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铝合金材质的秘密 -- 认识铝合金

（转自台湾遥控技术）

兼具强度与轻量、效能与价钱，而且又能耐油、耐高温与抗腐蚀等，没有其它任何的材质会比铝合金更适用。但是同样都是铝合金的材质，却会因为合金内所加入的金属成份与制作过程的不同，而产生完全迥异的特性。在本单元里。我们将要来探讨各种不同的铝合金的组成成份，以及其特有的合金金属的特性。

合金的成分

所谓的 “ 合金 ” ，是指两种或两种以上的金属，加热熔化后，合成一种新型态的金属，而所谓的 “ 铝合金 ” ，则是指使用铝合其他金属加热熔化而成，并且铝在合金中还要占有最高的比例。一般铝合金成分的标示方式是采用 4 个阿拉伯数字来表示，它清楚载明了铝合金内所含的各种金属元素。其中第一位数字则是说明了铝合金中，除了铝元素以外，加入的最主要的金属元素。其表示方式为如：（各种不同铝合金代号与其代表的加入合金中的金属元素）



数 字…… 主要的合金元素
1XXX…… 铝（ Aluminum ）最少估占 99 ％以上
2XXX…… 铜（ Copper ）
3XXX…… 锰（ Manganese ）
4XXX…… 矽（ Silicon ）
5XXX…… 镁（ Magnesium ）
6XXX…… 镁和矽
7XXX…… 锌（ Zinc ）
8XXX…… 其他金属元素

在从 2XXX 到 8XXX 的数字群中，第二个数字表示了合金加工的方式，而最后二个数字，则是提供给在同一系列的族群中作为区别使用。
每种不同的铝合金，都是其适用的场合与限制，而在遥控模型的使用上，我们最常看到的，也是应用最广的，当属 6061 和 7075 这两种规格，以下我们再针对此两种作进一步说明。


6061 ： 在 6061 规格铝合金中，铝合金元素占了 97.9 ％，镁元素占了 1 ％，矽元素占了 0.6 ％另外还有加入了 0.28 ％的铜与 0.2 ％鉻（ Chromium ）。
7075 ： 在 7075 铝合金中，主要的铝和锌金属元素分别占了 90 ％和 5.6 ％，其他则是镁元素占了 2.5%, 铜占了 1.6 ％，鉻占了 0.23 ％最后还有余数则是矽，锰，钛 … 等金属元素。


铝合金强度测量的依据

一般我们在测量金属的强度时会有各种不同的方法，不过我们再次提出三种最常被使用的方式，来作为衡量铝合金强度的依据。它分别是屈服力（ Yield ），剪切力（ Shear ）和张力（ Tensile ）而测量的单位则分别有英制的（ KSI: 每一平方英寸所能承受的千磅数（ thousands of pounds persquare inch ）与公制的（ KN/m ：每一平方米所能承受的千牛顿力）而为了统一起见本文以（ KSI ）为衡量的单位依据。

所谓的 “ 屈服力 ” 是表示要破坏聚合物网状结构最小的力。每个物体表面都是其所能承受的力量的限制，一暂超过此作用力时，物体就会开始变形，而失去其原本的形状。而如果用我们一般较为熟悉的方式来解释，一物体在单位面积上所能承受而且不使其产生变形的最小作用力，就是屈服力。而剪切力则是用来衡量物体所能承受来自于侧面的撞击力大小的依据，在遥控车上应用最广的就是摆臂插销的部分，使用剪切力越高的材质所制成的摆臂插销，其所能承受的侧面撞击力就会越大，也较不易弯曲，变形。最后一项就是大家比较熟悉的张力，它是表示要物体拉到分开所需施于的最小力量，而张力有时也被称为物体的极限强度 (Ultimate strength) 或最终强度。在此我们顺便附上 6061 与 7075 的铝合金强度测量的数据供你参考：


铝合金 屈服力 剪切力 张力
代号 （ Yield ） （ Shear ） （ Tensile ）
6065 7KSI 10KSI 13KSI
7075 15KSI 22KSI 33KSI
上表： 6061 与 7075 的各种强度测量数据。

从上表中我们可以很清楚的看出， 7075 比起 6061 铝合金而言，在各方面的测量数据都要明显高出许多，而这主要是因为 7075 铝合金中，铝合金的含量比 6061 中含有的铝还少了近 8 ％所的缘故（ 6061 中含有 97.9 ％的铝，而 7075 中则含有 90 ％的铝）。因为，纯铝是一项非常软的金属元素。


金属的韧度（ Temper ）

采用合金的方式，可以改变金属本身的特性，使其变成另外一种物理特性完全不同的材质。而除了合金外，另外一种可以用来提高金属整体强度的方式，就是所谓的 “ 热处理 ” 。一般我们常听到的 “ 淬火 ” 就是 “ 热处理 ” 的一种，它是让金属在经由高温加热后，再进行急速冷却的方式来增加其强度。而一般用来说明金属在经由 “ 热处理 ” 后的特性，就是所谓的 “ 韧度（ Temper ） ” 。

一般描述金属 “ 韧度 ” 的方式，是采用不同的英文字母缩写来表示。在此我们列出几种常见的英文字母所代表的意义供你参考：
F ：表示金属在经过加工处理后（包括：冷加工、热加工或铸造成形）就不再施以特别处理。

O ： 表示金属再经过 “ 退火（ Annealed ） ” 的处理过程，至最低要求的强度水准。而一般经由 “ 退火 ” 的目的，是希望能使加工硬化的机件再度软化，并回复到要求的韧性，以增加材质的延展性与安定性，方便做更进一步的加工。
W ： 指使用 “ 固溶热处理（ Solution Treatment ） ” 并经由 “ 自然时效（ Natural Aging ） ” 的方式，来达到金属硬化的目的。而此热处理的方式，一般是使用在 7XXX 系列的铝合金，以提高其硬度。
H: 表示经过加工变形的成品，这是一种不需要再经过额外热处理的过程，而能够提高材质本身强度的一种方式。
T ：比上述的 “F” 、 “O” 或 “H” 等，更能强化材质韧性的一种热处理方式。而一般再 “T” 的字母后，都会再跟一个或一个以上的数字。如我们常听到的 “T 6” 就是其中一种。

上述中的 “ 固溶热处理 ” 与 “ 自然时效 ” 都是硬化热处理的一种，而一般实用的析出硬化热处理程序，通常都会包括：固溶热处理、淬火与时效处理（ Aging Treatment ）三种步骤。所谓的 “ 固溶热处理 ” 是指将合金内的材料完全升温到金属熔解，以便让所有溶质全部溶入在一起的过程 ; 而 “ 淬火 ” 则是指将 “ 固溶热处理后 ” 的材料，迅速冷却以便获得更大的硬度的过程。而 “ 时效处理 ” 则将 “ 淬火 ” 处理后的物体，放置在恒温的状态下，使其内部结构逐渐发生变化，并产生细致的析出物，而造成性质上的变化。此恒温若是在室温的状态下，则称为 “ 自然时效 ” ；而若在高温炉中进行，则称之为 “ 人工时效 ” 。

在所有的遥控模型的应用上，我们常可看到采用 “T 6” 热处理的铝合金。如果是使用 “T6061 － T 6” 热处理的铝合金，甚至可以让原本 6061 的材质，拥有比 7075 铝合金更高的 “ 屈服力 ” 与 “ 张力 ” （参考下表），不过在 “ 剪贴力方面，则比 7075 还低。因此，在采用 “T 6” 热处理后，将可大幅度提升铝合金的 “ 屈服力 ” 与 “ 张力 ” ，但相对在 “ 剪切力 ” 的增加幅度则较小，而这种热处理的的技术，同样都适用在 6061 与 7075 的材质上。

铝合金代号 屈服力（ Yield ） 剪切力（ Shear ） 张力（ Tensile ）
6061 7KSI 10KSI 13KSI
7075 15KSI 22KSI 33KSI
6061—T6 31KSI 17KSI 35KSI
7075--T6 73KSI 48KSI 83KSI
表三：在采用 “T 6” 级热处理后，所得到的各种衡量强度的数据。

更进一步了解 7075――T6
在上述中，我们说明了将 6061 铝合金材质，在使用 “T 6” 级热处理后所得到的各种强度测量数据，而对于采用 “T 6” 级热处理的 7075 而言，又会有怎样惊人的表现呢？
如上列的表三所示，对于 7075――T6 而言，在 “ 屈服力 ” 上提升到将近原本未经热处理前的五倍（ 15KSI→73KSI ），而 “ 张力 ” 也提升了约二倍半（ 33KSI→83KSI ），二更令人惊讶的则是在 “ 剪切力 ” 方面。对于 6061 － T6 而言，仅提升了 7KSI （ 10KSI→17KSI ），为原本的 70 ％；而在 7075 － T6 上，则是从 22KSI 提升到 48KSI ，整整提升了二倍多。

结论

铝合金是一项应用非常广的材质，对于许多玩家而言，可能常常听到一些铝合金在处理过程中，非常令人冲动或是难以理解的字眼，而在本文中更是提出了许多在材料力学上才会出现的专有名词。而我们在撰写本篇文章的目的，并不是希望玩家都对这些专有名词能够通盘了解，而是希望你下次如有机会在听到一些专业术语，或是在查询产品所使用材质的特性或是加工处理的方式时，能有一些概略性的认识。

附表

liangwang

好贴好贴，正找有关的知识，谢谢楼主