铝及铝合金的应用范围及命名方法

铝及其合金是应用较广泛的一类金属材料，其产量仅次于钢铁，广泛用于电气、航天、汽车、机车、车辆等部门。其特点是：密度小、比强度大、耐蚀性好、导电、导热、无铁磁性、反光能力强、塑性大、易加工成材和铸造各种零件。铝合金用途广泛，凡要求重量轻、比强度高的零件（如飞机、汽车、拖拉机上的某些零件）均可用铝合金制造。

我国变形铝及铝合金采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。按化学成分，在国际牌号注册组织注册命名的铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号；国际牌号注册组织未命名的，则按四位字符体系牌号命名。

两种牌号命名方法的区别仅在第二位。牌号第一位数字表示铝及铝合金的组别，1×××，2×××，3×××，……，9×××，分别按顺序代表纯铝（含量99.00％），以铜，以锰，以硅，以镁，以镁和硅，以锌，以其他合金元素为主要合金元素的铝合金及备用合金组；牌号第二位数字（国际四位数字体系）或字母（四位字符体系）表示原始纯铝或铝合金的改型情况，数字0或字母A表示原始合金，如果是1～9或B～Y表示为改型情况；最后两位数字用以标识同一组中不同的铝合金，纯铝则表示最低铝百分含量中小数点后面的两位。

1.纯铝

纯铝的含铝量最少为99.0％。银白色，熔点657℃，密度为2.72g/cm³，仅为铁的三分之一，是一种轻型金属。纯铝的导电性、导热性好，且和氧的亲和力强，容易在其表面形成致密的Al₂O₃薄膜，能有效地防止金属的继续氧化，在大气中有良好的耐蚀性。纯铝的塑性好（ψ≈80％），但强度低（σ_b≈80～100MPa）。冷变形是提高其强度的唯一手段，经形变强化后强度可提高到150～250MPa，而塑性则下降到ψ＝50％～60％。纯铝中常见的杂质是铁和硅，杂质越多，纯铝的导电性、耐蚀性及塑性越低。

纯铝牌号用1×××四位数字系列表示。如1070、1060、1050等。其中1060表示含纯铝为99.60％的工业纯铝。工业纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆以及要求具有导热、耐蚀，且对强度要求不高的一些用品和器皿等。

2.铝合金

铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素（如铜、镁、硅、锰、锌等）构成合金。强度提高，还可经过冷变形加工和热处理等方法进一步强化。所以铝合金还具有良好的耐蚀性和加工性，可以制造某些结构零件。

铝合金一般可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。

变形铝合金因其塑性较高，适于压力加工，故称为变形铝合金。变形铝合金还可按主要性能特点分为防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝等。

铝合金的热处理机理与钢不同。一般钢经淬火后，硬度和强度立即提高，塑性下降。铝合金则不同，能进行热处理强化的铝合金，淬火后硬度和强度不能立即提高，而塑性与韧性却显著提高。但在室温放置或稍高于室温保持一段时间后，其硬度和强度才显著提高，塑性与韧性则明显下降。这种合金工件经固溶处理后在室温或稍高于室温保温，以达到沉淀硬化的目的称为时效处理。时效处理分为自然时效处理和人工时效处理两种。合金工件经固溶处理后在室温进行的时效处理称为自然时效处理；合金工件经固溶处理后在室温以上温度的时效处理称为人工时效处理。

铝合金常用的热处理方法有退火、淬火和时效处理等。退火可消除加工硬化，恢复塑性变形能力；消除铸件的内应力和成分偏析。淬火也称“固溶处理”，目的是获得均匀的过饱和固溶体。时效处理可使淬火铝合金的强度达到最高。淬火、时效处理是强化铝合金的主要途径之一。

（1）变形铝合金 分为防锈铝合金（LF）、硬铝合金（LY）、超硬铝合金（LC）和锻铝合金（LD）四类。

1）防锈铝主要是Al-Mn系和Al-Mg系合金。属于热处理不能强化的变形铝合金，只能通过冷压力加工提高强度，具有适中的强度和优良的塑性，并具有很好的耐蚀性。强度比纯铝高，仍有良好的塑性，焊接性也好，通常用于制造油箱、管道。

2）硬铝属于Al-Mg-Cu系合金。这类铝合金经固溶和时效处理后能获得相当高的强度、硬度。硬铝的耐蚀性比纯铝差，更不耐海洋大气的腐蚀，所以有些硬铝的板材常在表面包覆一层纯铝后使用。飞机结构支架、翼肋、螺旋桨、发动机支架等常用硬铝制造。

3）超硬铝属于Al-Mg-Cu-Zn系合金。这类铝合金是在硬铝的基础上再加锌元素，其强度高于硬铝，但耐蚀性较差，一般表面也包一层纯铝，以增加耐蚀性。超硬铝经固溶处理和人工时效处理后，强度很高。

4）锻铝大多属于Al-Mg-Cu-Si系或Al-Mg-Cu-Ni系合金。力学性能与硬铝相近，有良好的锻造性能及耐蚀性，适合于锻造。这类合金通过固溶处理和人工时效，使材料获得较好的强化效果。(www.xing528.com)

用四位字符体系表示牌号，例如5A02，其中5表示以镁为主要合金元素的铝合金，A表示原始合金，02表示02号。常用变形铝合金牌号和用途见表8-26。

表8-26 常用变形铝合金牌号和用途

（2）铸造铝合金 按其所加合金元素的不同，铸造铝合金可分为：Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系四类。

GB/T 1173—1995《铸造铝合金》规定：铸造铝合金牌号表示方法按GB/T8063—1994进行，即由Z和基体金属的化学元素符号、主要合金元素化学元素符号以及表明合金化学元素名义百分含量的数字组成。例如ZAlSi12表示，名义百分含量为w（Si）＝12％的铸造铝合金。

GB 1173—1995规定，铸造铝合金代号由字母ZL及其后三位阿拉伯数字组成。ZL后面第一个数字表示合金系列，其中1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金，ZL后面第二、三两个数字表示顺序号。例如ZL102表示铝硅系02号铸造铝合金。

铸造铝合金与变形铝合金相比，合金元素的含量较高，具有良好的铸造性能，但塑性与韧性较低，不能进行压力加工。

1）Al-Si系：由铝、硅两种元素组成的合金称简单硅铝明（硅铝明，即英文铝硅合金Silumin的音译），除铝硅外还加入其他元素的合金称特殊硅铝明。简单硅铝明为热处理不能强化的铝合金，故强度不高。特殊硅铝明因加入铜、镁、锰等元素使合金强化，并可通过热处理进一步提高力学性能。该系合金有良好的铸造性能，可用于制造内燃机活塞、气缸体、水冷的气缸头、气缸套、风扇叶片、形状复杂的薄壁零件以及电动机、仪表的外壳、油泵壳体等。

2）Al-Cu系：铝铜合金强度较高，加入镍、锰提高耐热性，它在较高温度下仍具有足够的强度和热压加工性能。用于制造在高温下工作的复杂锻件和结构件，如内燃机活塞等。

3）Al-Mg系：铝镁合金有良好的耐蚀性，可用于制造在腐蚀介质条件下工作的零件，如泵体、泵盖及轮船配件等。

4）Al-Zn系：铝锌合金有较高强度，价格便宜，用于制造医疗器械、仪表零件、飞机零件和日用品等。

铸造铝合金可采用变质处理细化晶粒。变质处理是在熔融金属中加入少量的一种或几种元素或化合物，改变金属或合金的结晶组织，使性能得到改善的操作。即在铝合金中加入氟化钠和氯化钠的混合盐（2/3NaF＋1/3NaCl），加入量为合金重量的1％～3％。这些盐和液态铝相互作用，经变质处理后，使抗拉强度提高30％～40％，伸长率提高1％～2％。

常用的铸造铝合金的牌号特点及用途见表8-27。

表8-27 铸造铝合金的牌号特点及用途