的金属所殃及的金属制品的破坏，其损失要远远大于金属本身的价值。据美国国家标准局(NBS)调查，1975年美国因腐蚀造成的损失高达700亿美元，即当年国民经济总产值(GNP)的4.2%;《光明日报》1999年1月20日报道，1997年因腐蚀给我国国民经济带来的损失高达2800亿人民币。 以上所说仅就经济损失而言，在有些领域，尤其在化学工业、石油化工、原子能等工业中，由于金属材料腐蚀造成的跑、冒、滴、漏，不仅造成大量的、宝贵而有限的资源与能源的严重浪费，还能使许多有害物质甚至放射性物质泄漏而污染环境，危害人民的健康，有的甚至会长期造成严重的后果；而由于金属腐蚀所造成的灾难性事故严重地威胁着人们的生命安全；许多局部腐蚀引起的事故，如氧脆和应力腐蚀断裂这一类的失效事故，往往会引起爆炸、火灾等灾难性恶果，在一定程度上威胁着人类的生存与发展，所以对于金属腐蚀问题的研究显得尤为重要。 1.2铝合金及其腐蚀机理 铝合金是近代发展起来的一类重要的金属材料。铝合金具有强度高、密度小、导电导热性强、力学性能优异、可加工性好等优点而广泛应用于化学工业、航空航天工业、汽车制造业、食品工业、电子、仪器仪表业以及海洋船舶工业等领域。但是铝合金与其他金属一样，也面临着严重的腐蚀问题。虽然在自然条件下，铝合金表面容易形成一层厚约4 nm 的自然氧化膜，但是这层膜多孔、不均匀且抗蚀性差，难以抵抗恶劣环境的腐蚀的。 为了解决上述问题，有必要对铝合金的腐蚀机理有所了解。一般而言，金属在满足以下5个基本条件下就会受到腐蚀:(1)阳极;(2)阴极;(3)阴一阳之间存在着连续接触;(4)电解质溶液;(5)阴极反应物(如氧气、水或氢气)。 铝合金的腐蚀电化学反应为： Al 3++ 3e-( 1) O2 + 2H20 + 4 e - -(中性/碱性) (2) 2H ++ 2 e-H 2（g）(酸性) (3) 由于原电池作用加速了铝腐蚀，有机或无机阻隔层和钝化剂可避免合金与电解质接触而发生阴极反应，与此同时也抑制腐蚀电子向金属界面的传导;另外钝化剂(如铬酸盐)形成的不溶性氧化物沉积在受腐点，使活性腐蚀点(如晶界、晶族、凹坑、沉淀析出处)减少，从而阻挡水、氧或电解质的进一步渗透，降低腐蚀速率。
铝合金焊接接头疲劳性能研究 发表时间：2019-08-07T10:24:10.000Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：张禧铭徐浩翔[导读] 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266000 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件的应力集中创造条件，对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。气孔的大小、数量，未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能 0.引言 铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好，广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。焊接是铝合金零件最常见的连接方式，在铝合金焊接零件在重复外力作用下会发生疲劳断裂，而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造成不可估量的巨大损失[1]。通过研究发现，铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是铝合金焊接断裂的主要原因，因此对铝合金焊接件进行全面分析，找出原因并提出解决方案，提高铝合金焊接件有着重大意义[2，3]。近些年过高校和科研院所对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作，并取得了重大成果。周进等人通过对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析，得出了补焊可以降低铝合金焊接件焊接接口的疲劳强度（下降将近20%），可作为一种可靠的补救措施[4]。王德俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究，得出了十字接头焊接方式比对接接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。本文以6061铝合金为研究对象，分析焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。 1.试验材料及试验方法 本试验需要的材料为铝合金和焊丝，其中铝合金选用6061铝板，焊丝选用5356焊丝，铝板采用对接焊接。这两种材料的化学成分如表1所示。 试验材料化学成分/% 将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接，不仅仅能够保证铝合金焊接件内部化学成分的完整性，而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。 在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理，找出其中存在的问题，并对出现问题的原因进行全面分析。焊后进行X射线探伤检验，找出存在的问题并找到原因及时解决，将样品进行铣削加工，去除焊缝余高。为获得样品真实状态，将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。在MTS万能试验机上进行疲劳试验，用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。 2.试验结果及分析 2.1疲劳试验 试验结果如表2所示，对试验结果进行整理、对比，可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷，发生疲劳破坏的均为焊接口。但是整个焊接过程是否存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。但焊缝有无缺陷对其寿命有明显影响，即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品，并且随着缺陷尺寸的增大，疲劳寿命下降越多。 6061铝合金焊接接头疲劳性能
铝合金的牌号、状态和性能 1 铝及铝合金的分类 纯铝比较软，富有延展性，易于塑性成形。如果根据各种不同的用途，要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能，可以在纯铝中添加各种合金元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。 铝合金可加工成板、带、条、箔、管、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材(变形铝合金)，也可加工成铸件、压铸件等铸造材(铸造铝合金)。 纯铝—1×××系，如1000合金 非热处理型合金Al-Mn系合金—3×××系，如3003合金 Al-Si系合金—4×××系，如4043合金变形铝合金Al-Mg系合金—5×××系，如5083合金 Al-Cu系合金—2×××系，如2024合金 热处理型合金Al-Mg-Si系合金—6×××系，如6063合金铝及Al-Zn-Mg系合金—7×××系，如7075合金铝合金Al-其它元素—8×××系，如8089合金 纯铝系 非热处理型合金Al-Si系合金，如ZL102合金 Al-Mg系合金，如ZL103合金 铸造铝合金Al-Cu-Si系合金，如ZL107合金 Al-Cu-Mg-Si系合金，如ZL110合金 热处理型合金Al-Mg-Si系合金，如ZL104合金 Al-Mg-Zn系合金，如ZL305合金
2 变形铝合金分类、牌号和状态表示法 3. 1 变形铝合金的分类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类。 ⑴按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。不可热处理强化铝合金（如：纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金）和可热处理强化铝合金（如：Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg系合金）。 ⑵按合金性能和用途可分为：工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金（硬铝）、超高强度铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金等。 ⑶按合金中所含主要元素成分可分为：工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si 合金（6×××系），Al-Zn-Mg合金（7×××系），Al-其它元素合金（8×××系）及备用合金组（9×××系）。 这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。我国目前也采用4位数码法分类。 3.3 中国变形铝合金状态代号及表示方法 根据GB/T16475–1996标准规定，基础状态代号用一个英文大写字母表示。细分状态代号采用基础状态代号后跟一位、两位或多位阿拉伯数字表示。 3.3.1基础状态代号 3.3.2 细分状态代号 HXX状态 H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序 H1 ——单纯加工硬化状态 适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。
昆山5083铝板,昆山铝板 ——昆山华品铝业有限公司 一、5083铝板的介绍 5083属于Al-Mg-Si系合金,使用范围广泛,特别是建筑业离不开此合金，是最有前途的合金。耐蚀性好，焊接性优良，冷加工性较好，并具有中等强度。5083的主要合金元素为镁，具有良好的成形加工性能、抗蚀性、焊接性，中等强度，用于制造飞机油箱、油管、以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品、电器外壳等。AL-Mn系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度高，特别是具有抗疲劳强度：塑性与耐腐蚀性高，不能热处理强化，，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良，可抛光。用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如邮箱，汽油或润滑油导管，各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件：线材用来做铆钉 二、5083铝板的应用范围 5083铝板常用于船舶、舰艇、车辆用材、汽车和飞机板焊接件、需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等。 三、5083铝板的化学成份 铝Al ：余量硅Si ：≤0.4 铜Cu ：≤0.1 镁Mg：4.0--4.9 锌Zn：0.25 锰Mn：0.40--1.0 钛Ti ：≤0.15 铬Cr：0.05--0.25 铁Fe：0.4 单个：0.05 合计：0.15 四、5083铝板的力学性能 抗拉强度σb (MPa)：110-136 伸长率δ10 (%)：≥20 退火温度为：415℃。屈服强度σs (MPa) ≥110 试样毛坯尺寸所有壁厚伸长率δ5 (%) ≥12 五、相关技术标准 铝板带国家标准(GB/T 3880-2006)，适用于铝合金板带材料的统一标准。 六、5083铝板表示方法 1）加工产品的牌号美国铝业协会（AA）对变形铝及铝合金的牌号表示方法，既四位数字代号表示方法，早在1957被接纳为美国国家标准（ANSIH35.1），美国主要的铝材生产企业逐渐都采用这种牌号表示方法，以后，美国军用标准（MIL），美国汽车工程师协会（SAE），美国材料与试验协会（ASTM）等都相继采用，还在推广到其他国家。1970年又以AA标准的这套四位数字代号为基础，产生了变形铝及铝合金的国际四位数字体系牌号，简称为IDS。由此，AA标准的变形铝及铝合金部分也成为国际性标准。1）AA标准四位数代号的第一位数字，表示按主要合金元素分组，组别的划分如下：1XXX 纯铝（铝含量不小于99.00%），2XXX
文献综述 （2011级） 设计题目铝合金疲劳及断口分析 学生胡伟 学号201111514 专业班级金属材料工程2011级03班指导教师黄俊老师 院系名称材料科学与工程学院
2015年4月12日
铝合金疲劳及断口分析 1 绪论 1.1 引言 7系铝合金包括Al-Zn-Mg 系和Al-Zn-Mg-Cu 系合金，此类合金具有密度低、比强度高、良好的加工性能及优良的焊接性能等一系列优点。随着应用在铝合金上的热处理工艺及微合金化技术的不断改进，其力学性能被大幅度强化，综合性能也得到了全面提升。在航空航天、建筑、车辆、、桥梁、工兵装备和大型压力容器等方面都得到了广泛的应用。 现代工业的飞速发展，对7 系铝合金的强度、韧性以及抗应力腐蚀性能等提出了更高的要求。但是，存在另外一个现象，在各行各业的领域中，铝合金设备偶尔会出现难以察觉的断裂，在断裂之前很难甚至无法察觉到一点塑性变形。这种断裂形式，对人身以及财产安全造成了不可挽回的损失。经过大量实验表明，这些断裂是由于材料的疲劳引起，材料在交变载荷的长期作用下，表面或者部，尤其是部会产生微观裂纹。本文主要研究铝合金疲劳引起的裂纹以及疲劳断口分析，此类研究对于日后的生产安全，有重大意义。 1.2 7系铝合金的发展历史 在20世纪20年代，德国的科学家研制出Al-Zn-Mg系合金，由于该合金抗应力腐蚀性能太差，并未得到产业应用。在20世纪30年代初一直到二战结束期间，各个国家在研究中发现，Cu元素可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能。在此，开发了大量Al-Zn-Mg 系合金，因此忽视了对Al-Zn-Mg 系合金的研究。德、美、、法等国在Al-Zn-Mg-Cu 系合金基础上成功地开发了7075 、B93 和D。T。D683 等合金。目前正广泛应用在航空航天事业上，但是强度、韧性、抗应力腐蚀性能三者之间未能实现最佳组合状态。20世纪50年代，
第八类腐蚀品 1、硝酸惹祸的两起事故 [案情介绍] 案例一1973年11月3日，欧罗巴帕美国航空公司的一架喷气式货运飞机自纽约机场起飞。数分钟后，机场的地面指挥系统就接到飞机机长的报告：机上发生异常状况，机舱内着火。尽管采取了自救措施仍未见效果。35分钟后，飞机坠毁于波士顿机场，三名机组人员全部死亡。经有关部门对事故进行深入调查发现：在所装的货物中有一批硝酸。其包装不符合运输要求，是桶装容器外套木板箱，中间用木屑作衬垫。货物在装上飞机时，作业人员没有注意箱顶上“该面朝上”的指示标志，而是随意堆放。由于箱内货物倒置，硝酸自桶中渗漏出来，与木屑相混，自燃而引起火灾。 案例二1989年2月6日下午4时20分，从西安开往济南的207次列车行至三门峡铁门路段时，8号车厢尽头的行李架上突然冒出一股呛人的烟雾，旅客纷纷夺路而逃。车上秩序顿时大乱。这时列车员与乘警不顾个人安危，冲上去抓起那只冒烟的手提包，打开车窗扔到窗外，接着又拉下紧急刹车的制动阀。经现场展开的调查，查实了手提包的主人是河南省灵宝县程村乡的一个叫朱红军的农民。他携带了一瓶硝酸，逃过车站的检查后自以为没事了，没想到手提包在行李架上倾倒，硝酸自瓶口渗出，险些酿成大祸。就是这样，奋不顾身扔包的女列车员的手背已被多次灼伤，身上的衣服也被腐蚀后发脆、变色。这个肇事者当即受到治安拘留的处理。 [事故原因分析] 硝酸，联合国编号为2031，属第八类·腐蚀品，是具有严重危险性的物品。硝酸透明、无色，通常因溶有二氧化氮而呈红棕色。有独特的窒息性气体。硝酸的化学性能相当活泼，具有极强氧化性，几乎可以与一切
金属、非金属起反应。硝酸中溶有的二氧化氮越多，其氧化能力越强，腐蚀性就越大。硝酸在发生腐蚀反应时一般总会生成有毒气体一氧化氮或二氧化 氮，从而对人体生成危害。 硝酸的氧化能力能引起木材和其他纤维素物品燃烧。一般常见的有机物如松节油、醋酸、丙酮、乙醇等与浓硝酸相混即发生爆炸。在案例一中，航空运输的硝酸在渗出后遇木屑而发生自燃。案例二中，硝酸渗出后出现浓烟，若遇布质或皮革之类的物品，也可能燃烧。幸亏列车员处理果断，没有酿成大祸。 由于硝酸在工业中用途相当广泛，化肥、冶金、化工、化纤、染料、制药等产品均需硝酸作原料。因此投入运输的量也相当大。因硝酸的腐蚀性强，所以在包装材料的选用上难度就很大，通常用玻璃瓶、陶制的耐酸坛、铝桶或不锈钢桶包装，外用木箱、内隔衬垫。这些包装，或者有易碎特性，或者仅仅是耐腐蚀性较其他材料略强，所以运输中存在的隐患较大，稍有不慎，容易造成容器内的硝酸泄漏，甚至大量外流，对人体、周围的环境和其他设备等造成危害。 [案例评议] 在工业生产中发挥重要作用，需求量最大的产品是：硫酸、硝酸、盐酸和烧碱(氢氧化钠)、纯碱，俗称“三酸二碱”。此中前四类为腐蚀性危险物品。腐蚀性危险品是九大类危险货物中最为混杂的一类。腐蚀品往往还兼有易燃性、氧化性、毒害性等副危险性质。当我们着重注意腐蚀品对人体的伤害性时，也不能忽视其其他危险性质的危害性。 在腐蚀品中，有酸性腐蚀与碱性腐蚀之分，又有无机腐蚀品和有机腐蚀品之区别，它们对于作业要求、个人防护、应急救援方面所采取的措施区别也很大。一旦搞错，有可能防护反而加重了危害，救援反而制造出险情，这是需要