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简说传统铝合金及其进展

日期: 2009-11-21 7:52:20 浏览: 8 来源: 学海网收集整理 作者: 佚名

近一百岁的电工铝合金1050
   铝具有良好的导电性,在纯金属中仅次于银、金及铜。因此广泛用作电导体,主要以线材、管材、排条材、箔材的形式用于电力、电讯、电子工业,也有少量的板材用于制造各种电器外壳与罩等。
   1986年铝的电解商业化提取法的发明为铝在工业上的大量应用创造了有利条件与前提。1908美国铝业公司发明电工铝合金1050 (质量%:0.25Si、0.40Fe、0.05Cu、0.05Mn、0.05Mg、0.05Zn、0.03Ti,其他杂质每个0.03,铝的最低含量99.50,同年,胡普斯 (W. Hoopes)发明钢芯铝绞线,1909年架设于尼业加拉大瀑布上空。此后架空高压输电线逐步为钢芯铝绞线全部取代。另外,欧美工业发达国家于1910年开始用1050合金作配电线,但正式用铝作配电线是在1955年以后。
   当前全世界生产的原铝约有14%用作电工材料,2005年电气工业的用铝量约4000kt,中国的用量约占三分之一,其中电力导体几乎全是铝的,但室内铝导线的用量仍不大。世界上在电线中铝化率 (铝化率 = [2Al/(Cu+2A1)] X100)最高的是美国,达到35%。
   用铝线代替铜线有许多优点:质量轻、电导率较高、热传导型好、蓄热量少(因)流过相同的电量时,铝线的桔面积为铜线的1.6倍)、抗蚀性较高, 可加工型能好,资源丰富,价格适中,供应稳定。另外,钢芯铝绞线的优点是:质量轻、强度大、表面电位梯度小、电晕特性好。
   久盛不衰的主力航空铝合金2024
   1906年德国威尔姆(Whilm)发现Al—Cu—Mg系合金的时效现象,此后很多科学家就致力于时效本质的研究。在此基础上创造发明了一系列的有名的传统铝合金,它们都具有时效特性,如1915年发明的2017合金,1930年创造356.0铸造铝合金,1933合金发明的2024合金、1943年问世的6063合金及7075合金、1955诞生的A356合金、1965年开发的5182合金、1968年发明的7050合金,以及1955年定型的7055合金。1970年至1990年在铝合金发展上是沉寂的20年,没有取得实破性的业绩。自上世纪60年代后期以来,是7XXX系合金成就最大的年代,相继发明了有重大意义的7050合金、7055合金。此外,在美国铝业协会注册的还有53个合金,占注册的7XXX合金总数(63个)的84.1%。
   2024合金 (质量%:0.50Si、0.50Fe、3.8—4.9Cu、0.3~0.9Mn、1.2—1.8Mg、0.10Cr、0.25Zn、0.15Ti,其他杂质每个0.005总计0.15,其余为A1) 的发明与定型对航空航天工业的发展有着特别重要的意义,美国在第二次世界大战期间为盟国生产的约14万架飞机的机身蒙皮、机翼及其他受力件与结构的80%左右都是用此合金制造的。
   现在2024合金已繁衍成一个庞大的家族,仅注册的定型的子子孙孙就有7个:2024A、2124、2224、2224A、2324、2424、2524,其新的2224A于1997年注册。我们可将原型合金2024认为是第一代,用于制造上世纪80年代以前的军、民用飞机与第一代支线客机。80年代以来,随着铝合金制造技术的发展,性能获得明显改进的第二代铝合金2124、2224、2324等相继在第二代、第三代支线客机上获得应用,而第三代新型铝合金2524—T3属损伤容限型铝合金已被广泛应用于波音B—777型及空客A380型等大型民用客机,但在支线客机尚未应用。
   中国自行设计制造的新型涡扇支线客机ARJ21型的铝材用量占飞机结构质量的75%,如各种翼蒙皮、调整片等都是用2524—T3合金板材制造的,其机身蒙皮与机翼下壁板的材料为2024及包铝的2024合金,2124合金用于制造在中温下对强度和稳定性有要求的零部件,机翼蒙皮,机翼下桁条与机翼下壁板是用2324合金制造的,而机身蒙皮、机翼下壁板、机身框架与隔框的材料为2524-T3合金。
   在美国铝业协会注册的2024型合金家族的各个合金的成分见表1,它们的其他杂质含量每个不得大于0.05%,总计不得超过0.15%,其余为铝。
   2024合金的发明对航空工业的发展与对二战反法西斯的胜利起了难以估量的作用,也可以说没有2024型铝合金家族就没有今天这样兴旺发达的航空工业。
   2124合金Fe与Si的含量比传统原型合金2024的低,因而厚板的伸长率与韧性(特别是横向上的) 有较大改善:2224合金是一种生产挤压材料的合金,其杂质Fe与Si的含量低,其特点是断裂韧性高,裂纹传播速度慢;2324合金是对2124合金的改进,强度与韧性得到良好匹配,适于生产厚板,这样良好性能的获得是由于严格控制Fe与Si含量的结果;2524合金的杂质Si含量特别低,Cr含量也很低,Cu含量范围也相当小,因而它既有良好的综合性能又有相当强的抗疲劳裂缝扩展能力,成为新一代的航空材料代表。

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