1.我有一个问题
在机械设计中,我们经常用到铝合金。
比如,6061-T6和7075-T651就是使用的两种铝合金。
因为它们有很好的重量强度比,也就是说它们重量轻,而强度也不错,所以深受欢迎,特别是对于重量比较敏感的地方,比如高速运动平台,飞机结构,自行车架等。
那么问题来了,6061-T6和7075-T651,具体有什么区别?6xxx和7xxx的含义是什么?T6和T651又表示什么意思?
说到这里,不得不说起铝合金的分类及其命名方法。
2.铝合金的分类
(1)锻造和铸造铝合金
我们知道,铝合金是以铝为基础元素,并添加了一种或二种主要合金元素,有金属特性的合金。
在大多数铝合金中,铝含量为90%-96%,合金元素包括铜,锌,锰,镁,硅等。
根据制作工艺类型,铝合金可以分为锻造铝合金和铸造铝合金。
锻造铝合金,是以锭或方坯形式生产,随后通过多种工艺,例如轧制,挤压,变形,拉拔等工艺生产出的,终端用户可以加工成零件的合金。
铸造铝合金,就是通过铸造的方法,制作的铸锭合金。
锻造铝合金和铸造铝合金
铸造铝合金的合金成分大于10%,而锻造铝合金的合金元素不超过4%。
因为合金元素含量越多,延展性就越低,不利于后期加工。
所以在实际工程中,多数情况都是使用锻造铝合金,比如常用的6061,7075,5083,1100,甚至AL-Li8090-T8771等,就是锻造铝合金。
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百饰得(大连)铝业有限公司是一家集生产铝建筑型材、装饰型材、工业用型材及配套产品为一体的综合公司,同时拥有自己下属的门窗厂。企业创建于2008年,历经将近余年的迅猛发展,现已成长为集研发、生产、检测、销售、服务于一体的一条龙式的全方位发展的企业。
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(2)可热处理铝合金和不可热处理铝合金
根据是否可以热处理,铝合金又可以分为可热处理铝合金,和不可热处理铝合金。
可热处理铝合金,是在固溶热处理以及时效过程中,其主要合金元素(及部分次要合金元素),可以提供显著的固溶和沉淀硬化作用,从而可以提高强度和硬度的合金。
这里涉及到几个概念,比如固溶热处理,时效。
关于合金的强化,后续还会牵扯一些概念,比如冷加工,应变硬化等,我就在这里一起把这几个概念说了吧,省得到处找。
冷加工(Cold Working):金属在温度和速率下发生塑性变形,实现应变硬化。
例如通过滚压,拉拔等塑性变形,来提高其强度。
其原理是,冷加工使得微观结构中形成位错和空位,抑制了原子之间的相对运动,从而合金的强度得以提高。
应变硬化(Strain Hardening):通过冷加工对金属结构进行改性,从而使得强度和硬度增加,而延展性下降。来理解应变硬化。
固溶热处理(Solution Treatment):一种热处理方法,包括将产品加热到合适的温度,并在该温度下保持足够长的时间,以允许溶质进入固体溶液,然后迅速冷却,以将溶质保持在固体溶液中。
对于铝合金,固溶热处理,就是将合金加热至高温440℃-530℃(具体温度跟合金元素有关),目的是使合金元素溶于铝中,这时材料会变软。随后通常在水中极速冷却(淬火),以保持合金中溶质元素的分布。
时效(Ageing):固溶热处理后,溶质原子在室温下又结合(沉淀)在一起,这叫自然时效。如果是在低温熔炉中,溶质原子结合得更快,这叫人工时效。所以,时效其实就是提供了更精细的原子沉淀,所以可以提高强度。
对于铝合金,时效是指从过饱固体溶液中,析出一部分合金元素或者化合物,以产生所需的机械性能。
固溶热处理并淬火后,材料比较软,这个时候很适合做拉伸,来强化材料。
如果淬火后,放置在空气中自然时效,材料会变得越来越硬,只是这个变化非常缓慢,有的合金甚至几年后才变成硬的状态。
而如果淬火后,立刻进行人工时效,也就是把材料又加热至100-200°C,并保温一段时间,那么材料会因为沉淀出硬化的化合物,而变得坚硬,强度也会大大提高。
不同的时效温度对6160铝合金强度和硬度的影响:较高的温度,可以更快地使合金达到其高强度。但是温度越高,获得的强度,不如低温下获得的高。
在时效过程中,温度和时间的把握非常重要,高温且过长的时效时间,会形成较大的沉淀元素,沉淀硬化效果大大降低。
相反,过低的时效温度,会消耗过多的沉淀时间,才能产生好的强化效果,时间长就意味着效率低了,成本高了。
退火(Annealing):加热并缓慢冷却,消除内应力,提高韧性。
回火(Temper):淬火后再次加热,回火英语是Temper,Temper有发脾气的意思,平时火气不大,发脾气时火就大了,可以理解为发脾气时,火就回来了,所以Temper叫回火(仅为方便记忆)。
好了,解释了一堆概念,这下我们可以继续往下说了。
不可热处理铝合金,在固溶热处理以及时效过程中,其主要合金元素,不能提供显著的固溶和沉淀硬化作用,所以只能通过应变硬化,例如冷轧或拉丝等冷加工方法,来提高其强度。