冶金方面

在高纯度形式下,铝柔软而有延展性。然而,大多数商业用途需要比纯铝提供更大的强度。这在铝中首先是通过添加其他元素来产生各种合金,这些合金单独或结合在一起赋予金属强度。通过将合金大致分为非热处理和热处理两类,进一步强化是可能的。

Non-heat-treatable合金,这类合金的初始强度取决于诸如锰、硅、铁和镁等元素单独或以各种组合产生的硬化效果。因此,非热处理合金通常称为1000、3000、4000或5000系列。由于这些合金是可加工硬化的,通过不同程度的冷加工(用“H”系列回火表示)可以进一步强化。当在应变硬化回火条件下提供含有大量镁的合金时,通常要最终进行一种称为稳定的高温处理,以确保性能的稳定。

可热处理合金,加入铜、镁、锌和硅等合金元素后,这类合金的初始强度得到增强。由于这些元素单独或以各种组合在铝中的固溶性随温度的升高而增加,因此可以对它们进行热处理,使其得到明显的强化。

第一步,称为热处理或固溶热处理,是一个升高温度的过程,旨在将可溶性元素或元素放入固溶体中。然后是快速淬火(通常是在水中),这种淬火会使组织暂时“冻结”,在短时间内使合金非常可行。在这个阶段,一些制造商通过将合金储存在冰点以下,直到它们准备好形成,来保留这种更可行的结构。在室温或高温下,合金在淬火后并不稳定,然而,组分从过饱和溶液中开始析出。在室温下经过几天(称为时效或室温沉淀)后,合金的强度大大增强了。许多合金在室温下接近稳定状态,但是有些合金,特别是那些含有镁和硅或镁和锌的合金,在室温下可以长期时效硬化。

通过在一个控制的时间内稍微提高温度,甚至进一步强化是可能的,性能稳定。这个过程被称为人工老化或沉淀硬化。通过固溶热处理、淬火、冷加工和人工时效的适当结合,可获得最高的强度。

冶金方面

复合合金,以铜或锌为主要合金成分的可热处理合金在抗腐蚀性方面不如大多数不可热处理合金。为了增加这些片状合金的耐蚀性,通常在它们表面包覆高纯铝、低镁硅合金或含1%锌的合金。覆层通常在每边总厚度的2-1/2到5%之间,由于其本身优异的耐腐蚀性能,不仅保护了复合材料,而且还发挥了电偶效应,进一步保护了芯材。

可以获得特殊的复合材料,如用于额外的腐蚀保护、钎焊或特殊表面处理的覆层非热处理合金。一些线状和管状的合金由于类似的原因被包覆,并且在实验的基础上也被包覆。

退火的特点,所有变形铝合金都有退火形式。此外,在加工后或连续的加工阶段(如深拉深)之间,从任何其他初始回火状态对合金进行退火也是可取的。

合金元素的影响

1000系列-99%或更高纯度的铝有许多应用,特别是在电气和化学领域。这些合金具有优异的耐腐蚀性、高导热性和导电性、低机械性能和优良的加工性能。通过应变硬化可以获得强度的适度增加。铁和硅是主要的杂质。

2000系列-铜是这一类的主要合金元素。这些合金需要固溶热处理以获得最佳性能;在热处理条件下,力学性能与低碳钢相似,有时甚至超过低碳钢。在某些情况下,采用人工时效来进一步提高力学性能。这种处理增加了材料的屈服强度,伴随着延伸率的损失;它对拉伸(极限)强度的影响不是很大。2000系列中的合金不如大多数其他铝合金具有良好的耐腐蚀性,在某些条件下,它们可能会发生晶间腐蚀。因此,这些以薄板形式出现的合金通常包覆一层高纯合金或6000系列的镁硅合金,为芯材提供电保护,从而大大提高抗腐蚀能力。2024合金可能是最知名和使用最广泛的飞机合金。

3000系列-锰是这类合金的主要合金元素,通常是不可热处理的。因为锰的含量非常有限,最多只有1.5%,可以有效地添加到铝中,所以它只有在少数情况下被用作主要元素。然而,其中的一种是流行的3003,它作为一种通用合金被广泛用于中等强度要求良好的加工性能的应用。

冶金方面

4000系列-这类合金的主要合金元素是硅,加入足够的量可以使熔点大幅降低,而不会产生脆性的合金。由于这些原因,铝硅合金被用于焊丝和钎焊合金,其熔点低于母材金属的熔点。本系列中的大多数合金都是不可热处理的,但当用于焊接可热处理合金时,它们会吸收后者的一些合金成分,因此对热处理的反应有限。当阳极氧化涂层被应用时,含有相当数量硅的合金变成深灰色,因此,在建筑应用中是有需求的。

5000系列-镁是加工铝最有效、应用最广泛的合金元素之一。当它作为主要合金元素或与锰一起使用时,其结果是中等强度到高强度的非热处理合金。镁在固化剂方面比锰有效得多,约0.8%的镁等于1.25%的锰,而且镁的添加量要高得多。该系列合金具有良好的焊接特性和良好的耐海洋环境腐蚀性能。但是,对于高镁含量合金的冷加工量和安全操作温度(150华氏度以上的操作温度超过3- 0.5%)应该有一定的限制。

[66℃]),以避免易受应力腐蚀。

6000系列-这一组合金中含有硅和镁,以近似比例形成镁硅化物,从而使它们可热处理。该系列的主要合金是6061,它是可热处理合金中用途最广泛的一种。虽然不如大多数2000或7000合金强度,镁硅(或镁硅化物)合金具有良好的成形性和中等强度的耐蚀性。该可热处理组的合金可以在T4回火(固溶热处理而非人工时效)中形成,然后通过人工时效达到完全T6性能。

7000系列-锌是这类合金中的主要元素,当与少量镁结合时,可热处理合金的强度很高。通常其他元素,如铜和铬也加入少量。7075是这一组的杰出成员,它是现有强度最高的合金之一,用于机身结构和高应力部件。

由美国铝业协会提供。