变形铝合金的基本性能及分类(超全)

创新实践培训（论文）

题 目： 变形铝合金的基本性能及分类

学 院： 材料科学与工程学院 专业名称： 金属材料工程 班级学号： 学生姓名： 指导教师：

二O一二年十月

变形铝合金的基本性能及分类

学生姓名： 班级：

指导老师：

摘要：本课题研究了变形铝合金的基本性能及分类。变形铝合金在我们日常生

活中应用极广，对于了解变形铝合金十分必要。变形铝合金的基本性能包括物理性能，化学性能，力学性能，电学性能等等，由于篇幅有限，在这里我们只对一些典型、常用型号的铝合金进行了一些相关介绍。在变形铝合金的分类中我们提到了几种分类方法，主要介绍了国际四位数字体系分类，对比于其他分类方法，其具有容易记忆、便于管理等鲜明特点，也是国际上所共识的分类方法。于此同时我们还对常用变形铝合金进行了美、日、俄、法等国牌号对照。

关键词：铝合金、分类、基本性能、牌号对照

指导老师签名：

Basic Broperties And Classification Of Wrought Aluminium Alloy

Student name: Liu jiaan Class:090125

Advisor: Zhao Qing

Abstract: Research and classification of the basic properties of

wrought aluminium alloy. Deformation of aluminum alloy at very wide application in our daily lives , are necessary for understanding wrought aluminium alloy. Basic properties of wrought aluminium alloy, including the physical properties and chemical properties, mechanical properties, electrical properties, and so on, because of limited space, we here only for some typical and common models of aluminum alloy for a number of related presentations. In the category of deformed aluminium we mentioned several classification methods , focuseson four-digit international classi-

fication system, compared to other classifications, its easy to remember, easy to manage, and so stark, the international consensus on the classification. At the same time we are also commonly used wrought aluminium alloy for the United States, Japan, Russia, France, and other countries.

Keyword: Aluminum classification basic properties grades comparison

Signature of Supervisor：

目 录

绪论........................................................................... ........1 第一章 1×××系铝合金................................................ ..........2 1.1 纯铝的一般特性................ .....................................2.

1.2 纯铝的性能..........................................................2

1.2.1物理性能....................................................................2 1.2.1 化学性能.......................................... .........................3 1.2.3 力学性能....................................................................3 1.3 纯铝的牌号及化学成分.........................................................4

第二章 2×××系铝合金...................................................... .....4

2.1 概述...................................................................... ....4 2.2 2系铝合金的基本性能 ......................................... ......4

2.2.1 物理性能....................................................................5 2.2.2 化学性能....................................................................6 2.2.3 力学性能....................................................................7 2.3 2系铝合金各国牌号对照......................................................9

第三章 3×××系铝合金...................................... ...................10

3.1 化学成分........................................... ...........................10 3.2 3系铝合金的基本性能.......................................... ..............10

3.2.1 物理性能......................................................... .........10 3.2.2 化学性能......................................................... .........11 3.2.3 电学性能....................................... ...........................11 3.2.4 力学性能.............................................................. ....11 3.3 3×××系铝合金常用牌号对照............................................... 13

第四章 4×××系合金............................................................. 13

4.1 典型牌号的化学成分.......................................................... 13

4.2 4×××系铝合金的基本性能..................................................14

4.2.1 物理性能.................................................................. 14 4.2.2 力学性能................................................................ ..14

4.3 4×××系铝合金典型牌号对照............................................. ............16

第五章 5×××系铝合金.................................... ......................16

5.1 5×××系铝合金的基本性能....................... .................. ......16

5.1.1 物理性能................................................................ 17 5.1.2 电学性能................................................................ 18 5.1.3 化学性能................................................................ 19 5.1.4 力学性能................................................................ 20 5.2 各国5×××系合金典型牌号对照............................................20

第六章 6×××系合金............................................................. 21

6.1 合金元素在6×××系铝合金中的作用.................................... 21 6.2 6×××系铝合金常用材料的性能...........................................22 6.2.1 物理性能............................................................ .....22 6.2.2化学性能..................................................................23 6.2.3力学性能..................................................................23 6.3 各国6×××系合金典型牌号对照............................................ 27

第七章 7×××系合金............................................................. 27

7.1 7×××系铝合金的发展历史................................... .............27 7.2 7×××系铝合金典型牌号的物理性能.......... .............................27

7.2.1 热力学性能...................... .........................................27 7.2.2 电力学性能............................................................... 28 7.2.3 力学性能................................................................. 28 7.3 化学性质.................................................................... 29 7.4 7×××系铝合金国内外典型牌号对照...................................... .30

第八章 8×××系合金............................................................. 30

8.1 8×××系常用铝合金的牌号及化学成分............................. .........30 8.2 化学性能................................................................... ..31 8.3 8×××系铝合金国内外典型牌号对照..................................... ..31

第九章 9×××系合金（备用合金组）...........................................32

结论................................................................................. ....32 参考文献............................................................................ .....33 致谢................................................................................ .....33 附录.............................................................................. .......34

绪论

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: (1) 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。 (2) 按合金性能和用途可分为: 工业纯铝、防锈铝合金、 切削铝合金、 耐热铝合金、 低强度铝合金、 [1]

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。

(3) 按合金中所含主要元素成分可分为（四位数字体牌号）: 工业纯铝(1XXX系), Al-Cu合金(2XXX系), Al-Mn合金(3XXX系), Al-Si合金(4XXX系), Al-Mg合金(5XXX系), Al-Mg-Si合金(6XXX系) ,Al-Zn-Mg-Cu合金(7XXX系),Al-其它合金元素(8XXX系)及备用合金组(9XXX系)

这三种方法各有特点，有事互相交叉、相互补充。在工业生产中，国际上惯用第三种分类方法，即合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法较本质的反应合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。在这里我们主要按第三种分类方法来系统介绍变形铝合金。

变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号是指按照1970年12月制定的变形铝及铝合金国际牌号命名体

［５］

系推荐方法命名的牌号。此推荐方法是由承认变形铝及铝合金国际牌号体系宣言的世界各国团体或组织提出的，牌号及成分注册登记秘书处设在美国铝业巨会公司(The Aluminum Association Incorporated, AA)。截比2007年底，参加此国际组织的有25个国家的24个组织、团体或企业，其中包括美、英、中(中国于1995年参加)、法、德、日等。

四位数字体系牌号意义：第一位数字表示合金系列，按主要合金元素的分类可参见表0-1。

表0-1 铝合金的分类

在1x xx系中，最后两位数字表小最低铝含量，与最低含铝量中小数点右边的两位数字相同，如1060是最低铝含量为99. 60%质量分数（下同)的工业纯铝。第二位数字表小对杂质范围的修改，若是零则表小该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围;如果为1- 9中的自然数，则表小生产中应对某一种或某种杂质或合金元素加以专门的控制，例如1350工业纯铝是一种铝含量应不小于99. 50%的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即w ( V+ Ti) ≤0. 02%、ｗ(B) ≤０．５% ,w (Ga) ≤0.3 %。

在2xxx系一９xxx系中，牌号的最后两位数字无特殊意义，仅表小同一系列中的不同铝合金，但有些是表示美国铝业公司过去用的旧牌号中的数字部分，如2024合金，即过去的“24S”合金。不过，这样的合金为数甚少。第二位数字表小对合金的修改，如为零，则表示原型铝合金，如为1—9中的任一整数，则表小对合金的修改次数。对原型铝合金的修改仅限于下列情况之一或同时几种:

(1) 对主要合金元素含量范围进行变更，但最大变更量与原型合金中铝合金元素的含量关系是:

原型铝合金中合金元素质量分数的算术平均值范/% 允许最大变化影∕% ≤1.0 0.15 >1.0~ 2.0 0.20 >2.0~ 3.0 0.25 >3.0~ 4.0 0.30 >4.0~ 5.0 0.35 >5.0~ 6.0 0.40 >6. 0 0.50

(2)增加或减少不多于一种合金元素，同时，此合金元素的含量算术平均值不大于0. 30%. (3)用作用相同的一种合金元素代替另一种合金元素。 (4)改变杂质含量范围。 (5)改变晶粒细化剂含量范围。 (6)改变原铝锭的杂质硅或铁的含量。

如果合金成分的改变不符合变更合金的要求，则应作为新合金而注册。

对于试验合金的牌号也按本条例编制，但在数字前面加大写字母‘ X’。试验合金的注册期不得超过5a对试验合金的成分，申请注册的公司有权改变，而已注册的合金化学成分改变权限归铝业协会技术处(The Technical Division of the Aluminium Association)。当合金通过试验合格后，去掉‘X’，成为正式合金。

第一章 1×××系铝合金

1.1 纯铝的一般特性

铝是元素周期表中第三周期主族元素，具有棉芯立方结构，无同素异构转变。铝具有一系列的优点：密度小，导电、导热性能好，抗腐蚀性能好，塑性加工性能好等特点。铝的密度为2.72g／cm，约为铁的1/3,故铝及合金的密度都较小，一般为2.5~2.88 g／cm之间。铝具有良好的导电性、导热性，其导电性仅次于银与铜。铝具有良好的抗蚀性。因为铝和氧的亲和力很大，在室温中能与空气中的氧化合，表面生成一层薄而致密并与基材金属结核的Al2O3氧化膜。铝的熔点与纯度有关，并随铝的纯度的提高而提高，当纯度为99.996％时，熔点为660.24℃。铝还具有好的塑性加工性能，可加工成板、带、箔和挤压制品等，可进行气焊、氩弧焊、点焊。纯铝不能热处理强化，可通过冷变形提高强度，惟一的热处理形式是退火，再结晶开始温度与杂质含量和变形度有关，一般在200℃左右。退火板材的σb=80～100MPa，σ0.2=30～50MPa，ζ=35%～40%，HB=25～30。经60%～80%冷变形，虽然能提高到150～180MPa，但ζ值却下降到1%～1.5%。增加铁、硅杂质含量能提高强度，但降低塑性、导电性和抗蚀性。

3

3

1.2 纯铝的性能

纯铝的性能包括物理性能、化学性能与力学性能等。

1.2.1物理性能

物理性能如表1-1所示。物理性能包括原子序数、原子量、晶体结构、电磁学性能等。

铝是电负性金属，其电极电位为—0.5~—3V，99.99%纯铝在5.3%~NaCl+0.3%H2O2溶液中对甘汞参比电极的点位为—0.87~+0.01V。铝是最活泼的工业金属之一，其表面在室温下就易生成一层薄而致密并与基体金属牢固结合的氧化膜（Al2O3 ），故在氧化性介质、水、大气、部分中性溶液、许多的弱酸和强氧化性介质中都具有相当高的稳定性。但在碱和盐的水溶液中，铝的氧化膜很快被破坏。通常氧化膜在PH=4.0~9.0的溶液中时稳定的。因此，凡是能改善氧化膜致密性、增加氧化膜厚度和提高氧化膜绝缘性能的因素，都有助于铝抗蚀性的提高。反之，凡是降低氧化膜有效保护作用的因素，不论是机械的还是化学的，都会使铝的抗蚀性下降。

1.1.3 力学性能

工业纯铝的力学性能除与纯度有关，还与材料的加工状态有关，不同状态的工业纯铝的力理学性能如表1-2所示

【6】

。

1.3 纯铝的牌号及化学成分

常用工业纯铝的牌号及化学成分见表1—3。各国牌号对照见表1—4

表1—3 常用工业纯铝的牌号及化学成分

[7]

【8】

。

第二章 2×××系铝合金

2.1 概述

2 x xx系铝合金是以铜为主要合金元素的铝合金，它包括了Al-Cu-Mg-（Mn）合金、Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金、Al-Cu-Mn合金和Al-Cu-Mg-Si四系，这些合金均属热处理可强化铝合金。合金的特点是强度高，通常称为硬铝合金，其耐热性能和加工性能良好，但耐蚀性不如大多数其他铝合金好，在一定条件下会产生晶间腐蚀，因此，板材往往需要包贾一层纯铝，或一层对芯板有电化学保护的6 x xx系铝合金，以大大提高其耐腐蚀性能

【4】

。

(1) Al-Cu-Mg-（Mn）系

Al-Cu-Mg-（Mn）系合金中多数的.成分范:围.为:1.5%一6.8%C u,0.2%一0.8%Mg，0.2%一1.2%Mn,其中部分合金含有微量钒、锆，个别合金超出此成分范围。这类合金存在晶间腐蚀倾向，其薄板通常需包铝或包防锈铝，以适应某些焊接方法。主要因含铁、硅粗大的金

属间化合物，该系合金断裂韧性不高。现已发展一些高纯Al-Cu-Mg-Mn系合金，其断裂韧性明显提高。 （2） Al-Cu-Mg-Fe-Ni系

此系合金的成分特点是:C u/ Mg比值较低，铁、镍含量接近。此系合金的室温强度与Al-Cu-Mg-Mn接近，耐热性好，服役温度更高，超过150℃。 （3） Al-Cu-Mn系

此系合金的铜含量较高，约为6%一7%，含少量锰0.2%一0.8%

，不含或含少量镁，T相的存在使其耐热性比AI一Cu一Mg一Fe一Ni系更好，合金的服役温度达200~300℃

(4) Al-Cu-Mg-Si系

此系合金是在Al-Mg-Si系合金的基础上添加铜发展起来的，随含铜量增加，室温强度和耐热性明显提高，停放效应减弱，但降低塑性和耐蚀性。因铜量超过镁、硅，故划归国际四位数牌号的2×××系合金。

该一系列材料的强度一般较高，某些牌号的合金强度可与钢抗衡。但因含铜量的差异，此系合金的强度、抗蚀性等在较宽范围内变化，以满足不同的需求。其中，铜含量较低的合金，杭蚀性接近防锈铝;铜含量较高的合金.，强度接近硬铝，实际上相当于在硬铝的基础上提高了硅含量。由于2系铝合金的高强高韧

性，主要被应用于航空航天领域，如2014、2024等合金

【9】

。

另外该系合金的切削性能良好，尤其是添加铅、铋后的2011合金是一种快削合金，经常被用来制造机械零件。但是该系列材料的焊接性能不好，在结合时，主要用铆接、电阻焊接和螺栓结合等。

2.2 2×××系铝合金的基本性能

2×××系铝合金加工产品均无磁性，其它物理性能应符合表2—1的规定。注：O表示退火状态；H：

2.2.1 物理性能

表示加工硬化状态；T表示热处理状态（详见附录1，下同）

。

表2-1 2×××系铝合金的物理性质

2.2.2 化学性能[4]

这里主要介绍典型的几个牌号的耐蚀性

2A01合金具有良好的抗应力腐蚀的能力，但是抗蚀性属于中等。2A01合金的抗蚀性与热处理状态有关，淬火时效状态下抗蚀性最好，淬火的冷却速度小会使其抗蚀性降低，需要注意.的是使用温度超过100℃会出现晶间腐蚀。

一般来说，2A10合金的抗蚀性不好，主要原因是含铜量较高，而一且处于(a+β十S)相区。相对

来说自然时效状态的抗蚀性比人工时效.状态的抗蚀性较好，但是淬火冷却速度慢或使用过程中受热都会使其抗蚀性下降。

2A11在大气中抗蚀性中等，在电解介质溶液和潮湿空气中有晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的倾

向。热处理工艺对该合金的抗蚀性影响很大，凡造成过饱和固溶体不均匀分解的热处理工艺都影响2A11的合金的抗蚀性。过烧、淬火转移时间长、淬火冷却速度慢等均会使其抗蚀性降低。相比较来说，自然时效状态的抗蚀性要比人工时效状态的抗蚀性好。但是若人工时效前进行预变形，对改善其抗蚀性有一定的作用包铝后有可靠的保护作用，但是加工和使用时应防止铜向包铝层中扩散，否则会影响保护效果。

2A12合金在淬火自然时效状态下具有良好的抗蚀性，但是自然时效后的材料在使用过程中受热、

淬火时效时冷却速度小或转移时间长导致θ和S相析出，造成晶界附近出现贫铜带，会引起晶间腐蚀。若.人工时效前进行预变形，可改一善该合金的抗蚀性。工业上最常用的是包铝(包铝层铝的纯度应在99。5%附近)，纯铝对于合金基体为阳极。

2A14合金山于含铜量较高，抗蚀性不好，而且有晶间腐蚀和应力腐蚀开裂的倾向。该合金的耐蚀

性不仅与热处理状态有关，而且与工件的断面厚度有关。与2A10、2A11和2A12合金相似，2A14合金的淬火自然时效状态的耐蚀性好，断面厚的工件，淬火时得不到快速冷却，会导致第二相的析出，影响材料的抗蚀性。

2A16合金由于含铜量高，抗蚀性能不好，必须在有保护的作用下使用。包铝的板材抗蚀性仍低

于2A12合金，因为基体的含铜量高，易于扩散。焊缝过渡区耐蚀性也很低，必须进行阳极化处理或涂漆保护，或者先进行阳极化然后进行涂漆保护后使用。

一般来讲，2A50合金的耐蚀性较好，但是在人工时效的状态下，如果出现CuAI2相，则有晶间腐

蚀的倾向，应进行阳极化处理或涂漆保护。

2A70和2124合金的耐蚀性都比较差，都有应力腐蚀的倾向。2A70合金很容易发生化学腐蚀，

需进行阳极化或涂漆保护。2124合金还有可能发生晶间腐蚀和剥落腐蚀。但是2124一合金T851状态厚板无剥落腐蚀倾向，抗应力腐蚀性能良好。

2.2.3 力学性能

2×××系铝合金材料的典型温室力学性能见表2-2

表

2-2 2×××系铝合金材料的典型温室力学性能

续表2-2

续表2-2

2.3 2×××系铝合金各国牌号对照

详见表2-3

第三章 3×××系铝合金

3×××系铝合金为热处理不可强化的铝—锰合金。3×××系铝合金的塑性高，焊接性能好，加工性能好，强度比1×××系铝合金高，而耐蚀性接近于纯铝。3×××系铝合金的抗腐蚀性优良，是因为MnAl6的电极电位与纯铝的电极电位实际上相等（均为—0.86v）.合金的成型性，不论退火状态或冷作硬化状态都与1×××系铝合金相识，但是要求含锰相的分布必须均匀。

3.1 化学成分

3×××系铝合金典型牌号的化学成分见下表

表3-1

3.2.1物理性能

见表3-2

表3-2 3×××系铝合金典型牌号的物理性能

3003合金的抗蚀性与纯铝的相近。锰加入铝当中，除部分固溶外，主要形成MnAl6化合物，而MnAl6

的电极电位相等（-0.86）。铝中加入锰，仅使纯铝的抗蚀性略微下降，但另一方面，锰可调节工业纯铝中铁的影响，形成，（FeMn）Al6减少FeAl6对抗蚀性的有害影响。 3003合金有很好的耐大气腐蚀性能，对淡水、海水】食品、有机酸、酒精、汽油、中性无机盐水溶液等均具有好的抗蚀性。冷变形状态下，3003合金有剥落服饰的倾向，且随冷加工变形程度的增加而增加。

3A12合金的耐蚀性能优良，在退火状态时，其耐蚀性和纯铝相近。合金冷作硬化后，其耐蚀性有所下降，并有剥落倾向。冷作硬化程度加大，产生剥落腐蚀倾向也加大。焊接后其焊缝的腐蚀稳定性好，和基体的耐蚀性基本相同。

3.2.3 电学性能 见下表

表3-3

3.2.4 力学性能

各典型牌号合金在不同的状态下的力学性能见表3-4

表3-4 3003与

3004合金在不同状态下的典型力学性能

注:无负载在不同温度下保温10000 h ,然后以38MPa / min的加载速度向试样施加负载至属服强度，再以5% /min的变形速度施加负载，直至试样断裂所测得的性能。

表3-5 3A21不同温度下的力学性能

表3-6 3105合金薄板的力学性能

3.3 3×××系铝合金常用牌号对照

见表3-7

【4】

第四章 4×××系合金

Al-Si系铝合金是以硅为主要合金元素的铝合金，硅含量在较大范围内变化，可分为两类，一类硅含量在共晶点附近，为9%~13%；另一类硅含量在亚共晶范围，一般为3.5% ~9.0%，个别的硅含量早1%左右。

4×××系合金其大多数合金属于热处理不可强化铝合金，只有含Cu, Mn和Ni的合金，以及焊接热处理强化合金后吸取了某些元素时，才可以通过热处理强化。该系合金由于含硅量高，熔点低，熔体流动性好，容易补缩，并且不会使最终产品产生脆性，因此主要用于制造铝合金焊接的添加材料，如钎焊板、焊条和焊丝等。另外，由于一些该系合金的耐磨性能和高

温性能好，也被用来制造活塞及耐热零件。含硅5%左右的合金，经阳极氧化上色后呈黑灰色。因此适宜做建筑材料以及制造装饰件。

4.1

见表4-1

典型牌号的化学成分

表4-1 4×××系铝合金典型牌号的化学成分

表4-2 典型牌号的物理性能

4×××系铝合金加工产品力学性能见以下各表

表4-3 4032-T6合金在不同温度时的典型力学性能

表4-3 4032合金的蠕变—断裂性能

表

4-4 4032合金焊丝的典型力学性能

4.3 4×××系铝合金典型牌号对照

各国5×××系铝合金典型牌号对照见表4-5

第五章 5×××系铝合金

5×××系合金属于非热处理铝合金。它是以Mg为主要添加元素的铝合金。由于它的耐蚀性好，又称防锈铝合金镁优先形成阳极相Mg5Al8或Mg5Al3在晶间沉淀，从而使合金有产生晶界裂纹及应力腐蚀的倾向。镁能显著提高铝的强度，但又不会使塑性过分降低。

Al-Mg合金也是应用比较广泛的一种合金，密度比纯铝小，抗海水腐蚀，还有良好的可焊性和抛光性，强度比纯铝和Al—Mn系合金高。变形Al-Mg合金含Mg量可有2.0%增加到10%.随着含Mg量的增加，塑性和抗蚀性明显下降，特别是含Mg量大于7%的合金，工艺性能显著变坏。在Al-Mg合金中加入Mn或Cr，能改善抗蚀性与可焊性，还能起到一定的强化作用。加入Ti和V可细花晶粒，提高强度和可焊性；加Be能防止熔体和焊时的氧化倾向。如果高Mg合金中存在“钠脆”现象，可加入少量Sb或Bi来消除。今年来比较火热的稀土金属加入到该系合金中也特别有益。在铝合金中加入微量的稀土金属，可以显著改善铝合金的金相组织，细化晶粒，去除铝合金中的气体和有害物质，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金强度，改善加工性能以及耐热性。

【16】

5.1 5×××系铝合金的基本性能

5×××系铝合金的基本性能包括有物理性能、电学性能、化学性能、力学性能等 5.1.1 物理性能

5×××系铝合金典型牌号的物理性能见表5-1

表5-1 5×××系铝合金的基本性能

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