铝合金与铝的优良性能

铝合金与铝的优良性能
铝合金与铝的优良性能

铝合金与铝的优良性能
铝
aluminium
一种化学元素.化学符号Al,原子序数13,原子量26.981539,属周期系ⅢA族.1825年丹麦H.C.奥斯特用无水三氯化铝和钾汞齐作用,得铝汞齐,蒸去汞首次制得金属铝；1827年德国F.维勒用金属钾做还原剂,从无水氯化铝中还原出金属铝.此后,由于生产成本高,金属铝的价格一直很昂贵.1886年美国C.M.霍尔和法国P.L.T.埃鲁各自独立发明电解氧化铝和冰晶石的熔盐的方法,使铝的价格大降,成为可供实用的金属.
铝在地壳中的含量为8％,仅次于氧和硅.由于铝的化学性质活泼,在自然界不以金属状态存在,而以硅酸铝形式广泛分布于岩石、土壤和动、植物体内,矿物有铝土矿、刚玉、明矾、冰晶石.现代金属铝的制法都采用电解法,将纯化的氧化铝溶解在冰晶石中,以钢制电解槽的石墨衬里为阴极,石墨棒为阳极,在1000℃电解,于阳极得液态金属铝,纯度可达99.8％.
铝是银白色的轻金属,熔点660.37℃,沸点2467℃,相对密度2.702.纯铝较软,有良好的延展性、导电性和导热性.铝是活泼金属,在常温下和干燥的空气中,铝的表面形成厚度约50埃的致密氧化膜,使铝不会进一步被氧化,并能耐水的腐蚀.在冷的浓硫酸或浓硝酸中,铝的表面被氧化,形成钝化的氧化膜.铝能与卤素、硫、氮、磷、碳作用,与硅、铜、铁、锌、锡、镁、锰形成合金.铝是两性的,既能溶于酸,形成铝盐；也能溶于碱,生成铝酸盐.
铝的电子构型为（Ne）3s23p1,在化合物中通常表现为＋3价,如Al2O3、AlCl3、Al2（SO4)3；只有在高温下,才可能形成一价化合物,如AlCl.铝容易形成矾,被称为铝矾,如KAl（SO4）2·12H2O.
铝的导电率虽然只有铜的2／3,但铝的比重还不到铜的1／3,相同重量的铝的导电效率大于铜,因此铝大量用于制造电线、电缆、电器设备和电讯器材.铝合金的比重较钢铁小得多,被大量用于制造飞机、汽车、火箭、宇航飞行器的物件,还广泛用于制做门窗、房檐、百叶窗及装饰材料.铝还是冶金工业中的还原剂,将铝粉与Fe2O3（或Fe3O4）粉末按一定比例混合,用引燃剂点燃,反应产生高温,可达3000℃,使还原出来的铁熔化,以焊接钢轨等,此法也用于冶炼镍、铬、锰、钒等难熔金属.铝也用于制造精密仪器（如反射望远镜）的镜子,生产涂料和焰火.在日用品工业中大量制造炊具和餐具.
铝合金具有较好的强度,超硬铝合金的强度可达600Mpa,普通硬铝合金的抗拉强度也达200-450Mpa,它的比钢度远高于钢,因此在机械制造中得到广泛的运用.铝的导电性仅次于银和铜,居第三位,用于制造各种导线.铝具有良好的导热性,可用作各种散热材料.铝还具有良好的抗腐蚀性能和较好的塑性,适合于各种压力加工.

Mg+Al硬铝 用于航空 质量小，硬度高，

铝：耐腐蚀
铝合金：机械强度大

铝合金在有色金属材料中用途最广，用量最多。但在某些环境条件下，材料性能有所改变。试验表明，在不同温度下，特别在高温下，铝合金复合材料的强度明显高于铝合金。
铝及铝合金的力学、热学、物理性能符号和含义 ：
名称 符号 单位 含意 备注
比例极限 δp MPa 材料在拉伸过程中，应力与应变保持正比关系的最大应力。这个阶段的最大极限负荷Pp除以试棒的原始横截面积，即...

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铝合金在有色金属材料中用途最广，用量最多。但在某些环境条件下，材料性能有所改变。试验表明，在不同温度下，特别在高温下，铝合金复合材料的强度明显高于铝合金。
铝及铝合金的力学、热学、物理性能符号和含义 ：
名称 符号 单位 含意 备注
比例极限 δp MPa 材料在拉伸过程中，应力与应变保持正比关系的最大应力。这个阶段的最大极限负荷Pp除以试棒的原始横截面积，即为比例极限 1 kgf/mm2 = 9.80665MPa
1 MPa = 0.10197kgf/mm2
英制：PSI ：lb/in2
KPSI = 1000PSI
=6.896MPa
弹性极限 δe MPa 材料在受载过程中，未产生塑性变形的最大应力
拉 伸
弹 性 模 量 E GPa 金属承受拉伸载荷时，在弹性范围内，应力与应变成正比例关系时，这个比例系数为拉伸弹性模量 1 kgf/mm2 = 0.0098067GPa
1GPa = 101.97162kgf/mm2
剪切
弹性模量 G GPa 金属在弹性范围内进行扭转试验时，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时，这个比例系数称为剪切弹性模量

屈服强度 （条件屈服强度） δ0.2 MPa 在拉伸过程中，一般规定标距长度部分塑性变形量达到的原标距长度的规定数值时之负荷除以原始横截面积所得的应力，称为屈服强度或条件屈服强度。一般规定数值为拉伸试样原标距长度的0.2%，即用δ0.2表示
压缩屈服强度 （条件屈服强度） δ-0.2 MPa 试样在压缩过稆中，标距部分残余压缩达到原标距长度规定数值时的负荷除以原始横截面积所得的应力称为压缩屈服强度或条件压缩屈服强度。一般规定数值为压缩试样原标距长度的0.2%，由于受力方向与拉伸相反，故压缩屈服强度常用δ-0.2表示
抗剪强度 MPa 试样剪切时，在剪断面上所承受的最大负荷除以原始横截面积所得的应力，称为搞剪强度。表示材料在剪切力作用下抵抗破坏的最大能力。
抗拉强度 δb MPa 在单向均匀拉伸载荷作用下，断裂时材料的最大负荷除以原始横截面积所得的应力。

疲劳极限 δ-1 MPa 材料在重复交变应力作用下，承受过无限次循环而不产生断裂的最最大应力值
疲劳强度 δN
MPa 试样在交变应力作用下，在规定的循环次数内（如106、107、108次等），不至于产生断裂的最大应力值
伸长率
（延伸率） δ5
δ10 % 材料拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比。
是标距为5倍直径时的伸长率，是标距为10倍直径时的伸长率
断面收缩率 ψ % 金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积与原始横截面积的百分比
冲击韧度 αk J/cm2
或
kJ/m2 用一定尺寸和形状的U型缺口标准试样，在规定类型试验机上受冲击载荷折断时，试样刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。它表示金属材料对冲击载荷的抵抗能力。 1 kgf•m/cm2 = 98.0665kJ/m2
1kJ/m2 = 0.010197kgf/cm2
布氏硬度 HBS 用一定直径的淬硬钢球压入试样表面，并在规定载荷下保持一定时间，以其载荷除压痕面积所得的商表面材料的布氏硬度。其计算公式为
HBS = 2P/лD[D – （D2-d2）1/2]
P——载荷
D——压头直径，mm；
d——压痕直径，mm 通常由测得的压痕直径直接查表得硬度值
洛氏硬度 HRB
HRF 在洛氏硬度机上，用直径为1。58mm的淬硬钢球作压头，载荷为980N试验所得的硬度值。
用1.58mm淬硬钢球作压头，载荷为588N测得的洛氏硬度值 HRB常用作测量淬火时效后铝合金硬度值。
HRF用作测量铝合金煅件硬度
显微维氏硬度 HV 用夹角为136o的金刚石四棱锥压头以小于等于0.2kgf（常扩大至1kgf）的载荷压入试样，以单位面积上所受载荷表示材料的硬度值。仪器上装有金相显微镜，用于测量合金的显微组织和极薄表面层的硬度值
密度 ρ g/cm3或
kg/m3 金属材料单位体积的质量
熔点 ℃ 材料由固态转变为液态时的熔化温度
平均线膨系数 α
µm/(m•k) 物体的长度随温度变化而改变，在指定的温度范围内，每当温度升降1，其单位长度胀缩的长度称平均线膨胀系数 膨胀及收缩率计算式见表1-5
热导率

（导热系数） λ W/(m•℃) 表示物体导热的能力。以物体内维持单位温度梯度（ΔL/ΔT）时，在单位时间（t）内流经垂直于热流方向的单位面积（A）上的热量（Q）表示 1 cal/(s•cm•℃) = 418.68W/(m•℃)
λ=1/A•Q/t•ΔL/ΔT
比热容 С
J/(kg•K)
或
J/(kg•℃) 将单位质量的物质在等压过程（或等容过程）中温度升高1K度时吸收的热量或温度降低1K度放出的热量 1 kcal/(kg•K) = 4186.8J(kg•K)
1 kcalth/(kg•K) = 4186.8J(kg•K)

电阻率
（比电阻电阻系数） ρ Ω•m
чΩ•m
nΩ•m 表征物质导电能力的一个物理常数，它等于长1m、横截面为1mm2 的导线两端间的电阻，也可用一个单位立方体的两平等端面间的电阻表示 1µΩ•cm = 10-8Ω•m
1nΩ•cm = 10-9Ω•m

电导率 λ S/m 电阻率的倒数叫电导率。在数值上它等于导体维持单位电位梯度时，流过单位面积的电流
电阻温度
系数 αp ℃-1 温度每升1℃，材料电阻率的改变量与原电阻率之比

表1—2为铝及铝合金的膨胀与收缩率计算式。表中L0为0℃时的长度；Lt 为在给定定温度范围内，t ℃时的长度；C为合金常数，其数值在表达1—3中列出。
表1—2 铝及铝合金的膨胀率与收缩率计算式
温度范围，℃ t ℃时的长度
-196 ~ 0
0 ~500
-60 ~ 10 Lt = L0[1+C(20.83t – 0.01177t2 - 0.0001446t3) x 10-6]
Lt = L0[1+C(22.29t + 0.01009t2 ) x 10-6]
Lt = L0[1+C(22.16t + 0.01219t2 ) x 10-6]

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