织构对铝合金性能的影响Word下载.docx

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指导教师：

孙浩

摘要

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。

铝合金阳极已经发展到三元甚至更多元合金，而且所应用的范围也越来越广。

铝合金结构在一定条件下可以是比钢结构更好的选择，其具有轻质、可模性好、耐腐蚀等优点。

热处理制度决定着材料的微观组织,而微观组织又决定着材料的力学性能。

晶界组织与过时效态的晶界组织相似,使合金具备了高强度、高抗应力腐蚀开裂性和高抗剥落腐蚀性。

高强度铝合金中应用量最大和应用领域最广的仍然具有广阔的应用前景。

关键词：

铝合金；

结构；

影响；

组织

Structuralonthepropertiesofaluminumalloyinfluence

Abstract

Aluminiumalloyisthemostwidelyusedinindustryofaclassofnon-ferrousmetalstructurematerial,inaviation,aerospace,automotive,machinerymanufacturing,shippingandthechemicalindustryhasalargeapplication.AluminumalloyanodehasdevelopedtothreeyuanevenmoreMultiplealloy,andtheapplicationrangeofthemoreandmorewidely.

Aluminumalloystructureincertainconditionscanbeabetterchoicethansteelstructure,itshastheadvantagesofgood,candie,corrosionresistance,etc.Heattreatmentsystemdecidesthemicrostructureofmaterials,andmicrostructureanddeterminesthemechanicalpropertiesofmaterials.Grainboundariesorganizationandaageingstategrainboundariesoftheorganization,alloyhasthesimilarhighstrength,highstresscorrosioncrackingresistantandcorrosionofspalling.

High-strengthaluminumalloyinthelargestandthemostwidelyapplicationfieldofstillhasthebroadapplicationprospect.

Keywords:

Aluminumalloy,structure,influence，organization

，

0.引言

铝合金具有轻质、美观、可模性好、耐腐蚀、易于维护等特点，最早应用于航空工业，之后又成功地应用于铁道工业、汽车工业和船舶工业等众多产业。

在国内的土建领域，铝合金主要应用于门窗和玻璃幕墙边框等装修装饰方面．但做为承重结构主体的应用和研究还处于起步阶段，耳前在玻璃幕墙支撑系统中的应用较为普遍。

国外对铝合金在土木工程中的应用和研究很早就开始了，上世纪70年代美国Ⅲ和欧洲就颁布了铝合金结构的相关设计规范。

根据铝合金结构的特点和适用性，该结构可以应用于桥梁结构、房屋结构、地下结构和近海结构等。

铝合金结构在国内的发展受到了认识不足的制约，需要加强针对铝合金结构的认识和研究，这样才能推动其在实际工程实践中的应用。

1.铝合金

铝合金：

以铝为基的合金总称。

主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。

铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

铝合金分两大类：

铸造铝合金，在铸态下使用；

变形铝合金，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。

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。

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和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

　祥云火炬

2008年北京奥运会火炬“祥云”就是铝。

1.1铝合金历史

氧化铝在1808年在实验室利用电解还成为铝材，于1884年即被作为建筑材料使用在美国华盛顿纪念碑尖顶上至今；

铝材加入各种金属元素合成的铝合金材料已被建筑工业广泛应用在各环节上。

最早的铝合金通常认为是1906年由德国的冶金专家威尔姆发明，他在铝中加入少量的镁和铜，制成了硬度极高的铝合金，此后该专利被德国公司杜拉收购。

经过一百年的发展，铝合金的工艺有了长足发展，今天已经得到了广泛应用。

1.2铝合金特点

铝金属的色泽光亮。

可以很好地满足建筑美学的要求。

纯铝具有很好的延展性和耐腐蚀的特点．但其强度较低而无法应用于承重结构。

因而人们研制出了强度较高的铝合金。

其强度与低碳钢不相上下。

铝合金的加工较为容易。

因为铝的熔点只有660度。

铝合金最大的优点之一是可以用压力机挤压成型。

挤压工艺可以生产出用热轧方法不能得到的任何形状的型材．并且可以获得加劲型材和优化型材。

型材挤压完成后须用牵引机进行矫直。

挤压工艺只受到挤压机压力大小的制约。

铝合金的密度只有钢材密度的三分之一．从而使得结构的自重大大降低，施工变得非常方便：

弹性模量也只有钢的三分之一．构件刚度小，因此铝合金结构变形和失稳的问题更为突出；

热胀系数是钢的两倍。

使得结构对温度变化更为

敏感，但当结构的温度变形受到约束时，铝合金结构的残余变形比钢结构小。

铝合金的强度与低碳钢的相差不多，塑性（延性）小于钢材，因而对于要求较高塑性（延性）的结构要加以注意。

耐腐蚀性是铝合金的一个优良性能。

在实际结构中，一般不需要对铝材进行大气或化学腐蚀介质防护。

未加防护钢材的腐蚀过程不能自然中止．而铝材的腐蚀过程往往会自然中止，这是因为铝材表面极易形成一层致密稳定的氧化铝。

可以认为铝材的腐蚀仅限于不利于结构美观，而不会危害结构的安全性。

铝的纯度越高，耐腐蚀性越好。

而结构常用的6xxx系列的铝合金的耐腐蚀性可以认为和纯铝相同。

因此。

在一些特殊的工业环境以及海边等地方．

铝合金结构可提高结构使用寿命，有其适用性和优势。

铝台金还具有以下几个特性：

低温性能好，与钢材不，铝合金在低温条件下强度和韧性不会降低．无低温脆性：

铝合金焊接构件存在热影响区，焊接引起的热影响区内的材料强度会大大降低：

铝合金生产制作和加工过程中引起的残余应力较小，挤压型材和焊接型材生产或加工过程中引起的残余应力都比相应的钢结构小得多．对挤压型材而言可忽略残余应力对承载能力的影响；

有利于环境保护，易回收，再生铝特性和原生铝几乎无差别，回收利用价值高。

铝合金在结构应用中还具有以下优点：

结构安装简单，全部构件可以在生产厂加工制作，减免焊接，结构总重小、基础造价相应就得以降低，施工、维修方便，等等。

因而铝合金的原材料价格虽然较钢材来得贵，但在一定条件下铝合金结构的综合经济效益将好于钢结【1】。

1.3铝合金的发展

国外用铝合金替代钢作为车身板虽已成功,但铝合金本身的性能特点使其在应用中还存在一些问题。

例如,铝板的强度、冲压成形性及焊接性总体不如钢板,加之价格比钢高（约为钢的两倍）,因而使其应用受到限制。

为了促进铝合金车身板的大规模应用,应针对铝合金作进一步的研究开发。

一方面要进行合金成分优化。

研究Mg、Si原子比和Cu含量的最佳组合,以加速时效强化相的析出。

并且采用预应变、预时效等强化手段,提高烤漆条件下的强化水平;

另一方面要进一步提高成形性。

通过找出适当的Mn、Fe原子比,以阻止固溶处理再结晶过程中的晶粒长大;

并研究形变织构、再结晶织构组分、数量和分布与成形性的关系以及微量元素Cr、Mn、Zr、Ti对其的影响,从而控制板材中的织构,实现板材变形的各向同性,使铝合金车身板的使用性能和工艺性能更加完善。

航空、航天等高新技术的发展对铝合金的性能提出了越来越高的要求，铝合金正朝着高比强、高比模、高损伤容限和耐热、耐蚀方向发展，而微合金化一直是挖掘合金潜力、改善合金性能并进一步开发新型铝合金的重要手段，成为当今国内外材料界关注的热点。

近年来尽管在此方面已进行了大量的探索，并取得了重要进展【2】。

2铝合金的性能

铝合金有较低的密度,优良的导热导电性,较高的比强度和易加工成型等优点。

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。

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。

硅对硬质合金有腐蚀作用。

虽然一般将超过12%Si的铝合金称为高硅铝合金，推荐使用金刚石刀具，但这不是绝对的，硅含量逐渐增多对刀具的破坏力也逐渐加大。

因此有些厂商在硅含量超过8%时就推荐使用金刚石刀具。

铝合金具有强度高、耐蚀性好、良好的深冲和变薄拉伸性能,广泛用于制作饮料罐体材料。

该合金板材在深冲过程中不仅要具有良好的成形性,还要具有较高的表面质量和综合力学性能。

目前该类产品主要采用普通辊轧制生产,其板材的表面质量和成形性均较差,影响了罐体材料的应用[3]。

2.0.1化学成分对5083铝合金性能影响

5083铝合金属于Al—Mg系高Mg铝合金，有较好的力学性能和机械加工性能及良好的耐腐蚀性能。

主要用于疏通管道、造船业、运输业、模具制造业，是制作模具、船外壳、燃料储存罐等的重要材料。

Mg、Mn主元素对5083铝合金性能的影响，提出了在既确保材料的力学性能，又使其具有良好工艺性能和耐蚀性的成分控制范围。

5083合金中Mg和Mn的含量控制在中上限，可以保证材料的强度性能达到要求，此时材料的塑性和耐蚀性也好。

cr在5083合金中起补充强化作用，可提高再结晶温度，Ti细化铸造组织。

应特别注意控制杂质Fe、si的含量。

Fe含量高时降低合金的塑性和耐蚀性能；

与Fe相比si对塑性的负面影响更大，Fe、Si的质量分数应尽量分别控制在0．25％以下【4】。

2.1结构与铝合金的性能的关系

微观组织影响ZL205A系铸造铝铜合金热处理后强度和塑性，影响该合金强度和塑性性能的微观组织主要是晶粒尺寸、晶内、晶界沉淀相,弥散析出相和未固溶相。

晶界处主要是θ相、N相、初生T相的混合组织，当呈针状或条状时恶化合金性能，当呈半连续的骨骼对合金性能影响较小。

晶内细小弥散的二次T相是主要强化相,当T相聚集长大会降低强度。

过剩相θ相，当呈大块分布时降低合金塑性，当呈细小均匀分布时对合金性能影响较小。

获得不同组织结构及力学性能的