铝是有色金属中最常见的材料。它因具有铁系金属材料所没有的各种特点而被普遍的使用。在进行产品设计时,需要充分了解这些特点,选择正真适合的材料种类、加工方法、热处理等。这次对铝的性质和种类进行一下说明。
•轻而结实钢材的比重大致为7.9左右,而铝的比重为2.7左右,重量仅为钢材的约三分之一。另一方面,强度为一般结构用钢材的70%左右。因此,铝是“比强度”(单位重量的强度)较高的材料。
• 不易生锈铝具有表面始终覆盖一层非常薄的氧化皮膜的性质。它如同保护膜的作用,而腐蚀很难发展到比氧化皮膜还深的程度。因此无需进行防锈涂装和镀敷。
• 易于加工铝的“屈服点”较低,且“延展性能”好,因此是适合塑性加工的材料。熔点低,流动性好,因此还适合锻造。此外还容易进行切削加工,并可以有效的进行焊接。
• 导热、导电性好铝是“热传导率”较高的材料。因此被用在空调或发动机冷却水用的散热器等。另外,导电性能好,重量轻,因此还被用作输电线材料。
•强度较低虽然铝“比强度”高,但与铁钢材料相比强度较低。虽然适合飞机机翼那样能够变柔软的构造物,但不适合齿轮那样要求有强度的零件。
• 在有的条件下会发生腐蚀虽然铝不易生锈,但有时会在接触多盐的环境或异种金属时发生腐蚀。因此要想避免腐蚀则需要氧化铝膜处理等。
• 线性线胀系数较大铝的线性线胀系数接近铁系材料的2倍。因此会产生较大热应力,当被用作反复加热和冷却的零件时,有一定的概率会因热疲劳而发生破损。
• 没有疲劳极限在铁系材料的情况下,一般会有不至于发生金属疲劳的“下限应力”即“疲劳极限”。也就是说,在设计上,如果只会产生低于“疲劳极限”的变动负荷,理论上就能够永久使用。但是由于铝没有该“疲劳极限”,因此在设计时需要比较使用中产生的变动应力和SN线图等,确认在所设想的产品常规使用的寿命中,即使龟裂加剧是否也不会有强度问题。
铝材被大致分为“变形铝合金”和“铸造铝合金”。“变形铝合金”是为了利用塑性变形来加工的材料。而“铸造铝合金”顾名思义是适用于铸造的铝。
• A1050是纯铝系的最具代表性的材料种类。强度虽然较低,但加工性、抵抗腐蚀能力良好,被用于装饰品或输电线是被称为“硬铝”的材料种类。虽然抵抗腐蚀能力较差,但能获得较高的强度,因此被用于飞机、汽车、机械零件等。• A2024是被称为“超硬铝”的材料种类。能轻松的获得比A2017还高的强度。• A5052抵抗腐蚀能力、加工性、焊接性良好,是流通量最大的铝合金。被用于框架材料和钣金零件等。• A6061是抵抗腐蚀能力良好的铝合金。通过叫做“T6处理”的热处理,会促进具有更高的耐腐的能力。• A6063抵抗腐蚀能力、表面处理性良好,是最多用于挤压成型产品的铝合金。被用于铝窗框和电气材料等。• A7075是被称为“超超硬铝”的材料类型,是铝合金中强度最大的。在二战前,日本在世界上率先开发出该铝材料,并用于“零式舰载战斗机”,为其卓越的性能做出了巨大贡献。目前A7075也被作为代表性的飞机材料而得到普遍应用。
• AC2B铸造性能卓越,是最常用的铸铝合金。用于发动机的汽缸盖和阀体等。• AC4C除了铸造性能外,也是抵抗腐蚀能力、机械性质卓越的合金。被用于变速箱体和压缩机机体等。• ACD10是适合压铸的材料,铸造性、切削性、机械性质卓越而得到普遍应用。被用于发动机的汽缸体等。
铝是具有很多卓越特点的材料。特别是由于其较高的“比强度”而带来诸多优点,今后也会是继续大范围的应用的产品。请仔细理解特点并有效地加以使用。
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