鋁及鋁合金-省賽獲獎(jiǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)

鋁及鋁合金一、金屬鋁鋁是自然界中分布最廣的金屬元素。地殼中鋁的含量接近8%，僅次于氧和硅。鋁通常以化合狀態(tài)存在，已知的含鋁礦物有250多種，其中最常見的是鋁硅酸鹽類，如長(zhǎng)石、云母、高嶺石、鋁土礦、明礬石等。鋁是銀白色金屬，其主要特性是密度小，相對(duì)密度只有鋼鐵的1/3。某些鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度甚至超過結(jié)構(gòu)鋼。各種鋁合金（如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等）廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、火車、船舶等制造工業(yè)。此外，導(dǎo)彈、宇宙飛船、人造衛(wèi)星也大量使用鋁及其合金。例如，一架超音速飛機(jī)約由70%的鋁及其合金構(gòu)成，每枚導(dǎo)彈的用鋁量約占總質(zhì)量的10%～15%，一艘萬噸級(jí)的大型客船用鋁量約為2000t。鋁是一種良好的導(dǎo)電材料。鋁的導(dǎo)電能力雖然只有銅的60%～70%，但密度只有銅的1/3。以傳導(dǎo)等量電流而論，鋁的導(dǎo)電截面積大約是銅的倍，而鋁的質(zhì)量只有銅的一半。換言之，鋁可節(jié)省用量，價(jià)格遠(yuǎn)低于銅，且鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕作用，而且有一定絕緣性，所以鋁在電器制造工業(yè)、電線電纜工業(yè)和無線電工業(yè)有廣泛的用途。鋁是熱的良導(dǎo)體。鋁的熱導(dǎo)率大約是鐵的3倍，不銹鋼的10倍。因此鋁是制造機(jī)器活塞、熱交換器、飯鍋和電熨斗的理想材料。鋁還具有良好的光和熱的反射能力，所以鋁可用來制反光鏡，又可作絕緣材料。鋁易于加工，可壓成鋁板或鋁箔，或拉成鋁線，擠壓成各種異形的材料。在100～150℃時(shí)可制成薄于0.01mm的鋁箔，廣泛用于包裝香煙、糖果等，還可制成鋁絲、鋁條，并能軋制成各種鋁制品。鋁的化學(xué)性質(zhì)：鋁在氧氣中加熱時(shí)能劇烈地燃燒，發(fā)出炫目的白光，并放出大量的熱。鋁與氧結(jié)合的能力很強(qiáng)，是親氧元素，它能從許多金屬氧化物中奪取氧，而且放出的大量熱可使游離出來的金屬熔化。應(yīng)用此原理在冶金工業(yè)上用來制取鐵、錳、鉻、釩等金屬，如Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr，這種方法叫鋁熱法。鋁可與稀酸（鹽酸或硫酸）、強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成鹽，同時(shí)放出氫氣。把鋁放入冷的濃硝酸或濃硫酸中會(huì)被鈍化，因此，濃硝酸或濃硫酸可用鋁的容器貯存。純度為%以上的大片鋁，可以抵御大多數(shù)酸類的侵蝕。鋁和氯在高溫下反應(yīng)生成AlCl3，和硫在1000℃以上時(shí)反應(yīng)生成Al2S3，和碳在800℃以上時(shí)反應(yīng)生成Al4C3二、鋁合金鋁合金按加工方法可以分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金又可分為不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金和可熱處理強(qiáng)化型鋁合金。不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金不能通過熱處理來提高機(jī)械性能，只能通過冷加工變形來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，它主要包括高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等。可熱處理強(qiáng)化型鋁合金可以通過淬火等熱處理手段來提高機(jī)械性能，它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。鋁合金廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸、建筑、輕工、化工、儀表、機(jī)械等部門，以及包裝和家用器具等方面。如今，鋁合金已成為第二大金屬，其產(chǎn)量?jī)H次于鋼鐵而超過其他有色金屬的總和。鋁中添加合金元素的首要目的是提高在不同環(huán)境條件下的機(jī)械強(qiáng)度，并保持能滿足使用要求的塑性、韌性與抗腐蝕性。鋁合金按生產(chǎn)工藝可分為鑄造鋁合金和變形鋁合金兩大類。鑄造鋁合金又可分為Al-Si系鑄造鋁合金、Al-Cu系鑄造鋁合金、Al-Mg系鑄造鋁合金、Al-Zn系鑄造鋁合金。它們的主要性質(zhì)和用途列表如下：種類主要性能主要用途Al-Si系鑄造鋁合金高流動(dòng)性、低收縮率和低熱裂傾向，良好抗腐蝕性及可焊性，低膨脹系數(shù)適合鑄造形狀復(fù)雜的構(gòu)件Al-Cu系鑄造鋁合金熱處理效果突出，熱穩(wěn)定性好適合鑄造高溫工作的構(gòu)件Al-Mg系鑄造鋁合金較高的抗腐蝕性和強(qiáng)度，良好的切削性能和低的表面粗糙度用于鑄造在海水中工作的構(gòu)件Al-Zn系鑄造鋁合金抗腐蝕性及尺寸穩(wěn)定性較高，良好的可焊性，有明顯的時(shí)效硬化能力適于砂型鑄造壓氣機(jī)活塞、氣缸座等變形鋁合金

可分為防銹鋁、硬鋁、鍛鋁和超硬鋁四類。防銹鋁包括Al-Mn及Al-Mg系合金，抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高于工業(yè)純鋁，同時(shí)具有良好的焊接性能，但不能熱處理強(qiáng)化。硬鋁屬Al-Cu-Mg合金系，具有很強(qiáng)的時(shí)效硬化能力，可熱處理強(qiáng)化。銅是硬鋁中的主要合金元素，為了提高強(qiáng)度，銅含量控制在%～%的范圍內(nèi)。鍛鋁合金有Al-Mg-Si和Al-Mg-Si-Cu系普通鍛用鋁合金及Al-Cu-Mg-Fe-Ni系耐熱鍛鋁合金三種。該