金屬介紹
鋁合金通常使用銅、鋅、錳、硅、鎂等合金元素,20世紀(jì)初由德國(guó)人Alfred Wilm發(fā)明,對(duì)飛機(jī)發(fā)展幫助極大,一次大戰(zhàn)后德國(guó)鋁合金成分被列為機(jī)密。跟普通的碳鋼相比有更輕及耐腐蝕的性能,但抗腐蝕性不如鋁。在干凈、干燥的環(huán)境下鋁合金的表面會(huì)形成保護(hù)的氧化層。
造成電偶腐蝕(Galvanic corrosion)加速的情況有:鋁合金與不銹鋼接觸的情況、其他金屬的腐蝕電位比鋁合金低或是在潮濕的環(huán)境下。如果鋁和不銹鋼要一同使用必須在有water-containing systems或是戶(hù)外安裝兩金屬間電子或電解隔離。
鋁合金的成分需要向美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)(Aluminium Association,AA)注冊(cè)。許多組織公布更具體制造鋁合金的標(biāo)準(zhǔn),包括美國(guó)汽車(chē)工程協(xié)會(huì)(Society of Automotive Engineers,SAE)特別是航空標(biāo)準(zhǔn),還有美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(American Society for Testing and Materials,ASTM)。
鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一類(lèi)有色金屬結(jié)構(gòu)材料,在航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械制造、船舶 鋁合金
及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。
隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,對(duì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)件的需求日益增多,使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)焊接技術(shù)的發(fā)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域,因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)之一。
鋁的密度?。é?2.7g/cm3),大約是鐵的 1/3,熔點(diǎn)低(660℃),鋁是面心立方結(jié)構(gòu),故具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),易于加工,可制成各種型材、板材。抗腐蝕性能好;但是鋁的強(qiáng)度很低,退火狀態(tài) σb 值約為8kgf/mm2,故不宜作結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn),人們逐漸以加入合金元素及運(yùn)用熱處理等方法來(lái)強(qiáng)化鋁,這就得到了一系列的鋁合金。
添加一定元素形成的合金在保持鋁質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還能具有較高的強(qiáng)度,σb 值分別可達(dá) 24~60kgf/mm2。這樣使得其“比強(qiáng)度”(強(qiáng)度與比重的比值 σb/ρ)勝過(guò)很多合金鋼,成為理想的結(jié)構(gòu)材料,廣泛用于機(jī)械制造、運(yùn)輸機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械及航空工業(yè)等方面,飛機(jī)的機(jī)身、蒙皮、壓氣機(jī)等常以鋁合金制造,以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接,結(jié)構(gòu)重量可減輕50%以上。
物質(zhì)特性
鋁合金密度低,但強(qiáng)度比較高,接近或超過(guò)鋼,塑性好,可加工成各種型材,具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性,工業(yè)上廣泛使用,使用量?jī)H次于鋼。
鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類(lèi):
變形鋁合金能承受壓力加工??杉庸こ筛鞣N形態(tài)、規(guī)格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、建筑用門(mén)窗等。 形變鋁合金又分為不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金和可熱處理強(qiáng)化型鋁合金。不可熱處理強(qiáng)化型不能通過(guò)熱處理來(lái)提高機(jī)械性能,只能通過(guò)冷加工變形來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化,它主要包括鋁、工業(yè)鋁、工業(yè)鋁以及防銹鋁等。可熱處理強(qiáng)化型鋁合金可以通過(guò)淬火和時(shí)效等熱處理手段來(lái)提高機(jī)械性能,它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。
鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為鋁硅合金,鋁銅合金,鋁鎂合金,鋁鋅合金和鋁稀土合金,其中鋁硅合金又有過(guò)共晶硅鋁合金,共晶硅鋁合金,單共晶硅鋁合金,鑄造鋁合金在鑄態(tài)下使用。
一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機(jī)械性能,物理性能和抗腐蝕性能。
壓鑄的特點(diǎn)
壓力鑄造簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄,是一種將熔融合金液倒入壓室內(nèi),以高速充填鋼制模具的型腔,并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓鑄區(qū)別于其它鑄造方法的主要特點(diǎn)是高壓和高速。
(1)金屬液是在壓力下填充型腔的,并在更高的壓力下結(jié)晶凝固,常見(jiàn)的壓力為15—100MPa。
(2)金屬液以高速充填型腔,通常在10—50米/秒,有的還可超過(guò)80米/秒,(通過(guò)內(nèi)澆口導(dǎo)入型腔的線速度—內(nèi)澆口速度),因此金屬液的充型時(shí)間極短,約0.01—0.2秒(須視鑄件的大小而不同)內(nèi)即可填滿型腔。壓鑄機(jī)、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)的三大要素,缺一不可。所謂壓鑄工藝就是將這三大要素有機(jī)地加以綜合運(yùn)用,使能穩(wěn)定地有節(jié)奏地和地生產(chǎn)出外觀、內(nèi)在質(zhì)量好的、尺寸符合圖樣或協(xié)議規(guī)定要求的合格鑄件,甚至鑄件。
壓鑄的流動(dòng)性
流動(dòng)性是指合金液體充填鑄型的能力。流動(dòng)性的大小決定合金能否鑄造復(fù)雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動(dòng)性較好。
影響流動(dòng)性的因素很多,主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒,但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力(俗稱(chēng)澆注壓頭)的高低。
實(shí)際生產(chǎn)中,在合金已確定的情況下,除了強(qiáng)化熔煉工藝(精煉與除渣)外,還必須改善鑄型工藝性(砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度),并在不影響鑄件質(zhì)量的前提下提高澆注溫度,合金的流動(dòng)性。
鋁材
鋁和鋁合金經(jīng)加工成一定形狀的材料統(tǒng)稱(chēng)鋁材,包括板材、帶材、箔材、管材、棒材、線材、型材等。
缺陷修復(fù)
鋁合金在生產(chǎn)過(guò)程中,容易出現(xiàn)縮孔、砂眼、氣孔和夾渣等鑄造缺陷。修復(fù)鋁合金鑄件氣孔等缺陷呢?如果用電焊、氬焊等設(shè)備來(lái)修補(bǔ),由于放熱量大,容易產(chǎn)生熱變形等副作用,無(wú)法滿足補(bǔ)焊要求。
冷焊修復(fù)機(jī)是利用高頻電火花瞬間放電、無(wú)熱堆焊原理來(lái)修復(fù)鑄件缺陷。由于冷焊熱影響區(qū)域小,不會(huì)造成基材退火變形,不產(chǎn)生裂紋、沒(méi)有硬點(diǎn)、硬化現(xiàn)象。而且熔接強(qiáng)度高,補(bǔ)材與基體同時(shí)熔化后的再凝固,結(jié)合牢固,可進(jìn)行磨、銑、銼等加工,致密不脫落。冷焊修復(fù)機(jī)是修補(bǔ)鋁合金氣孔、砂眼等細(xì)小缺陷的理想方法。