铝合金材料

关键词： 合金 金属 铝合金

铝合金材料（精选十篇）

铝合金材料 篇1

1 总述

日本神户制钢厂近年着手开发由纳米微细结晶粒构成的锌铝合金的新用途。因为它具有变形缓冲作用,制钢所准备将其用于汽车防撞材料的开发。据报道,“纳米微细结晶粒锌铝合金”是神户制钢所2004年开发的新材料,已用于大阪市旅馆的防震装置。报道介绍到,这种合金在遇到外力突然撞击时会像口香糖一样伸缩,因此在交通事故和地震突然发生时,它可以减少外力的冲击。可见这种材料很厉害,用铝合金材料造的船艇等水上运输工具还比用一般材料造的具有更多用途,有节能、长寿命、易于保养、好保管的优点,是居家休闲、运动、运输等活动的首选。近年研制出一种新型的高性能铝合金热顶铸造热帽材料,这种材料有很多优点。像是:绝热性能高,结实坚固,不会掉落材料,对铝熔体不会产生化学性的与物理性的污染,不与水气发生作用,因而不增加铝熔体的氢含量,铸造时不与铝熔体发生反应,因此使用寿命长且易清理,表面坚硬,便于搬运,耐热冲击与热循环,在使用过程中不会破裂,不含纤维性物质,可降低回收成本等等的优点。可见化学为我们的科技和生活贡献很大!

而铝合金轮毂也以其美观大方、安全舒适等特点博得了越来越多私家车主的青睐,现在几乎所有的新车型都采用了铝合金轮毂,并且很多车主朋友也将原来车上用的轮毂换成铝合金轮毂。为什幺它会这么受欢迎呢?原来是因为它具有安全、舒适和节能的优点!安全——对于高速行驶的汽车来说,因轮毂变形、制动等产生的高温爆胎、制动效能降低等现象已屡见不鲜。而铝合金的热传导系数比钢、铁等大三倍,散热效果自然要好得多,从而增强了制动效能,提高了轮胎和制动盘的使用寿命,有效地保障了汽车的安全行驶的确安全。舒适——装有铝合金轮毂的汽车一般都采用扁平轮胎。扁平轮胎的缓冲和吸震性能优于普通轮胎。这样,汽车在不平的道路上或高速行驶时,舒适性会大大提高,的确舒适!节能——由于铝合金轮毂重量轻(与同样规格的铝或钢轮毂相差约2kg)、制造精度高,所以在高速转动时变形小,惯性阻力也小。这有利于提高汽车的直线行驶性能,减轻轮胎滚动阻力,从而减少油耗～的确节能!而由于铝的化学性质很活泼,所以它表面也形成了一层致密性的薄膜,防止它继续被氧化。而铝合金也保留了这一特点。

关于铝合金的特性与用途,我查找了十几种不同牌号的铝合金。现在让我来一一介绍(注意:LF为防锈铝;LY为硬铝;LC为超硬铝;LT为特殊铝;LD为锻铝。)

牌号为LF21:这是应用最广的一种防锈铝,它的强度不高,不能热处理强化,在退火状态下有高的塑性,而蚀性好,焊接性好,切削加工性不良。用于制造要求高可塑性和良好焊接性、在液体或气体介质中工作的低载荷零件如油箱、油管、液体容器等;线材可制作铆钉。牌号为LF13:它耐蚀性高、焊接性能好。导热性、导电性比纯铝低得多。可用冷变形加工进行强化而不能热处理强化。适用于作焊接结构件。牌号为LF5/LF10:它们为铝镁系防锈铝(LF10的含镁量稍高于LF5)强度与LF3相当,热处理不能强化,退火状态塑性高,半冷作硬化塑性中等,焊接性能尚好,LF5用于制作在液体中工作的焊接零件、管道和容器以及其它零件。LF10主要用来制造铆钉。牌号为LF6:它有较高的强度和耐蚀性,退火和挤压状态下塑性尚好,用氩弧焊的焊缝气密性和塑性尚可。切削加工性良好。用于焊接容器、受力零件、飞机蒙皮及骨架零件。牌号为LF5-1:它为不可热处理强化铝合金,有一定的强度,耐蚀性、切削性良好。阳极化处理后表面美观,可加工成光学机械部件、船舶部件及导线夹等。牌号为LF2/LF3:它的强度比LF21较高,塑性与耐蚀性高,热处理不能强化,焊接性好(LF3的焊接性优于LF2),在冷作硬化状态下的切削性较好,可抛光。用于制造在液体中工作的中等强度的焊接件、冷冲压零件和容器等。

牌号为LY1:它为铆接铝合金结构用的主要铆钉材料,在淬火和自然时效后的强度较低,但有很高的塑性和良好的工艺性能,焊接性与LY11相同,切削性能尚可,耐蚀性不高,广泛用作中等强度和工作温度<100℃的结构用铆钉材。牌号为LY2:它为耐热硬铝,有较高的强度,热变形时塑性高,可热处理强化,在淬火及人工时效状态下使用,切削加工性良好,耐蚀性比LD7、LD8耐热锻铝较好,在挤压半成品中,有形成粗晶环的倾向,用于制造在较高温度下工作的承力结构件。牌号为LT4/LY8/LY 9:它们均为铆钉用合金,LY 4有较好的耐热性,可在125℃～250℃内使用,LY9的强度较高,但其共同缺点是铆钉必须在淬火后2h～6h内使用。LT8适用于制作中等强度的铆钉。牌号为LY10:它有较高的剪切强度,铆接过程不受热处理时间的限制,但耐腐性不好。工作温度不宜超过100℃。牌号为LY11:它是应用最早的一种标准硬铝,中等强度,可热处理强化,在淬火和自然时效状态下使用,点焊性能良好,气焊及氩弧焊时有裂纹倾向,热态下可塑性尚可,切削加工性在淬火时效状态下尚好,耐蚀性不高。用于制作中等强度的零件和构件,冲压连接部件,局部镦粗的零件(如螺钉、铆钉)。牌号为LY12:它是高强度硬铝,可热处理强化,在退火和刚淬火状态下塑性中等,点焊性能好,气焊和氩弧时有裂纹倾向,抗蚀性不高,切削加工性在淬火和冷作硬化后尚好,退火后低。用于制造要求高负荷的零件以及在150℃以下工作的零件。牌号为LY16/LY17:它们都是耐热硬铝,常温下强度不高而在高温下有较高的蠕变强度,热态下塑性较高,可热处理强化,焊接性能良好抗蚀性不高,切削加工性尚好。用于制造250℃～350℃下工作的零件,板材可用于制作常温或高温下工作的焊接件。

牌号为LC3:它是超硬铝铆合金,可热处理强化,剪切强度较高,耐蚀性和切削加工性尚可,铆接时不受热处理时间的限制。用于制作受力结构的铆钉。牌号为LC4/LC9:它们都是高强度铝合金,在退火和刚淬火状态下的可塑性中等,可热处理强化,通常在淬火、人工时效状态下使用,此时得到的强度比一般硬铝高得多,但塑性较低,有应力集中倾向,点焊性能良好,气焊不良,热处理后的切削加工性良好,退火状态稍差,LC9板材的静疲劳、缺口敏感、抗应力腐蚀性能稍优于LC4。用于制造承力构件和高载荷零件等。

牌号为LT1:它是一种含Si5%的低合金化二元铝硅合金,其力学性能不高,但抗蚀性很高,压力加工性能良好。适用于制造焊条和焊棒,用于焊接铝合金制品。

牌号为LD2:它是中等强度,在热态和退火状态下可塑性高,易于锻造、冲压,在淬火和自然状态下具有LF21一样好的耐蚀性,易于点焊和氢原子焊,气焊尚可。切削加工性在淬火时效后尚可。用于制造塑性和高耐蚀性、中等载荷的零件以及形状复杂的锻件。牌号为LD2-1/LD2-2:它们耐蚀性好,焊接性能良好。用于制造大型焊接构件、锻件及挤件。牌号为LD5:它是高强度锻铝,热态下有高的可塑性,易于锻造、冲压,可热处理强化,工艺性能较好,抗蚀性也较好,但有晶间腐蚀倾向,切削加工性和点焊、滚焊、接触焊性能良好,电焊、气焊性能不好。用于制造形状复杂和中等强度的锻件和冲压件等。牌号为LD6:它在热压力加工时都有很好的工艺性能,可进行点焊和滚焊,热处理后易产生应力腐蚀倾向和晶间腐蚀敏感性。可制造复杂形状和中等强度的锻造零件和模锻件。牌号为LD7/LD8/LD9:它们都是耐热锻铝,可热处理强化,点焊、滚焊和接触焊性能良好,电焊性能差,耐蚀性和切削加工性尚好,LD8的热强性和可塑性比LD7差。用作在高温下工作的复杂锻件。牌号为LD10:它是高强度铝,热强性较好,但在热态下可塑性差,其它性能同LD5。用于制造高负荷和形状简单的锻件、模锻件。牌号为LD30:它用于制造中等强度(σb>27kgf/mm2)在+50℃～-70℃围内工作并要求在潮湿和海水介质中具有合格耐蚀性能的零件。牌号为LD31:它用于制造强度不高(σb>20kgf/mm2)耐蚀性能好,有美观装饰表面,在+50℃～-70℃工作的零件,其合金经特殊机械处理后有较高的导电性能,在电气工业上得到,广泛应用。

2 结语

我所搜集的资料就只有这些,但也足以可见铝合金的家族是多么庞大啊!化学的世界犹如浩瀚的海洋——丰富多彩,无穷无尽,让我们一起来学好化学,在这个神秘而广阔的空间里遨游!

摘要：介绍多种铝合金材料及相关成型方法,性能,用途,优缺点,广阔前景。着重介绍2004年日本制钢所由纳米微细结晶粒构成的锌铝合金的性能和实用前景。

关键词：合金,喷铸成型,纳米微细结晶粒,热帽材料

参考文献

[1]南京大学.无机及分析化学实验[M].北京:高等教育出版社,1998.

[2]浙江大学.无机及分析化学[M].北京:高等教育出版社,2003.

[3]南京大学.无机及分析化学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,1998.

[4]武汉大学,吉林大学,等[校编].无机化学(第3版)[M].北京:高等教育出版社,1994.

[5]唐小真.材料化学导论[M].北京:高等教育出版社,1997.

[6]朱文祥.中级无机化学[M].北京:高等教育出版社,2004.

[7]《无机化学丛书》编委会.无机化学丛书[M].北京:科学出版社,1998.

用铝合金材料实现汽车轻量化 篇2

2011-7-6 15:55| 发布者: admin| 查看: 90| 评论: 0|原作者: admin|来自: 中国汽车材料网

杜明义（东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060）

摘要：介绍了铝合金在汽车上应用的实例，分析了汽车轻量化的发展趋势，揭示了铝合金材料在汽车上良好的应用前景与应用空间。

关键词：汽车；铝合金；轻量化

节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的趋势，尤其是节能和环保更是关系到人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减少汽车自身质量（汽车轻量化）是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。汽车轻量化的途径有两种：一是优化汽车框架结构；另一个是在车身制造上采用轻质材料。而目前常用的轻质材料为铝合金。

目前，世界交通运输业用铝为铝产量的26%，而我国仅为5.7%。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对交通工具的需求越来越多，因此，铝合金材料在我国交通运输业上的发展空间还很大。

现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝合金，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350℃左右有较好的力学性能，而铸铝合金能符合这些要求。同时由于活塞、连杆采用了铸铝合金件，减轻了质量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合汽车的发展趋势。

汽车车身约占汽车总质量的30%，对汽车本身来说，约70%的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身铝化对提高整车燃料经济性至关重要。奥迪汽车公司最早于1980年在Audi80和Audi100上采用了铝合金车门，然后不断扩大应用。1994年奥迪公司斥资800万欧元建立的铝材中心（1994年～2002年），两年前被更名为“奥迪铝材及轻量化设计中心”。1994年开发第一代Audi A8全铝空间框架结构（ASF），ASF车身超过了现代轿车钢板车身的强度和安全水平。但汽车自身质量减轻了大约40%。随后于1999年诞生的Audi A2，成为首批采用该技术的批量生产轿车。2002年，奥迪铝材及轻量化设计中心又实现了第二代Audi A8的诞生。

在此期间，美国铝业公司开发了全新的汽车生产技术。如今，铝制车身制造的自动化操作程度已达80%，赶上了传统钢制车身生产的自动化水平。奥迪公司与美国铝业公司一直保持着良好的合作关系，双方合作的目标是共同开发一款全新的可以批量生产的全铝车身汽车。

美国铝业公司为全球汽车制造商提供品种繁多、性能优异的汽车部件和总成，包括车身覆盖件的铝板、压铸轮毂、配电系统、底盘和悬架部件，以及保险杆、发动机支架、传动轴、车顶系统等总成；包括Audi A8的第二代ASF框架结构、宝马5和7系列的铝制悬架、日产Altima的发动机罩和轮毂、法拉利612 － Scaglietti的全铝车体结构，以及捷豹XJ采用的真空压铸技术。美铝公司的产品和解决方案使这些车型向着更轻量化、更技术化的方向发展。

目前，制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比钢材的高，为了促进铝合金在汽车上的大量应用，必须降低材料成本。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成形工艺外，回收再生技术可进一步降低铝合金的生产成本。扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁一铝、钢一铝、铝一镁等），对这些连接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术，是今后扩大铝合金在汽车上应用的重要课题。

汽车广泛应用的铝制轮毂是铝合金在汽车上应用的一个例子，铝合金轮毂的优点是：

（l）省油。平均每个铝合金轮毂比相同尺寸钢轮毂轻2 kg，一台轿车用5个便节省l0kg质量。根据日本试验，5座位轿车质量每减轻l kg，－年约节省20L汽油，而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出，铝合金轮毂价格虽然比一般钢轮毂的高，但每辆汽车行走2万km，所节省的燃料费便足够抵回其增加的成本。

（2）增加发动机寿命。根据发动机负荷与功率曲线图，当负荷增大至某一程度后，其功率反呈降低趋势，此边际表示此时每一单位负荷发动机将特别耗油。发动机负荷减轻．自然减少故障，延长寿命。

（3）散热好。铝合金的传导系数为钢的3倍，散热效果好，长途高速行驶时也能使轮胎保持在适当的温度，使刹车鼓及轮胎不易老化，增加寿命，降低爆胎的机会。

（4）真圆度好。真圆度精度高达0.05mm，运转平衡性能好，有利于消除一般车身超长时方向盘抖动现象。

（5）坚固耐用。铝合金轮毂之耐冲击力、抗张力及耐热能力较钢轮的好。

（6）美观。一般钢轮毂因生产工艺所限，形式单调呆板。铝合金轮毂则有各式各样的设计，加上光泽、颜色效果好，从而提高了汽车的价值与美观。

铝合金材料产品设计分析 篇3

《考工记》强调一切制作工艺都要在符合自然规律和特点的前提下进行，否则无法获得工艺上乘的制品。从古至今，金属材料以其优异的力学性能、优良的成型工艺、独特的外观特征等综合性能在人类生产与生活中扮演着极其重要的角色。从首饰到家用器具、从祭祀用品到机械设备、从建筑五金到交通工具，金属无处不在，推动人类文明进程，改善人类生活水平。而金属材料中的铝合金材料由于其独特的材质特性使其在产品成型以及表面装饰方面具有突出特点，正是这些特点给予设计更加丰富的理性与感性的创意空间。

质轻高强的材质特征

铝合金是工业用量最大的有色金属，是一种常用的现代材料。相比其他金属材质，铝虽然强度不如钢铁，但其比强度高，铝的密度相对较小，属轻金属，约为2.7 g/cm?，相当于铜的三分之一。如果在纯铝中加入适量的合金元素，可以得到以铝为基体的合金，从而改善和提高性能特征。铝合金材质在低密度情况下其强度和硬度大大优于铝和铁，抗拉强度超越工程塑料，在产品外观造型上表现的更加轻薄、稳固和耐用。

铝合金具有较优良的特性，可以使用在不同的场合，满足不同的功能需求，如优良的散热性与抗压性使其在电子产品市场有很高占有率。铝合金由于良好的表面质感，轻质高强等独特的优势优势，使得铝合金材质不仅在电子产品中广泛应用，在其他产品设计中也有了更为丰富的创意空間。

图1为铝合金材质的手提包，该设计利用了铝合金质轻的特点，在表面冲出蜂窝状孔洞既强化了结构的强度，同时对包身起到了一定程度的美化作用，配合皮质手拎袋，现代金属材质与质朴皮质的混搭呈现出了十分前卫的视觉效果，令人耳目一新，铝合金优良的耐蚀性也提供给用户较为丰富的使用环境。

图1 由铝合金制成的手提包

优良的加工特征

铝合金材料具有很高的塑性，成型性能好，容易加工，可进行轧制、挤压、拉拔、锻造、旋压、冲压等各种塑性加工，可以用于制造形状复杂的产品。

结实耐用的SIGG铝质饮料瓶产品已经成为不着设计痕迹的典范作品。针对铝这种有延展性的金属，设计师采用了冲压这个冷加工工艺。铝瓶是将一块铝片冲压而成，因此它的整个造型只有一个冲压工艺，瓶体的稳定性非常好，同时铝这种材料也使之具有超轻的重量，便于携带。

丰富的表面处理效果

产品设计是为了使所创造的产品与人之间取得最佳匹配的活动，而与人的关系还表现于视觉与触觉的世界，也就是材料表面的世界。

铝合金材料的具有丰富的表面处理效果，依靠各种表面处理工艺来获得色彩﹑光泽﹑肌理等表面要素，而这些表面要素则会因材料表面性质与状态的改变而改变，所以表面处理工艺的合理运用对于产生理想的产品造型形态至关重要。

1.色彩

随着人类审美需求不断提高，仅凭材料的固有色彩已经不足以满足这些需求。根据不同需求，通过一系列表面处理手法调节或改变材料本色，获得人工色。

铝合金材料的固有色彩为银白色，经过阳极氧化处理而得到的氧化膜，具有多孔状结构，具有强烈的吸附能力，因而可以再经过一定的工艺处理使其表面形成一层硬而且致密的保护层并着上各种鲜艳的色彩，达到美化和防护的双重效果。根据着色物质和色素在氧化膜中分布的不同，可分为自然发色法、电解着色法和染色法三类。其中电解着色工艺具有成本低、颜色耐晒、不易退色等特点，是目前应用最广泛的着色方法。铝合金材质可阳极氧化成各种颜色，色彩丰富、色泽艳丽，色域宽广。

2.肌理

肌理是指材料表面的组织纹理结构纵横交错、高低起伏、粗糙平滑、色彩斑斓的纹理变化以及形成的条理韵律节奏所产生的形式美感。物质存在表面，即存在表面肌理。除了材料固有的肌理之外，科技的发展，为创造更多更美的新肌理形式提供了理想的手段和开发前景。

铝合金材质通过表面精加工赋予产品特定的肌理，如平滑﹑光亮、美观和具有凹凸肌理的表面状态，既可以起到仿真、装饰的作用，也可以增强产品表面的防滑、耐磨、耐蚀等功能，可以补充完善产品材质的功能，降低产品表面效果的成本。主要加工方式有：抛光、拉丝、喷砂、车纹、压印、批花等。抛光可以使表面更加平滑高亮;拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、螺纹、波纹和旋纹等几种。表面肌理一般不会以单一的效果出现，而是根据产品的结构特点以不同的肌理效果达到装饰和提高功能的作用。

结语

随着人民生活水平的提高，设计需要满足消费者更加多元化的需求而不断探索新材料的应用空间，同时更应该重视对现有材料设计空间的充分挖掘。在近几十年里，经过人类的不断研究和探索，在铝合金的开发和研制方面都取得了不错的成绩。铝合金作为目前研究较为成熟的金属材料，其成型以及表面处理都有许多优于其它金属材质的地方。设计应该将“美材”配以“巧工”充分结合设计者的设计创意，使得三者相辅相成，互相辉映，才能做出更好的设计，充分地认识材料并创造性地利用材料，也是一个优秀设计师的必备条件。

铝合金材料焊接工艺参数的选择 篇4

1 铝合金材料特点

铝及铝合金是银白色的轻金属, 塑性好, 导电性和导热性高, 抗氧化和抗腐蚀的能力强, 铝材极易与氧化合在其表面生成致密三氧化二铝薄膜。常见铝合金母材和焊丝的化学成分及机械性能见表1。

2 铝合金材料的焊接难点

2.1 极易氧化

在空气中, 铝容易同氧化合, 生成致密的三氧化二铝薄膜 (厚度约0.1～0.2μm) 。三氧化二铝薄膜熔点高 (约2 050℃) , 密度大 (3.95～4.10 g/cm3, 约为铝的1.4倍) , 表面易吸附水分。焊接时, 它阻碍基本金属的熔合, 易形成气孔、夹渣、未熔合等缺陷, 引起焊缝性能下降。

2.2 易产生气孔

由于液态铝可溶解大量的氢, 而固态铝几乎不溶解氢, 所以当熔池温度快速冷却与凝固时, 氢来不及逸出, 容易在焊缝中聚集形成气孔。

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2.3 焊缝变形和形成裂纹倾向大

铝的线膨胀系数和结晶收缩率约比钢大2倍, 焊接时易产生较大的内应力, 因而易促使热裂纹的产生。

2.4 导热系数大

纯铝导热系数是2.253 J/cm·s·℃, 约为钢的4倍。因此, 焊接铝和铝合金时, 比焊接钢件要消耗更多的热量。

2.5 合金元素易蒸发烧损

铝合金中含有低沸点的元素 (镁、锌、锰等) , 在高温电弧作用下, 极易蒸发烧损, 从而改变焊缝金属的化学成分, 使焊缝性能下降。

2.6 高温时强度和塑性低

高温时铝的强度和塑性很低, 破坏了焊缝金属的成形, 有时还容易造成焊缝金属塌落和焊穿等现象。

2.7 无色彩变化

铝及铝合金从固态转为液态时, 无明显的颜色变化, 操作时难以掌握加热温度。

3 铝合金材料焊接的工艺方法

3.1 焊前清洗

焊前需采用化学方法或机械方法, 严格清理焊缝坡口两侧的表面氧化膜。

3.1.1 化学清洗法

化学清洗法是用碱或酸清洗工件表面。该法既可去除氧化膜, 还可除油污。具体步骤如下:用体积分数为6%～10%的氢氧化钠溶液, 在70℃左右浸泡0.5 min→水洗→用体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1 min进行中和处理→水洗→温水洗→干燥。

3.1.2 机械清理法

机械清理法可用风动或电动铣刀, 也可用刮刀、锉刀等工具进行清理;对于较薄的氧化膜, 也可用0.25 mm的铜丝刷打磨清除坡口两侧氧化膜。

3.2 确定装配间隙及定位焊间距

若焊前装配间隙过小, 焊接过程中就会因铝材膨胀引起两板的坡口重叠, 增加焊后板面不平度和变形量;相反, 若装配间隙过大, 则施焊困难, 并有烧穿的可能。合适的定位焊间距能保证所需的定位焊间隙, 因此, 选择合适的装配间隙及定位焊间距, 是减少变形的一项有效措施。根据试验, 不同板厚对接缝较合理的装配工艺参数见表2。

3.3 选择焊接设备

一般产品常选用交流钨极氩弧焊 (即TIG焊) 。该焊机工作时, 由于交流电流的极性是在周期性地变换, 在每个周期里半波为直流正接, 半波为直流反接, 正接的半波期间钨极可以发射足够的电子不致于过热, 有利于电弧的稳定, 反接的半波期间工件表面生成的氧化膜容易被清理掉而获得表面光亮外观和良好的焊缝。

3.4 选择焊丝

一般选用301型纯铝焊丝及311型铝硅焊丝。

3.5 选取焊接方法和参数

一般以左焊法进行焊接, 焊炬和工件成60°角。若焊接厚度在15 mm以上时, 以右焊法进行焊接, 焊炬和工件成80°左右。

焊接壁厚在3 mm以上时, 开V形坡口, 夹角为60°～70°, 间隙不得大于1 mm, 以多层焊完成;壁厚在1.5 mm以下时, 不开坡口, 不留间隙, 不加填充丝;焊固定管子对接接头时, 当管径超过200 mm, 壁厚超过6 mm时, 应采用直径为3～4 mm的钨极, 220～240 A的焊接电流, 直径为4 mm的填充焊丝, 以多层焊完成。

在铝及铝合金焊接时, 适用的焊接参数见表3。

摘要：铝及铝合金材料密度小、强度高、耐腐蚀能力强, 因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。长期以来, 由于焊接方法及其焊接参数选取不当, 常出现焊接缺陷, 影响了产品质量。结合在实际生产中的探索和分析, 介绍了铝合金气体保护焊焊接时的加工工艺及其参数的选取方法。

铝合金材料 篇5

杜明义

（东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨）

摘要：本文通过铝合金在汽车行业上的应用，深入分析了交通工具的轻量化发展趋势，揭示了铝合金材料在交通运输领域良好的应用前景与应用空间。关键词：铝合金、轻量化

Application of aluminum alloy material and lightweight of the vehicle

DU Ming-yi(Northeast Light Alloy Co.,LTD, Harbin)Abstract: This paper introduced application of aluminum alloy material in the automobile industry.Analysed the development trend of vehicle lightweight deeply.Opening out favorable application foreground and application space of aluminum alloy material in the traffic and transportation field.Key: Aluminum alloy、lightweight

轻量化的研究是现代车身设计的一大主流。当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的趋势，尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减少汽车自身质量既汽车轻量化是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。目前，汽车轻量化的途径有两种，一是优化汽车框架结构；一个是在车身制造上采用轻质材料。而目前车身制造上常采用的轻质材料为铝合金材料。

目前，世界交通运输业用铝为产量的26%，而我国仅为5.7%。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们越来越追求生活质量的提高，对交通工具的需求越来越大。因此，铝合金材料在交通运输业上的发展空间还很大。而且，铝合金是最常见的汽车用轻金属，在汽车上使用较早，相对比较成熟。现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350℃左右有较好的力学性能，而铸铝能符合这些要求。同时由于活塞、连杆采用了铸铝件，减轻了重量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合了汽车的发展趋势。

汽车车身约占汽车总重量的30%，对汽车本身来说，约70%的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身铝化对减轻汽车重量，提高整车燃料经济性至关重要。奥迪汽车公司最早于1980年在Audi80和Audi 100上采用了铝车门，然后不断扩大应用。1994年奥迪斥资800万欧元建立的铝材中心（1994-2002），两年前被更名为“奥迪铝材及轻量设计中心”。1994年开发了第一代Audi A8全铝空间框架结构（ASF）,ASF车身超过了现代轿车钢板车身的强度和安全水平，但汽车自身重量减轻了大约40%。随后于1999年在这里诞生的奥迪A2,成为首批采用该技术的量产车。2002年，奥迪铝材及轻量设计中心又见证了第二代奥迪A8 的诞生。

在此期间，美铝还开发了全新的汽车生产技术。如今，铝制车身制造的自动化操作程度已达80%，赶上了传统钢制车身生产的自动化水平。

业内人士认为，这些令人振奋的全新发展动向表明了奥迪打算将铝材料更广泛地运用于量产车的决心。此外，奥迪与美铝一直保持着良好的合作关系，双方合作的目标是共同开发一款全新的可以量产的全铝制车身汽车。

美铝为全球汽车制造商提供品种繁多、性能优异的汽车部件和总成，包括车身覆盖件的铝板、压铸轮毂、配电系统、底盘和悬架部件，以及保险杆、发动机支架、传动轴、车顶系统等总成。包括奥迪A8的第二代ASF框架结构、宝马5和7系列的铝制悬架、日产Altima的发动机罩和轮毂、法拉利612-Scaglietti的全铝车体结构和捷豹XJ采用的真空压铸技术，美铝的产品和解决方案使这些车型向着更轻量化，更技术化的方向发展。

目前，铝合金材料在现代汽车轻量已经显示出非常重要的重用。制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比刚材高，为了促进铝在汽车上的应用，必须降低材料成本。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成型工艺外，回收再生技术可进一步降低铝的成本。扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁-铝、钢-铝、铝-镁等），对这些联接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术是今后扩大铝在汽车上应用的重要课题

汽车广泛应用的铝制轮毂就是铝合金在汽车上应用中的一个例子，铝合金轮毂的优点是：

1、省油

平均每个铝合金轮毂比相同尺寸的钢轮毂轻2kg，一台轿车用5个便省了10kg重量。根据日本实验，5座的轿车重量每减轻1kg，一年约节省20L汽油。而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出，铝合金轮毂虽然比一般钢轮毂贵，但每辆汽车跑到2万km是，其所节省的燃料费便足够抵回成本。

2、增加发动机寿命

根据发动机负荷与功率曲线图，当负荷增大至某一程度后，其功率反呈降低，此边际将就表示此时每1单位负荷，发动机将更吃力（特别耗油），发动机负荷减轻，自然减少故障，延长寿命。

3、散热好 铝合金的热传导系数为钢的3倍。散热效果好，长途高速行驶之时，也能使轮胎保持在适当的温度，使刹车鼓及轮胎不易老化，增加寿命，降低爆胎的机会。

4、真圆度好

精度高达0.05mm，运转平衡性能好，有利于消除一般车身超长及方向盘抖动现象。

5、坚固耐用

铝合金轮毂之耐冲击力、抗张力及热力等各项强度较钢轮毂要高。这也是铝合金在国防工业、航空工业扮演重要角色的原因之一。

6、美观

一般钢轮毂因生产所限，形式单调呆板，缺乏变化；铝合金轮毂则有各式各样的设计，加上光泽、颜色效果好，从而提高了汽车的价值与美德。

综上所述，铝合金在汽车行业上的应用前景是很好的，但是值得我们注意的是，据波音公司称在梦幻飞机的用材中铝材仅占飞机自身质量的20%，碳纤维增强的复合材料却占到50%强。这是迄今为止铝材用量最少而复合材料却占到50%多的客机。碳纤维增强的航空复合材料的强度比钢的还高，而其密度又比铝的低，是制造航空航天器的良好材料，不过其价格目前比航空航天铝材贵得多，就性价比来说不是在今后一段时间内在全部的航空器制造中都具有替代铝材的明显优势，大多数客机铝材用量仍占其自身质量的70%左右，但铝材受到的严峻挑战却是显然的，不可掉以轻心，必须开发新的合金，新的加工工艺，大幅度提高材料的性能，迎接挑战。

总之，虽然在铝材料短缺的背景下，目前一些公司开始用其它材料代替铝材料，但新型替代材料不会完全代替铝材料。在未来二三十年内，铝材料在同类材料中仍占第一位，铝合金材料在交通运输行业上更是大有作为的。

参考文献：

1、王金涛.张桂林 中国对铝材需求将不断增长,经济参考报，2005年10月15日

2、王祝堂.航空铝材受到严峻挑战,中国有色网，2006年4月27日

铝合金材料 篇6

关键词：铝及铝合金；焊接性能；材料分类

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）01-024-01

随着近几年我国城市化进程的不断推进和社会化生产速度的加快，铝及铝合金在建筑、轮船、化工机械等方面的应用不断扩大，同时，在高性能焊接方法的支持下，其焊接技术也得到了长远的发展。其主要的焊接方法为TIG焊，具有保护效果好、质量高、电弧稳定等特点，适用于全方位焊接。但受到铝及铝合金自身特点的影响，焊接工艺存在着一定的困难，较容易产生焊接缺陷。因此，分析焊接性能和其材料分类十分必要。

一、铝及铝合金的材料分类

铝及铝合金主要分为两大类，其一为变形铝及铝合金，主要以冶金半成品如棒、管、带为主，兼顾有锻件和挤压型材。其二是铸造类铝合金，包括有零件和毛坯。具体来看，变形铝及铝合金又可以细分为只可变形强化不能进行热处理的铝及铝合金和既能变性强化又能够实行热处理的铝及铝合金。

在我国的《变形铝及铝合金牌号表示法》中，四位字符体系牌号是属于变形铝及铝合金的表示方法，其中第三和第四位代表着同组中不同的铝合金或纯铝的纯度。依据我国的《变形铝及铝合金状态代号》来看，F为自由加工状态，O为退火状态，H为加工硬化状态，W为固溶热处理状态，T为热处理状态。T代号后的第四位或第五六位数字代表着由不同的消除应力处理过的状态。

二、铝及铝合金的焊接性能

焊接性能指的是金属材料对焊接加工的适应性，也就是焊接后优质焊接接头的获取难易程度，受到铝及铝合金的物理和化学性能的影响，该基础材料的焊接技术有着一定的难度，因此掌握铝及铝合金的特点十分必要。

第一，铝及铝合金具有高度的氧化性能。铝与氧的结合力较强，常温中铝金属的氧化作用就较为明显，铝合金中的某些合金元素也具有较强的氧化性。在焊接过程中，焊接的高温直接作用到铝及铝合金中，导致该材料表面生成一层氧化膜，厚度在0.1-0.2 之间，其主要成分为氧化铝。氧化铝的熔点明显高于铝及铝合金的660℃的熔点，达到2050℃，且具有较高的致密性，当氧化铝形成后，铝及铝合金的正常焊接工作就可能受到干扰，导致焊接不透。

氧化铝具有较高的密度，较难从熔池中浮出，从而导致焊缝夹渣，而氧化膜对水分的吸附力较高，焊缝中气孔的可能性较大。受到氧化膜电子发射的影响，焊接过程中的电弧稳定性也相对有所下降。

针对这一情况，技术人员在焊接前需要对焊接区域的氧化膜进行清除，对处于液化状态的金属进行有效保护，减少金属的进一步氧化，对熔池中可能生成的氧化膜进行破除。

第二，气孔形成的可能性高。气孔的形成多见于纯铝和防锈铝的焊接过程中。其气孔的主要形成因素为氢，原因为氮与液态铝的溶合性差，而铝中并不含有碳元素，因此，气孔中氮气孔和一氧化碳气孔的的可能性为零。虽然铝和氧有着较强的结合力，但其反应生成氧化铝，也不会有氧气孔出现的可能。

常温中氢溶于固态铝的可能性较小，而在高温的作用下，氢与液态铝的溶合度较高，原来液体中的氢被全部析出，形成气泡并上浮、逸出。当部分气泡未能成功逸出但已经长大时，气孔便随之诞生。铝及铝合金具有较低的比重，且导热性较强，凝固速度快，气泡的浮出速度受到影响，气孔的生成几率相对较大。

在焊接过程中，技术人员需要从减少氢进入液体金属中的量和气泡的充分逸出等方面进行考虑，减少气孔的生成。

第三，铝及铝合金的热裂纹的产生几率较大。纯铝和非热处理强化铝合金较少产生热裂纹，而热处理铝合金和高强度铝合金的热裂纹产生率较高。热裂纹多出现在焊接金属和近缝区部位，常被称为结晶裂纹或液化裂纹，依据其部位不同而有所变化。

受到铝热膨胀系数大的影响，其焊接过程中的热应力也相对较大，而铝合金在高温下具有较低的强度和可塑性，过大的内应力会导致热裂纹的产生。若铝合金中的杂质含量过大，其焊缝处的热裂纹产生几率也相对较大。

为减少热裂纹，技术人员需要对铝合金中杂质的含量做严格的控制，并及时调整焊丝的成分，采取合理的焊接工艺。

第四，合金元素蒸发和烧损的可能性较大。在焊接过程中，高温对铝合金中某些合金元素有着较大的影响，从而出现合金元素烧损或蒸发，导致铝合金成分的改变，最终影响到铝合金焊接接头的性能。同时，在焊接过程中，铝及铝合金的的颜色变化并不明显，技术人员较难对焊接工作进行操作，困难性较高。

正确的分析铝及铝合金的焊接性能并掌握科学的材料分类对于提高其焊接工艺十分有利。在焊接过程中，气孔、焊接不透、溶合度低、金属裂纹、咬边、焊缝夹渣和夹钨、穿孔等的出现都需要结合其原因做具体的分析，通过对症下药有效缓解焊接常见问题，提高焊接水平，减少不必要的基础金属的浪费。在社会发展速度不断提高的今天，焊接操作不仅需要有基础性的理论作指导还需要有较为熟练地操作技能，从而确保焊接技术的发展。

参考文献：

[1] 于增瑞.钨极氩弧焊实用技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 王新彦，姚建辉，李晓梅.锡青铜轴瓦的焊补[J].热加工工艺，2010（09）.

[3] 陆元三.铝及铝合金气焊工艺研究[J].金属铸锻焊技术，2011（07）.

铝合金材料的微动疲劳研究进展 篇7

微动疲劳是指构件一方面在表面某些部位遭受微动损伤, 另一方面自身还承受较大的外部工作载荷 (拉-压、弯曲、扭转及其合成载荷等) 、微动或微动与外载荷的共同作用使表面产生裂纹, 该裂纹在外部载荷作用下逐渐扩展而导致构件断裂[1]。由微动引起的机械零部件接触表面的破坏, 裂纹的萌生、扩展及断裂, 都可以导致整个系统失效。微动与滑动、滚动接触不同, 已经成为摩擦学的一个重要分支, 由于其存在的广泛性, 正受到国内外越来越多的学者广泛重视。

铝合金不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性, 同时还具有良好的成形工艺性和焊接性, 因此成为在工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料[2]。铝合金等通用金属材料的微动损伤破坏是航空、化工、冶金、交通等领域经常遇到的情况, 对它的微动损伤机理的研究具有极其重要的现实意义。

目前针对铝合金的微动疲劳, 研究者更多地采用实验的方法来观察微动疲劳裂纹的萌生和扩展以及对微动寿命预测来进行研究, 同时还对表面改性对微动疲劳的影响进行了研究, 本文对铝合金材料的微动疲劳研究进展进行了综述。

1 铝合金材料的微动疲劳研究现状

1.1 微动疲劳试验研究

对于微动疲劳的实验研究有很多种形式。基于微动块和试样的接触形式, 在20世纪90年代以前人们最常用的是桥式微动滑块, 在20世纪60年代末到20世纪70年代初Nishioka和Hirakawat[3,4,5]进行了一系列关于微动疲劳试验, 运用完全不同的接触外形, 圆柱形微动块与平面试样接触。最近, 越来越多的研究者采用与实际工况完全一致的微动块与试样接触来进行研究。Sergio Muňoz[6]利用球平面接触方式研究了7075铝合金的微动疲劳寿命以及短裂纹的萌生。G.L. Goss等[7]研究了在不同应力幅下的铝合金 (7075-T6) 的微动疲劳行为, 结果表明由于微动破坏铝合金, 使其寿命明显缩短, 并对应力幅的变化极其敏感。D.W. Hoeppner[8]对铝合金 (7075-T6) 的微动疲劳损伤进行了金相学分析, 以研究微动损伤、微动诱导裂纹形核与寿命的关系。微动区的金相分析结果表明形成多重裂纹并被疲劳扩展, 同时有证据表明微动碎片形成微裂纹, 因而能够部分解释由于微动导致的寿命的缩短。

另外基于微动疲劳试验方法因研究目的不同通常分为两类。一类方法是微动和疲劳应力始终同时作用在试样上, 直至试样失效或达到某一预定循环数的一步法;另一类是试验开始时微动和疲劳同时作用在试样上, 经过一定的循环数后卸下微动桥, 继续进行普通疲劳试验, 直至试样失效或达到某一预定循环数的两步法。一步法和实际工况中发生的微动状态相同, 可充分体现微动和疲劳过程的联合作用。而两步法将微动和疲劳分开处理, 可获得微动损伤类似缺口影响方面的知识, 一般用于研究微动磨损对微动疲劳损伤的贡献, 但忽略了微动和疲劳的交互作用。

1.2 微动疲劳裂纹萌生和扩展机制

目前研究者普遍认为微动疲劳破坏经过4个阶段:裂纹萌生、裂纹早期扩展、裂纹后期扩展、构件失稳断裂。疲劳主要取决于裂纹的萌生和早期扩展, 微动和腐蚀则是对这两个过程的加速, 因此微动疲劳损伤机理的研究始终围绕着微动疲劳裂纹的萌生和早期扩展行为。关于微动疲劳裂纹萌生的机理, 现在已经提出了很多的观点[9]:微凸体的接触萌生裂纹机制, 脱层磨损理论, 摩擦循环应力机制, 接触引起宏观应力局部集中模型, 二类微动图理论。但是到目前为止没有一种完好的理论能解释所观察到的全部微动损伤现象和实验结果, 几乎每种理论都只能解释其中的一部分。微动疲劳裂纹扩展主要分为两个阶段, 第一阶段裂纹沿着与接触表面成一倾斜角的平面扩展, 第二阶段沿着垂直于外加交变应力的平面扩展。

由于裂纹萌生在整个裂纹形成、扩展及断裂中占有相当重要的一部分, 因此, 不少学者对裂纹萌生进行了研究, 并提出了在微动条件下的裂纹萌生临界值及裂纹萌生位置的预测方法。Sanat等[10]利用超声波探伤技术研究螺栓连接的铝合金 (2024-T3) 的微动疲劳损伤, 发现微动疲劳裂纹在螺栓孔前面1.8～2.1mm处产生微动区。C. B. Elliott Ⅲ等[11]研究了铝合金微动疲劳中的磨损和腐蚀的重要性, 结果表明, 在8090铝合金中磨损机制起主要作用, 而在7075铝合金中腐蚀机制起主要作用。Sachin R等[12]研究了铝合金 (7075-T6) 的微动疲劳行为, 通过研究其微动损伤区来观察裂纹的形核, 结果表明微动退化的原因在于材料的微结构。Saeed Adibnazari等[13]研究了微动疲劳的损伤阈值的特性, 提出了一种联系微动疲劳的损伤阈值和能够形核的微动诱导区的模型。J.A. Alic等[14]研究了铝合金 (7075-T7351) 的微动疲劳裂纹形成, 结果表明裂纹通常在微动区形成, 在表面形成碎片状形貌。J.A. Alic等[15]研究了微动疲劳早期裂纹形成, 结果表明外加的正压力促进了早期微动疲劳裂纹的形成。M.S.D. Jacob等[16]研究了铝合金 (7075-T6) 和不锈钢接触的微动疲劳断裂纹的萌生机制, 提出了应变能密度失效机制能够成功应用于预测裂纹的萌生。Sachin R等[17]定量研究了铝合金 (7075-T6) 的微动疲劳退化, 主要定量研究了微动形成坑深度的变化和主裂纹的形成, 结果发现60%的试样主裂纹不在断裂面上观察到的最深的坑处形核。Valérie Lamacq等[18]提出了一种理论模型来预测裂纹萌生的角度和位置, 并对铝合金的微动疲劳行为进行了研究, 指出表层脱层是其微裂纹形核的机制。Saeed Adibnazari等[19]研究了铝合金 (7075-T6) 的微动疲劳形核机制, 提出了应力集中在损伤区根部是导致裂纹形成的机制。K. Sato等[20]研究了铝合金 (A2024-T3) 的裂纹扩展, 探索了接触压力和应力比对裂纹扩展行为的影响。

事实上即使某一特定条件下的微动疲劳裂纹萌生也常涉及几种损伤机理, 只是所占比例不同。同时微动疲劳损伤机理随着材料的不同和实验参数的变化而改变, 不可能有一种统一的模型。

1.3 微动疲劳的影响因素研究

微动疲劳是微动磨损和疲劳共同作用的过程, 具有摩擦磨损﹑疲劳和腐蚀3种失效形式, 微动疲劳过程的影响因素颇多, 涉及力学﹑物理﹑化学和材料等学科。国内外学者对微动疲劳的影响因素进行了长期的研究, 并分别从不同角度归纳了微动疲劳的影响因素。

T.N. Chakherlou等[21]针对铝合金 (2024-T3) 的微动疲劳寿命进行了研究, 重点探究了材料界面不同摩擦系数对铝合金微动疲劳寿命的影响。L.S. Rossino等[22]研究了平均应力对铝合金 (7075-T6) 微动疲劳行为的影响, 结果表明可以正确预测裂纹的萌生但是无法预测样品的微动疲劳寿命。Ran Guo等[23]研究了6XXX系铝合金的微动疲劳行为, 研究了表面摩擦系数和正压力对其裂纹萌生的影响。C. Santus等[24]研究了与钢铁接触的铝合金的微动疲劳行为, 探讨了两个参数 (压力和滑移) 对微动疲劳行为的影响, 提供了一种评价改进和提高抗微动疲劳的方法。C. Giummarra等[25]研究了2XXX系铝合金的微结构对其微动疲劳行为的影响, 还研究了位移幅度、合金纯度、晶粒尺寸和屈服强度对微动疲劳裂纹萌生和扩展的影响。裂纹长度测量和显微照片揭示没有证据表明其微动疲劳响应与其微结构有必然联系。N.K. Ramakrishna Naidu等[26]研究了接触压力对铝合金 (AA6061) 微动疲劳行为的影响, 结果表明随着接触压力的增加其微动疲劳寿命显著变化, 导致这种变化的原因在于高的接触压力和应力集中导致的摩擦系数的变化。A. E. Giannakopoulos等[27]利用有限元对球平面接触模式微动疲劳进行了分析, 研究了各种因素对微动疲劳行为的影响。Matthew P等[28]对铝合金 (2024-T351) 的微动疲劳进行了观察、分析和预测, 研究了裂纹的萌生与扩展。M H Wharton等[29]研究了不同接触材料与铝合金的微动疲劳行为, 结果表明由于微动垫严重磨损, 不同材料的影响区别不是非常明显。M.S.D. Jacob等[16]通过实验和理论分析研究了7075-T6铝合金的微动疲劳裂纹形成问题。

微动损伤的程度取决于材料的组成, 还受多个参数的影响, 因此很难克服微动损害。这些参数包括接触压力、位移幅值、摩擦系数 (COF) 、温度、接触几何、接触的材料及其特性和表面处理。重要的是要了解每个参数影响微动破坏的程度如何, 以使元件可以被设计为最大的疲劳寿命。疲劳和微动磨损协同作用导致的损伤直接受材料特性、接触区微动状况及环境的影响。目前主要侧重单因素或者几个因素联合研究对铝合金材料的微动疲劳损伤的影响, 无法将所有可能的影响因素综合考虑进行研究。

1.4 微动疲劳微观机理研究

目前在微动疲劳的微观机理研究方面, 一些学者也进行了研究, 但是研究不够深入。Takeda Junji等[30]研究了航空材料Ti-4.5%Al-3%V-2%Mo-2%Fe合金的微观结构对其微动疲劳的影响, 指出微观结构对其低周微动疲劳的寿命影响无关, 但是合金的微动疲劳极限随α相的平均直径减小而增长。Venkatesh T.A等[31]在研究Ti-6Al-4V合金微动疲劳性能的过程中发现, 在所有的微观结构结果中, 马氏体结构可以明显提高抗微动疲劳性能。S. Mall等[32]研究了Ti-6Al-4V合金的微结构对其微动疲劳性能的影响, 发现合金的微动疲劳裂纹萌生取决于钛合金中α相和β相的微观结构。而目前专门针对铝合金材料微动疲劳的微观机理的研究相对还比较少。Sachin R等[12]研究了铝合金 (7075-T6) 的微动疲劳行为, 通过研究其微动损伤区来观察裂纹的形核, 结果表明微动退化的原因在于材料的微结构。

铝合金的微动疲劳性能不仅取决于外加载荷, 而且更重要地取决于其本身的微观组织特征。因此, 研究其微观组织结构特征与性质显得尤为重要, 而且在微动疲劳寿命预测中, 一种与微观结构相关的模型将更好满足生产的需要。

1.5 抗铝合金微动疲劳的表面工程研究

由于微动疲劳的影响因素很多, 因此可以采取不同的防护措施。目前针对铝合金材料的微动疲劳损伤主要研究表面工程技术的抗铝合金的微动疲劳。G.H. Majzoobi等[33]研究了利用离子束增强沉积技术沉积钛膜对铝合金 (7075-T6) 表面改性后的微动疲劳行为, 在低的工作压力下能够提高其微动疲劳寿命, 然而在高的工作压力下降低了其微动疲劳寿命, 说明离子束增强沉积技术沉积钛膜除非在低的工作压力下否则不能减轻其微动疲劳。G.H. Majzoobi等[34]研究了在铝合金 (Al-7075) 表面沉积钛膜和渗氮对其微动疲劳行为的影响。N.K. Ramakrishna Naidu等[35]研究了喷丸处理对铝合金 (AA6061) 的影响, 结果表明低的压力水平能够显著提高其微动疲劳寿命, 然而在高的应力水平下反而降低其微动疲劳寿命。R.B. Waterhouse[36]研究了喷丸强化对铝合金 (2014A) 微动疲劳行为的影响, 结果表明表面硬化在提高抗微动疲劳性能方面只能起到非常有限的作用。J. Paul San-difer[37]评价了降低铝合金 (2024-T3) 微动疲劳损伤的方法, 指出其中喷丸强化是最有效的方法。

2 铝合金材料的微动疲劳研究趋势和展望

微动疲劳的问题是非常复杂的, 包括高的应力梯度、多轴非比例加载以及表面工程对其的影响, 这些都较难进行评价。但是, 在过去的几十年出现了很多有利于理解微动疲劳现象的进展, 一个重要的方面是基本建立起比较标准的实验方法和在实验过程中探究了很多参数对微动疲劳的影响。可靠的实验数据能够有助于发展预测微动疲劳破坏的方法。

在微动疲劳裂纹萌生的问题上, 很多研究者把关注点放在微动疲劳和切口疲劳之间。然而, 在很多实际实例中, 微动疲劳中的应力梯度远远大于切口疲劳, 因此很难对两者进行直接比较。目前比较有前景的是采用渐进法来分析接触边缘的应力场, 而这些接触边缘正是裂纹萌生的位置。在长裂纹的问题上, 微动疲劳的长裂纹和普通疲劳在理论上是没有区别的。但是由于一些复杂的因素, 如变化的应力比和非比例加载, 实际上在微动疲劳过程中, 短裂纹的扩展更加重要, 根据普通疲劳的方法建立起来的方法对在实际中预测微动疲劳极限极其有效。对于预测微动疲劳的寿命, 也需要根据微动疲劳的各个因素, 基于数值分析和试验结果得出更加准确的寿命预测公式来指导实际工况。

铝合金材料涂层防护性能的试验研究 篇8

涂层老化是影响涂层防护性能的主要因素, 它直接影响材料的使用寿命, 因此也是该领域的主要研究课题。户外暴露试验能够对对涂层的抗老化性能给出理想的评价, 但存在试验周期太长的问题, 因此, 有必要采用人工加速的实验室加速试验研究[3]。

根据影响涂层老化的环境显著性因子分析结果来制定涂层实验室加速老化试验方案, 对有涂层保护的铝合金试样进行QUV紫外光老化试验, 通过涂层表观的颜色变化、粉化、失光、色差进行分析, 计算失光率, 并对涂层的耐老化性能进行评级[4]。

1 试验方法

1.1 实验条件

1.1.1 试样要求

试样材料为2024铝合金材料, 试样尺寸为150mm×75mm×5mm, 涂层体系为环氧底漆配套聚氨酯面漆, 漆膜制备按GB1765-79《测定耐湿热、耐盐雾、耐候性 (人工加速) 的漆膜制备法》规定方法进行。试验每次取样数量为1个, 标准试样为三个。

1.1.2 试验设备

试验设备为QUV紫外光老化试验箱。试验喷淋用水为去离子水。

1.1.3 试验周期

QUV老化试验:UV光照 (55℃, 4.5h) , 冷凝 (35℃, 4.5h) →UV光照 (55℃, 4.5h) , 冷凝 (35℃, 4.5h) →喷淋 (5min) →盐雾 (30℃, 5%NaCl) →浸渍 (室温) 上述重复。

浸渍溶液为:第一组NaHSO3;第二组 (NH4) 2SO4+NaHSO3。从试样出现失光现象开始取样, 每次一块, 隔几个周期再取一次, 依次类推, 直到停止试验。

1.2 试验结果评价

取样后, 保护好试样, 进行各项目的检测。试验结果按照GB1766-95《色漆和清漆涂层老化的评级方法》规定方法进行评级。

2 结果与讨论

2.1 涂层老化加速实验结果

涂层实验室加速老化试验 (仅UV) 粉化评级结果如表1所示。

由实验室加速试验结果绘制涂层失光率 (%) 与试验时间 (h) 的曲线图如图1所示。

试验时间按取样周期分为4个点, 分别为720h、1440h、2160h、2880h。其中系列1为UV, 系列2为UV+盐雾, 系列3为UV+盐雾 (浸渍溶液1) , 系列4为UV+盐雾 (浸渍溶液2) 。

由实验室加速试验结果绘制涂层色差与试验时间 (h) 的曲线图如图2所示。

其中系列1为UV, 系列2为UV+盐雾, 系列3为UV+盐雾 (浸渍溶液1) , 系列4为UV+盐雾 (浸渍溶液2) 。

2.2 实验室加速老化试验结果分析

由粉化结果分析表2可看出, 涂层粉化程度与试验周期密切相关, 随着试验时间的增加呈递增的趋势, 上升趋势较缓慢, 直到2000小时左右才出现轻微粉化现象。

由失光率结果分析图1可看出, 试验室失光曲线趋势非常混乱, 与试验项目过程密切相关。部分试验过程中出现了光泽度增加的情况。

由色差结果分析图2可看出, 对于颜色变化的环境严酷性规律为UV<UV+盐雾<UV+盐雾 (浸泡) 。颜色变化的程度与涂层受到光照的总量没有一一对应关系, 而与光照强度, 老化温度, 盐浓度, pH值等条件密切相关。浸泡过程可以加速老化过程。

3 结论

(1) 根据影响涂层老化的环境显著性因子制定的涂层实验室加速老化试验方案对2024铝合金材料的防护涂层老化具有很好的加速性;

(2) 涂层保护的铝合金紫外光老化试验结果表明, 涂层粉化程度随试验时间呈缓慢增加的趋势;失光率变化较为无规律, 根据分析, 可能与使用亚光涂层有关;色差变化与与光照强度, 老化温度, 盐浓度, pH值等有关, 并随试验周期的延长加剧。

摘要：根据影响涂层老化的环境显著性因子, 制定涂层实验室加速老化试验方案, 进行2024铝合金防护涂层的实验室加速老化试验, 对其试验结果进行粉化、失光、色差分析。结果表明, 该加速老化试验方案对所采用防护涂层体系具有很好的加速性。

关键词：铝合金,涂层防护,涂层老化,加速腐蚀试验

参考文献

[1]刘明, 张晓云, 陆峰.LC4CS铝合金大气腐蚀模拟加速实验方法的研究[J].腐蚀科学与防护技术, 2005 (04) :271-274.

[2]程学群等.评价有机涂层耐蚀性能的两种方法初探[J].腐蚀与防护, 2004 (01) :9-12

[3]徐永祥, 严传伟, 丁杰等.紫外光对涂层的老化作用[J].中国腐蚀与防护学报, 2004 (03) :168-173.

高性能钨铝合金增强铝基材料 篇9

技术创新点

1) 本技术所使用的增强相材料—钨铝合金为原始创新的材料。采用非平衡态技术, 低成本、高效率合成钨铝合金粉末特别是亚微米级高铝含量W14Al86粉末, 因此本项目的材料体系具有创新性。

2) 针对该材料合成的叶腊石密封介质下半固态流变压锻方法, 国内外尚无报导, 研究表明该方法明显优于铸锭冶炼及其他粉末冶金方法, 其显著特点是压力温度场均匀、加工过程简化、制备成本低, 工业化前景好。

项目进展情况

目前, 该项目已经完成中试研究。通过产业化研究本项目将可以开发以下三个种类的高强铝基复合材料新产品。

1) 高强铝基材料:强度大于600MP, 硬度大于150HB, 变形率大于8%;

2) 高强高硬铝基材料:强度达到650Mpa, 硬度大于180HB, 变形率大于5%;

3) 超高强铝基材料:强度达到750Mpa, 硬度大于200HB, 变形率大于3%。该材料可通过高强铝基制品、板材和棒材推向市场, 在高端铝合金市场上全面替代美国7075高强铝合金。

经济效益分析

近三年, 在一两个制品 (如出口卡丁车传动用铝合金齿轮等制品) 上打开市场, 预计产值在2亿元左右;未来5至10年, 在高端民用工业和航空航天领域上如能完成钨铝合金增强铝基材料替代7075铝合金的过程, 预计产值在10亿以上。

应用前景及市场预测

本项目开发的高性能钨铝合金增强铝基材料, 其强度和硬度指标要明显优于目前应用的最好的美国7075高强铝合金, 而成本与7075铝合金的制备成本相比减少了50%左右。7075高强铝合金在航空航天领域用量最大, 可以满足飞机上几乎所有高强度抗力结构件的需要。预计本产品铝基复合材料开发成功将会在航空制造领域产生巨大的社会轰动效应和经济利益。此外, 民用产品, 如:自行车赛车车架、摩托车刹车系统、卡丁车传动部件、汽车发动机活塞、轮毂、高尔夫球杆和球头等都需要用到高强度铝合金, 而该类行业的铝合金制品几乎都被美国7075铝合金所垄断。本项目推广应用后, 高性能钨铝合金增强铝基新材料在市场上将具有很强的竞争力。

单位:中科院长春应用化学研究所

地址:吉林省长春市人民大街5625号

邮编:130022

铝合金材料 篇10

賣业的热传输钼合金材料供应商Iihbi^ii BBB vnvn nim mill nim mm iif M:^=__Ks«S MMIB»謂一會『_mmm15r_r:TT^=f银郸令属氣合封科�«-=!HL公iU—^..银邦金属复合材料股份有限公司创办于1998年, 2010年改制为股份有限公司。公司是致力于钎焊用铝合金复合材料、铝基多金属复合材料以及铝合金非复合材料的研发、生产和销售的高新技术企业。是国内规模最大的钎焊用铝合金复合板带箔生产企业之一, 也是国内唯一的电站空冷系统用铝钢复合带材的生产企业。公司生产的铝合金复合材料广泛应用于水箱、冷凝器、蒸发器、中冷器等各种汽车热交换器的制造, 并获得了国内外汽车制造商和OEM商的青睐。公司专门为各种汽车热交换器设计研发了多种新型合金牌号, 可以满足不同客户的技术要求。典型的芯材合金和钎焊层合金芯材合金适用的钎焊工艺应用特性AA3003 CAB, VB板料一般强度YB304 CAB翅片料高强度YB307 CAB板料高强度YB308 CAB板料髙强度, 耐腐蚀性好YB311 CAB水箱管料高强度, 耐腐蚀性好YB508 CAB水箱管料高强度, 耐腐蚀性好AA6951 VB油冷器板料高强度AA6060 VB油冷器板料高强度AA6063 VB油冷器板料高强度1) CAB钎焊层合金:AA4343;AA4045�AA4343+l%Zn;AA4045+l%Zn2) VB钎焊层合金:AA4004;AA4104备注:CAB指用Noco I ok钎剂的可控气氛钎焊工艺, YB指银邦公司开发的合金代码。VB指真空钎焊工艺;AA指美国铝业协会合金牌号标准, 产品规格规格复合料非复合料单面复合/复合率 (%) 4-30双面复合/复合率 (%) 4-15厚度范围 (mm) 0.07-4.0 0.05-4.0板材宽度范围 (mm) 450-1300 450-1300板材长度范围 (mm) 500-6000 500-6000卷材宽度范围 (mm) 12-1300 12-1300卷材内径 (mm) 卷材外径�mm) 150/200/250/300/400/500Max.1700150/200/250/300/400/500Max.1700公司地址:江苏省无锡帀无锡新区鸿山路;电话:0513-88998988;邮编:214145E-M a i l:s a l e s@c n-y i n b a n g.c o m;网址:h t t p://w w w.c n-y i n b a n g.c o m