關于鋁合金材料性能的論述

　　摘要：介紹多種鋁合金材料及相關成型方法，性能，用途，優缺點，廣闊前景。著重介紹2004年日本制鋼所由納米微細結晶粒構成的鋅鋁合金的性能和實用前景。
　　關鍵詞：合金　噴鑄成型　納米微細結晶粒　熱帽材料
　　中圖分類號：TQ13　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0086-02
　　大多數金屬強度低，很軟，但兩種軟金屬合在一起就會成為一種較硬的金屬，叫“合金”。改變金屬的配比和成分，合金的性質就會改變。多數合金由兩種或兩種以上金屬合成，但有些合金含非金屬元素。現在讓我來介紹一下鋁合金，噴鑄成型是一種新型的鋁合金成型方法。噴鑄成型生產方法其特色是：熔融金屬液在極短暫的時間內，經由霧化裝置將金屬液噴散成微小顆粒(10um～500um)，噴鑄堆積在預定的沉積板上。這種噴鑄成型的制程方法是建材、汽車部件、核電廠使用復合材等最佳選擇。鋁合金也是家裝工程中一種很受歡迎的材料。因為它質輕、堅固、用途廣泛。
　　1　總述
　　日本神戶制鋼廠近年著手開發由納米微細結晶粒構成的鋅鋁合金的新用途。因為它具有變形緩沖作用，制鋼所準備將其用于汽車防撞材料的開發。據報道，“納米微細結晶粒鋅鋁合金”是神戶制鋼所2004年開發的新材料，已用于大阪市旅館的防震裝置。報道介紹到，這種合金在遇到外力突然撞擊時會像口香糖一樣伸縮，因此在交通事故和地震突然發生時，它可以減少外力的沖擊。可見這種材料很厲害，用鋁合金材料造的船艇等水上運輸工具還比用一般材料造的具有更多用途，有節能、長壽命、易于保養、好保管的優點，是居家休閑、運動、運輸等活動的首選。近年研制出一種新型的高性能鋁合金熱頂鑄造熱帽材料，這種材料有很多優點。像是：絕熱性能高，結實堅固，不會掉落材料，對鋁熔體不會產生化學性的與物理性的污染，不與水氣發生作用，因而不增加鋁熔體的氫含量，鑄造時不與鋁熔體發生反應，因此使用壽命長且易清理，表面堅硬，便于搬運，耐熱沖擊與熱循環，在使用過程中不會破裂，不含纖維性物質，可降低回收成本等等的優點。可見化學為我們的科技和生活貢獻很大!
　　而鋁合金輪轂也以其美觀大方、安全舒適等特點博得了越來越多私家車主的青睞，現在幾乎所有的新車型都采用了鋁合金輪轂，并且很多車主朋友也將原來車上用的輪轂換成鋁合金輪轂。為什么它會這么受歡迎呢?原來是因為它具有安全、舒適和節能的優點!安全——對于高速行駛的汽車來說，因輪轂變形、制動等產生的高溫爆胎、制動效能降低等現象已屢見不鮮。而鋁合金的熱傳導系數比鋼、鐵等大三倍，散熱效果自然要好得多，從而增強了制動效能，提高了輪胎和制動盤的使用壽命，有效地保障了汽車的安全行駛的確安全。舒適——裝有鋁合金輪轂的汽車一般都采用扁平輪胎。扁平輪胎的緩沖和吸震性能優于普通輪胎。這樣，汽車在不平的道路上或高速行駛時，舒適性會大大提高，的確舒適!節能——由于鋁合金輪轂重量輕(與同樣規格的鋁或鋼輪轂相差約2kg)、制造精度高，所以在高速轉動時變形小，慣性阻力也小。這有利于提高汽車的直線行駛性能，減輕輪胎滾動阻力，從而減少油耗～的確節能!而由于鋁的化學性質很活潑，所以它表面也形成了一層致密性的薄膜，防止它繼續被氧化。而鋁合金也保留了這一特點。
　　關于鋁合金的特性與用途，我查找了十幾種不同牌號的鋁合金。現在讓我來一一介紹(注意：LF為防銹鋁；LY為硬鋁；LC為超硬鋁；LT為特殊鉛；LD為鍛鋁。)
　　牌號為LF21：這是應用最廣的一種防銹鋁，它的強度不高，不能熱處理強化，在退火狀態下有高的塑性，而蝕性好，焊接性好，切削加工性不良。用于制造要求高可塑性和良好焊接性、在液體或氣體介質中工作的低載荷零件如油箱、油管、液體容器等；線材可制作鉚釘。牌號為LF13：它耐蝕性高、焊接性能好。導熱性、導電性比純鋁低得多。可用冷變形加工進行強化而不能熱處理強化。適用于作焊接結構件。牌號為LF5／LF10：它們為鋁鎂系防銹鋁(LF10的含鎂量稍高于LF5)強度與LF3相當，熱處理不能強化，退火狀態塑性高，半冷作硬化塑性中等，焊接性能尚好，LF5用于制作在液體中工作的焊接零件、管道和容器以及其它零件。LF10主要用來制造鉚釘。牌號為LF6：它有較高的強度和耐蝕性，退火和擠壓狀態下塑性尚好，用氬弧焊的焊縫氣密性和塑性尚可。切削加工性良好。用于焊接容器、受力零件、飛機蒙皮及骨架零件。牌號為LF5-1：它為不可熱處理強化鋁合金，有一定的強度，耐蝕性、切削性良好。陽極化處理后表面美觀，可加工成光學機械部件、船舶部件及導線夾等。牌號為LF2／LF3：它的強度比LF21較高，塑性與耐蝕性高，熱處理不能強化，焊接性好(LF3的焊接性優于LF2)，在冷作硬化狀態下的切削性較好，可拋光。用于制造在液體中工作的中等強度的焊接件、冷沖壓零件和容器等。
　　牌號為LY1：它為鉚接鋁合金結構用的主要鉚釘材料，在淬火和自然時效后的強度較低，但有很高的塑性和良好的工藝性能，焊接性與LY11相同，切削性能尚可，耐蝕性不高，廣泛用作中等強度和工作溫度<100℃的結構用鉚釘材。牌號為LY2：它為耐熱硬鋁，有較高的強度，熱變形時塑性高，可熱處理強化，在淬火及人工時效狀態下使用，切削加工性良好，耐蝕性比LD7、LD8耐熱鍛鋁較好，在擠壓半成品中，有形成粗晶環的傾向，用于制造在較高溫度下工作的承力結構件。牌號為LT4／LY 8／LY9：它們均為鉚釘用合金，LY4有較好的耐熱性，可在125℃～250℃內使用，LY9的強度較高，但其共同缺點是鉚釘必須在淬火后2h～6h內使用。LT8適用于制作中等強度的鉚釘。牌號為LY10：它有較高的剪切強度，鉚接過程不受熱處理時間的限制，但耐腐性不好。工作溫度不宜超過100℃。牌號為LY11：它是應用最早的一種標準硬鋁，中等強度，可熱處理強化，在淬火和自然時效狀態下使用，點焊性能良好，氣焊及氬弧焊時有裂紋傾向，熱態下可塑性尚可，切削加工性在淬火時效狀態下尚好，耐蝕性不高。用于制作中等強度的零件和構件，沖壓連接部件，局部鐓粗的零件(如螺釘、鉚釘)。牌號為LY12：它是高強度硬鋁，可熱處理強化，在退火和剛淬火狀態下塑性中等，點焊性能好，氣焊和氬弧時有裂紋傾向，抗蝕性不高，切削加工性在淬火和冷作硬化后尚好，退火后低。用于制造要求高負荷的零件以及在150℃以下工作的零件。牌號為LY16／LY17：它們都是耐熱硬鋁，常溫下強度不高而在高溫下有較高的蠕變強度，熱態下塑性較高，可熱處理強化，焊接性能良好抗蝕性不高，切削加工性尚好。用于制造250℃～350℃下工作的零件，板材可用于制作常溫或高溫下工作的焊接件。
　　牌號為LC3：它是超硬鋁鉚合金，可熱處理強化，剪切強度較高，耐蝕性和切削加工性尚可，鉚接時不受熱處理時間的限制。用于制作受力結構的鉚釘。牌號為LC4／LC9：它們都是高強度鋁合金，在退火和剛淬火狀態下的可塑性中等，可熱處理強化，通常在淬火、人工時效狀態下使用，此時得到的強度比一般硬鋁高得多，但塑性較低，有應力集中傾向，點焊性能良好；氣焊不良，熱處理后的切削加工性良好，退火狀態稍差，LC9板材的靜疲勞、缺口敏感、抗應力腐蝕性能稍優于LC4。用于制造承力構件和高載荷零件等。
　　牌號為LT1：它是一種含Si5％的低合金化二元鋁硅合金，其力學性能不高，但抗蝕性很高，壓力加工性能良好。適用于制造焊條和焊棒，用于焊接鋁合金制品。
　　牌號為LD2：它是中等強度，在熱態和退火狀態下可塑性高，易于鍛造、沖壓，在淬火和自然狀態下具有LF21一樣好的耐蝕性，易于點焊和氫原子焊，氣焊尚可。切削加工性在淬火時效后尚可。用于制造塑性和高耐蝕性、中等載荷的零件以及形狀復雜的鍛件。牌號為LD2-1／LD2-2：它們耐蝕性好，焊接性能良好。用于制造大型焊接構件、鍛件及擠件。牌號為LD5：它是高強度鍛鋁，熱態下有高的可塑性，易于鍛造、沖壓，可熱處理強化，工藝性能較好，抗蝕性也較好，但有晶間腐蝕傾向，切削加工性和點焊、滾焊、接觸焊性能良好，電焊、氣焊性能不好。用于制造形狀復雜和中等強度的鍛件和沖壓件等。牌號為LD6：它在熱壓力加工時都有很好的工藝性能，可進行點焊和滾焊，熱處理后易產生應力腐蝕傾向和晶間腐蝕敏感性。可制造復雜形狀和中等強度的鍛造零件和模鍛件。牌號為LD7／LDS／LD9：它們都是耐熱鍛鋁，可熱處理強化，點焊、滾焊和接觸焊性能良好，電焊性能差，耐蝕性和切削加工性尚好，LD8的熱強性和可塑性比LD7差。用作在高溫下工作的復雜鍛件。牌號為LD10：它是高強度鋁，熱強性較好，但在熱態下可塑性差，其它性能同LD5。用于制造高負荷和形狀簡單的鍛件、模鍛件。牌號為LD30：它用于制造中等強度(αb>27kgf／mm²)在+50℃～-70℃圍內工作并要求在潮濕和海水介質中具有合格耐蝕性能的零件。牌號為LD31：它用于制造強度不高(口b>20kgf／mm2)耐蝕性能好，有美觀裝飾表面，在+50℃～-70℃工作的零件，其合金經特殊機械處理后有較高的導電性能，在電氣工業上得到，廣泛應用。
　　2　結語
　　我所搜集的資料就只有這些，但也足以可見鋁合金的家族是多么龐大啊!化學的世界猶如浩瀚的海洋——豐富多彩，無窮無盡，讓我們一起來學好化學，在這個神秘而廣闊的空間里邀