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铝合金材料的用途特性及重要形貌介绍

来源:未知 | 2021-08-29 10:27:22

铝及其合金的主要特性

铝是一种多面材料,具有多种用途,包括作为复合材料的基体金属。它具有银白色外观,可用作纯金属或合金。

它非常轻,只需少量的合金元素即可增加其强度。它还具有很强的耐腐蚀性。这是由于氧化铝钝化膜与表面紧密相连,当表面受损时能够自发更新。

铝的其他重要特性包括其高导热性和易成型性——无论是通过铸造、热加工或冷加工还是机加工——以及其中性味道和无毒。

铝或其合金的常见用途:

飞机、航空航天和汽车行业的高强度/低重量应用

建筑行业中的抛光和拉丝表面以及阳极氧化颜色

食品行业的无毒/无味包装和机械

 

铝的生产

只有从铝土矿中才能经济地提取铝。生产过程包括两个基本步骤。

纯氧化铝的提取

氧化铝的回收开始于将铝土矿压碎和细磨,并在压力下与氢氧化钠一起加热。在这个过程中,水溶性铝酸钠与未溶解的铁、钛和硅残留物一起形成。添加新鲜氢氧化铝的“晶种”以引发纯氢氧化铝 (Al(OH)3) 的沉淀。通过在 1200 °C 下煅烧,然后除去水并留下纯的无水氧化铝(氧化铝)。

将氧化铝转化为铝(Hall-Heroult 工艺)

纯氧化铝的化学反应需要通过电化学过程从其氧化物中提取铝。由于氧化铝的熔点很高(2050°C),它与冰晶石混合以降低熔点。

电解发生在一个大的碳或石墨内衬钢容器中,该容器包含用于导电的钢棒和作为阳极的碳块。在电解过程中,阳极的碳与氧化铝的氧发生反应,在二次反应中,生成金属铝并形成二氧化碳:2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2。

此过程可生产纯度为 99-99.9% 的铝。其中大部分用于铝合金。

铝合金

与纯铝相比,在铝中加入极少量的合金元素可以提高抗拉强度、屈服强度和硬度。最重要的合金元素是 Si、Mg、Cu、Zn 和 Mn。在合金可以冷加工之前,这些主要是共晶化合物必须通过热加工过程精细分散。

铝合金的老化

许多铝合金经过时效硬化以改善机械性能。这可以自然地或人工地完成。

自然时效硬化(例如 AlCuMg)。固溶退火后,工件被淬火,从而抑制了固溶体中 Al2Cu 的析出。然后让工件在环境温度下老化。在此过程中,铝晶格从过饱和溶液中沉淀出铜。在铝晶格中产生的合成应变导致强度和硬度的增加。这个过程需要5-8天。

在人工时效硬化中,时效发生在升高的温度下,从而减少了加工时间。例如,对于 AlMgSi 合金,在固溶退火和淬火后,在 120-175 °C 下时效会在 4-48 小时内发生。 Mg2Si 相的析出在铝晶格中产生内部应变,从而导致强度和硬度的增加。

锻造铝合金

锻造铝合金的主要合金元素是铜、镁、锌和锰。硅和铁影响机械性能和耐腐蚀性,可以是杂质或合金元素,具体取决于所需的纯度和应用。

锻造铝合金的常见用途:

机械工程和模具制造中的板材,用于轧制产品,例如板材和带材,以及散热器和热交换器等电镀产品

用于飞机制造或装饰应用(如装饰件和反射器)的特定半成品的电镀板

机械工程、输送和电子技术应用,以及高强度运动和休闲产品,如滑雪板固定器和山地自行车齿轮

铸造铝合金

铝铸件主要是合金化以提高金属的机械性能,并根据其主要合金元素——硅、镁和铜进行区分。 超过固溶体饱和度的合金含量会以纯金属(如硅)或共晶相和金属间相的形式析出。

硅提高了铝的可铸性。 在共晶合金中,例如 AlSi12,在铸造前添加少量钠以细化共晶。 在这个精炼过程中,硅不是以粗针状或板状沉淀,而是与 α-固溶体形成非常细的共晶。 这些合金的硬化效果非常低,因此添加镁以使其时效硬化。

具有特定特性的铸造合金用于各种产品组,包括活塞、滑动轴承、机械工程零件、气缸盖和制动蹄的制造。

一些更重要的铸造合金及其性能

AlSi10Mg 时效硬化。 抗震耐腐蚀

AlSi5Cu1 时效硬化。 焊接和薄截面的良好可铸性

AlMg3 耐海水

AlSi25+ CuNi 时效硬化。 活塞专用合金; 由于其高硅含量而耐磨

AlMgSiPb 适用于机械加工

AlSi9Cu3 可铸通用合金和最重要的压铸合金

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