《金属加工与实训》铝及铝合金（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《金属加工与实训》铝及铝合金-讲义 （1）掌握铝及铝合金的分类体系、牌号表示方法、核心性能特点及主要用途。 （2）能够解读常见铝及铝合金牌号的含义，并能根据零件的工况要求初步选择合适的铝材。 （3）建立“成分-工艺-性能-用途”一体化的材料学思维，理解铝合金“比强度高”的工程价值。 知识点一 铝及铝合金的性能、分类、牌号和用途 非铁金属是除钢铁材料以外的其他金属材料的总称，如铝、铜、镁、锌、锡、铅、镍、钛、金、银、铂、钒、钼等金属及其合金都属于非铁金属。非铁金属种类多，冶炼比较困难，制取成本较高，其产量和使用量远不如钢铁材料多。但是，非铁金属具有的某些特殊物理和化学性能是钢铁材料所不具备的，这使其成为现代工业不可缺少的金属材料，广泛用于机械制造、航空、航海、石化、电力、电气、核能及计算机等行业。常用的非铁金属有铝及铝合金、铜及铜合金、镁及镁合金、钛及钛合金、滑动轴承合金和硬质合金等。 铝及铝合金是非铁金属中应用最广泛的金属材料，目前铝的产量仅次于钢铁材料。铝及铝合金广泛用于电气、车辆、化工等行业，也是高铁、航空航天工业的主要结构材料。 国家标准GB/T 16474——2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》规定，我国变形铝及铝合金牌号采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法。在变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号组织中命名的变形铝及铝合金，直接采用四位数字体系牌号命名；在变形铝及铝合金国际四位数字体系牌号组织中未命名的变形铝及铝合金，应采用四位字符体系牌号命名。两种牌号命名方法的区别仅在第二位。 对于采用国际四位数字体系牌号命名的变形铝及铝合金，其牌号采用“1×××~9×××”四位数字表示。其中第一位数字表示变形铝及铝合金的组别，见表2-2；第二位数字表示对铝合金的修约，如果是数字“0”，则表示原始合金，如果是“1~9”中的任一个自然数，则表示对铝合金的修约次数，或是对纯铝杂质极限含量或合金元素极限含量的控制情况；最后两位数字无特殊意义，仅表示同一系列中的不同铝合金。 对于未采用国际四位数字体系牌号命名的变形铝及铝合金，应采用四位字符体系牌号命名。其牌号的第一、三、四位是阿拉伯数字，第二位是大写英文字母(除字母C、I、L、N、O、P、Q、Z外)。牌号中的第一位数字表示变形铝及铝合金的组别，见表2-2；第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况，如果第二位字母是“A”，则表示原始合金，如果第二位字母是“B~Y”中的字母，则表示对原始合金的改型合金；最后两位数字无特殊意义，仅表示同一系列中的不同铝合金。 表2-2变形铝及铝合金的组别 组 别 牌号系列 纯铝(铝的质量分数不小于99.00%) 1××× 以铜为主要合金元素的铝合金 2××× 以锰为主要合金元素的铝合金 3××× 以硅为主要合金元素的铝合金 4××× 以镁为主要合金元素的铝合金 5××× 以镁和硅为主要合金元素并以 Mg₂Si为强化相的铝合金 6××× 以锌为主要合金元素的铝合金 7××× 以其他合金元素为主要合金元素的铝合金 8××× 备用合金组 9××× 【单项选择题】下列关于铝及铝合金的说法，错误的是（ ） A. 是应用最广泛的非铁金属，产量仅次于钢铁材料 B. 国际四位数字体系牌号中，最后两位数字仅表示同一系列中的不同合金，无特殊意义 C. 四位字符体系牌号中，第二位字母可使用“C”“I”“L”等字母 D. 广泛用于高铁、航空航天等对材料性能有较高要求的领域 【答案】C 【解析】文中明确四位字符体系牌号中第二位字母“除字母C、I、L、N、O、P、Q、Z外”，C表述错误；A、B、D均符合铝及铝合金的特点，故答案为C。 1. （单项选择题）变形铝及铝合金国际四位数字体系与四位字符体系牌号的主要区别在于（ ） A. 第一位数字的含义 B. 第二位字符的类型（数字 vs 字母） C. 最后两位数字的含义 D. 对应的合金组别 【答案】B 【解析】文中明确“两种牌号命名方法的区别仅在第二位”，国际四位数字体系第二位是数字，四位字符体系第二位是字母（除特定字母外）；A、C、D表述错误，故答案为B。 2. （单项选择题）根据表2-2，6×××系列变形铝合金的主要合金元素是（ ） A. 铜 B. 镁和硅（以Mg₂Si为强化相） C. 锰 D. 锌 【答案】B 【解析】表2-2明确“6×××系列是以镁和硅为主要合金元素并以Mg₂Si为强化相的铝合金”；A对应2×××系列，C对应3×××系列，D对应7×××系列，故答案为B。 3. （填空题）非铁金属是除________以外的其他金属材料的总称，如铝、铜、镁等金属及其合金。 【答案】钢铁材料 【解析】文中明确“非铁金属是除钢铁材料以外的其他金属材料的总称”，故填“钢铁材料”。 1. （单项选择题）根据表2-2，以锌为主要合金元素的变形铝合金对应的牌号系列是（ ） A. 3×××系列 B. 5×××系列 C. 7×××系列 D. 8×××系列 【答案】C 【解析】表2-2明确“以锌为主要合金元素的铝合金”对应7×××系列；A是以为锰主要合金元素的系列，B是以为镁主要合金元素的系列，D是以为其他合金元素主要合金元素的系列，故答案为C。 2. （单项选择题）下列行业中，不属于铝及铝合金主要应用领域的是（ ） A. 航空航天工业 B. 高铁制造 C. 普通刀具制造（如手工锯条） D. 电气、车辆、化工行业 【答案】C 【解析】文中指出铝及铝合金用于“电气、车辆、化工、高铁、航空航天工业”，普通刀具需高硬度，用高速工具钢或合金工具钢，故答案为C。 3. （填空题）根据GB/T 16474——2011，变形铝及铝合金牌号采用国际四位数字体系牌号和________两种命名方法，两者的区别仅在第二位。 【答案】四位字符体系牌号 【解析】文中指出“我国变形铝及铝合金牌号采用国际四位数字体系牌号和四位字符体系牌号两种命名方法”，故填“四位字符体系牌号”。 · 铝合金，四位码，第一位数字定天下。1纯2铜3锰4硅，5镁6镁硅7是锌。 · 6系综合它最强，航空航天车辆忙。 知识点二 纯铝的性能、牌号和用途 平均铝的质量分数不低于99.00%的非铁金属称为纯铝。纯铝是银白色的轻金属，密度小 熔点低(660℃)；纯铝具有良好的导电性和导热性，其导电性和导热性仅次于银和铜；纯铝在大气中具有良好的耐蚀性，但不耐碱、酸、盐等介质腐蚀；纯铝塑性好 强度低 ，容易进行塑性变形。 国家标准GB/T 16474——2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》规定，我国纯铝牌号用1×××四位数字或四位字符表示，牌号的最后两位数字表示最低铝百分含量。当最低铝百分含量精确到0.01%时，牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小数点后面的两位。 对于采用国际四位数字体系牌号命名的纯铝，牌号中的第二位数字表示对杂质范围的修改。如果是数字“0”，则表示该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围；如果是“1~9”中的任一个自然数，则表示生产中应对某一种或几种杂质或合金元素加以专门控制。例如，1350工业纯铝是一种 的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即 %、≤0.05%、≤0.03%。 对于未采用国际四位数字体系牌号命名的纯铝，牌号中的第二位字母表示原始纯铝的改型情况。如果牌号的第二位字母是“A”，则表示原始纯铝；如果牌号的第二位字母是“B~Y”中的其他字母，则表示对原始纯铝的改型，与原始纯铝相比，其元素含量略有改变。例如，1A99(原LG5),其 ；1A97(原LG4)，其 纯铝主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆、电器元件、换热器件及质轻、导热、导电、耐大气腐蚀但强度要求不高的机电构件等。 【单项选择题】纯铝与铝合金的核心区别是（ ） A. 纯铝密度更大 B. 纯铝铝质量分数≥99.00%，几乎不含其他合金元素；铝合金含一定合金元素（如Cu、Mg） C. 纯铝强度更高 D. 纯铝不耐大气腐蚀，铝合金耐大气腐蚀 【答案】B 【解析】纯铝定义为“铝质量分数≥99.00%”，几乎无合金元素；铝合金需添加Cu、Mg等合金元素以提升性能；A（纯铝密度小）、C（纯铝强度低）、D（纯铝耐大气腐蚀）表述错误，故答案为B。 1. （单项选择题）下列零件中，不适合用纯铝制造的是（ ） A. 电线、电缆（需导电性） B. 换热器件（需导热性） C. 航空发动机涡轮叶片（需高强度） D. 电器元件外壳（需耐大气腐蚀） 【答案】C 【解析】纯铝强度低（R_m≈80~100MPa），无法承受航空发动机涡轮叶片的高温高压载荷，需用高温合金；A、B、D均符合纯铝的性能适用场景，故答案为C。 2. （单项选择题）国际四位数字体系纯铝牌号“1060”中，第二位数字“0”的含义是（ ） A. 表示该纯铝为改型合金 B. 表示杂质范围为生产中的正常范围，无需专门控制 C. 表示铝质量分数为0% D. 表示塑性等级为0级 【答案】B 【解析】文中明确“第二位数字是‘0’，则表示该工业纯铝的杂质范围为生产中的正常范围”；A是四位字符体系改型纯铝的特点，C、D无对应定义，故答案为B。 3. （填空题）纯铝是银白色轻金属，密度为________g/cm³，熔点为660℃，这使其适合制造质轻的构件。 【答案】2.7 【解析】文中明确“纯铝是银白色的轻金属，密度小 (2.7g/cm³ ),熔点低(660℃)”，故填“2.7”。 1. （单项选择题）纯铝不耐腐蚀的介质是（ ） A. 大气 B. 水（中性） C. 碱、酸、盐溶液 D. 干燥空气 【答案】C 【解析】文中明确“纯铝在大气中具有良好的耐蚀性，但不耐碱、酸、盐等介质腐蚀”；A、B、D均属于纯铝耐蚀的环境，故答案为C。 2. （单项选择题）纯铝“1A99”的铝质量分数是（ ） A. 99.00% B. 99.97% C. 99.99% D. 99.50% 【答案】C 【解析】文中举例“1A99(原LG5),其 w_Al=99.99%”；A是纯铝通用下限，B是1A97的铝含量，D是1350的铝含量，故答案为C。 3. （填空题）纯铝的导电性和导热性仅次于________和铜，因此常用于制造电线、电缆等导电构件。 【答案】银 【解析】文中指出“纯铝具有良好的导电性和导热性，其导电性和导热性仅次于银和铜”，故填“银”。 · 纯铝1开头，后两位是纯度。导电导热耐大气，强度太低做结构。电线电缆散热片，熔配合金是基础。 知识点三 铝合金的分类、性能、牌号和用途 在纯铝中加入一种或几种其他元素(如铜、镁、硅、锰、锌等)形成的非铁金属称为铝合金。铝合金经过冷变形加工或热处理，其抗拉强度可进一步提高到400 MPa以上，而且铝合金的比强度(抗拉强度与密度的比值)高，具有良好的耐蚀性和可加工性。因此，在汽车、民用产品、高铁、航空航天(图2-21)等领域应用广泛。 (1)铝合金的分类 铝合金按工艺特点可分为变形铝合金和铸造铝合金两类。变形铝合金是通过冲压、弯曲、轧制、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金，变形铝合金包括防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝。铸造铝合金是指采用铸造成形工艺直接获得零件的铝合金。 (2)铝合金的牌号、性能和用途 1)变形铝合金的牌号、性能和用途 国家标准GB/T 16474——2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》规定，变形铝合金的牌号直接引用国际四位数字体系牌号或采用四位字符体系牌号。部分变形铝合金的新旧牌(代)号对照、主要特性及用途见表2-3。 表2-3部分变形铝合金的新旧牌(代)号对照、主要特性及用途 类别 旧代号 新牌号 主要 特性 用途 防锈铝 LF2 5A02 不能热处理强化，强度不高，塑性与耐蚀性好，焊接性好 用于制造在液体介质中工作的零件，如油箱、油管、液体容器及防锈蒙皮等 LF21 3A21 硬铝 LY12 2A12 能热处理强化，力学性能良好，但耐蚀性不好 用于制造承受中等载荷的零件和构件。如飞机的骨架零件、蒙皮及铆钉等 超硬铝 LC4 7A04 能热处理强化，室温强度高，塑性较低，耐蚀性不好 用于制造承受高载荷的零件，如飞机的大梁、桁条、加强框及起落架 锻铝 LD5 2A50 高强度锻铝，锻造性能好，耐蚀性不好，切削加工性能好 用于制造形状复杂和中等强度的锻件、冲压件 LD7 2A70 耐热锻铝，热强性较高，耐蚀性不好，切削加工性能好 用于制造内燃机活塞、叶轮和在高温下工作的复杂锻件 2)铸造铝合金的牌号、性能和用途 铸造铝合金与变形铝合金相比，一般含有较高的合金元素，具有良好的铸造性能，但塑性与韧性较低，不能进行压力加工。按其所加合金元素的不同，铸造铝合金主要有 Al-Si系、Al-Cu系、 Al-Mg系和 Al-Zn系等。 铸造铝合金的牌号由铝和主要合金元素的化学符号及表示主要合金元素名义质量分数的百分数组成，并在其牌号前面冠以“铸”字汉语拼音字首“Z”。例如，ZAlSil2 表示 的铸造铝合金。铸造铝合金用于制造质量轻、导热性好、耐腐蚀的气缸体、箱体(图2-22)、活塞(图2-23)、框架及壳体等。 【单项选择题】下列关于铝合金性能的说法，正确的是（ ） A. 铝合金强度低于纯铝，塑性高于纯铝 B. 铝合金经过冷变形或热处理后，抗拉强度可超过400MPa C. 铸造铝合金塑性与韧性高，适合压力加工 D. 变形铝合金铸造性能好，适合直接铸造成形 【答案】B 【解析】文中明确“铝合金经过冷变形加工或热处理，其抗拉强度可进一步提高到400 MPa以上”；A（强度低于纯铝）表述错误（铝合金强度高于纯铝），C（铸造铝合金塑性韧性高、适合压力加工）表述错误（铸造铝合金塑性韧性低，不能压力加工），D（变形铝合金铸造性能好）表述错误（变形铝合金需压力加工，铸造性能差），故答案为B。 1. （单项选择题）变形铝合金牌号的命名依据是（ ） A. 国家标准GB/T 16474——2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》 B. 企业自行制定的标准 C. 国际通用的纯铝牌号标准 D. 无统一标准，按用途命名 【答案】A 【解析】文中明确“国家标准GB/T 16474——2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》规定，变形铝合金的牌号直接引用国际四位数字体系牌号或采用四位字符体系牌号”；B、C、D表述错误，故答案为A。 2. （单项选择题）铸造铝合金的牌号前缀“Z”的含义是（ ） A. “铸”字汉语拼音字首 B. “铝”字汉语拼音字首 C. “造”字汉语拼音字首 D. “重”字汉语拼音字首（表示密度大） 【答案】A 【解析】文中明确“铸造铝合金的牌号……在其牌号前面冠以‘铸’字汉语拼音字首‘Z’”；B（铝）对应“Al”，C、D无对应定义，故答案为A。 3. （填空题）铝合金按工艺特点可分为________和铸造铝合金两类，前者需通过压力加工成形，后者需通过铸造成形。 【答案】变形铝合金 【解析】文中明确“铝合金按工艺特点可分为变形铝合金和铸造铝合金两类”，故填“变形铝合金”。 1. （单项选择题）铸造铝合金按主要合金元素分类，不包括下列哪一类？（ ） A. Al-Si系 B. Al-Cu系 C. Al-Mg系 D. Al-Fe系 【答案】D 【解析】文中明确“按其所加合金元素的不同，铸造铝合金主要有Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系等”，未提及Al-Fe系，故答案为D。 2. （单项选择题）锻铝“2A70”（旧代号LD7）的典型用途是（ ） A. 制造飞机蒙皮（用硬铝2A12） B. 制造高温下工作的内燃机活塞 C. 制造液体油管（用防锈铝5A02） D. 制造飞机起落架（用超硬铝7A04） 【答案】B 【解析】根据表2-3，2A70（LD7）属于耐热锻铝，用途为“制造内燃机活塞、叶轮和在高温下工作的复杂锻件”；A用硬铝，C用防锈铝，D用超硬铝，故答案为B。 3. （填空题）变形铝合金包括防锈铝、硬铝、超硬铝和________四种，不同类别用途差异显著。 【答案】锻铝 【解析】文中指出“变形铝合金包括防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝”，故填“锻铝”。 · 铝合金分变形和铸造，四位数字是变形，Z字开头是铸造。比强度高是优势，航空航天车辆跑。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$