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铝合金简介,关于铝合金第2篇

责任编辑:嘉恒通达  发布时间:2015-12-03
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检测方法 

合金材料鉴别(PMI)
 来料检验;库存材料管理;安装材料复检。由于在石化建设,金属冶炼,压力容器,电力电站,石油化工,精细化工,制药,航空航天等行业中,混料或使用不合格的材料会产生严重的安全事故。

 

合金分析检测铝合金

   合金分析仪用以确保生产设备与管道中所使用的合金零部件与设计要求的规格完全一致。Delta合金分析仪携带方便,使用简单,分析速度快,精度高,其结果直接显示合金牌号、金属成分的百分比含量,从而使Delta合金分析仪成为合金材料鉴别的全世界第一供应商。

    废旧金属分析废旧金属的回收、再利用需要Delta合金分析仪,确保对大量繁杂多样的合金种类及材料品质,进行现场快速准确的分析检测。为购销双方在原材料交易时作出迅速、可靠的判定,并提供必要的信息。
质量保证与质量控制(QA/QC)
 在金属制造行业中,材料、半成品、成品的质量保证与质量控制(QA/QC)是必不可少的,混料或使用不合格材料必给企业带来损失。Delta合金分析仪被广泛用于从小型金属材料加工厂到大型的飞机制造商的各种制造业。已成为质量体系中材料确认、半成品检验、成品复检的首选仪器.
材料分类 
   纯铝分冶炼品和压力加工品两类,前者以化学成份Al表示,后者用汉语拼音LV(铝、工业用的)表示。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:
   形变铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。 形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝特殊铝合金等。
   铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金铝铜合金铝镁合金,铝锌合金和铝稀土合金,其中铝硅合金又有过共晶硅铝合金,共晶硅铝合金,单共晶硅铝合金,铸造铝合金在铸态下使用。
变形铝合金
     一系:1000系列铝合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素,所以生产过程比较单一,价格相对比较便宜,是目前常规工业中最常用的一个系列。市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量,比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50,根据国际牌号命名原则,含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(gB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。
     二系:2000系列铝合金代表2024、2A16(LY16)、 2A02(LY6)。2000系列铝板的特点是硬度较高,其中以铜元素含量最高,大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材,在常规工业中不常应用。
     三系:3000系列铝合金代表3003 、 3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间,是一款防锈功能较好的系列。
飞机
     四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料、机械零件锻造用材、焊接材料;低熔点、耐蚀性好, 产品描述:具有耐热、耐磨的特性
     五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列,主要元素为镁,含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低,抗拉强度高,延伸率高,疲劳强度好,但不可做热处理强化。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。
    六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素,故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品,适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好,容易涂层,加工性好。
    七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列,是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性,但耐腐蚀性较差。
    八系:8000系列铝合金较为常用的为8011 属于其他系列,大部分应用为铝箔,生产铝棒方面不太常用。
    九系:9000系列铝合金是备用合金。
铝合金的物质类别
铝合金纯铝产品
   纯铝分冶炼品和压力加工品两类,前者以化学成份Al表示,后者用汉语拼音LG(铝、工业用的)表示。
压力加工铝合金
铝材
铸造铝合金(ZL)按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类,代号编码分别为100、200、300、400。
高强度铝合金
   高强度铝合金指其抗拉强度大于480兆帕的铝合金,主要是压力加工铝合金中防锈铝合金类、硬铝合金类、超硬铝合金类、锻铝合金类、铝锂合金类。
变形铝
变形铝及铝合金状态、代号
   1.范围
   本标准规定了变形铝合金的状态代号。
   本标准适用于铝及铝加工产品。
   2.基本原则
   2.1基础状态代号用一个英文大写字母表示。
   2.2细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示。
   2.3基本状态代号
   基本状态分为5种
   代号 名称 说明与应用
    F 自由加工状态 适用于在成型过程中,对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品,该状态产品的力学性能不作规定。
    O 退火状态 适用于经完全退火获得最低强度的加工产品。
    H 加工硬化状态 适用于通过加工硬化提高强度的产品,产品在加工硬化后可经过(也可不经过)使强度有所降低的附加热处理。
    W 固熔热处理状态(一种不稳定状态),仅适用于经固溶热处理后,室温下自然时效的合金,该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段。
    T 热处理状态(不同于F、O、H状态) 适用于热处理后,经过(或不经过)加工硬化达到稳定的产品。T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字。在T字后面的第一位数字表示热处理基本类型(从1~10),其后各位数字表示在热处理细节方面有所变化。如 6061—T 62 ;5083—H 343等。
     T1—从成型温度冷却并自然时效至大体稳定状态。
     T2—退火状态(只用于铸件)。
     T3—固溶处理后自然时效。
     T31—固溶处理冷作(1%)后自然时效。
     T36—固溶处理冷作(6%)后自然时效。
     T37—固溶处理冷作(7%)后自然时效,用于2219合金。
     T4—固溶处理后自然时效。
     T41—固溶处理后沸水淬火。
     T411—固溶处理后空冷至室温,硬度在O及T6之间,残余应力低。
     T42—固溶处理后自然时效。由用户进行处理,适于2024合金,强度比T4稍低。
     T5—从成型温度冷却后人工时效
     T6—固溶处理后人工时效。
     T61—T41+人工时效。
     T611—固溶处理,沸水淬火。
     T62—固溶处理后人工时效。
     T7—固溶处理后稳定化。提高尺寸稳定性,减小残余应力,提高抗蚀性。
     T72—固溶处理后过时效。
     T73—固溶处理后进行分级时效,强度比T6低,抗蚀性显著提高。
     T76—固溶处理后进行分级时效。
     T8—固溶处理冷作后人工时效。
     T81—固溶处理后冷作,人工时效。为改善固溶处理后的变形及改善强度。
     T86—固溶处理后冷作(6%),人工时效。
     T87—T37+人工时效。
     T9—固溶处理后人工时效再冷作。
     T10—从成型温度冷却,人工时效后冷作。
     Tx51—为消除固溶处理后的残余应力进行拉伸处理。
     板材0.5~3%的永久变形,棒、型材1~3%的永久变形。
     X代表3、4、6或8,例如T351、T451、T651、T851,适用于板、拉制棒、线材,拉伸消除应力后不作任何矫正而时效    
     T3510、T4510、T8510,适用于挤压型材,拉伸消除应力后为使平直度符合公差进行矫正,并时效。
     Tx52—为消除固溶处理后的残余应力进行压缩变形,固溶处理后进行2.5%的塑性变形然后时效,例如T352、T652。
     Tx53—消除热应力。
     Tx54—为消除精密锻件固溶处理后的残余应力进行压缩变形。
施工方法  
锻造修伤
    修伤是铝合金模锻工艺中的重要一环。由于铝合金在高温下较软,粘性大,流动性差,容易粘模并产生各种表面缺陷(折叠、毛刺、裂纹等),在进行下一道工序前,必须打磨、修伤,将表面缺陷清除干净,否则在后续工序中缺陷将进一步扩大,甚至引起锻件报废。
   修伤用的工具有风动砂轮机、风动小铣刀、电动小铣刀及扁铲等。修伤前先经腐蚀查清缺陷部位,修伤处要圆滑过渡,其宽度应为深度的5~10倍。
压力加工
   铝合金压力加工产品分为防锈(LF)、硬质(LY)、锻造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及钎焊(LQ)等七类。常用铝合金材料的状态为退火(M焖火)、硬化(Y)、热轧(R)等三种。
压铸的特点
   压力铸造简称压铸,是一种将熔融合金液倒入压室内,以高速充填钢制模具的型腔,并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。
   (1)金属液是在压力下填充型腔的,并在更高的压力下结晶凝固,常见的压力为15—100MPa。
   (2)金属液以高速充填型腔,通常在10—50米/秒,有的还可超过80米/秒,(通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度),因此金属液的充型时间极短,约0.01—0.2秒(须视铸件的大小而不同)内即可填满型腔。压铸机、压铸合金与压铸模具是压铸生产的三大要素,缺一不可。所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用,使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件,甚至优质铸件。
压铸的流动性
     流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。
影响流动性的因素很多,主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒,但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力(俗称浇注压头)的高低。
   实际生产中,在合金已确定的情况下,除了强化熔炼工艺(精炼与除渣)外,还必须改善铸型工艺性(砂模透气性、金属型模具排气及温度),并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度,保证合金的流动性。
铝材
   铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材,包括板材带材箔材管材棒材线材型材等。
焊接方法
    铝合金材料,强度高和质量轻。主要焊接工艺为钨极氩弧焊TIG、气体保护焊MIG、搅拌摩擦焊FSW、电阻点焊等。
铝合金焊接保护措施
    1、焊前用化学+机械的方法清除工件坡口及周围部分和焊丝表面的氧化物,顺序是先化学清洗,后机械打磨;
    2、焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护;
    3、在气焊时,采用熔剂,在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。
     焊接难点
    (1)极易氧化。在空气中,铝容易同氧化合,生成致密的三氧化二铝薄膜(厚度约0.1-0.2μm),熔点高(约2050℃),远远超过铝及铝合金的熔点(约600℃左右)。氧化铝的密度3.95-4.10g/cm3,约为铝的1.4倍,氧化铝薄膜的表面易吸附水分,焊接时,它阻碍基本金属的熔合,极易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷,引起焊缝性能下降。
     (2)易产生气孔。铝和铝合金焊接时产生气孔的主要原因是氢,由于液态铝可溶解大量的氢,而固态铝几乎不溶解氢,因此当熔池温度快速冷却与凝固时,来不及逸出,容易在焊缝中聚集形成气孔。氢气孔难于完全避免,氢的来源很多,有电弧焊气氛中的氢,铝板、焊丝表面氧化膜吸附空气中的水分等。实践证明,即使氩气按GB/T4842标准要求,纯度达到99.99% 以上,但当水分含量达到20ppm时,也会出现大量的致密气孔,当空气相对湿度超过80%时,如果不采取加热等措施,焊缝就会明显出现气孔。同时,采用小电流慢速焊,加大焊缝冷却时间,并利用焊丝电弧进行熔池搅动,可以较好的帮助气体排出熔池。
     (3)焊缝变形和形成裂纹倾向大。铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大两倍,易产生较大的焊接变形的内应力,对刚性较大的结构将促使热裂纹的产生。
     (4)铝的导热系数大(纯铝0.538卡/Cm.s.℃)。约为钢的4倍,因此,焊接铝和铝合金时,比焊钢要消耗更多的热量。
     (5)合金元素的蒸发的烧损。铝合金中含有低沸点的元素(如镁、锌、锰等),在高温电弧作用下,极易蒸发烧损,从而改变焊缝金属的化学成分,使焊缝性能下降。
     (6)高温强度和塑性低。高温时铝的强度和塑性很低,破坏了焊缝金属的成形,有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿现象。
     (7)无色彩变化。铝及铝合金从固态转为液态时,无明显的颜色变化,使操作者难以掌握加热温度。
熔炼铸造
   铝合金的熔炼与浇注是铸造生产中主要环节。严格控制熔炼与浇铸的全过程,对防止针孔、夹杂、欠铸、裂纹、气孔以及缩松等铸造缺陷起着重要的作用。由于铝熔体吸收氢倾向大,氧化能力强,易溶解铁,在熔炼与浇铸过程中必须采取简易而又谨慎的预防措施,以获得优质铸件。
   1 、铝合金炉料配制及质量控制
   为了熔炼出优质铝熔体,首先应选用合格的原材料。须对原材料进行科学管理和适当处理,否则就会严重影响合金的质量,生产实践证明,原材料(包括金属材料及辅助材料)控制不严会使铸件成批报废。
   (一)原材料必须有合格的化学成分及组织,具体要求如下:
入厂的合金锭除分析主要成分及杂质含量外,尚就检查低陪组织及断口。实践证明,使用了含有严重缩孔、针孔、以及气泡的铝液,就难以获得致密的铸件,甚至会造成整炉、整批的铸件报废。
有人在研究铝硅合金锭对铝合金针孔的影响时发现,用熔融的纯浇铸砂型试块时并不出现针孔,当加入低组织和不合格的铝硅合金锭后,试块针孔严重,且晶粒大。其原因为材料的遗传性所致。铝硅系合金和遗传性随着含量的提高面增大,硅量达到7%时,遗传显著。继续提高硅含量到共晶成分,遗传性又稍减小。为解决炉料遗传性引起的铸件缺陷,必须选用冶金质量高的铝锭、中间合金及其它炉料。具体标准如下:
   (1)断口上不应有针孔、气孔
针孔应在三级以内,局部(不超过受检面积的25%)不应超过三级,超过三级者必须采取重熔炼的办法以减少针孔度。重熔精炼方法与一般铝合金熔炼相同,浇铸温度不宜超过660℃,对于那些原始晶粒大的铝锭、合金锭等,应先用较低的锭模温度,使它们快速凝固,细化晶粒。
   2、炉料处理
炉料使用前应经吹砂处理,以去除表面的锈蚀、油脂等污物。放置时间不长,表面较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理,但应消除混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等,所有的炉料在入炉前均应预热,以去除表面附的水分,缩短熔炼时间在3小时以上。
    3、炉料的管理及存放
炉料的合理保存及管理对确保合金质量有重要意义。炉料应贮存在温度变化不大、干燥的仓库内。
 2、坩埚及熔炼工具的准备
   (一)坩埚铸造铝合金常用铁坩埚,也可用铸钢及钢板焊接坩埚。
新坩埚及长期未用的旧坩埚,使用前均应吹砂,并加热到700--800度,保持2--4小时,以烧除附着在坩埚内壁的水分及可燃物质,待冷到300度以下时,仔细清理坩埚内壁,在温度不低于200度时喷涂料。
坩埚使用前应预热至暗红色(500--600度),并保温2小时以上。新坩埚外熔炼之前,最好先熔化一炉同牌号的回炉料。
   (二)熔炼工具的准备
   钟罩、压瓢、搅拌勺、浇包
   锭模等使用前均应预热,并在150度---200度温度下涂以防护性涂料,并彻底烘干,烘干温度为200--400度,保温时间2小时以上,使用后应彻底清除表面上附着的氧化物、氟化物,(最好进行吹砂)。
   3、熔炼温度的控制
   熔炼温度过低,不利于合金元素的溶解及气体、夹杂物的排出,增加形成偏析、冷隔、欠铸的倾向,还会因冒口热量不足,使铸件得不到合理的补缩,有资料指出,所有合金的熔炼温度至少要达705度并应进行搅拌。熔炼温度过高不仅浪费能源,更严重的是因为温度愈高,吸氢愈多,晶粒亦愈粗大,铝的氧化愈严重,一些合金元素的烧损也愈严重,从而导致合金的机械性能的下降,铸造性能和机械加工性能恶化,变质处理的效果削弱,铸件的气密性降低。
生产实践证明,把合金液快速升温至较高的温度,进行合理的搅拌,以促进所有合金元素的溶解(特别是难熔金属元素),扒除浮渣后降至浇注温度,这样,偏析程度最小,熔解的氢亦少,有利于获得均匀致密、机械性能高的合金.因为铝熔体的温度是难以用肉眼来判断的,所以不论使用何种类型的熔化炉,都应该用测温仪表控制温度。测温仪表应定期校核和维修。热电偶套管应周期的用金属刷刷干净,涂以防护性涂料,以保证测温结果的准确性及处长使用寿命。
    4、熔炼时间的控制
    为了减少铝熔体的氧化、吸气和铁的溶解,应尽量缩短铝熔体在炉内的停留时间,快速熔炼。从熔化开始至浇注完毕,砂型铸造不超过4小时,金属型铸造不超过6小时,压铸不超过8小时。
为加速熔炼过程,应首先加入中等块度、熔点较低的回炉料及铝硅中间合金,以便在坩埚底部尽快形成熔池,然后再加块度较大的回炉料及纯铝锭,使它们能徐徐浸入逐渐扩大的熔池,很快熔化。在炉料主要部分熔化后,再加熔点较高、数量不多的中间合金,升温、搅拌以加速熔化。最后降温,压入易氧化的合金元素,以减少损失。
   5、熔体的转送和浇注
   尽管固态氧化铝的密度近似于铝熔体的密度,在进入铝熔体内部后,经过足够长的时间才会沉至坩埚底陪。而铝熔体被氧化后形成的氧化铝膜,却仅与铝熔体接触的一面是致密的,与空气接触的一面疏松且有大量直径为60--100A的小孔,其表面积大,吸附性强,极易吸附在水汽,反有上浮的倾向。因此,在这种氧化膜与铝熔体的比重差小,将其混入熔体中,浮沉速度很慢,难以从熔体中排除,在铸件中形成气孔太夹杂。所以,转送铝熔体中关键是尽量减少熔融金属的搅拌,尽量减少熔体与空气的接触。
   采用倾转式坩埚转注熔体时,为避免熔体与空气的混合,应将浇包尽量靠所炉咀,并倾斜放置,使熔体沿着浇包的侧壁下流,不致直接冲击包底,发生搅动、飞溅等。
   采用正确合理的浇注方法,是获得优质铸件的重要条件之一。生产实践得,注意下列事项,对防止、减少铸件缺陷是很有效的。
   (一)浇注前应仔细检查熔体出炉温度、浇包容量及其表面涂料层的干燥程度,其他工具的准备是否合乎要不。金属浇口杯在浇注前3--5分钟之内就在砂型上安放好,此时浇包怀的温度不高于150度,安置过早或温度过高,浇道内憋住大量气体,在浇注时有爆炸的危险。
   (二)不能在有“过堂风”的场合下浇注,以及熔体强烈氧化,燃烧,使铸件产生氧化夹杂等缺陷。
   (三)由坩埚内获取熔体时,应先用包底轻轻拨开熔体表面的氧化皮或熔剂层,缓慢地将浇包浸入熔体内,用浇包的宽口舀取熔体,然后平稳的提起浇包。
   (四)端包时不要掌平,步子要稳,浇包不宜提得过高,浇包内金属液面必须保持平稳,不受拢动。
   (五)即将浇注时,应扒净浇包的渣子,以免在浇注中将熔渣、氧化皮等带入铸型中。
   (六)在浇注中,熔体流就保持平稳,不能中断,不能直冲口怀的底孔。浇口怀自始至终应充满,液面不得翻动,浇注速度要控制得当。通常,浇注开始度就稍慢些,使熔体充填平稳,然后速度稍快,并基本保持浇注速度不变。
   (七)在浇注过程中,浇包咀与浇口的距离就尽可能靠近,以不超过50毫米为限,以免熔液过多地氧化。
   (八)带堵塞的浇口怀,堵塞不能拨得太早,在熔体充满浇口怀后,再缓慢地斜向拨出,以免熔体在注入浇道时产生涡流。
   (九)距坩埚底部60毫米以下的熔体不宜浇注铸件。
铝合金铸造(ZL)
    按成分中铝以外的主要元素、铜、镁、锌分为四类,代号编码分别为100、200、300、400。
    为了获得各种形状与规格的优质精密铸件,用于铸造的铝合金一般具有以下特性。
      (1)有填充狭槽窄缝部分的良好流动性
      (2)有比一般金属低的熔点,但能满足极大部分情况的要求
      (3)导热性能好,熔融铝的热量能快速向铸模传递,铸造周期较短
      (4)熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制
      (5)铝合金铸造时,没有热脆开裂和撕裂的倾向
      (6)化学稳定性好,抗蚀性能强
      (7)不易产生表面缺陷,铸件表面有良好的表面光洁度和光泽,而且易于进行表面处理
      (8)铸造铝合金的加工性能好,可用压模、硬模、生砂和干砂模、熔模石膏型铸造模进行铸造生产,也可用真空铸造、低压和高压铸造、挤压铸造、半固态铸造、离心铸造等方法成形,生产不同用途、不同品种规格、不同性能的各种铸件。
铸造铝合金在轿车上是得到了广泛应用,如发动机的缸盖、进气歧管、活塞、轮毂、转向助力器壳体等。
缺陷修复
   铝合金在生产过程中,容易出现缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷。如何修复铝合金铸件气孔等缺陷呢?如果用电焊、氩焊等设备来修补,由于放热量大,容易产生热变形等副作用,无法满足补焊要求。
   冷焊修复机是利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。由于冷焊热影响区域小,不会造成基材退火变形,不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高,补材与基体同时熔化后的再凝固,结合牢固,可进行磨、铣、锉等加工,致密不脱落。冷焊修复机是修补铝合金气孔、砂眼等细小缺陷的理想方法。

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