铝合金

title: 工程用途.
title: 概要.
content: 铝合金被广泛应用在工程结构上。合金系统由数字系统分类(ANSI),或由名称表示主要的组成合金(DIN及ISO)。为一种指定的应用选择正确的合金需要考虑材料的强度、延性、成形性、焊接性、抗腐蚀性等等。简短的历史概述合金和制造技术,请参照。由于它的高强度和较低重量比率,铝被广泛使用在现代航空器里。
title: 弹性度.
content: 铝使用不当,可能会导致些问题。尤其是在对比铁或钢后,觉得铝有“更好的表现”的那些直觉行事的设计师,机械师,或技术员。跟铁或钢相比,相同大小的铝重量只有铁或钢的三分之一,似乎有着巨大的吸引力。但必须注意到,刚性同时也减少了三分之二。因此,直接更换一个铁或钢铁的零件,并施加可接受的力量,虽然不会造成破坏,但是铝的弹性会造成零件三倍以上的挠度。  即使材料不会破坏,过度的弹性亦不可取。尤其在要求精度或者有效率传输的地方。随意地将钢管更换为同样大小的铝管将造成一定程度弯曲。例如,用相同的尺寸的铝管取代钢管的自行车框架,增加弹性的操作下,负荷所造成的不同心度将会吸收运行的力量。若增加管壁的厚度来补强,则造成重量增加并丧失了弹性与重量比的优势。  就这情况而言,最好重新设计铝尺寸的部分,以适应其特点。例如,使自行车的框架铝管具有超大直径,而不是厚的管壁。这样增加了强度,重量也没有增加很多。这样处理的极限在于对挫曲的敏感性增加。  最新型的雪佛兰科尔维特Corvette汽车,是一个很好的例子,重新设计后的部分利用了铝的优势。使用了由铝制造的底盘和悬挂系统零件,消除不必要的金属后不但减轻也减少了截面积,这些车有大的尺寸和良好的刚度。因此,在同样或更激烈的使用情况下不需要跟钢制的零件一样频繁更换,大部分人对此觉得有吸引力。同样地,铝自行车框架可以改良设计,以便提供刚性和一些额外的灵活性,后者的功用可以当作另一种避震器。  铝合金的强度和耐久性差别很大,不仅组成合金元素的差别,也由于制造过程的差异。这种可变性加上经验曲线的使用,使铝时常获得了坏名声。举例来说,70年代早期许多设计不良的铝自行车框架高频率的损坏后,伤害了铝的声誉。然而,铝零件广泛的使用在航空器和高性能的汽车行业,放大来讲是禁得起极微小的失败率,同时也说明了自行车零组件没有不可靠的问题。时间和经验证明了铝依旧是可靠的。  同样地,铝在汽车应用尤其是在引擎零件上,得益于一段时间内的发展。奥迪工程师,在评论最近由奥迪工厂恢复一台1930年代汽车联盟赛车的V12引擎有超过500匹马力,引擎所使用的铝合金今天会被使用在像是除草机和家具上。在1960年代Corvair铝制的汽缸盖和曲轴箱,即使上螺纹被磨平及总体上的失败仍得到了良好的名声。这是已往不曾见过的设计。  其中一个重要的结构限制是铝合金疲劳性能,而钢具有较高的疲劳极限(理论上可以承受无限多的周期性载荷),铝的疲劳极限是接近零,也就是说它最终将破坏,甚至非常小的循环荷载作用都可以使它破坏,但对于小的应力可以使用非常长的时间。
title: 热敏度.
content: 通常必须考虑金属的热敏感性。事实上铝对热感应上相对地复杂,不像钢将要熔化时发出亮红色。由于铝熔化之前没有迹象显示,使用喷灯成型时需要一些专门的知识。  铝过热的时候受到内部压力和拉力,这些压力往往会导致延迟的扭曲。举例来说,常见的有翘曲或过热裂开的汽车铝缸盖。几年后,沿着铝自行车框架焊接逐渐变成趋势。1970年代黏着剂被用在一些自行车上,不幸的是当铝管受到轻微腐蚀就会松动黏接,终究车架解体。因此,航天工业,完全避免热进入零件[胶粘剂]间或机械扣件。  过热的铝可放心热处理零件在一炉,并逐步冷却-有退火的效果。然而这样做的结果有可能造成扭曲,所以热处理焊接自行车框架,会导致重要的部分产生不重合。如果不严重,冷却之后有可能可以重合在一起。如果框架设计有相当的刚性,变形将需要很大的力量。  铝的不耐高温性不包括使用在火箭上,用于气体燃烧可达3500 K的燃烧室,在Aagena上,阶段引擎部分设计使用了再生铝冷却喷嘴,包括关键喷喉;实际上铝极端高导热性防止了喷喉在巨大的热流下到达熔点,是一个可靠的轻组件。
title: 奈米化.
content: 21世纪后奈米技术有所进展,上海交通大学材料科学与工程学院王浩伟教授领衔的科研团队,突破了奈米陶瓷铝合金技术,在铝里掺陶瓷增强特性的构想长期存在,但技术难关巨大,强度及塑性差等问题无法解决。新技术采用让陶瓷自己从铝里长出来的新构想,团队最终采用「原位自生技术」,透过熔体控制自生,陶瓷颗粒的尺寸由外加法的几十微米降低到奈米级,突破了外加陶瓷铝基复合材料的塑性低、加工难等应用瓶颈。该种材料也可用于3D打印且成品有接近锻造的性质,航太潜力巨大。  目前天宫一号、天宫二号和若干卫星已经应用奈米陶瓷铝合金零件。
title: 家庭配线.
content: 1960年代跟铝的高导电性和比铜低的价格,在美国的家庭配线使用了铝,即使许多装置的设计不是能使用铝导线的。新的用途带了一些问题:  这些过热和过松的联接,反而导致了一些火灾。建造者对导线的选用开始变的谨慎,在新建筑上许多法令禁止了它的用途。但较新的装置,最终改善了连接设计,以避免松动和过热。一开始的标示为"Al/Cu",现在则是印着"CO/ALR"。另一种阻止发热的方法,卷曲铝线与铜线编成短辫,利用高压卷曲并利用工具减少铝的热膨胀。现在,新的合金、设计和方法用在铝导线和铝端子的结合。
title: 合金分类.
content: 铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。  变形铝合金牌号使用四位数字表示,其中包含了合金成分所占的比例。破折号后的4位数号码代表热处理的类型,例如“6061-T6”。铸造用铝合金使用4至5位数号码与一个小数点。在百位数的数字代表合金元素,小数点用来辨认是铸件或是铝锭。
title: 锻造用合金.
content: 国际合金命名系统(International Alloy Designation System)被广泛接受命名锻造合金。每个合金是由于四位数号码,其中第一位数为主要合金元素。
title: 锻造用铝合金元素含量.
content: (重量百分比) “其他”限制适用于所有的元素,无论是表格中有或没有。
title: 铸造用铝合金.
content: 美国铝业协会(Aluminium Association,AA)采取与锻造用合金相似的命名原则。英国标准(British Standard,BS)、德国标准(Deutsches Institut für Normung,DIN)使用了不同的名称。  在美国铝业协会(AA)系统,第二、第三位数代表了最小含铝量,例如150.x代表最少含99.50%铝。该数字小数点后值为0或1,指的铸件和铸锭分别。美国铝业协会系统下的主要铸造用铝合金列表如下:
title: 用途概要.
title: 常用航天航空合金.
content: 这些铝合金,被用在飞机及其他航空器结构有悠久的历史。
title: 其他航太合金.
content: 这些都是目前生产的,但较少广泛使用,应用在航太上的铝合金。
title: 航海合金.
content: 这些合金常被用在造船,海运业及盐水成分较高的地方使用。
title: 易拉罐合金.
content: 这些合金大量应用于易拉罐,包括啤酒、汽水饮料、食品等易拉罐包装。
title: 建筑装饰用合金.
content: 这些合金大量应用于建筑幕墙装饰中

Summary: 铝合金通常使用铜、锌、锰、硅、镁等合金元素,20世纪初由德国人阿尔弗雷德·威尔姆发明,对飞机发展帮助极大,第一次大战后德国铝合金成分被列为国家机密。跟普通的碳钢相比有更轻及耐腐蚀的性能,但抗腐蚀性不如纯铝。在干净、干燥的环境下铝合金的表面会形成保护的氧化层。造成电偶腐蚀加速的情况有:铝合金与不锈钢接触的情况、其他金属的腐蚀电位比铝合金低或是在潮湿的环境下。如果铝和不锈钢要一同使用必须在有water-containing systems或是户外安装两金属间电子或电解质隔离。

Aluminium alloy: Aluminium alloys (or aluminum alloys; see spelling differences) are alloys in which aluminium (Al) is the predominant metal. The typical alloying elements are copper, magnesium, manganese, silicon, tin and zinc. There are two principal classifications, namely casting alloys and wrought alloys, both of which are further subdivided into the categories heat-treatable and non-heat-treatable. About 85% of aluminium is used for wrought products, for example rolled plate, foils and extrusions. Cast aluminium alloys yield cost-effective products due to the low melting point, although they generally have lower tensile strengths than wrought alloys. The most important cast aluminium alloy system is Al–Si, where the high levels of silicon (4.0–13%) contribute to give good casting characteristics. Aluminium alloys are widely used in engineering structures and components where light weight or corrosion resistance is required.