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1、 学校代码： 10128学 号： 200920411032 本科科毕业论文（题 目：复合变质对6063铝合金组织的影响学生姓名： 学 院：材料科学与工程系 别：材料与冶金工程专 业：冶金工程班 级：冶金09-3指导教师： 二 一 三 年 六 月摘要铝是具有很多比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，列如密度小，仅仅为铁的2.7 g / cm3，大约为铜或钢铁的1/3左右；它有良好的耐蚀性和耐候性；良好的导热性和导电性；良好的塑性和加工性能；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无毒性；无磁性；吸音性；抗核辐射性；耐酸性；比较小的弹性系数；力学性良好；良好的抗撞击性；铸造性
2、能和焊接性良好。同时，铝还具有高温性能、切削加工性、成型性能、铆接性以及表面处理性能。因此，在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、冶金化工、能源动力、农业排灌、机械制造、电器家具、日用文体、包装防腐等各个领域铝的应用都十分广泛. 在铝合金中 6063铝属于Al-Mg-Si系，基体为铝作为基体，镁和硅作为主要的元素，在液态的铝中加入镁和硅，镁和硅就会溶解在铝中，冷却到固态时，镁和硅会保留在铝基体中，不析出，化合物Mg2Si形成，杂质元素铁、锰等会在铝中形成，还会形成AlFeSi，如果加入的Mg比 Si多时还会形成Mg2Al3。 关键词：铝；铝合金；6063铝合金abstrac
3、t Aluminum has a series of than other non-ferrous metals, steel, plastic and wood and other excellent properties, such as density is small, only 2.7 g / cm3, about copper or steel 1/3; good corrosion resistance and weatherability; good plastic property and processing performance; good thermal and el
4、ectrical conductivity; good low temperature resistance performance, on the thermal wave reflectivity, surface properties; magnetic; basic non-toxic; acoustic; good acid resistance; nuclear radiation resistant; elastic coefficient; good mechanical properties; excellent casting and welding performance
5、; good impact resistance. In addition, aluminum high temperature performance, formability, cutting, riveting and surface treatment performance is also quite good. Therefore, in the aerospace, marine, aviation aluminum, automotive, transportation, bridges, buildings, electrical power, metallurgy, che
6、mical, agricultural irrigation and drainage, machinery manufacturing, packaging, furniture, daily style electrical anti-corrosion and other fields have been widely used. 6063 in the series of aluminum alloy belongs to Al-Mg-Si series, matrix for aluminum (Al ), the main elements of magnesium ( Mg )
7、and silicon ( Si ), when the magnesium ( Mg ) and silicon ( Si ) is added to the liquid aluminum, ( Mg ) and silicon ( Si ) will be dissolved in aluminum when cooling, solid, magnesium ( Mg ) and silicon ( Si ) is still retained in the aluminum matrix, no precipitation, and the formation of intermet
8、allic compound Mg2Si, at the same time because the aluminum and iron impurity elements ( Fe ), manganese ( Mn ), but also the formation of AlFeSi, when added to the Mg than Si for a long time may also form Mg2Al3.keyword ；Aluminum performance formation of AlFeSi 引 言6063铝合金是AL-Mg-Si系中具有中等强度的可热处理强化合金，
9、Mg和Si是主要合金元素，优选化学成分的主要工作是确定Mg和Si的百分含量(质量分数，下同)。 Mg的作用和影响 Mg和Si组成强化相Mg2Si，Mg的含量愈高，Mg2Si的数量就愈多，热处理强化效果就愈大，型材的抗拉强度就愈高，但变形抗力也随之增大，合金的塑性下降，加工性能变坏，耐蚀性变坏。 Si的作用和影响 Si的数量应使合金中所有的Mg都能以Mg2Si相的形式存在，以确保Mg的作用得到充分的发挥。随着Si含量增加，合金的晶粒变细，金属流动性增大，铸造性能变好，热处理强化效果增加，型材的抗拉强度提高而塑性降低，耐蚀性变坏。引 言5第一章 绪论71.1铝的概述71.1 1铝的简介71.1.2
10、铝的发展史71.1.3 铝的性质81.1.4铝生产及应用101.2铝合金概述121.2.1铝合金基本知识121.2.2铝合金的分类131.2.3 铝合金性能151.2.4 铝合金的牌号表示法181.3 6xxx系铝合金181.3.1 6xxx铝合金181.3.2 6063铝合金的成分181.3.3 6063铝合金的性能191.3.4 6063铝合金的熔炼191.4 稀土201.4.1 稀土的概述201.4.2稀土矿物的主要特点211.4.3稀土元素的应用211.5铝合金的热处理221.5.1铝及铝合金热处理的作用221.5.2铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理221.5.2.1铝及铝合
11、金热处理的分类221.5.2.2 铝及铝合金热处理基本作用原理22第二章 试验材料及方法232.1试验材料及其成分232.3试验仪器242.4 试验方法242. 5 实验步骤252.5.1制坯步骤252.5.2 熔炼工艺22.5.3 均匀化处理工艺22.5.4 固溶工艺22.2.4时效工艺2第三章 试验结果与讨论33.1. 均匀化处理对组织的影响33.2,固溶和时效时间对组织的影响3结 论4参考文献5致 谢6第一章 绪论1.钢轨的概述1.1.1钢轨的简介钢轨是铁路轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的
12、滚动表面。在电气化轨道或自动闭塞区段，钢轨还可兼做轨道电路之用。（1）分类。钢轨以每米大致重量的公斤数，可分为重轨与轻轨两种：重轨。按所用钢材钢种分为：普通含锰钢轨、含铜普碳钢钢轨、高硅含铜钢钢轨、铜轨、锰轨、硅轨等，详见本节“1.1.8”中所提供的标准(1)、(2)。主要有38、43、50kg 三种。此外还有用于少数线路上的45kg轨，已计划在运量大和车速高的线路上用的60kg轨。GB2585-81规定了我国3850钢轨的技术条件，其尺寸和代号等如表所示。轻轨。品种在“1.1.8”的标准（5）中规定。主要有9、12、15、22、30等不同轨型，其断面尺寸和轨型类别等如所示。技术条件详见“1.
13、1.8”中标准（3）。 （2）制造及用途。钢轨采用平炉、氧气转炉冶炼的碳素镇静钢轧制而成。其用途是承受机车车辆的运行压力及冲击载荷。（3）生产厂和进口国。我国现用的钢轨，主要是国内一些钢厂生产，如鞍钢、武钢等。此外，由于用量较大，尚需进口一些按我国技术标准要求的理化性能和按国外有关标准方法判定的钢轨及钢轨附件。进口生产国有日本、德国、法国、英国、俄罗斯、澳大利亚等。1.1.2.尺寸规格钢轨的长度和其他几何尺寸及公差等，由“1.1.8”中有关轻重轨相应标准规定。1.1.3.外观质量 （1）轧制后的钢轨应笔直，不得有显著弯曲与扭转。对于轻重轨的局部弯曲和扭转及其矫正变形量，轨端面的倾斜等，不得超出
14、标准规定。（2）钢轨表面应洁净光滑，不得有裂纹、结疤、划痕等缺陷；其端面不得有缩孔痕迹和夹层等。对于轻重轨整体表面所允许存在的缺陷及其几何量的程度，均不得超过标准的规定。1.1.4.化学成分与物理性能（1）理化指标：国产钢轨的机械工艺性能和化学成分指标，见表1-1-1 表1-1-1钢轨类型断面尺寸横截面面积cm理 论 重 量 kg每重量12.5长的重量25.0长的重量每根钢轨螺栓孔部分重量未扣除螺栓孔每端扣除三个螺栓孔未扣除螺栓孔每端扣除三个螺 栓孔ABCD501521327015.565.851.514643.925643.4291287.8501287.3540.4964314011470
15、14.557.044.653558.162557.690116.3251115.8530.472381341146813.049.538.733484.162483.739968.325967.9020.423331201106012.542.533.286416.075415.804-0.271表1-1-2国产轻轨规格轻轨类型kg/断 面 尺 寸 通常长度截面面积c理论重量kg/C963.5063.5032.105.905711.298.941269.8569.8538.107.5461015.5412.201579.3779.3742.868.3361019.3315.202293.669
16、3.6650.8010.7271028.3922.3030107.95107.9560.3312.3071038.3230.10检验方法：对于规定的钢轨化学成分及力学工艺性能的检验，按照一般钢铁分析实验 方法有关标准规定进行。详见“1.1.8”中标准。1.1.5.附件用来把每节钢轨及钢轨与轨枕互相连接起来使成为连续的轨道的部件，称之钢轨附件。按应用部位分为接头连接零件、中间连接零件。此外还有防爬设备和加强曲线的轨距杆，如鱼尾板、普通道钉等。1.1.6.标志和质量证明书（1）每根重轨在其规定部位，轧有清晰凸起的标志：生产厂标志、钢号、炉号、型号、制造年（月）号。有表示特定意义的“”、“”字样及白
17、漆等。（2）以捆交货的轻轨，应挂有注明批号的牌。（3）钢轨的质量证明书内容，按“1.1.”中（）标准规定。1.1.7.进口验收及注意事项（1）到货应严格按照合同及附件规定，在索赔期内完成质量把关的一般检验。（2）在钢轨的品质保证期内，要注意钢轨的质量变化。近年曾发生几起进口钢轨的实际运行使用中出现质量问题的索赔案，经检验检疫机构运用超声波探伤等检测手段判明为轨内裂、轨面剥离等缺陷，出具检验检疫证书后，取得显著索赔成效。1.1.8.标准(1)GB2585-81铁路用每米38-50kg钢轨技术条件；(2)GB11265-89轻轨用接头夹板；(3)GB11264-89轻轨；(4)GB11266-89
18、轻轨用垫板；(5)TB/T5055-93起重机钢轨；(6)ASTME399金属材料平面应变、断裂韧度标准试验方法；(7)JISG0555钢材中非金属夹杂物显微试验方法；(8)JISZ 2246肖氏硬度试验方法；(9)JISZ 2243布氏硬度方法；(10)JISZ 2244维氏硬度试验方法；(11)JISE 1101普通钢轨；(12)GB2101-89型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定。表1-1-3国产轻轨 (GB11264-89)钢类钢号代号轨型kg/m化学成分 %抗拉强度bkgf/mm2布氏硬度HB落锤试验CSiMnPSCu不大于不小于普碳钢镇静钢50轻50Q5、8、110.350
19、.600.150.350.400.0500.0550.40-55轻55Q15、18、240.500.600.150.350.600.900.0500.0550.4070197不裂不断半镇静钢50轻半50Qb5、8、110.350.600.170.400.0500.0550.40-55轻半55Qb15、18、240.500.600.170.601.000.0500.0550.4070197不裂不断普低钢45硅锰磷45SiMnP5、8、110.350.550.500.800.601.000.120.0550.40-50硅锰磷50SiMnP15、18、240.450.500.500.800.601.
20、000.120.0550.4070197不裂不断表1-1-4 国产重轨 (GB285-81)序号钢号化学成分抗拉强度bkgf/mm2（Mpa）伸长率s（%）落锤试验CSiMnCuPS不大于不小于1U710.640.770.130.280.600.900.0400.05080(785)10不裂不断2U740.670.800.130.280.701.000.0400.05080(785)93U71Cu0.650.770.150.300.701.000.100.400.0400.05080(785)94U71Mn0.650.770.150.351.101.500.0400.04090(883)85U
21、70MnSi0.650.750.851.150.851.150.0400.04090(883)86U71MnSiCu0.650.770.701.100.801.200.100.400.0400.04090(883)8第二章钢轨热处理2.1热处理轨钢的化学成分钢轨热处理技术发展经历了以下3个主要阶段20世纪70年代前，采用离线QT淬工艺；20世纪70年代一80年代采用离线SQ淬火工艺；20世纪80年代末发展了在线SQ淬火工艺。为了能使sQ淬火后得到细的层片珠光体组织(比QT工艺得到的球状珠光体组织耐磨)，要求用于SQ淬火的钢轨钢含碳量在共析成分。因此，世界各国热处理钢轨的含碳量基本控制在0.70
22、0.82范围内。另外，由于轨钢中的Mn容易发生微观偏析，导致钢轨热处理后出现马氏体组织，因此热处理轨钢要求将Mn含量限制在120以内。2.2热处理工艺2.2.1离线轨头热处理离线轨头热处理是将钢轨轨头重新加热到奥氏体化温度，采用压缩空气或水雾冷却淬火。这种工艺大多采用电感应加热，如前苏联的亚速钢厂、德国蒂森公司、日本新日铁，我国攀钢、包钢以及铁路内部钢轨热处理生产线等都使用这种方式。也有采用火焰加热，如前苏联捷尔任斯基钢铁公司采用炉内整体火焰加热、轨头喷雾冷却，日本钢管公司采用二段式火焰加热、轨头压缩空气冷却淬火。轨头电感应加热钢轨热处理工艺生产比较灵活，设备投资少，便于控制。钢轨因重新加热到
23、奥氏体化温度后，具有使奥氏体晶粒细化，韧性好，轨头踏面硬度高，耐磨性好，轨头分布残余压应力，有利于提高其疲劳寿命等优点。但因需要重新加热，能耗较高，生产率降低(25 th叫)，轨头淬硬层深度较浅(一般小于20 mm)。2.2.2在线轨头热处理在线轨头热处理是利用钢轨轧制后的余热进行轨头淬火。近20多年来，随着炼钢技术的进步，炉外精炼、真空脱气、连铸等技术相继在钢轨生产中采用，使钢质更加纯净均匀，并可以取消钢轨缓冷，为在线热处理工艺的开发应用创造了条件。在线检测和计算机过程控制技术的发展，也促进了在线热处理技术在工业上的应用。由于在线热处理技术具有明显的优势，很快在一些先进工业国家推广采用，其发
24、展呈取代离线淬火工艺的趋势，如日本目前已全部采用钢轨在线热处理。在线热处理工艺具有生产效率高，生产成本低，综合质量好的特点，而且轨头硬度分布均匀，淬硬层深度可达35 rnlTl以上，能使钢轨整体得到强化。但这种技术使用的设备一次性投资较高，工艺控制较为复杂。根据我国近年来在线热处理钢轨的生产和使用情况，在增加推广使用力度的同时，应进一步提高其硬度以及性能质量的稳定性。2.2.3热处理采用的冷却钢轨热处理采用的冷却介质和冷却方式对热处理钢轨的性能有着重要的影响。国内钢轨热处理经历了从喷雾冷却到喷压缩空气冷却(简称喷风冷却)的发展过程。喷雾冷却由于喷嘴容易堵塞，对钢轨表面是否有油以及锈蚀程度较为敏
25、感，控制不严就会出现马氏体组织。另外，对微合金钢轨由于热处理时要求的冷却速度较缓，且范围较窄(一般为23S。1)，则更不宜采用喷雾冷却。喷风冷却是通过高效喷嘴，用单一压缩空气对钢轨进行喷射冷却。由于喷风出口压力达到O203 MPa，喷嘴不易堵塞。当喷嘴结构、喷风器与钢轨的距离、喷风压力确定后，其冷却速度基本恒定，一般为23S-1。喷风冷却对于钢轨表面状态不敏感，冷却后硬度均匀性好，质量稳定，在使用中不易出现剥离掉块伤损。综上所述，由于喷风冷却其冷速较缓，适用于钢轨热处理的冷却，但对标准碳素轨进行淬火时往往会使轨头淬火层硬度达不到规定要求。若在钢轨中添加少量推迟珠光体转变的元素如Cr等哺j，则采
26、用喷风冷却(冷却速度23S-1)即可获得HB340HB380的高硬度。因此，在采用喷风冷却的同时，采用专用热处理钢种(较高的含碳量，较低的含锰量以及加入少量的Cr元素)是最佳的配合，是国外积极采用的成熟技术值得我国借鉴。第三章 实验材料、设备及实验方案3.1 实验材料3.1.1 钢轨母材本实验用的母材为U74钢轨，其尺寸为20x20mm 厚度为10mm。如图U74钢轨实验式样用线切割方式获得其化学成分含碳量0.670.80，含硅量0.130.28含锰量0.701.00，含磷量不大于0.040，含硫量不大于0.050。3.1.2其他材料砂纸2001000，金相研磨膏等。本实验所用钢轨式样在退火后
27、要进行磨金相，最后用抛光机进行抛光。砂纸使用从小到大顺序。3.2实验设备设备名称型号产地箱式电阻炉DRZ-4上海试验电炉厂金相试样抛光机P-2上海日用电机厂试样切割机Q-3A上海日用电机厂预磨机M-2上海电机专用机械厂奥林巴斯金相显微镜上海控温仪表MCT-100K北京市宇时技术开发公司洛氏硬度测量仪3.3实验方案3.3.1实验过程概述整个实验过程过程可以分为五部分。第一步是试验前的准备。这一步所要做的工作主要是准备材料，钢轨的选材及式样的切割。第二部是对钢轨式样进行退火处理。这一退火过程是热处理前关键所在，退火后的硬度能否符合要求是实验成败的关键。第三部分是对钢轨式样进行热处理。第四部分是对钢
28、轨进行磨金相处理。这一过程是实验的关键，能否清晰的观察到想要得到的组织都取决于这一部分。第五部分是对磨好的式样进行腐蚀合金相组织的观察并拍照。3.3.2实验准备钢轨式样的获取。从实验室用获取尺寸为20*20*10mm的钢轨式样两块。因为钢轨材料比较厚，因此，要用线切割的方式对其进行裁剪。在材料上先划线，画出所需要的钢轨式样尺寸，然后进行裁剪。3.3.3钢轨的退火处理试样准备完毕后，将试样放于空气炉中进行退火处理。加热温度定于825oC，加热35-40分钟，之后降温720oC保温2小时取出室温冷却。退货后对试样进行硬度测试其平均硬度9.56洛氏硬度。3.3.4钢轨式样热处理钢轨式样放入空气炉中8
29、25oC加热30分钟两个试样分别用5%和10%的冷却剂冷却。3.3.5钢轨试样磨金相将退火后的钢轨式样按砂纸（200-1000）从大到小的顺序进行磨光面再磨金相过程中用力要均匀每层砂纸磨痕垂直并下一层磨痕最后在金相试样抛光机上抛光。抛光后进行腐蚀拍照观察组织。第四章实验结果分析在金属的发展史上，铝被发现的时间比较晚。铝的发现到现在不过200年左右。1807年，英国科学家H.达维发现铝，1808年汉弗里戴维把铝命名为“Aluminum”并开始生产铝。1809年他在电弧炉中炼出一种铝铁合金，1825年丹麦化学家汉斯奥斯特用钾还原氯化铝得到了铝。1827年弗里德里希维勒用金属钾还原熔融状态下的无水氯
30、化铝得到了较纯的金属铝单质。因为比较难获得，当时铝比黄金的价格还高。德维尔在1846年改进了维勒方法， 他在1859年专门写了一本书。为此十年内铝的价格降不断下降。1865年俄国H.H.BekeTOB建议用镁来置换冰晶石中的铝，此建议被德国采用。电解法被广泛使用，化学法被淡出历史舞台。在使用化学法炼铝的历史中，大约总共生产了200吨铝。1886年查尔斯马丁霍尔和保罗埃鲁均不约而同地发现了以霍尔-埃鲁法命名的电解制铝法。1889年约瑟夫拜尔又优化了这些方法。在今天是工业大量生产铝的主要方法。1906年德国科学家维尔姆研制成功硬铝合金，十九世纪末大规模生产铝和铝合金，并日常生活用品和交通运输等工业
31、部门广泛应用。1945年以后，全球各大铝业企业把铝材的应用推广到建筑、电子电气、交通运输、日用五金、食品包装等各个行业，铝的需求量被逐年增加，1980年以后，全球原铝产量大大超出1600万吨，消费的再生铝达450万吨，铝工业的产量和技术水平进入了新的时代。铝电解炼法成功以来，铝以平均每10年的生产量和消费量增长1倍的速度发展，尤其是近几十年，因为冶炼方法与工艺的不断改进和电力工业的发展，铝工业的发展速度惊人。在1940年世界原铝产量不到100万吨，到1980年达1650万吨，到2010年达4000万吨，估计到2020年铝的产量将会突破1亿吨。世界原铝产地主要集中在北美（美国和加拿大）、西欧（德
32、国和法国）、俄罗斯、中国、澳洲和拉美（巴西）等地，但是掌握真正技术核心的公司有美国铝业公司、加拿大铝业公司、雷诺金属公司、凯撒铝及化学公司、彼丝涅铝工业公司、瑞士铝业公司、德国联合工业公司、中国铝业公司和俄罗斯铝业公司，这九大跨国铝业公司的年产量占全世界的60%以上。中国的炼铝开始于1934年天津，将800A预焙阳极电解槽炼出金属铝。抚顺铝厂开始兴建于1937年，电解槽为自焙阳极式，电流强度为24000A，年产铝量达到8000t。改革开放前发展速度缓慢，改革开放后我国铝工业迎来了一个高速发展的时代，在2002年中国电解铝的产能达到500万吨/a,成功超过美国而成为第一。由于中国的加工技术相对落
33、后，所以中国的平均产能（1.0以下）远远低于发达国家的平均产能（1.0-17.5）。要使中国铝工业要在国际市场上立于不败之地，加大技术创新力度刻不容缓，不断改进生产工艺，提高生产率，提高产品质量。1.1.3 铝的性质 物理性质铝是作为轻金属，金属光泽为银白色。比较轻，它的相对密度为钢铁的1/3。部分合金的机械强度甚至超过结构钢。所以，铝合金有较大的强度-重量比。铝在低温下具有的强度特性，强度随温度成反比。当温度降低到-198铝的强度并不发生变化。在表2.2中列出纯铝在室温下的机械性能。存在少量杂质时，铝的抗拉强度和硬度增大。表2.2纯铝在室温下的机械性能纯度%延伸率%抗拉强度MP99.8456
34、099.6437099.995045铝拥有良好的导电性。铝的导电能力仅仅为铜的60%-70%，如果按重量测算，铝能够更好地导电。传导等量电流，铝的导电截面积大约是铜的1.6倍，但是铝的重量仅为铜的50%。也就是说，铝可节省用量。众所周知铝的价格远低于铜。所以用铝代替铜做导电材料，更加经济。铝的导热性良好。铝的热导率大约为不锈钢的10倍。所以铝还是制造机器活塞、热交换器、冷却翅板、饭锅和电熨斗的良好材料。铝的光和热的反射性优良，因此铝还可以用来制造反光镜，也可以作绝热材料。铝不具有磁性，不会产生磁场，在精密仪器中不起干扰作用。铝容易加工，压成薄板或铝箔，拉成铝线，挤压成形状不一的材料。可用一般的
35、方法切割、钻孔和焊接铝。 在温度50K以下，铝的电阻率低于高纯度的铜和银。在1.2K以下铝将成为超导体。在100K以下，铝的电阻率对它的纯度敏感性敏感性很强。利用这种特性，可从室温下电阻率对液氦沸点时电阻率。来测定铝的纯度。纯度达到99.999%铝，电阻率比值可达到30000以上。 铝的物理和化学性质与它的纯度有关。纯度越好，导电性和导热性更好，化学性也更加稳定。铝的主要物理性质列在表2.3中： 表2.3纯铝的主要物理性质性质纯铝99.5%-99.8%粘度（熔点时）pa.s0.0012热膨胀率（293K），K-123*10-6密度，液，kg/m3融化热焓j/g397多品材料2697-2699蒸
36、发热焓j/g1.08*10-4沸点，K2767电阻率（273K）.cm2.5热中子截面积cm32.32+0.03*10-25熔点K933.5按点阵空间计算值表面张力（熔点时）N.cm8.68*10-3 化学性质铝是一种比较活泼的金属，一般的氧化环境中很稳定。由于暴露在氧气、水和其他氧化剂的新鲜铝表面上容易生成一薄层连续的氧化铝膜，稳定性很强。这层氧化铝的分子约是氧化反应消耗的铝的体积1.3倍。此层氧化膜是处于压应力之下，一但局部受到损伤，马上能够弥补。在干燥的氧气中，这层表面膜的厚度能够达到极限值，与温度有关。在室温下，厚度为2.5-3.0nm。在室温以及100%相对湿度时，生成的氧化铝膜为在
37、干燥氧气中的两倍。潮湿的环境中，氧化铝膜为两层；紧紧贴在金属表面上的连续膜，将在固-气界面上转化为氢氧化合膜。温度较高及在铝合金的表面上，生成更加复杂结构的氧化膜。氧化薄膜保护铝不易受腐蚀。铝与稀的酸（如稀盐酸，稀硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐，与普通的金属不同，它与强碱进行反应，生成四羟基合铝酸盐和氢气。所以铝为两性金属，铝的氧化物为两性氧化物，而氢氧化铝则被为两性氢氧化物。在常温下，铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸是用铝罐运输的。纯铝较软，在300左右失去抗张强度。经处理过的铝合金，质轻而较坚韧。1.1.4铝生产及应用 铝的生产铝锭的生产包括铝土矿开采、氧化铝生
38、产、铝的电解等生产环节。在经济和技术的推动下，铝工业已具备一个完整的产业系统：铝土矿氧化铝电解铝铝加工铝应用再生铝图2.3 铝产业系统 铝的应用概述（1）轻工业当下轻工业是中国消费铝大户“约占全国铝消费量的32.8%和22.5%，以日用五金、家用电器、日用玻璃和日用化工用铝最多，分别占轻工业耗铝量的52%、31%、5%和3%。西方工业发达国家轻工业用铝所占比例要小。（2）电气行业中国高压输电线路几乎都是钢芯铝绞线，另外变压器线圈、感应电动机转子、母线排等也多用铝，还有铝电力电缆、铝布电线、铝电磁线等。电线电缆用铝量约占电气行业用铝量的75%-5%。（3）机械制造业机械制造业主要使用铝合金占全国
39、耗铝量分之二十。（4）电子行业电子行业用铝广泛，民用产品及基础器件收音机、扩大机、电视机及电容、电位器、扬声器等，军工产品雷达、雷达侦察干扰设备，战术导弹加套设备、卫星地面站加套设备等均大量用铝。（5）汽车行业中国汽车行业用铝量非常大，包括科技进步，进一步提高汽车零部件的国产化率和铝合金化率。（6）冶金行业铝主要用于炼钢脱氧、铁合金和特种钢生产的添加剂。大约炼万吨钢需消耗铝8.8t，一般普通钢耗铝量0.4-0.5kg/t 。金行业产品结构调整的过程中，钢和锈钢产量比例会不断增加。（7）建筑行业铝型材产量从1980年0.47万吨增加到1997年88.6万吨，一半以上用在建筑上、装饰板、铝幕墙等，
40、应用潜力很大。（8）包装材料全铝易拉罐是当今全球包装行业中备受青睐的包装材料，目前全球年消费易拉罐1500亿只，耗铝高达300万吨。中国全铝易拉罐生产能力超过100亿只，包括啤酒、碳酸饮料、非碳酸饮料在内，约需用制罐特薄铝板带30万吨/年。香烟包装是铝箔最大用户，目前中国1万箱精装烟消耗铝箔1t，年需用铝箔4万吨左右。糖果、药品、茶叶、饮料、酱菜、营养品、小食品、牙膏、化妆品的包装也需用大量的铝箔。（9）其他行业用铝行业很多，铁路耗铝用于机车、车辆、客车制造，铁路电气化也要用铝。公路、港口、内河航运和民用航空也消耗铝。航空、航天、造船、石油及国防军工部门更需要高精尖铝合金材料。1.2铝合金概述
41、1.2.1铝合金基本知识铝合金就是以铝为基的合金，进行合金化，铝合金具有铝的基本物化性能。如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好等，且强度有了大幅度上升。 纯铝的密度小（=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材。通过长期的生产实践和科学实验，人们常加入的主要合金元素有铜、镁、硅、锌、锰、锂，辅加的微量元素有钛、钒、硼、镍、铬、稀土金属等，杂质元素有铁等合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，b 值分别可达 2460kgf/
42、mm2。这样使得其“比强度”胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上.不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用。铝合金主要应用固溶强化、沉淀强化、过剩相强化、细晶强化、冷变形强化等方式来提高其力学性能。表2.8 主要合金元素在铝中的极限溶解度w%TiZrCuLiMnZCaVSiCrMg1.150.285.64.21.8282.20.10.61.650.7217.4 铝合金密度低，但强度比较高，超过优质钢，塑性好，能加工成各
43、种型材，导电性、导热性和抗蚀性优良，金冷变形和热处理后，抗拉强度可达500-600Mpa，相当于低合金钢，广泛应用于结构材料，使用量仅次于钢。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。由于最近技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。1.2.2铝合金的分类铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：表2.9 铝合金的分类及性能特点分类合金名称合金系性能特点示例变形铝合金非热处理强化铝合金防锈铝Al-Mn抗蚀性、压力加工性与焊接性能好，但强度较低3A21Al-Mg5A05热处理强化铝合金硬铝Al-Cu-Mg力学性能高2A11,2A12超硬铝Al-Cu-Mg-Zn硬度强度最高7A04,7A09锻铝Al-