7075 T651表面沾有冷却水几天后发现表面发白,将白色物质去出后发现铝板表面有小凹坑,请问是不是被腐蚀了
明显是腐蚀了的,水里如果含有盐类等杂质的话接触到铝表面特别容易腐蚀的,即使干净的水接触到没有表面处理过的铝表面也要不了多久也会腐蚀的,表面白雾蒙蒙的,我们曾经运送过一批铝材海运到台湾,包装膜封的很好,到了台湾后打开发现外层的铝表面已经出现一片一片的白色腐蚀块(主要是由于海陆温度差形成里面空气水分凝结,再加上海上空气含有盐分渗透进入后更易造成腐蚀)。你这个7xxx合金时效处理后有析出相产生,由于铝合金没有经过表面处理接触水分后基体与析出相局部的电位差形成很多微电池产生电化学腐蚀就会产生很多腐蚀小坑存在。
7075T651铝合金简介:
7075-T651被誉为铝合金中最优良的产品。T651表示此合金经过热处理和预拉伸工艺,T6和T651合金具有572MPa的拉伸强度和503MPa的屈服强度.同时7075合金有着良好的机械性能和阳极氧化性能.美国ASTM标准度工会评价7075合金为B类机械性能,因起能产生蜷曲或易断之屑片,和优良的表面处理。
7075T6510铝合金简介:
T651拉伸后可以轻微的矫直, 而T6510 则是拉伸后不可矫直.
7075T6511铝合金简介:
T6511 比 T6 多了拉伸去应力的工艺, T651拉伸后可以轻微的矫直, 而T6510 则是拉伸后不可矫直.
总结:三种形式的7075为同一材质,化学成分完全相同,T6,T651,T6510,T6511为热处理状态不同,力学性能接近,T651等较T6内应力较小,加工时不容易变形。
表面处理:它是通过机械和化学的方法处理后,能在产品的表面上形成一层保护机体的保护层。在自然界中能达到稳定状态,增加机体的抗蚀性和增加产品的美观,从而提升产品的价值。表面处理种类的选择首先要从使用环境,使用寿命,人为欣赏的角度出发,当然经济价值也是考虑的核心所在。
表面处理的流程包括前处理,成膜,膜后处理。包装,入库。出货等工序,其中前处理包括机械处理,化学处理。
机械处理包括喷吵,抛丸,打磨,抛光,打蜡等工序。机械处理目的使产品表面剔除凹凸不平,补救表面其它外观不良现象。 化学处理使产品表面的油污锈迹去除,工业铝型材并且形成一层能使成膜物质更好的结合或和化成活性金属机体,确保镀层有一个稳定状态,增加保护层的结合力,从而达到保护机体的作用。
铝材表面处理
铝材常见的化学处理有铬化,喷漆, 电镀,阳极氧化,电泳等工艺。其中机械处理有拉丝,抛光,喷吵,打磨等工艺。
工业铝型材
——————
第一节铬化
铬化会便产品表面形成一层化学转化膜,膜层厚度在 0.5-4um,这层转化膜吸附性好,主要作为涂装底层。外观有金黄色,铝本色,绿色等。这种转化膜导电性能好,是电子产品的最好选项,如手机电池内导电条,磁电设备等。该膜层适合所有铝及铝合金产品。但该转化膜质软,不耐磨,因此不利于做产品外部件利用。
铬化工艺流程:
脱脂—>铝酸脱—>铬化—>包装—>入库
铬化适合于铝及铝合金,镁及镁合金产品。
品质要求:
1)颜色均匀,膜层细致,不可有碰伤,刮伤,用手触摸,不能有粗糙,掉灰等现象。
2 )膜层厚度0.3-4um 。
——————
第二节,阳极氧化
阳极氧化:可以使产品表面形成一层均匀,致密的氧化层,(Al2O3 。6H2O 俗名钢玉)这种膜能使产品的表面硬度达到(200-300HV),如果特种产品可以做硬质阳极氧化,产品表面硬度可达 400-1200HV,因而硬质阳极氧化是油缸,传动,不可缺的表面处理工艺。
另外这种产品耐磨性非常好,可做航空,航天相关产品的必用工艺。阳极氧化和硬质阳极氧化不同之处:阳极氧化可以着色工作台,装饰性比硬质氧化要好的多。施工要点:阳极氧化对材质要求很严格,不同的材质表面有不同的装饰效果,常用的材质有6061,6063,7075,2024 等,其中,2024 相对效果要差一些, 由于材质中CU 的含量不同,因此7075 硬质氧化呈黄色,6061,6063 呈褐色,但普通阳极氧化6061,6063,7075 没多大的差别,但2024 就容易出现很多金斑。
一,常见工艺
常见的阳极氧化工艺有拉丝雾面本色,拉丝亮面本色,拉丝亮面染色,雾面拉丝染色(可染成任何色系)。抛光亮面本色,抛光雾面本色,抛光亮面染色,抛光雾面染色。喷吵亮面本色,喷吵雾面本色,喷沙染色。 以上镀种均可用在灯饰器材上。
二,阳极氧化工艺流程
除油—>碱蚀—>化抛—>中和—>黎地—>中和
阳极氧化—>染色—>封孔—>热水洗—>烘干
三,常见品质异常判断
A 表面出现花斑。这种异常一般是由于金属调质不好或材质本身太差所至,处理办法,重新热处理。或更换材质。
B 表面出现彩虹色。这种异常一般阳极作业失误所致。,上挂时松动,造成产品导电不良。,处理办法,退电重新阳极处理。
C,表面碰伤,刮伤严重。这种异常一般是由于运输或加工过程中,作业大意所致,处理办法,退电,打磨再电。
D,染色时表面出现白点。,这种异常一般是由于阳极作业时,水中有油,或其它杂质所致。
四,品质标准
1) 膜厚5-25um ,硬度在200HV 以上,封孔实验色变率小于5%
2 ) 盐雾实验在36 小时以上,且能达到9 级以上CNS 标准
3 ) 外观不能有碰伤,刮伤,彩云等现象。表面不能有挂点,发黄等不良现象
四,压铸铝,如A380,A365,A382 等均不能做阳极氧化
——————
第三节,铝材电镀工艺
一,铝及铝合金材料的优点
具有导电性好,传热快,比重轻,易于成型等优点,但铝及铝合金有硬度低,不耐磨,易发生晶间腐蚀,不易焊接,等缺点,影响到使用范围。故为了扬长避短,现代工业中,利用电镀解决了这一问题。
二,铝材电镀的优点
1) 改善装饰性,
2 ) 提高表面硬度与耐磨性
3 ) 降低摩擦系数,改善润滑性。
4 ) 提高表面导电性能。
5 ) 提高耐蚀性(包括与其它金属组合)
6 ) 易于焊接
7 ) 提高与橡胶热压合时的结合力。
8 ) 提高反光率
9 ) 修复尺寸公差
由于铝是一个比较活泼的金属,被电镀物均比铝材活泼性强,因此,电镀前,必须做相应的化学转化,如浸锌,锌铁合金,锌镍合金,而使锌及锌合金底层有良好的结合力的中间层氰化镀铜层。压铸铝由于机体结构疏松,打磨时,不能打磨掉机体表层部份,否则出现针孔,吐酸,脱皮等现象。
三,铝材电镀的工艺流程为
脱脂—>碱蚀—>活化—>锌置换—>活化—>电镀(如镍,锌,铜等)—>镀铬或钝化—>烘干。
1、常见的铝材电镀镀种有
镀镍(珍珠镍,沙镍,黑镍),镀银(面银,厚银),镀金,镀锌(彩锌,黑锌,蓝锌),镀铜(青鼓铜,白锡铜,碱铜,焦铜,酸铜),镀铬(白铬,硬铬,黑铬)等。
2、常见镀种的用途
1) 镀黑色,如黑锌,黑镍,等均用在光学电子及医疗器械上。
2 ) 镀金,银是电子产品的最好导体,同时也能提高产品的高等装饰性,但价格比较昂贵,一般均用在电子产品导电方面,如高精电线端子等的电镀。
3 ) 铜,镍,铬是现代科学领域中最普及的混合镀种,不管在装饰性,抗蚀性,均是目前世界上最普及的镀种。价格低廉,可用在运动器材,灯饰,大部份电子行业中。
4 ) 铜系镀种中,白锡铜是七八十年代发展起来用于环保形镀种,白色亮丽,是首饰行业的首选。青铜(铅锡铜可做仿金,因而是比较好的装饰性镀种)但铜的防变色性比较差,因而发展比较慢。
5 ) 锌系电镀:镀锌层呈青白色,易溶于酸,碱。由于锌的标准电位比铁负,对钢铁而言,可提供可靠的电化学保护。在工业大气,海洋性大气中使用的钢铁制品均可选择锌作保护层。
6 ) 硬铬,在一定的条件下沉积的铬镀层有很高的硬度和耐磨性,硬度达到HV900-1200kg/mm ,铬是常用镀层中硬度最高的镀层,可提高零件的耐磨性,延长使用寿命。如工,模,量,卡具,等。因此该镀种是气缸,油压,传动系统不可缺少的处理方式。
3、常见异常及改善措施
1) 脱皮:a 锌置换不好,时间过长或太短,改善措施,重新确定置换时间,槽液温度,槽液浓度等作业参数。
b ,活化不够,改善措施,改变活化方式。
c 前处理不彻底,工件表面有油,改善措施,加强前处理。
2 ) 表面粗糙:a,电镀液光剂,柔剂,针孔剂量不适,重新调整助剂数量。
b 机体表面本身粗糙,重新打磨后再电镀。
3 ) 表面发黄属低电位走势不正,改变装挂方式。加适量的走位剂。
4 ) 表面起毛齿:电镀液太脏,加强过滤,作适当的槽液处理。
4、品质要求
1) 外观无发黄,针孔,毛刺,起泡,碰伤,刮伤等不良现象。
2 ) 膜厚 15um 以上,盐雾实验48 小时,达美军标9 级以上,电位差130-150mv 区间。
3 ) 结合力能通过60 度弯曲实验。
4 ) 特殊环境的产品,可做相应的变动。
5、铝及铝合金电镀操作注意事项
1) 铝零件电镀宜用铝合金作挂具;
2 ) 铝及铝合金经过浸蚀后的各道工序必须快速进行,机柜铝型材工序之间的间歇时间越短越好,以免重新氧化;
3 ) 第二次浸锌时间不能过长,以免造成过腐蚀;
4 ) 水洗必须洗干净;
5 ) 电镀过程中要防止中途断电。
——————
第四节,铝材的涂装
涂装分为浸涂,喷涂,淋涂,滚涂和刷涂等,其中以浸涂和喷涂为主,浸涂也就是电泳涂装,它采用电化学方法将有机树脂的胶粒沉积在工件的表面上,形成透明或各种色系的有机涂层。其中,阴极电泳是七十年代发展起来的新工艺也是浸涂行业中主要工艺。优点耐蚀性好,抗变色性能强,结合力好的特点。喷涂分为粉体涂装和液体涂装,其中静电涂装是目前业界中比较流行的工艺。
一,涂装工艺范围
由于涂装抗蚀性好,价格低廉,色系多(可以做任何不同颜色)它适合于所有铝件材质,但素材结构太松如翻沙产品,需刮灰作业,相对品质也要较差。
1、静电涂装的工作原理
在泵浦的作用下,使涂料进入电场,涂料颗粒带负电。在雾化气压的作用下,使涂料变的更细和均匀然后在工作气压的作用下,涂料在旋杯或喷嘴的作用下,均匀的喷撒在工件的表面上。由于在同一垂直面上,喷枪和工件的距离是相等的,同一界面电场强度也是一样的,因此正负电荷相吸,工件表面上就涂覆了一层均匀的有机树脂涂层。然后在高温烘烤的条件下,树脂达到流平和固化的状态。牢固的镶嵌在工件的表面上,达到保护工件的作用。
2、铝材涂装工艺流程
机械打磨—>脱脂—>除氧化膜—>铬化—>喷粉或液—>烘烤—>下挂—>全检—>包装—>入库
1)粉液体作业常见异常及处理办法
第五节,铝材化学镀
一,化学镀原理
化学镀是在无电流通过(无外界动力)时借助还原剂在同一溶液中发生的氧化还原作用,从而使金属离子还原沉积在零件表面上的一种镀覆方法。所以化学镀可以叙述为一种用以沉积金属的,可控制的,自催化的化学还原过程,其反应通式为:
二,化学镀的特点
随着工业的发展,化学镀己成为一种具有很大发展前途的工艺技术,同其它镀覆方法比较,化学镀具有如下特点:
1) 可以在由金属,半导体和非导体等各种材料制成的零件上镀覆金属。
2 ) 无论零件的几何形状如何复杂,凡能接触到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层。
3 ) 对于自催化的化学镀来说,可以获得较大厚度的镀层,甚至可以电铸。
4 ) 无需电流。
5 ) 镀层致密,孔隙少。
6 ) 镀层往往具有特殊的化学,机械性能。
由于化学镀有很多的优点,因此化学镀越来越在工业,电子业界中发展速度较快。下面以化学镀镍为例做如下介绍:
1)化学镀镍由于用次磷酸钠作还原剂,因此一般获得的镀层为镍磷合金。依含磷量不同可以分为低磷(1%-4% )中磷(4%-10%)和高磷(10%-12%)。从不同的PH 值的镀液中可获得不同含磷量的镀层,在PH=4-5 时,可获得中磷和高磷合金。从弱碱性液中PH=8-10 中可获得低磷和中磷合金。含磷在8%以上的NI-P 合金是非晶态镀层,因无晶界所以抗腐性能特别优良。通过热处理300-400 度变成非晶态与晶态的混合物时硬度可达HV=1150 ,化学镀热处理后硬度接近硬铬的硬度,是替代硬铬层的理想镀层,又是可在铝上施镀的好镀种(可适合所有铝及铝合金产品,包括锻造,压铸,铝型材等)。缺点:该镀种脆性大,但经热处理后的产品可塑性大大提高。(一般经400 度以上的热处理四小时,其可塑性改善好多)
2)铝材化学镀镍工艺流程:
超声波除油—>除氧化膜—>第一次锌置换—>和化—>第二次锌置换—>化学镀镍—>钝化—>超声清洗—>烘烤—>全检—>包装
3 ) 不合格镀层的退除:
钢,铝,铜,塑胶等化学镍退层均可用浓硝酸退除。但零件要经干燥后入槽,若带入水分将导致基体金属过腐蚀。工作温度在35 度以下。
4 ) 品质要求:
a 、膜厚在5-30um区间
b、盐雾实验达到24小时以上,达CNS标准9 级以上。
c、通过60 度弯曲实验,无脱皮现象
d 、外观无碰伤,刮伤,水迹等不良现象。
e、膜层均匀,不能有雾状,白点,露镀现象
第六节,镀层使用条件的分类及选用
从防腐蚀的要求来看,表面处理的设计应做如下考虑:
1) 贵金属(金,铂),含铬在18%以上的不锈钢,磁性合金材料,以及镍铜合金等,一般不需要再加防护层。
2) 碳钢,低合金钢和铸铁制造的零件,在大气中容易腐蚀,应加保护层。
3) 铜和铜合金制造的零件,根据不同的使用条件,采用光亮酸洗,钝化,电镀或涂漆保护等。用磷青铜或铍青铜制造的精密零件可以不进行表面处理。
4) 铝和铝合金制造的零件,可以采用阳极氧化和封闭处理。不适于阳极氧化的小零件,可采用化学氧化处理。铸造铝合金可采用涂漆防护。
5) 锌合金制造的零件,可以采用磷化,钝化,电镀或涂漆防护。
——————
第七节。等离子表面处理
采用等离子表面处理机对金属镀层纸板进行一定的物理化学改性,提高表面附着力,使它能和普通纸张一样容易粘结。使用常规的水性冷胶就能使覆膜或者上光的纸板在糊盒机上得到可靠的粘合,完全不再需要局部覆膜、局部上光、表面打磨切线等工序,同样也不再需要因为不同的纸板而更换不同的特殊胶水等。
通过等离子表面处理后,不仅可以增强金属镀层纸板对胶水的适用性,不再依赖特种胶水就能实现高品质粘接。而且改善了表面的铺展性能,防止气泡等的产生。而上海轩仪仪器设备有限公司的等离子表面处理设备最为重要的是经过常压等离子处理,可以让纸盒制造商以更低的成本、更高的效率得到品质更为保证的高档产品。
金属镀层纸板等离子表面处理设备plasma等离子清洗机产品特点:
1、覆膜折叠纸盒粘接牢固性,可使用环保水性粘合剂,减少胶水使用量,有效降低生产成本。
2、在正常的工艺设定下处理,表面不会发现任何处理过的痕迹。等离子体接近常温,它不会对表面产生任何热效应影响。
3、在须要处理双面或多面的胶盒时,系统中可能配置不同数量的喷枪来完成前处理工作。
4、等离子体本身是电中性的,在处理镀铝表面时不会灼伤表面。
5、产品可连续运行效率高、处理速度快,粘结可靠、成本低等优点。
6、可调整等离子体功率、处理距离、清洁速度进行质量控制。
——————
第八节。铝材的电泳处理
铝材的彩色电泳涂装是一种新颖的表面处理工艺。它采用电化学方法将有机树脂的胶体粒子沉积在零件上,形成透明或各种颜色的有机涂覆层。根据电泳漆中的树脂粒子电离后带电状况的不同,可分为阳极电泳(树脂粒子电离后成负离子)及阴极电泳(树脂粒子电离后成正离子)。
电泳涂覆层的耐腐蚀性能极其优良(能通过中性盐雾试验400 小时以上),抗变色性强;与基体金属的结合力好,可进行各种机械加工;涂覆层色彩鲜艳,根据用户的要求可以配制成各种颜色,常见的有金色,咖啡色,枪色,黑色等;与油漆比,施工性能好,对环境的污染和危害小。因此应用在汽车外壳及各种配件,自行车车把及配件,各种日用小五金配件,家具,工艺品等。由于阴极电泳比较先进,下面我们以阴极电泳作为我们介绍的主要课题;
阴极电泳涂装是一复杂的电化学和胶体化学过程。电泳漆本身是一个胶体和悬浮体的多组分体系,存在着弥散相(树脂,颜料微粒)和连续相(水)二种组分。阴极电泳的四种过程:
1、电泳 带正电的水溶性树脂粒子及其吸附的颜料,向阴极移动。
2、电沉积 带正电的树脂粒子到达零件(阴极)表面放电,形成不溶于水的沉积层,经烘烤后形成漆膜。
3、电渗水份从沉积层渗析而出,当含水量下降到5%-15%时,即可烘烤。
4、电解水被直流电电解,放出氢气与氧,由于电解导致渗透力下降,影响漆膜外观,降低漆膜附着力,增加电耗,因此,减弱水的电解是很必要的。
电泳的工艺流程:
脱脂—>除氧化皮—>铬化—>电泳—>烘干—>包装
五, 品质标准
1)外观无色差,桔皮,针孔,彩虹,碰伤,刮伤等其它异常
2)膜厚在 40-60um,盐雾试验 400 小时以上,过 CNS 标准的9级以上
3)膜层能过 60 度抗弯曲实验,无脱皮现象
4)百格试验和落球试验均能达到国标
但是铝合金表面硬度低,不耐磨,其应用范围受到一定限制,对铝合金进行硬质阳极氧化(阳极硬化)处理,可以获得与基体结合力好、具有一定厚度的膜层,能使用在铝制传动花键、轴承安装位置、螺纹紧固处等部位。(当然规则对某些部位的铝合金件也做了阳极硬化的要求,有人说做了没必要或者做了其他的比如镀硬铬等呵呵,其实阳极硬化的实用性和功能性的优势和必要性还是显而易见的)
根据调研和实验,7系铝合金在做完阳极硬化后,氧化膜厚度可为30μm-50μm,硬度为50-55HRC,可使铝材满足花键要求。(电解液为草酸,直流,电解温度0度以下,氧化颜色为带有金属光泽枯草黄绿色--屎黄色)
能做这项工作的工厂少之又少,这项技术会的技术人员更是稀少,小弟不才,在前辈和队友努力下,找到一家为出口活塞和核电设备做氧化的厂家,最终还是成功做了硬质氧化的铝制花键,其中曲折不多说,说一下具体步骤和注意事项吧。
氧化前的准备:
1,氧化要在完成所有机加工之后成品之前做
2,有条件最好做一下金相分析,确定材料真假,或者让供应商提供成分报告(据本人调研国内南平铝和西南铝还是不错的,货单上会提供这份报告)被某些材料供应商提供的假铝材坑到哭,成分不明确,烧蚀了我第一个做的最完美的加工件(因为不同系列铝材电解液配比不同,而且两种不同系列材料在一电解池中氧化肯定会发生烧蚀)
氧化过程:
1,首先要酸洗,这里要注意,酸洗之前一定要明白之前做没做过放电类的加工,比如说电火花放电加工花键,线切割加工等,如果有加工表面也会形成一层坚硬的氧化膜(是不是氧化铝没研究),酸洗一定要把这层膜腐蚀掉,否则这部分不导电不会被附上氧化膜,但是这样会影响工件的表面光滑度和亮泽,使工件发暗。为了使表面平整光亮,达到德雷克斯勒差速器壳的效果,我用抛光磨片加抛光蜡打磨了一次,但结果却呵呵,后来跟专家了解到,金属加工表面是物理平整,就是凸凹抚平的感 觉,氧化中会使其暴露,想要镜面效果只能通过化学抛光,用硝酸等化学试剂对加工表面处理再去氧化会得到镜面效果,因为这项工艺会对周围环境污染极大,极少有做的,所以处女座的朋友可以试试。
2,注意计算好工件表面积,这会和通电电流有一定比例关系,还有草酸含量也有关,否则会出现上膜慢,膜层较薄等问题,当然也和电解液有一定关系,我这边厂家只能做草酸的
3,电解过程中切勿频繁取出查看膜的厚度,会发生再次放入氧化池不反应的问题
4,注意控制好电流,过大会烧蚀,过小不反应
5,达到膜厚要求后取出后颜色会较重,用水清洗后,光泽十分好,水层干了之后会变暗,应该是正常反应,刚做出来那个亮啊
6,用测膜厚仪器多测几个点,我要求做到50丝硬度50多度(1丝,=0.01毫米=10微米),在因为材料失败过一次之后,第二次完美成功。测硬度,简单点可以用钥匙,钥匙不会在上面留下划痕的,氧化之前则不然。
注意氧化后就尽量不要再加工了,铝花键经过氧化之后更加放心,而且材料用的更极限,体积更小质量更轻,我做的差速器壳总重0.9KG,加上CUSCO差速器一共重2.5KG。
附上7系铝材的物理和化学成分,希望你们做金相实验和分析的时候能用得到
7075铝合金物理特:
性抗拉强度:524Mpa
0.2%屈服强度:455Mpa
伸长率:11%
弹性模量E:71GPa
硬度:150HB
密度:2.81g/cm^3
抗拉强度 σb (MPa):≥560
伸长应力 σp0.2 (MPa):≥495
伸长率 δ5 (%):≥6
7075铝合金化学组成:
硅Si:0.40
铁Fe: 0.50
铜Cu:1.2-2.0
锰Mn:0.30
镁Mg:2.1-2.9
铬Cr:0.18-0.28
锌Zn:5.1-6.1
钛Ti:0.20
铝Al:余量
其他: 单个:0.05 合计:0.15
7050铝合金化学成分:
铝(Al) 余量
铬(Cr)≤0.04
锆(Zr)0.08~0.15
锌(Zn)5.7~6.7
硅(Si)≤0.12
铁(Fe)0.000~0.150
锰(Mn)≤0.10
镁(Mg)1.9~2.6
钛(Ti)≤0.06
铜(Cu)2.0~2.6
(区分2系与7系主要金属看锌和镁,7系之间区分看铜和锌含量)
6063铝合金
T1处理的屈服强度:90MPa,硬度:42HB
T5处理的屈服强度:175MPa,硬度:60HB
T6处理的屈服强度:210MPa,硬度:73HB
T832处理的屈服强度:240MPa,硬度:95HB
10HW对应的强度大致是120MPa,13HW对应的强度大致是270MPa。这个HW对应强度是外推的,所以只能做参考。
从外形上,我们很难区,如果看到的是一只已加工后的零件,就更难区别了。 所以,我们只能倒过来分析与判断:
一是压铸件一般是“结构件”,而压铸模锻件则是“功能件”。“结构件”,与“功能件”是相对的。后者一般指要承受冲击、高温、压力、强度(力),以及要表面处理(如阳极氧化)、热处理(固熔强化)等。典型产品是发动机缸体、轮毂、活塞、连杆、刹车蹄、气动或液压阀体(如常见的三位五通阀)等。前者则如车门架、仪表面板、发动机外罩等。
二是从材料成份上判断。因为压铸件一般都是铸造类合金,对于其它牌号的合金,往往是用压铸模锻工艺生产。
三是从毛坯对其外表面的处理要求上判断。如铝压铸件,由于含有硅,且因压铸工艺生产出来的毛坯,外表面有显微气孔(俗称“水纹”),这种材料阳极氧化处理后表面会有“黑点”。所以,毛坯如要求阳极氧化,则这种毛坯都不会用普通压铸工艺生产。
四是从金相组织上进行判断。压铸件与压铸模锻件在金相上我们很容易区别。前者是枝晶状铸态组织,后者是均匀的破碎晶粒的锻态组织。
二、材料:超声波熔接要求金属材料柔顺性好(声波在传递过程中对机械损耗小),超声波模具材料最常用的是铝合金及钛合金,偶尔也会用到钢材。常用于制作超声波模具的材料型号及特性如下:(东莞亿信超声波公司所生产模具材料均采用美国美铝材料,所用材料均达到美国铝业行业协会ASTM标准)
1、铝镁合金7075-T651,铝锰合金2024-T651,铝铜合金6061-T651A、7075-T651:使用于振动系统及Horn制造,该材料具有极高的机械屈服强度,是制造超声波模具材料的首选B、2024-T651:一般用于HORN制造,轫性佳,热传导性强,硬度适中,用于制作一般塑胶制品超声波模具C、6061-T651:一般用于出力较低的HORN制造,轫性佳,质地相对7075材料来说软一点。
2、钛合金:配合连续发振的超声波机器使用,轫性较高,热传导好,硬度高,使用时间长,但是成本昂贵。
3、国产硬质铝合金:一般用来做一些要求不高的超声波模具,常用于不用出力的超声波下模,热传导低,如用来生产超声波模具,对超声波机器损害大,生产成本低。
制作一套超超声波模具,要注意以下事项:产品的要求:超声波模具使用时间的长短、磨损率
麻点腐蚀
某些金属在大气环境下,表面会形成一薄膜而失去相对的化学活性,而使腐蚀行为变弱,此种现象称为钝化(passivity),如︰不锈钢、铝、铅、钛等合金均具有此特性。麻点腐蚀专发生于具有钝化膜的金属表面上,其中以不锈钢最容易发生。
麻点腐蚀是一种局部的腐蚀现象,金属表面呈现多处点状的锈蚀,直径可由0.002到0.2公分,腐蚀方向为垂直向下侵蚀,发生原因是由于环境或金属表面的性质不均匀(如︰表面缺陷、成份不均等),导致环境中的氯离子被吸附在金属表面某些点上,使钝化膜破坏生成微小的孔洞,孔洞底部因空气不流通缺氧而形成阳极,孔洞外围则因氧气充足形成阴极,在阴阳两极的电化学反应下,金属表面就发生麻点腐蚀。
图1 不锈钢表面的麻点腐蚀
麻点腐蚀的危险在于其外表特征微小而难以察觉及预防,以致结构已有严重的麻点腐蚀仍不自知,造成结构突然的意外破坏。
金属表面的小刮痕或刻痕,很容易导致麻点腐蚀的发生,因此要防止此种腐蚀,金属表面镜面(mirror polish)处理是个相当有效的方式。
异电位腐蚀
异电位腐蚀的现象可说是电镀的逆过程,电镀时两根金属棒分别接于直流电源的阳极和阴极,并置于电解液中形成电导通状态,阳极的金属棒在电解液中会溶解成金属正离子和电子,金属正离子会被阴极金属棒所吸引,和其电子结合成金属附着沉积于表面上;电子则在直流电源的驱动下去补充阴极金属棒所失去的电子。在这个过程中,阳极的金属棒因持续溶解而逐渐被“腐蚀"。
同样的道理,当两种或两种以上不同的金属材料搭接成电导通状态时,因为彼此间的电位(potential)不同,材料间就会有电流通过,加上潮湿的环境有类似电解液的功用,致其中某一材料会产生坑洞状的腐蚀,并有硫化物、氯化物(chloride)、氧化物的沉积。被腐蚀的材料称为阳性(anodic)或活性(active)材料,未被腐蚀的材料则称为阴性(cathodic)或惰性(passive)材料。
图2 镁金属表面与不锈钢件接触面产生的电位腐蚀
一般而言,会影响异电位腐蚀速率的因素有:
组成成分:不锈钢表面的铬(chromium)若和铁混合成合金状态,则此不锈钢成为活性材料;若成氧化铬的型态,则成为惰性材料。后者也是不锈钢和铝合金搭接时,为防止异电位腐蚀而实施表面钝化处理(passivating treatment)的原理。
相对面积:异电位腐蚀的速率和惰性/活性材料的面积比成正比,若大面积的活性材料和小面积的惰性材料相搭接,则大面积下电流密度会被稀释,活性材料可能就不会被腐蚀。反过来说,小面积的活性材料和大面积的惰性材料相搭接,则由于电流密度的增加,活性材料很快就会被腐蚀殆尽。
极性改变:在某些情况下,相搭接的金属极性会改变,使腐蚀的发生位置和预期相反。例如铁和锌搭接时,在含有硝酸盐(nitrate)或重碳酸盐(bicarbonate)的溶液中,当温度超过140℉时,电极性会改变。其原因目前仍不清楚,不过一般相信和腐蚀物的导电度有关。最常见的例子是铝梯中的钢制螺栓,虽然铝合金的电位较高,但实际情况是钢制螺栓腐蚀很快,而铝梯则没有什么影响。
要防止异电位腐蚀,相互搭接的各结构零组件得挑选电位相近的材料,注意配对的材料是否有异电位腐蚀的顾虑。各种材料彼此间的影响程度是根据相互间的相对电位差而定,差距越大,异电位腐蚀越激烈。
通过对几种常见金属的相对活性比较,位置越往上的材料其电位越高,活性也越大,容易被腐蚀;位置越往下的材料其电位越低,惰性也越大,有免于被腐蚀的保护作用。
如果非得使用不同类型的材料,可以用不导电的分隔物把两材料分开,让彼此完全绝缘,一般也可以用铬酸盐(chromate)或环氧树脂(epoxyresin)涂装做阻隔,但前提是这些涂层不会受到机械性的破坏。若实在无法解决,就得先防患未然,将活性零件做得大一些,或是做成容易更换的零件。
在以往飞机工业未使用先进复合材料(Advanced Composite Material)前,所使用的材料主要是铝和经过钝化处理的不锈钢,异电位腐蚀较不常见,但随着对性能及隐身性的要求,新一代战机已广泛采用此种强度高、重量轻、雷达不易探测的新材料。先进复合材料中的石墨(graphite)纤维和铝的电位差很大,两者交界面有异电位腐蚀的顾虑,地面维护人员在平日维修时要特别注意。
图3 常见金属的相对活性比较
鳞落腐蚀
顾名思义,鳞落腐蚀的外观会有如鱼鳞片般的迭层剥落,这种腐蚀具有明显的方向性,通常会平行于滚制(rolled)或射出成形(extruded)的面,侵蚀被拉长的材料晶粒,造成表面结构的脱层(delamination)或形成多层面(stratification)。
环境因素是造成鳞落腐蚀的主因,例如环境中有氯化物和溴化物(bromide)离子的存在、高温、酸性的环境、间歇性的干和湿……等,后者尤其会产生不可溶解的腐蚀物,加快腐蚀速率。
在材料表面涂装底漆及化学保护膜可改善鳞落腐蚀抵抗力,不过这只能延缓鳞落腐蚀发生的时间,无法完全防止,且一旦此保护层被腐蚀,则底下的材料将处于无保护状态,短时间内会被腐蚀而破碎。
鳞落腐蚀的一般处理原则是磨除腐蚀区域,再加以适当的表面防蚀处理。
图4 T-37教练机角条鳞落腐蚀
应力腐蚀
应力腐蚀是材料在化学侵蚀环境下与机械性拉伸应力同时作用下的结果。一般的腐蚀是以材料被剥蚀的型态出现,而应力腐蚀则以裂纹的型态出现,且表面几乎没有任何腐蚀物堆积的现象,因此很容易被忽略,形成潜伏的危险因素。造成应力腐蚀的四个基本条件是:敏感性合金(susceptible alloy)、侵蚀环境、施加或残余拉伸应力、以及时间。
应力腐蚀广见于多种材料及环境中,根据统计,应力腐蚀损坏最常出现于低合金钢(low alloy steel)、锆(zirconium)、黄铜(brass)、镁(magnesium)及铝合金。这些材料应力腐蚀损坏的外表及行为都不相同,不过一般而言都具有一些共同的特性:
1.大部分破断面在巨观下是脆性(brittle)带有少量的韧性撕裂(ductile tearing)现象,有些材料的破坏模式会介于韧性和脆性之间。
图5 F-5前机身上纵梁应力腐蚀裂纹
2.一定是拉伸应力(tensile stress)和环境同时作用的结果,轮流作用不会产生应力腐蚀,且应力大小没有绝对的关系。应力大,环境的因素就比较小;应力小,环境的因素就比较大。
3.材料表面的氧化膜受到机械或化学外力的破坏形成小凹洼(pit),应力腐蚀初始裂纹(initial crack)就由小凹洼的根部开始成长,这段期间应力的影响很小,腐蚀是主要的原动力(driving force),裂纹方向和主应力(principal stress)方向一致,与一般疲劳裂纹和主应力方向垂直的情况大不相同。
4.裂纹走向会在沿着晶粒边界(intergranular)或穿透晶粒(transgranular)中二选一,全看材料、环境、应力大小这三者的组合而定。在不锈钢材里,裂纹通常会穿透晶粒,且会造成一特别的晶体面(crystallographic),但在某些介质中,特别是腐蚀性溶液或是高氧化物漂白剂中,裂纹会沿着晶粒边界。在高强度合金钢中,裂纹会沿着晶粒边界;铝合金基本上亦是如此。
5.裂纹成长的过程本身就有自我催化(self-catalyzing)的作用,正在成长中的裂纹尖端局部之成长速率至少为疲劳裂纹的百倍以上,所以一旦发现应力腐蚀裂纹后就得尽快处置。
6.形成裂纹需特定的合金和环境,虽然许多环境都能产生相近的腐蚀生长速率,但不同的合金对应力腐蚀的敏感度差异甚大。
应力腐蚀裂纹必需在腐蚀表面上有拉伸应力,此拉伸应力可以是外加,也可以是残余应力(residual stress),其中残余应力更是问题的所在,因为它是隐藏的,在设计时常会被忽略。残余应力的来源可能来自制造过程,如:冷加工时变形不均匀、热处理后退火冷却速率不同;或是来自装配时的紧配(interference fit),铆钉、螺栓变形等。
1970年前后进入美国空军服役的F-5型战斗机,因前机身上纵梁使用材料为对应力腐蚀甚为敏感的7075-T6铝合金,致在服役相当时间后发生了应力腐蚀裂纹,美国空军不得不在1990年代中期进行全机队结构返厂修改,更换改变热处理而提升抗腐蚀能力的7075-T73新制上纵梁。
航空史上最著名的应力腐蚀裂纹飞行安全事件,是发生于1988年4月28日的美国阿啰哈(Aloha)航空公司,一架波音737-200机身前段大片上蒙皮于飞行途中脱落,幸赖驾驶员的技术高超而平安落地。飞机失事前,已累积了35,496飞行小时,89,680次起降,是此型飞机全世界起降次数排名第二的飞机,(第一名是阿航的N73712)。
图6 美国阿罗哈航空公司一架波音737客机前机身蒙皮因应力腐蚀裂纹而飞脱
波音737飞机的经济服役寿命(economic service life)为20年,51,000飞行小时和75,000次的舱压周期。根据阿航的飞航记录,大约每1飞行小时会发生3次的舱压周期,而波音的经济寿命预测,是根据每1飞行小时1.5次的舱压周期,因此阿航的舱压累积周期数是波音预测的两倍,而在加舱压的机身内,舱压周期是造成疲劳裂纹的最主要因素。失事后的调查结果也发现机身上下蒙皮迭接处多颗铆钉孔边,早已各自存在着相当长度的应力腐蚀裂纹,这些裂纹在失事时的舱压作用下串连成一条长长的裂纹,毫无阻力地继续向前延伸,引起舱内失控的泄压,造成蒙皮撕裂而飞脱。
图7 阿罗哈航空公司失事客机的蒙皮应力腐蚀裂纹型态
由于应力腐蚀必需是应力、敏感性合金、以及特定环境下三者同时作用才会产生,故若要防止应力腐蚀,可从改变这些因素来着手。
降低应力:这有好几种方法,如:增加材料厚度或降低负载都是可行的方式。如果零件因重量关系无法增厚,可在表面上用珠击(shot peening)或滚压(surface rolling)的方式加上压缩残余应力(compressive residual stress)。
改变环境:抹去结构表面上沉积的水气、污物、清洁剂残痕等,都是很有效的预防措施。
更换材料:这是最方便的作法,若无法改变应力和环境,这也是唯一的对策。一般是改用不同热处理方式以增强抗腐蚀能力的同型号材料,但若改用其他材料,如︰铝合金改用铝锂(aluminum-lithium)合金,钢改用钛合金……等,就得一并考虑更改材料后全机重心改变、震动模态(vibration mode)变更、与邻近材料的异电位腐蚀……等相关问题。
表面处理:阳极化(anodize)或阴极化(cathodic)表面处理都会在材料表面形成一保护膜,降低外界的腐蚀作用,但此种处理会降低铝合金的疲劳强度,且阴极化处理也不能用在高强度钢材,或是对氢脆化(hydrogen embrittlement)敏感的材料,因为表面阴极化会增加氢侵入的速度。若表面有裂纹,局部处理的效果也不好。
未故意添加任何合金元素的铁(Fe)--碳(C)合金为碳钢,碳在钢中有提高强度的作用
,含碳量越高,强度越好,但含碳量高于0.8%时,含碳量越高,钢越脆,因此在车架及
前叉的材料为强度适中,塑性佳,易加工的中低碳钢,碳含量约0.25%---0.35%。
碳纤维 (CERP)
碳素纤维的学名叫“聚丙烯晴基碳纤维”由碳纤维与相关的基体树脂(如环氧树脂)备制的复合材料其多项物理力性能如:比强度、比弹性率等可以与金属媲美,但是比重却比金属轻得多。碳纤维车架的特徵是「轻、不弯曲、冲击吸收性好」,但是,充分发挥碳纤维的优异性能,在技术上看起来不是那么容易,各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。自行车厂家考虑到成本问题,不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。虽然存在上述的现实问题,但是碳纤维车架还是具有其他素材所没有的优点,可以制造8、9kg左右的轻量自行车,这种碳纤维轻量自行车,登坡时最能体现其优点,登坡顺利而爽快。而不会像一些轻的铝合金车架,登坡时感到有一种向后拉的力量。
碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。非常轻,但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断),因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。
通常每束含3000根碳素纤维的称为3K编织的碳纤维布,按照每平方厘米的编织密度计算可分为:5束、6束、7束、8束等,其单层厚度约在0.25——0.29mm之间,密度越大、厚度越厚。每束含1000千根的称为1K,其编织密度会大大超过3K碳纤维布,但是它的厚度却只有0.15—0.2mm左右。由于工艺复杂1K碳纤维布的价格几乎是3K碳纤维布的3倍,也许是性价比的缘故,多数制造商均采用3K碳纤维布制作。
●碳纤维车架的优点
(1).可以制作重量轻的车架
碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻,这是它的密度和强的拉伸强度构成的。
捷安特的碳纤维车架非常轻,2000年的型号1.2kg重
(2).冲击吸收性好
碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿,或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能,制作不用避震器的自行车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大,有的很硬,因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。
(3).可以制造各种形状的车架
碳纤维的基本成型方法是,在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如TREK的Y车架是著名的。
●碳纤维车架的缺点
(1).复杂的应力计算
构成碳纤维车架的是碳纤维,它的特点是拉伸强度强,但剪断强度弱,加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性),根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异,应选择有经验而可靠厂家的制品是很重要的。
(2).难于更改尺寸
由于作好模具后成型,难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。
(3).老化?
使用树脂因此会不会老化?这是一个存在的课题,它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。
CrNiMo铬钼钢
铬钼钢 (Fe-Cr-Mo)
在自行车的100年历史当中,铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。铁制车架的最大特徵是可在各种成份,各种粗细厚薄的铁管中,任意选择所需要的铁管进行加快。因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架,这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。它的最大的缺点是比起其他的素材重(过去)。但是最近的铁素材车架经过热处理,把薄的管道做成粗的管来使用,其重量不会输给轻的合金。
铬钼钢是铬、钼的合金。它的性能如下:
○淬火性好。
○对回火处理的抵抗性大。
○回火脆性倾向少。
○高温加工性好,加工后美观。
○熔接性好。
●铬钼钢车架的优点
(1).加工性好
铬钼钢的车架是历史最久的车架,因此对它的研究时间也最长。现在能做到车架所需强度的极薄的管道。
(2).冲击的吸收性能好
骑感极好,如「像弹簧般的骑感」。构成车架的铬钼钢管道有优异的吸收冲击的性能。
(3).焊接容易
铬钼钢比起钛、铝焊接容易。可以设计成名种形状。另外,焊接后也不需要热处理,因此不需要大型的热处理设备,成本低。
(4).价格便宜
虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵,但一般价格便宜。也可以说,用便宜的价格买到高挡次的车架。
●铬钼钢车架的缺点
(1).容易生锈
车架用的铬钼钢含有铬,但是添加量少(不锈钢含有12%的铬)的铁系合金。若没有施有表面处理的话,有伤口时容易生锈。但是一般都有进行防锈加工。自行车的场合,管道的肉压薄,生锈后的影响将会非常大。生锈→肉压减少→强度下降(应力集中)。
(2).金属的疲劳显著(应力集中引起的金属疲劳)
若使用肉薄的铬钼钢车架时需要注意!当然金属疲劳这个现象任何金属都会产生包括铝等在内。金属疲劳现象简单地说:金属虽然具有防止塑性变形的小小的力量,但是反复施加应力时,金属可能被破坏(被称为微细的应力集中)。飞机出事时,有时候也是某部分的金属疲劳引起。对自行车来说,由于金属疲劳的原故,可能出现强度不能保持。例如,进行DH时产生的冲击缩短了自行车的寿命。若感觉到踩踏时不那么顺利前进时很有可能是金属已发生疲劳。
焊接部位,如从管道侧(母体)到溶融的部位(溶接部),结晶的特性都会显著变化。为使这些组织均一化,本来应该再次结晶化(详细内容后述)。但是车架加工厂不一定有这种大型炉,另一方面,这种加工使已经冷却过的再次硬化,使得变增强的管道的强度降低。
由于存在上述原因,焊接时采用各种方法来加工。如利用低温焊接等方法制造车架。不管是任何优秀的焊接,,焊接部位(1000°C以上)和另管道侧(室温)之间的温度差,冷却时收缩而发生残留应力。该部位受到应力集中时,可能会产生裂缝。结果自行车骑的时间长时可能会引起金属疲劳,微观的硬化加工也使冲击的吸收性也变得差.
铝合金 (Al-Mg-Si,Al-Zn-Mg-(Cu))
很久以前就有用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点。但是从「轻」来说,当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是「虽轻但易弯曲 」。虽然经过多次改进,但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架,为了提高杨氏弹性模量,加大管道外径,使用扁平管,或者对铝管进行热处理等,制造出轻而有刚性的车架,这种最新的铝合金车架对车手来说,具有足够的轻量与刚性。
铝合金是纯铝中加入Mg,Zn,Si,Cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点,加入其他金属后显著提高了机械性能。自行车所使用的铝合金多数为6000系(Al-Mg-Si)和7000系(Al-Zn-Mg-Cu)两种,经过热处理(铝耐高温,在高温下能改变性质)可以制成名种各样的材料。
6000系被认为是耐腐蚀、强度好、焊接性也好的材料。下表表示使用最多的6061合金的机械强度。
7000系是铝合金中最强的材料。尤其是7075是特超硬铝(制造飞机的材料),但是它的焊接难度大,耐腐蚀性差(会发白)等。下表表示使用最多的7005和7075合金的机械特性。表中的有关热处理以如下数字来表示:
-0:完全退火
-T5:人工时效(无溶体化处理)
-[T6]:溶体化处理后人工时效
-T7:溶体化处理后稳定化处理
-T8:溶体化、硬化加工、人工时效
●铝合金车架的优点
(1).可以制作重量轻的车架
铝的比重轻但不够硬,为了增强强度把它制成合金并施予热处理。[热处理技术]采用时效析出增强法,简单地说,在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时,会引起时效析出,若没有经过这个程式的车架,也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。
许多铝合金制车架用6061T6材料来制造。T6标志表示经过热处理、时效。若没有热处理的话强度只能达到1/2,或者1/5的程度。
有7075标志的自行车零件(如XTR曲柄等),严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效,因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理,通过热处理其强度可以增加5倍。
另外,7005合金也常用来制造车架,它的强度比不上7075,但是它在常温下也能够进行足够的时效的材料。这种材料也可用Padded加工制成薄料。但是材料本身的强度及杨氏弹性模量低,因此加粗管道直径来提高刚性。通常被称作铝制粗管道的是这种类型。
(2)长时间使用外观不怎么变化
铝本身是很容易受腐蚀的金属,在空气中几乎不存在没有被氧化的铝,放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈呢?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。
另一方面,骑这种材料制造的自行车时,骑的次数越多,应力发生的次数也高,强度也显著引起变化。近来为了谋求轻量,许多车架使用薄料来制作(薄的程度已达到极限)。这些都是使用没有疲劳极限的铝合金来制作车架,到底长时间使用后强度变化将是如何呢!Dedacciai公司制作的SC61-10A等是表面施有喷丸硬化加工(KET处理)的管道,这种加工的目的是延长疲劳的寿命。根据公开的资料,能提高140%。,KET处理是:疲劳破坏是在金属表面上所发生的裂缝为起因,因此用硬化加工技术来提高金属表面的硬度。
●铝合金车架的缺点
1).铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道,或者改变形状如cross-over管、padded管等。
(2).需要进行热处理
必需进行热处理,否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管,多数情况是管道厂家指定热处理条件。
●铝合金的分类 : 工业上对铝合金有一个以4位数规格编号来表示其材质,特性与主要用途如下列:
1000系列 纯铝(Al含量(质量分数)不小于99.00%) :
1050,1070
高纯铝、电导性、热传导性、耐蚀性
导电材料、热交换装置 化工类装置配管。
------------------------------------------------
2000系列 以铜为主要合金元素的铝合金 :
2011,2014,2017,2117,2024
切削性优秀、高强度、 耐蚀性不强
杜拉铝总称、切削材、零件螺丝等结构材、飞机材、锻 造用素材、汽机车油压零件、运动用品 。
------------------------------------------------
3000系列 以锰为主要合金元素的铝合金 :
3003,3203
耐热性比纯铝好、强度高、耐蚀性良好
化学装置配管、热交换装置、 复印机用感光筒。
------------------------------------------------
4000系列 以硅为主要合金元素的铝合金 :
4032
耐热、耐磨耗性良好
VCR 磁头、活塞构件、锻造用。
------------------------------------------------
5000系列 以镁为主要合金元素的铝合金 :
5052,5056
中强度合金、耐蚀、熔接性良好
化工业配管、机器零件、照相机镜筒。
------------------------------------------------
6000系列 以镁、硅为主要合金元素,并以Mg2Si相为强化相的铝合金 :
6061
耐蚀性优秀的中强度结构合金,可熔接、加工性好
路上车辆、船舶、海上运输机材、道路用建材、运动用品等。
6063
耐蚀性、表面处理性良好、挤压性优秀
占挤压材的大半建材、建设材、装饰品材、家电制品材及其他一般泛用品。
------------------------------------------------
7000系列 以锌为主要合金元素的铝合金
7005
中强度
熔接用结构合金、车辆、汽车、机车零件。
7075
称为超杜拉铝、为最高强度合金、耐蚀性、熔接性差
高强度用材: 飞机等机械零件、运动用品等。
------------------------------------------------
8000系列 以其他合金元素为主要元素的铝合金
8090,8091
实用合金极少
------------------------------------------------
9000系列 备用合金组
9000系列铝合金材质,是被美国国防工业保护,目前自行车工业只有 Klein 及 Trek 有在使用, 9000系列铝合金材质特性是超轻、超高强度、熔接加工性优良,大多用在航太工业上。
●铝合金在自行车产业的运用
在自行车工业上有用到的铝合金材料的零件实在是非常的多, 举凡看得到的金属零件部分将近95%皆可以使用铝合金材料。像是轮圈 、辐丝头、花鼓、曲柄、歯盘、飞轮、车手、煞车夹器、龙头、座管、座垫弓、前叉碗.....等等。
大部分的材料皆是2000、5000、6000及7000系列,车架及前叉部份则以7000系列用的最多。
另外在2000及6000系列的部分也用的很多,例如车手、煞车夹器、曲柄、龙头、座管....等等。铝合金材料的大量运用在自行车工业上也不过是近 20年来的事,虽然铝合金材料已经在自行车工业上使用很久了,但是加工层次的进步及普及才是铝合金材料被大量运用大力的推手。
以台湾为例:铝合金自行车车架是约1986年出现, 当时热处理及焊接技术尚未成熟,大家对铝合金的特性也不是非常了解,但是经过4-5年的摸索,大家已经能抓到生产的窍门并开始大量生产了,尤其是在管材及加工层次的运用。
但是各位一定会问到:铝合金这样软的材料如何可以做自行车的车架及其他的零件呢 ?
答案很简单,那就是将铝合金变硬就好了。也就是说加上[热处理技术]的过程,就可以将铝合金材料变硬了,这样一来就达到自行车车架及其他零件的安全标准了。
钪合金Sc-Al
Sc-Al中间合金,铝镁基合金的最有效改进剂;生产导弹和制造航天器、汽车、船舶等的特种合金。钪对铝合金具有非常神奇的合金化作用,在铝中只要加入千分之几的钪就会生成Al3Sc新相,对铝合金起变质作用,使合金的结构和性能发生明显变化。加入0.2%~0.4%Sc可使合金的再结晶温度提高150~200OC,且高温强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能均明显提高,并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象。
通过添加微量钪有希望在现有铝合金的基础上开发出一系列新一代铝合金材料,如超高强高韧铝合金、新型高强耐蚀可焊铝合金、新型高温铝合金、高强度抗中子辐照用铝合金等,在航天、航空、舰船、核反应堆以及轻型汽车和高速列车等方面具有非常诱人的开发前景。据报道,在该方面研究最早、最深入的俄罗斯已经开发出了一系列性能优良的铝合金,并正在走向推广应用和工业化生产。1420合金已广泛用作米格-29、米格-26型飞机,图-204客机及雅克-36垂直起落飞机等的结构件。1421合金还以挤压异形材的形式用于安东诺夫运输机作机身的纵梁。此外,美、日、德和加拿大以及中国、韩国等也相继展开对钪合金的研究。近几年,美国已将钪铝合金用于制造焊丝和体育器械(例如棒球和垒球棒,曲棍球杆,自行车横梁等),钪铝合金制造的棒球棒和垒球棒已在多项世界大赛及夏季奥运会的比赛中得到使用。
由于钪的熔点(1540℃)远比铝的熔点(660℃)高,钪的密度(3.0g/cm2)则与铝的密度(2.7g/cm3)相近,曾考虑用钪代替铝作火箭和宇航器中的某些结构材料。美国在研究宇宙飞船的结构材料时要求在920℃下材料还应具有较高的强度和抗腐蚀稳定性,且比重要小,据认为钪钛合金和钪镁合金是具有熔点高,比重小和强度大等特点的理想材料之一。钪也是铁的优良改化剂,少量钪可显著提高铸铁的强度和硬度。钪也可用作高温钨和铬合金的添加剂。
镁合金
镁是极易燃烧的金属,早期摄影用镁光灯,即燃烧镁粉所造成强光,镁合金的重
量及强度约为铝合金的2/3,虽然轻,但不易加工,且较脆,一般车架,极少使用。
镁是工程应用中最轻的金属结构材料,其密度仅为1.8克/厘米3,是钢的1/4,铝的2/3。由于镁合金质量轻、比强度和比刚度高、阻尼减震性好,还具有优良的切削加工性能,在航空、航天、汽车、轨道交通和电子工业中具有十分广阔的应用前景。虽然镁元素的发现时间同铝接近,相对于全世界年用铝量2700万吨的水平,镁的使用量还较小,因此发展镁产业还具有巨大的机会和潜力。在镁科学与技术研究方面,全世界包括西方发达国家对镁的研究和开发还十分有限,国内与发达国家的差距远远不如在铝和钢铁方面那么大,只要我们抓住机会,开展原创性的研究开发工作,完全有可能在镁产业发面实现跨越发展,形成创新—设计—制造的完整产业链。
1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管,各种软管,烟花粉
1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合,但对强度要求不高,化工设备是其典型用途
1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件,例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具
1145 包装及绝热铝箔,热交换器
1199 电解电容器箔,光学反光沉积膜
1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材
2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品
2014 应用于要求高强度与硬度(包括高温)的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料,车轮与结构元件,多级火箭第一级燃料槽与航天器零件,卡车构架与悬挂系统零件
2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金,目前的应用范围较窄,主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件,螺旋桨与配件
2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件
2036 汽车车身钣金件
2048 航空航天器结构件与兵器结构零件
2124 航空航天器结构件
2218 飞机发动机和柴油发动机活塞,飞机发动机汽缸头,喷气发动机叶轮和压缩机环
2219 航天火箭焊接氧化剂槽,超音速飞机蒙皮与结构零件,工作温度为-270~300摄氏度。焊接性好,断裂韧性高,T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力
2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料
2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件
2A01 工作温度小于等于100摄氏度的结构铆钉
2A02 工作温度200~300摄氏度的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片
2A06 工作温度150~250摄氏度的飞机结构及工作温度125~250摄氏度的航空器结构铆钉
2A10 强度比2A01合金的高,用于制造工作温度小于等于100摄氏度的航空器结构铆钉
2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉
2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等,建筑与交通运输工具结构件
2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件
2A16 工作温度250~300摄氏度的航天航空器零件,在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱
2A17 工作温度225~250摄氏底的航空器零件
2A50 形状复杂的中等强度零件
2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等
2A70 飞机蒙皮,航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等
2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件
2A90 航空发动机活塞
3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件,或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作,如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置,运输液体产品的槽、罐,以薄板加工的各种压力容器与管道
3004 全铝易拉罐罐身,要求有比3003合金更高强度的零部件,化工产品生产与贮存装置,薄板加工件,建筑加工件,建筑工具,各种灯具零部件
3105 房间隔断、档板、活动房板、檐槽和落水管,薄板成形加工件,瓶盖、瓶塞等
3A21 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等;建筑材料与食品等工业装备等
5005 与3003合金相似,具有中等强度与良好的抗蚀性。用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮,并与6063合金的色调协调一致
5050 薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板,汽车气管、油管与农业灌溉管;也可加工厚板、管材、棒材、异形材和线材等
5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度,用于制造飞机油箱、油管,以及交通车辆、船舶的钣金件,仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等
5056 镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等;包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩,以及需要有高抗蚀性的其他场合
5083 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件;需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等
5086 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合,例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等
5154 焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐
5182 薄板用于加工易拉罐盖,汽车车身板、操纵盘、加强件、托架等零部件
5252 用于制造有较高强度的装饰件,如汽车等的装饰性零部件。在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜
5254 过氧化氢及其他化工产品容器
5356 焊接镁含量大于3%的铝-镁合金焊条及焊丝
5454 焊接结构,压力容器,海洋设施管道
5456 装甲板、高强度焊接结构、贮槽、压力容器、船舶材料
5457 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件
5652 过氧化氢及其他化工产品贮存容器
5657 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件,但在任何情况下必须确保材料具有细的晶粒组织
5A02 飞机油箱与导管,焊丝,铆钉,船舶结构件
5A03 中等强度焊接结构,冷冲压零件,焊接容器,焊丝,可用来代替5A02合金
5A05 焊接结构件,飞机蒙皮骨架
5A06 焊接结构,冷模锻零件,焊拉容器受力零件,飞机蒙皮骨部件
5A12 焊接结构件,防弹甲板
6005 挤压型材与管材,用于要求强高大于6063合金的结构件,如梯子、电视天线等
6009 汽车车身板
6010 薄板:汽车车身
6061 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性,如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、家具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材
6063 建筑型材,灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料
6066 锻件及焊接结构挤压材料
6070 重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材
6101 公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等
6151 用于模锻曲轴零件、机器零件与生产轧制环,供既要求有良好的可锻性能、高的强度,又要有良好抗蚀性之用
6201 高强度导**材与线材
6205 厚板、踏板与耐高冲击的挤压件
6262 要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件
6351 车辆的挤压结构件,水、石油等的输送管道
6463 建筑与各种器具型材,以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件
6A02 飞机发动机零件,形状复杂的锻件与模锻件
7005 挤压材料,用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构,如交通运输车辆的桁架、杆 件、容器;大型热交换器,以及焊接后不能进行固熔处理的部件;还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒
7039 冷冻容器、低温器械与贮存箱,消防压力器材,**器材、装甲板、导弹装置
7049 用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件,如飞机与导弹零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等,而韧性稍高。
7050 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是:抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高。
7072 空调器铝箔与特薄带材;2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材与管材的包覆层
7075 用于制造飞机结构及货架 要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造
7175 用于锻造航空器用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能,即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高
7178 供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件
7475 机身用的包铝的与未包铝的板材,机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件
7A04 飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等