铝及铝合金的常识

◆ 金属元素——铝（Al）及其诞生与发展
    铝，是地球上含量极丰富的金属元素，其原子序数：13，原子量：26.98154。其蕴藏量在金属中居第2位。
    1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通人氯气后加热得到NaCl，AlCl3复盐，再将此复盐与过量的钠熔融，得到了金属铝。这时的铝十分珍贵，据说在一次宴会上，法国皇帝拿破仑第三独自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的国王曾用过铝制的表链；1855年巴黎世界博览会上，展出了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，并将它放在最珍贵的珠宝旁边。直到1889年，伦敦化学会还把铝和金制的花瓶和杯子作为贵重的礼物送给门捷列夫。
    1886年，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝矾土和冰晶石的混合物，制得了金属铝，奠定了今天大规模生产铝的基础。
    19世纪末，“铝”崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属——铝的生产和应用。
    “铝”是一种很有用的金属。黏土状的铝土矿（Bauxite）是铝的重要来源（铝土矿含有50-60%的氧化铝），将铝土矿经过特殊的机械加工以提高其纯度，然后再通过化学程序析出铝土即氧化铝。再将氧化铝溶于冰晶石、电解液中分离出金属液，并将铝液转移到铸造设备中浇铸成锭。
    “铝”最重要的特性是质轻，比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%。铝也有很高的导热度，为银的一半，纯铝熔点摄氏660度。虽然纯铝极软且富延展性，但仍可用冷加工及做成合金来使它硬化。
    “铝”还有一个可贵的特性是“循环应用（再生铝）Recycling of Scrap Aluminum ”。再生铝生产的来源是各类废铝及冶炼中的撇渣与除渣处理的产物。原生铝生产与再生铝生产，两者在整体上是相关的和相互补充的。而再生铝的生产成本低，并且其材质较之原生铝不会有太大的分别。
    “铝”最大的用途是在运输和建筑业。由于“铝”在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大的应用，厨房用具是“铝”最早的用途，在今日仍有一个极为广大的市场。基于其化学抗药性，“铝”特别适合用在化学药品制造和储运的构件上。“铝”对氧的亲合力很高，故也大量用于钢和铁的除氧剂。而“铝”则更广泛地用在各种交通工具的制造上和建筑业上。
    近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，“铝”在全世界有色金属产量上超过了“铜”而位居首位，这时的“铝”已不单属于皇家贵族所有，它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。

◆ 铝的主要特性
    铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。
    铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/ cm3，8.93g/ cm3)，的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性。
    铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。
    铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转榘的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。铝合金的热导量率大约是铜的50-60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。
    铝是非铁磁性的，这对电气工业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。铝无毒性，通常用于制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外观。它柔软、有光泽，而且为了美观，还可着色或染上纹理图案。
    一些铝合金在强度上超过结构钢材，但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中，铝已经广泛地应用在建筑行业中。

◆ 铝还有如下特性：
    可机加工性: 铝的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出后具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。
    可成形性: 这是铝及许多铝合金较重要的特性之一。特定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率支配着允许变形量的变化。商业上可提供的铝合金在不同形态下成形性的额定值取决于成形的工艺方法。这些额定值在作金属加工特性的定性对照中仅能起大致的指导作用，即不能定量地作为成形性的极值。
    可锻性: 铝合金可以锻造成形状与品种繁多的锻件，它们的最终部件锻造设计标准的选择范围(基于预定的用途)是很宽的。 连接铝可用各式各样的方法连接，包括熔焊、电阻焊、硬 焊、软 焊、粘结以及诸如铆接和栓接之类的机械方法。
    可回收性: 铝具有极高的回收性,再生铝的特性与原生铝几乎没有别。这点使铝成为环保人士的宠儿。
◆ 铝及其合金
    纯铝很软，强度不大，但有着良好的延展性，可拉成细丝和轧成箔片，大量用于制造电线、电缆、无线电工业以及包装业。它的导电能力约为铜的三分之二，但由于其密度仅为铜的三分之一，因而，将等质量和等长度的铝线和铜线相比，铝的导电能力约为铜的二倍，且价格较铜低，所以，野外高压线多由铝做成，节约了大量成本，缓解了铜材的紧张。
    铝的导热能力比铁大三倍，工业上常用铝制造各种热交换器、散热材料等，家庭使用的许多炊具也由铝制成。与铁相比，它还不易锈蚀，延长了使用寿命。铝粉具有银白色的光泽，常和其它物质混合用作涂料，刷在铁制品的表面，保护铁制品免遭腐蚀，而且美观。由于铝在氧气中燃烧时能发出耀眼的白光并释放出大量的热，又常被用来制造一些爆炸混合物，如铵铝炸药等。
    冶金工业中，常用铝热剂来熔炼难熔金属。如铝粉和氧化铁粉混合，引发后即发生剧烈反应，交通上常用此来焊接钢轨；炼钢工业中铝常用作脱氧剂；光洁的铝板具有良好的光反射性能，可用来制造高质量的反射镜、聚光碗等。铝还具有良好的吸音性能，根据这一特点，一些广播室，现代化大建筑内的天花板等就采用了铝泡沫材料。
    由于纯的铝较软，1906年，德国冶金学家维尔姆在铝中加入少量镁、铜，制得了坚韧的铝合金，后来，这一专利为德国杜拉公司收买，所以铝又有“杜拉铝”之称，在以后几十年的发展过程中，人们根据不同的需要，研制出了许多铝合金，在许多领域起着非常重要的作用。
    而在某些金属中加入少量铝，便可大大改善其性能。如青铜铝（含铝4％～15％），该合金具有高强度的耐蚀性，硬度与低碳钢接近，且有着不易变暗的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中；制造机器的零件和工具，用于酸洗设备和其它与稀硫酸、盐酸和氢氟酸接触的设备；制作电焊机电刷和夹柄；重型齿轮和蜗轮，金属成型模、机床导轨、不发生火花的工具、无磁性链条、压力容器、热交换器、压缩机叶片、船舶螺旋浆和锚等。在铝中加入镁，便制得铝镁合金，其硬度比纯的镁和铝都大许多，而且保留了其质轻的特点，常用于制造飞机的机身，火箭的箭体；制造门窗、美化居室环境；制造船舶。
    铝合金具有较好的强度，超硬铝合金的强度可达600Mpa，普通硬铝合金的抗拉强度也达200-450Mpa，它的比钢度远高于钢，因此在机械制造中得到广泛的运用。铝的导电性仅次于银和铜，居第三位，用于制造各种导线。铝具有良好的导热性，可用作各种散热材料。铝还具有良好的抗腐蚀性能和较好的塑性，适合于各种压力加工。
    铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形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。
    铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。
    铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。

◆ 什么叫铝锭
    铝锭，按国家标准（GB/T1196-93）应叫“重熔用铝锭”，不过大家叫惯了“铝锭”。它是用氧化铝-冰晶石通过电解法生产出来的。铝锭进入工业应用之后有两大类：铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝及铝合金是以铸造方法生产铝的铸件；变形铝及铝合金是以压力加工方法生产铝的加工产品：板、带、箔、管、棒、型、线和锻件。按照«重熔用铝锭»国家标准，“重熔用铝锭按化学成分分为6个牌号，分别是Al99.85、Al99.80、Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00”（注：Al之后的数字是铝含量）。 目前，有人叫的“A00”铝，实际上是含铝为99.7%纯度的铝，在伦敦市场上叫“标准铝”。大家都知道，我国在五十年代技术标准都来自前苏联，“A00”是苏联国家标准中的俄文牌号，“A”是俄文字母，而不是英文“A”字，也不是汉语拼音字母的“A”。如今和国际接轨的话，称“标准铝”更为确切。现在已有许多业内人士直呼为“标铝”。标准铝就是含99.7%铝的铝锭，在伦敦市场上注册的就是它。
◆ 铝制品、铝加工品分类
※ 普通分类
A. 纯铝产品
    纯铝分冶炼品和压力加工品两类，前者以化学成份Al表示，后者用汉语拼音LG（铝、工业用的）表示。
B. 压力加工铝合金（变形铝合金）
    铝合金压力加工产品分为防锈（LF）、硬质（LY）、锻造（LD）、超硬（LC）、包覆（LB）、特殊（LT）及钎焊（LQ）等七类。常用铝合金材料的状态为退火（M焖火）、硬化（Y）、热轧（R）等三种。
C. 铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材，包括板、带、箔、管、棒、线、型等。
D. 铸造铝合金
    铸造铝合金（ZL）按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。
E. 高强度铝合金
    高强度铝合金指其抗拉强度大于480兆帕的铝合金，主要是压力加工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类。
※ 按加工方式分类：
●轧延材（变形铝）
○非热处理型合金
纯铝合金(1000 系列)
○热处理型合金
铝铜镁合金(2000 系列)
铝锰合金 (3000 系列)
铝硅合金 (4000 系列)
铝镁合金 (5000 系列)
铝镁硅合金 (6000 系列)
铝锌镁合金 (7000 系列)
●铸造材
○非热处理型合金
纯铝合金
铝硅合金 (ADC1)
铝镁合金 (ADC5,ADC6)
○热处理型合金
铝铜硅合金 (ADC10,ADC12)
铝铜镁硅合金 (ADC14)
铝镁硅合金 (ADC3)
※ 铝加工品分类：
轧延制品：片材(Sheet)、板材(Plate)、卷片材(Coil)、带材(strip)
挤型制品：管材、实心棒材、型材(Profiles)。
铸造制品：铸件。