铝合金是什么材料晶体结构

铝合金在有色金属材料中用途最广，用量最多。但在某些环境条件下，材料性能有所改变。试验表明，在不同温度下，特别在高温下，铝合金复合材料的强度明显高于铝合金。

铝及铝合金的力学、热学、物理性能符号和含义 ：

名称 符号 单位 含意 备注

比例极限 δp MPa 材料在拉伸过程中，应力与应变保持正比关系的最大应力。这个阶段的最大极限负荷Pp除以试棒的原始横截面积，即为比例极限 1 kgf/mm2 = 9.80665MPa

1 MPa = 0.10197kgf/mm2

英制：PSI ：lb/in2

KPSI = 1000PSI

=6.896MPa

弹性极限 δe MPa 材料在受载过程中，未产生塑性变形的最大应力

拉 伸

弹 性 模 量 E GPa 金属承受拉伸载荷时，在弹性范围内，应力与应变成正比例关系时，这个比例系数为拉伸弹性模量 1 kgf/mm2 = 0.0098067GPa

1GPa = 101.97162kgf/mm2

剪切

弹性模量 G GPa 金属在弹性范围内进行扭转试验时，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时，这个比例系数称为剪切弹性模量

屈服强度 （条件屈服强度） δ0.2 MPa 在拉伸过程中，一般规定标距长度部分塑性变形量达到的原标距长度的规定数值时之负荷除以原始横截面积所得的应力，称为屈服强度或条件屈服强度。一般规定数值为拉伸试样原标距长度的0.2%，即用δ0.2表示

压缩屈服强度 （条件屈服强度） δ-0.2 MPa 试样在压缩过稆中，标距部分残余压缩达到原标距长度规定数值时的负荷除以原始横截面积所得的应力称为压缩屈服强度或条件压缩屈服强度。一般规定数值为压缩试样原标距长度的0.2%，由于受力方向与拉伸相反，故压缩屈服强度常用δ-0.2表示

抗剪强度 MPa 试样剪切时，在剪断面上所承受的最大负荷除以原始横截面积所得的应力，称为搞剪强度。表示材料在剪切力作用下抵抗破坏的最大能力。

抗拉强度 δb MPa 在单向均匀拉伸载荷作用下，断裂时材料的最大负荷除以原始横截面积所得的应力。

疲劳极限 δ-1 MPa 材料在重复交变应力作用下，承受过无限次循环而不产生断裂的最最大应力值

疲劳强度 δN

MPa 试样在交变应力作用下，在规定的循环次数内（如106、107、108次等），不至于产生断裂的最大应力值

伸长率

（延伸率） δ5

δ10 % 材料拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比。

是标距为5倍直径时的伸长率，是标距为10倍直径时的伸长率

断面收缩率 ψ % 金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积与原始横截面积的百分比

冲击韧度 αk J/cm2

或

kJ/m2 用一定尺寸和形状的U型缺口标准试样，在规定类型试验机上受冲击载荷折断时，试样刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。它表示金属材料对冲击载荷的抵抗能力。 1 kgf•m/cm2 = 98.0665kJ/m2

1kJ/m2 = 0.010197kgf/cm2

布氏硬度 HBS 用一定直径的淬硬钢球压入试样表面，并在规定载荷下保持一定时间，以其载荷除压痕面积所得的商表面材料的布氏硬度。其计算公式为

HBS = 2P/лD[D – （D2-d2）1/2]

P——载荷

D——压头直径，mm；

d——压痕直径，mm 通常由测得的压痕直径直接查表得硬度值

洛氏硬度 HRB

HRF 在洛氏硬度机上，用直径为1。58mm的淬硬钢球作压头，载荷为980N试验所得的硬度值。

用1.58mm淬硬钢球作压头，载荷为588N测得的洛氏硬度值 HRB常用作测量淬火时效后铝合金硬度值。

HRF用作测量铝合金煅件硬度

显微维氏硬度 HV 用夹角为136o的金刚石四棱锥压头以小于等于0.2kgf（常扩大至1kgf）的载荷压入试样，以单位面积上所受载荷表示材料的硬度值。仪器上装有金相显微镜，用于测量合金的显微组织和极薄表面层的硬度值

密度 ρ g/cm3或

kg/m3 金属材料单位体积的质量

熔点 ℃ 材料由固态转变为液态时的熔化温度

平均线膨系数 α

µm/(m•k) 物体的长度随温度变化而改变，在指定的温度范围内，每当温度升降1，其单位长度胀缩的长度称平均线膨胀系数 膨胀及收缩率计算式见表1-5

热导率

（导热系数） λ W/(m•℃) 表示物体导热的能力。以物体内维持单位温度梯度（ΔL/ΔT）时，在单位时间（t）内流经垂直于热流方向的单位面积（A）上的热量（Q）表示 1 cal/(s•cm•℃) = 418.68W/(m•℃)

λ=1/A•Q/t•ΔL/ΔT

比热容 С

J/(kg•K)

或

J/(kg•℃) 将单位质量的物质在等压过程（或等容过程）中温度升高1K度时吸收的热量或温度降低1K度放出的热量 1 kcal/(kg•K) = 4186.8J(kg•K)

1 kcalth/(kg•K) = 4186.8J(kg•K)

电阻率

（比电阻电阻系数） ρ Ω•m

чΩ•m

nΩ•m 表征物质导电能力的一个物理常数，它等于长1m、横截面为1mm2 的导线两端间的电阻，也可用一个单位立方体的两平等端面间的电阻表示 1µΩ•cm = 10-8Ω•m

1nΩ•cm = 10-9Ω•m

电导率 λ S/m 电阻率的倒数叫电导率。在数值上它等于导体维持单位电位梯度时，流过单位面积的电流

电阻温度

系数 αp ℃-1 温度每升1℃，材料电阻率的改变量与原电阻率之比

表1—2为铝及铝合金的膨胀与收缩率计算式。表中L0为0℃时的长度；Lt 为在给定定温度范围内，t ℃时的长度；C为合金常数，其数值在表达1—3中列出。

表1—2 铝及铝合金的膨胀率与收缩率计算式

温度范围，℃ t ℃时的长度

-196 ~ 0

0 ~500

-60 ~ 10 Lt = L0[1+C(20.83t – 0.01177t2 - 0.0001446t3) x 10-6]

Lt = L0[1+C(22.29t + 0.01009t2 ) x 10-6]

Lt = L0[1+C(22.16t + 0.01219t2 ) x 10-6]

镁是地壳中分布最广的元素之一,占地壳重量的2.77%,为第四个最丰富的金属元素(位于Al、Fe、Ca)之后.在自然界中镁只能以化合物的形态存在.在已知的1500多种矿物中,含镁矿物的有200多种,主要为碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、氧化物.海洋及盐湖中的镁比陆地上更多,是镁的主要来源.海水中含有10多种元素,镁的含量排第三,位居Na、K之后.海水中含镁0.13%每立方千米海水中有130万t镁,相当于世界镁年消耗量的4倍(见表2.8)盐湖水的镁浓度比海水更高.以东以色列、约旦之间的”死海”(实为另一内陆湖),受到千万干旱气候的造化,湖水极浓,含镁竟高达4%.仅此一处的镁,就能满足全世界2.2万年的需要.

纯镁不适合做结构材料.作为结构材料应用的镁主要是镁合金和铝－镁合金.全世界约有千种铝合金牌号,若按化学成份归类的话,约为300多种.这300多种铝合金几乎都含有镁,其中以镁作为主要添加剂的铝－镁合金(镁含量最高为10.5%)约为40种.全世界各国镁合金品牌共有200多种,这些品牌按化学成份可归为30多种.共中变形镁合金黄色10多种,铸造镁合金20多种,铸造镁合金主要有以下3个体系.

1) 镁－铝合金.这种合金自第一次世界大战被德国使用以来,成了最广泛使用的铸造镁合金的基础.大部份含有8%～9%的铝及少量的锌(使拉伸性能有某些提高)和锰(改善抗蚀性)

2) 镁－铝－锌合金.镁－铝合金中加锌会产生一定的强化作用,其中高含锌量的合金具有很吸引人的压铸特性.如Mg－8AL－8ZN,具有足够大的流动性.,可用于压铸件,而且流动性和抗蚀性超过传统铝－锌合金.

3) 含锆镁合金.锆能细化晶粒,改善镁合金的拉伸性能,提高镁合金蠕变能力,以满足航空和航天工业的需要.属于这一系列的合金有镁－锌－锆合金,镁－稀土－锌－锆合金,以及镁－钍系为基和镁－银系为基的含ZR合金.这种含稀土金属和或含钍的合金都可焊.钍也能改善铸造性能.银可以进一步提高拉伸性能.一些铸造镁合金的性能示于表3.2.

镁是密排六方晶系的金属,可以承受的形变量有限(特别是在低温下).其变形材料主要在300～500℃温度范围内通过挤压、轧制和压力锻造进行生产.变形合金可以按照它们是否含锆而分成两类.按照变形产品种类可分为三类:1薄板和厚板轧制金.如AZ31(Mg-Al-Z系),ZM21(Mg-Zn-Mn系)和ZE10(Mg-Zn-RE系),这三种合金都可焊,后两种强度较低.LA141A(Mg-Li-Al)等也属这一类,前面已作详细介绍.属于这一类的还有含钍的HK31(Mg-Th-Zr系)以及随后研制的HM21(Mg-Th-Mn等),它们的高温强度更高.2挤压合金.这类合金含铝量大多在1%～8%之间.

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：

变形铝合金能承受压力加工。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。 形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有过共晶硅铝合金，共晶硅铝合金，单共晶硅铝合金，铸造铝合金在铸态下使用。