铝合金的成分状态和性能及常用挤压铝合金.docx
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铝合金的成分状态和性能及常用挤压铝合金
第四章铝合金的成分、状态和性能及常用挤压铝合金
4.1铝的基本特性与应用范围
铝是元素周期表中第三周期主族元素，具有面心立方点阵，无同素异构转变，原子序数为13，原子量为26.9815。
表4–1列出了纯铝的主要物理性能。
表4–1纯铝的主要物理性能
性能
高纯铝
ω（Al）=99.996%
工业纯铝
ω（Al）=99.5%
原子序数
原子量
晶格常数（20℃）/m
密度（20℃）/kg·m－3
（700℃）/kg·m－3
熔点/℃
沸点/℃
熔解热/J·kg－1
燃烧热/J·kg-1
凝固体积收缩率/%
比热容（100℃）/J.（kg.K）－1
热导率（25℃）W.（m.K）-1
线膨胀系数（20～100℃）/μm.（m.K）－1
（100～300℃）/μm.（m.K）－1
弹性模量/Mpa
切变模量/Mpa
声音传播速度/m.s－1
电导率/S.m-1
电阻率/μΩ.m（20℃）
（20℃）
电阻温度系数/μΩ.m.K－1
体积磁化率
磁导率/H.m－1
反射率（λ=2500×10－10m）/%
（λ=5000×10－10m）/%
（λ=20000×10－10m）/%
折射率（白光）
吸收率（白光）
13
26.9815
4.0494×10-10
2698
660.24
2060
3.961×105
3.094×107
934.92
235.2
24.58
25.45
64.94
0.0267（0状态）
0.1
6.27×10-7
1.0×10-5
4.04×10-10
2710
2373
约650
3.894×105
3.108×107
6.6
964.74
222.6（0状态）
23.5
25.6
70000
2625
约4900
59（0状态）
57（H状态）
0.02922（0状态）
0.3002（H状态）
0.1
6.26×10-7
1.0×10-5
87
90
97
0.78～1.48
2.85～3.92
铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为2.7g/dm3，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。
此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性、胶合性以及表面处理性能等也比较好。
因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用，表4–2列出了铝的基本特性及主要应用领域。
表4–2铝的基本特性及主要应用领域
基本特性
主要特点
主要应用领域举例
质量轻
铝的密度为2.7g/dm3,约为铜或铁的1/3。
是轻量化的良好材料
用于制造飞机、航天器、轨道车辆、汽车、船舶、桥梁、高层建筑、重型机械部件和质量轻的容器等
强度好
铝的力学性能不如钢铁，但它的比强度高，可以添加铜、镁、锰、铬等合金元素，制成铝合金，再经热处理，而得到很高的强度。
铝合金的强度比普通钢好，也可以和特殊钢媲美
用于制造桥梁（特别是吊桥、可动桥）、飞机、压力容器、集装箱、建筑结构材料、小五金等
加工容易
铝的延展性优良，易于挤出形状复杂的中空型材和适于拉伸加工及其他各种冷热塑性成形
受力结构部件框架，一般用品及各种容器、光学仪器及其他形状复杂的精密零件
美观、适于各
种表面处理
铝及其合金的表面有氧化膜，呈银白色，相当美观。
如果经过氧化处理，其表面的氧化膜更牢固，而且还可以用染色和涂刷等方法，制造出各种颜色和光泽的表面
建筑用壁板、器具装饰、装饰品、标牌、门窗、幕墙、汽车和飞机蒙皮、仪表外壳及室内外装修材料等
基本特性
主要特点
主要应用领域举例
耐蚀性、耐
气候性好
铝及其合金，因为表面能生成硬而且致密的氧化薄膜，很多物质对它不产生腐蚀作用。
选择不同合金，在工业地区、海岸地区使用，也会有很优良的耐久性
门板、车辆、船舶外部覆盖材料、厨房器具、化学装置、屋顶瓦板、电动洗衣机、海水淡化、化工石油、材料、化学药品包装等
耐化学药品
对硝酸、冰醋酸、过氧化氢等化学药品不反应，有非常好的耐药性
用于化学装置、包装及酸和化学制品包装等
导热、导电性好
导热、导电率仅次于铜，约为钢铁的3～4倍
电线、母线接头、锅、电饭锅、热交换器、汽车散热器、电子元件等
对光、热、电
波的反射性好
对光的反射率，抛光铝为70%，高纯度铝经过电解抛光后为94%，比银（92%）还高。
铝对热辐射和电波也有很好的反射性能
照明器具、反射镜、屋顶瓦板、抛物面天线、冷藏库、冷冻库、投光器、冷暖器的隔热材料
没有磁性
铝是非磁性体
船上用的罗盘、天线、操舵室的器具等
无毒
铝本身没有毒性，它与大多数食品接触时溶出量很微小。
同时由于表面光滑、容易清洗，故细菌不易停留繁殖
食具、食品包装、鱼罐、鱼仓、医疗机器、食品容器、酪农机器
吸音性
铝对声音是非传播体，有吸收声波的性能
用于室内天棚板等
耐低温
铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想的低温装置材料
冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆、氧及氢的生产装置
4.2铝及铝合金的分类
纯铝比较软，富有延展性，易于塑性成形。
如果根据各种不同的用途，要求具有更高的强度和改善材料的组织和其他各种性能，可以在纯铝中添加各种合金元素，生产出满足各种性能和用途的铝合金。
铝合金可加工成板、带、条、箔、棒、型、线、自由锻件和模锻件等加工材，也可加工成铸件、压铸件等铸造材。
加工材和铸造材又可分为可热处理型铝合金材料和非热处理铝合金材料两大类。
图4–1示出了铝及铝合金的分类图。
纯铝—1×××系，如1000合金
非热处理型合金Al-Mn系合金—3×××系，如3004合金
Al-Si系合金—4×××系，如4043合金
加工材Al-Mg系合金—5×××系，如5083合金
Al-Cu系合金—2×××系，如2024合金
热处理型铝合金Al-Mg-Si系合金—6×××系，如6063合金
Al-Zn-Mg-Cu系合金—7×××系，如7075合金
铝及铝合金Al-其它元素—8×××系，如8089合金
纯铝系
非热处理型合金Al-Si系合金，如ZL102合金
Al-Mg系合金，如ZL103合金
铸造材Al-Cu-Si系合金，如ZL107合金
Al-Cu-Mg-Si系合金，如ZL110合金
热处理型合金Al-Mg-Si系合金，如ZL104合金
Al-Mg-Zn系合金，如ZL305合金
图4–1铝及铝合金的分类图
4.3变形铝合金分类、典型性能及主要用途举例
4.3.1变形铝合金的分类
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。
⑴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。
可热处理强化铝合金如：
纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金。
不可热处理强化铝合金如：
Al-Mg-SI、Al-Cu、Al-Zn-Mg系合金。
⑵按合金性能和用途可分为：
工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、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。
⑶按合金中所含主要元素成分可分为：
工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si合金（6×××系），Al-Zn-Mg-Cu合金（7×××系），Al-其它元素（8×××系）及备用合金组（9×××系）。
这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。
在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。
这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。
我国目前也采用4位数码法分类。
4.3.2变形铝合金的牌号及状态表示法
4.3.2.1中国变形铝及铝合金牌号及状态表示方法
⑴中国变形铝及铝合金牌号及表示方法
根据GB/T16474—1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”，凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号（但试验铝合金在四位字符牌号前加X）命名，并按要求注册化学成分。
四位字符体系牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。
牌号的第一位数字表示铝及铝合金的组别，如1×××系为工业纯铝，2×××为Al-Cu系合金，3×××为Al-Mn系合金，4×××为Al-Si系合金，5×××为Al-Mg系合金，6×××为Al-Mg-Si系合金，7×××为Al-Zn-Mg-Cu系合金，8×××为Al-其它元素合金，9×××为备用合金组。
除改型合金外，铝合金组别按主要合金元素来确定，主要合金元素指极限含量算术平均值为最大的合金元素。
当有一个以上的合金元素极限含量算术平均值同为最大时，应按Cu、Mn、Si、Mg、Mg2Si、Zn、其它元素的顺序来确定合金组别。
牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况，最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金或表示铝的纯度。
我国的变形铝及铝合金表示方法与国际上较通用的方法基本一致。
我国变形铝及铝合金的新、旧牌号对照如表4–3所示。
表4–3我国变形铝合金新旧牌号对照表
新牌号
旧牌号
新牌号
旧牌号
新牌号
旧牌号
新牌号
旧牌号
1A99
1A97
1A95
1A93
1A90
1A85
1080
1080A
1070
1070A
1370
1060
1050
1050A
1A50
1350
1145
1035
1A30
1100
1200
1235
2A01
2A02
2A04
2A06
2A10
2A11
2B11
2A12
2B12
2A13
2A14
2A16
2B16
2A17
原LG5
原LG4
原LG3
原LG2
原LG1
代L1
代L2
代L3
原LB2
代L4
原L4-1
代L5-1
代15
原LY1
原LY2
原LY4
原LY6
原LY10
原LY11
原LY8
原LY12
原LY9
原LY13
原LD10
原LY16
曾用LY16-1
原LY17
2A20
2A21
2A25
2A49
2A50
2B50
2A70
2B70
2A80
2A90
2004
2011
2014
2014A
2214
2017
2017A
2117
2218
2618
2219
2024
2124
3A21
3003
3103
3004
3104
3005
3105
4A01
4A11
4A13
4A17
4004
4032
曾用LY20
曾用214
曾用225
曾用149
原LD5
原LD6
原LD7
曾用LD7-1
原LD8
原LD9
曾用LY19、147
原LF21
原LT1
原LD11
原LD13
原LT17
4043
4043A
4047
4047A
5A01
5A02
5A03
5A05
5B05
5A06
5B06
5A12
5A13
5A30
5A33
5A41
5A43
5A66
5005
5019
5050
5251
5052
5154
5154A
5454
5554
5754
5056
5356
5456
5082
5182
5083
5183
5086
曾用2101、LF15
原LF2
原LF3
原LF5
原LF10
原LF6
原LF14
原LF12
原L13
曾用2103、LF16
原LF33
原LT41
原LF43
原LT66
原LF5-1
原LF4
6A02
6B02
6A51
6101
6101A
6005
6005A
6351
6060
6061
6063A
6070
6181
6082
7A01
7A03
7A04
7A05
7A09
7A10
7A15
7A19
7A31
7A33
7A52
7003
7005
7020
7022
7050
7150
7055
7075
7475
8A06
8011
8090
原LD2
原LD2-1
曾用651
原LD30
原LD2-2
原LB1
原LC3
原LC4
曾用705
原LC9
原LC10
曾用LC15、157
曾用919、LC19
曾用183-1
曾用LB733
曾用LC52、5210
原LC12
原L6
曾用LT96
注：
1.“原”是指化学成分与新牌号等同，且都符合GB3190–1996规定的旧牌号。
2.“代”是指与新牌号的化学成分相近似，且符合GB3190–1996规定的旧牌号。
3.“曾用”是指已经鉴定，工业生产时曾经用过的牌号，但没有收入GB3190–1996中。
⑵变形铝铝合金状态代号及表示方法
根据GB/T16475–1996标准规定，基础状态代号用一个英文大写字母表示。
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。
①基础状态代号
基础状态代号分为5种，如表4–4所示。
表4–4基础状态代号
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
H代号后面必须跟有两位或三位阿拉伯数字
W
固溶热处理状态
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）加工硬化达到稳定状态的产品
T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字
②细分状态代号
A.H（加工硬化）的细分状态，即在字母H后面添加两位阿拉伯数字（称做HXX状态），或三位阿拉伯数字（称做HXXX状态）表示H的细分状态。
a.HXX状态
H后面的第一位数字表示获得该状态的基本处理程序，如下所示：
H1——单纯加工硬化状态。
适用于未经附加热处理，只经加工硬化即获得所需强度的状态。
H2——加工硬化及不完全退火的状态。
适用于加工硬化程度超过成品规定要求后，经不完全退火，使强度降低到规定指标的产品。
对于室温下自然时效软化的合金，H2与对应的H3具有相同的最小极限抗拉强度值；对于其他合金，H2与对应的H1具有相同的最小极限抗拉强度值，但伸长率比H1稍高。
H3——加工硬化及稳定化处理的状态。
适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。
H3状态仅适用于在室温下逐渐时效软化（除非经稳定化处理）的合金。
H4——加工硬化及涂漆处理的状态。
适用于加工硬化后，经涂漆处理导致了不完全退火的产品。
H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度。
数字8表示硬状态。
通常采用O状态的最小抗拉强度与表4–5规定的强度差值之和，来规定HX8状态的最小抗拉强度值。
对于O（退火）和HX8状态之间的状态，应在HX代号后分别添加从1到7的数字来表示，在HX后添加数字9表示比HX8加工硬化程度更大的超硬状态。
各种细分状态代号及对应的加工硬化程度如表4–6所示。
表4–5HX8状态与O状态的最小抗拉强度的差值
O状态的最小
抗拉强度/Mpa
HX8状态与O状态的
最小抗拉强度差值/Mpa
O状态的最小
抗拉强度/Mpa
HX8状态与O状态的
最小抗拉强度差值/Mpa
≤40
45～60
65～80
85～100
105～120
125～160
55
65
75
85
90
95
165～200
205～240
245～280
285～320
≥325
100
105
110
115
120
表4–6HXX细分状态代号与加工硬化程度
细分状态代号
加工硬化程度
HX1
抗拉强度极限为O与HX2状态的中间值
HX2
抗拉强度极限为O与HX4状态的中间值
HX3
抗拉强度极限为HX2与HX4状态的中间值
HX4
抗拉强度极限为O与HX8状态的中间值
HX5
抗拉强度极限为HX4与HX6状态的中间值
HX6
抗拉强度极限为HX4与HX8状态的中间值
HX7
抗拉强度极限为HX6与HX8状态的中间值
HX8
硬状态
HX9
超硬状态，最小抗拉强度极限值超HX8状态至少10Mpa
注：
当按上表确定的HX1～HX9状态抗拉强度值不是以0或5结尾时，
应修正至以0或5结尾的相邻较大值。
b.HXXX状态:
H111——适用于最终退火后又进行了适量的加工硬化，但加工硬化程度又不及H11状态的产品。
H112——适用于热加工成型的产品。
该状态产品的力学性能有规定要求。
H116——适用于镁含量≥4.0%的5XXX系合金制成的产品。
这些产品具有规定的力学性能和抗剥落腐蚀性能要求。
花纹板的状态代号。
花纹板的状态代号和其对应的压花前的板材状态代号，如表4–7所示。
表4–7花纹板和其压花前的板材状态代号对照
花纹板的
状态代号
压花前的板材
状态代号
花纹板的
状态代号
压花前的板材
状态代号
花纹板的
状态代号
压花前的板材
状态代号
H114
O
H124
H224
H324
H11
H21
H31
H154
H254
H354
H14
H24
H34
H184
H284
H384
H17
H27
H37
H134
H234
H334
H12
H22
H32
H164
H264
H364
H15
H25
H35
H194
H294
H394
H18
H28
H38
H144
H244
H344
H13
H23
H33
H174
H274
H374
H16
H26
H36
H195
H295
H395
H19
H29
H39
B．T（热处理）的细分状态，即在字母T后面添加一位或多位阿拉伯数字表示T的细分状态。
a.TX状态：
在T后面添加0～10的阿拉伯数字，表示的细分状态称做TX状态，如表4–8所示。
T后面的数字表示对产品的基本处理程序。
表4–8T×细分状态代号说明与应用
状态
代号
说明与应用
T0
固溶热处理后，经自然时效再通过冷加工状态
适用于经冷加工提高强度的产品
T1
由高温成型过程冷却，然后自然时效至基本稳定的状态
适用于由高温成型过程冷却后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品
T2
由高温成型过程冷却，经冷加工后自然时效至基本稳定的状态
适用于由高温成型过程冷却后，进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品
T3
固溶热处理后进行冷加工，再经自然时效至基本稳定的状态
适用于在固溶热处理后，进行冷加工或矫直、矫平以提高强度的产品
T4
固溶热处理后自然时效至基本稳定的状态
适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品
T5
由高温成型过程冷却，然后进行人工时效状态
适用于由高温成型过程冷却后，不经过冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限），予以人工时效的产品
T6
固溶热处理后进行人工时效的状态
适用于固溶热处理后，不再进行冷加工（可进行矫直、矫平，但不影响力学性能极限）的产品
T7
固溶热处理后进行过时效的状态
适用于固溶热处理后，为获取某些重要特性，在人工时效时，强度在时效曲线上越过了最高峰点的产品
T8
固溶热处理后经冷加工，然后进行人工时效的状态
适用于经冷加工或矫直、矫平提高强度的产品
T9
固溶热处理后人工时效，然后进行冷加工的状态
适用于经冷加工提高强度的产品
T10
由高温成型过程冷却后，进行冷加工，然后人工时效的状态
适用于经冷加工矫直、矫平以提高强度的产品
注：
某些6XXX系的合金，无论是炉内固溶热处理，还是从高温成型过程急冷以保留可溶性组分在固溶体中，均能达
到相同的固溶热处理效果，这些合金的T3、T4、T5、T6、T7、T8和T9状态可采用上述两种。
b.TXX状态、TXXX状态（消除应力状态除外）：
在TX状态代号后面再添加一位阿拉伯数字称做TXX状态，或添加两位阿拉伯数字称做TXXX状态，表示经过了明显改变产品特性（如力学性能、抗腐蚀性能等）的特定工艺处理的状态，如表4–9所示。
表4–9T××及T×××细分代号说明与应用
状态
代号
说明与应用
T42
适用于自O或F状态固溶热处理后，自然时效到充分稳定状态的产品，也适用于需方任何状态的加工产品热处理后，力学性能达到T42状态的产品
T62
适用于自O或F状态固溶热处理后，进行人工时效的产品,也适用于需方对任何状态的加工产品热处理后，力学性能达到T62状态的产品
T73
适用于固溶热处理后，经过时效以达到规定的力学性能和抗应力腐蚀性能指标的产品
T74
与T73状态定义相同。
该状态的抗拉强度大于T73状态,但小于T76状态
T76
与T73状态定义相同。
该状态的抗拉强度分别高于T73、T74状态，抗应力腐蚀断裂性能分别低于T73、T74状态，但其抗剥落腐蚀性能仍较好
T7X2
适用于自O或F状态固溶热处理后，进行人工过时效处理，力学性能及抗腐蚀性能达到T7X状态的产品
T81
适用于固溶热处理后，经1%左右的冷加工变形提高强度，然后进行人工时效的产品
T87
适用于固溶热处理后，经7%左右的冷加工变形提高强度，然后进行人工时效的产品
C.消除应力状态：
在上述TX或TXX或TXXX状态代号后面再添加“51”或“510”、或“511”或“54”表示经历了消除应力处理的产品状态代号，如表4–10所示。
表4–10消除应力状态代号说明与应用
状态
代号
说明与应用
TX51
TXX51
TXXX
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