铝及铝合金新牌号及化学成分分析

铝的密度小（2.7g/cm³），只有铁的1/3，熔点较低（657℃），导热性和导电性都很高。铝的强度低，塑性高。铝的压力加工性良好，并能焊接和切割，但铸造性不良。

铝及其合金按性能和用途可分为纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝和特殊铝几类。纯铝按纯度分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三个等级。铝合金按照制造方法可分为铸造铝合金和变形铝合金。

铝和铝合金常用来制作容器，主要是利用其在空气和许多化工介质中有良好的耐蚀性，以及低温下良好的塑性、韧性。铝在大气中极易与氧产生作用生成一层牢固致密的氧化膜，防止了氧与内部金属基体的作用，所以铝在大气和淡水中有良好的耐蚀性。铝的塑性好，易成形与焊接。在容器中使用的牌号主要是塑性和耐蚀性好的工业纯铝和防锈铝（铝镁合金和铝锰合金），多用板材和管材。少量硬铝和锻铝牌号的棒材、型材、锻材在压力容器中主要用于深冷设备零部件的制造。工业纯铝及防锈铝最低使用温度可达-273℃。

我国变形铝及铝合金的新牌号采用四位数字或四位数字与字母组合的办法表示。其中第一位数字表示铝及合金的组别。详见表2-16。除四位数字外，有些牌号最后还有一个大写英文字母表示注册顺序。

表2-16 铝及铝合金的牌号、含义①

①我国自1996年重新制定了“变形铝及铝合金牌号表示方法（GB/T 16474—1996）”，采用了国际较为通用的4位数字体系牌号。根据GB/T 16474—1996的说明，旧牌号仍可继续使用。

②改型合金与原始合金相比，化学成分在规定的范围内有些变化。

铝及铝合金可以用通用的加工方法进行加工，如热轧、拔、拉、锻造，在冷态和热态下能碾压和模压，也能通过铸造的方式成型。铝及铝合金可焊接和切削，但由于铝易氧化成高熔点的Al₂O₃，使其焊接性和铸造性较差。铝合金同其他合金一样存在加工硬化。

固溶时效热处理是铝合金的主要强化手段，也是一种热处理方法。铝合金热处理的基本形式有淬火时效和退火时效，前者是强化处理，后者是软化处理，Al-Mn合金塑性好，易于进行压力加工。Al-Mg合金在退火状态和冷变形后使用，冷变形后一般要进行退火。Mg含量（质量分数）大于3%的Al-Mg合金（如5A02、5A03），在大于65℃时，作为受压元件，不能长期使用。

硬铝合金必须采用时效处理才能发挥强化作用。硬铝合金在淬火时，加热温度要严格控制，一般波动范围不超过±5℃，若淬火温度过高，零件易过烧、熔化；若淬火温度过低，则淬火后的固溶体饱和度不足，不能发挥最大的时效强化。

锻铝的Al-Cu-Mg-Si工艺性能良好，适于进行自由锻造、挤压、轧制、冲压等工艺操作。Al_- Cu-Mg-Fe-Ni中铜和镁元素的加入，能够保证良好的热强性。

铝硅系铸造铝合金的铸造性能良好，流动性好，热裂倾向小。简单的铝硅合金，不能进行热处理强化。铝铜基铸造合金铸造性能不如铝硅系合金。铝镁基铸造合金的铸造性能不好，流动性差。铝锌基铸造合金工艺性较好。

工业纯铝、Al-Mn和Al-Mg合金可制作储罐、换热器、塔器和深冷设备。铝制压力容器受压元件设计压力不大于16MPa；含镁量（质量分数）大于等于3%的铝合金，设计温度在-269～65℃范围；其他牌号的铝及铝合金，设计温度范围为-269～200℃。具体要求见《固定容规》和JB/T4734—2002。

1.工业纯铝

工业纯铝是含有少量杂质的纯铝，主要杂质为铁和硅，此外还有铜、锌、镁、镍和钛等，杂质元素含量（质量分数）不超过1%。强度不高，塑性好，随温度下降，强度、塑性均增加。在大气和淡水中耐蚀性优良，也耐有机酸和溶剂的腐蚀，但在还原性介质、强酸和强碱中不耐蚀。此外在水蒸气、含卤素溶液和氢气中可能产生应力腐蚀。铝无磁性，冲击不发生火花。可采用气割、钨极氩弧焊和电弧焊加工，但切削性能不好。退火状态下，冷态可塑性好。铝相对铝合金而言，强度较低，为了达到强化，必须经过热处理。具体的工艺是淬火（固溶处理），然后进行时效以达到强化。工业纯铝的牌号和化学成分见表2-17。

表2-17 工业纯铝的牌号、化学成分

2.防锈铝

Al-Mn和Al-Mg系合金都属于防锈铝合金。Al-Mg合金为镁含量（质量分数）从2.4%至9.6%组成的不同牌号的合金。防锈铝合金不能进行热处理强化，常用冷加工方法使其强化。

防锈铝牌号有5A02、5A03、5A05、3A21，使用温度分别为：5A03、5A05不大于65℃，5A02、3A21不大于150℃。5A02、5A03、5A05用于制作深冷设备，如空液吸附过滤器、分馏塔，3A21用于制作板式换热器。

铝合金中，防锈铝合金耐蚀性最好。Al-Mn系防锈合金的耐蚀性在大气中和工业纯铝相近，在海水中与纯铝相同，在稀盐酸溶液中的耐蚀性则比纯铝好，但次于Al-Mg合金。铝合金中的Mn能提高合金的耐蚀性、焊接性和塑性。Mg可以提高强度，Ti和V可以细化晶粒，提高强韧性，Fe则是有害元素，能损坏铝合金的耐蚀性。

防锈铝合金有13个牌号，容器中较为常用的几种防锈铝合金牌号及化学成分见表2-18。

表2-18 常用的几种防锈铝合金牌号及化学成分

(www.xing528.com)

3.硬铝

硬铝是Al-Cu-Mg系形变铝合金，由于其强度高、硬度高，故称为硬铝。根据硬铝合金的特性和用途，可将其分为低强度硬铝、中强度硬铝、高强度硬铝、耐热硬铝等。硬铝合金的耐蚀性较差，但其他性能优良。主要以Al-Cu为主的硬铝合金，其力学性能和耐热性很好，但有点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和剥蚀的倾向，尤其是晶间腐蚀较为严重，不过可以通过人工时效，获得强化相，在晶界呈不连续分布，使合金的晶间腐蚀倾向降低，耐蚀性提高。

硬铝的化学成分和牌号见表2-19。

表2-19 硬铝的化学成分及牌号

4.锻铝

锻铝有Al-Mg-Si及Al-Mg-Si-Cu系普通锻铝合金和Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐热锻铝合金三种，这类合金的特点是具有良好的热塑性，适于生产锻件，故称之为锻铝。

Al-Mg-Si合金可以通过热处理实现强化和优良的耐蚀性，同时也具有较好的韧性。该合金没有晶间腐蚀和应力腐蚀倾向，也没有剥蚀倾向，主要腐蚀形式是点蚀。

锻铝的化学成分和牌号见表2-20。

5.铸铝

化工中常用的铸造铝合金（简称铸铝）为铝硅合金、铝镁合金和铝铜合金等，铝硅铸造合金具有优良的铸造性能，可以用来制造较为复杂的铸件，如制造泵、阀、离心机等。铸造铝合金中较为常用的是铝硅合金，其具有较好的耐蚀性，这是由于在合金表面上生成了Al₂O₃和SiO₂保护膜。含硅量（质量分数）4.5%～13%的铝合金可用于氧化性介质中。

表2-20 锻铝的化学成分及牌号

铸铝在许多有机介质中有优良的耐蚀性，特别是在有机的食物酸中无毒、不污染和不变质，同时铝易于加工，在食品工业中得到广泛的应用。

常用铸造铝合金的化学成分和牌号见表2-21。

表2-21 常用铸造铝合金的化学成分及牌号

6.铝和铝合金的其他性能

（1）力学性能

纯铝的硬度、强度较低，但塑性较好，而且纯度越高，则强度越低，伸长率越大。防锈铝合金不能进行热处理强化，其强度相对较低，但比纯铝好，铝镁合金的强度又要比铝锰合金高。硬铝合金可以通过热处理强化获得较高的强度和硬度。锻铝合金加入铜，如铝镁硅铜系合金，可以克服淬火后室温停留造成的强度降低。铜越多，强度越高，塑性越低。

（2）焊接性能

铝是化学活性很高的金属，与氧的亲和力强，使得铝及铝合金表面容易形成熔点很高的氧化膜（其熔点约2030℃），大大超过了金属本身的熔点（660℃），因此铝合金焊接比较困难。又因为铝及铝合金件表面的Al₂O₃薄膜易吸水，所以在焊接过程中容易形成气孔、夹渣等缺陷，从而降低了焊缝的力学性能。

由于液态铝可以溶解大量氢，而固态铝则几乎不能溶解氢，当焊接溶池快速冷却凝固时，氢很容易在焊缝聚集成气孔，所以铝焊接时要注意坡口的清洁，并控制工艺规范。

铝的电导率、比热容、熔化潜热很大，焊接时热量散失快、难于集中，比钢的焊接所消耗的热量更多，因此为保证焊接质量，必须采用能量集中、功率大的热源，还需采用预热措施。铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，往往在冷却凝固过程中气体来不及析出而在焊缝处形成气孔。铝在高温下的强度和塑性很低，如不采用夹具和垫板，焊缝处容易形成塌陷等缺陷。