具有广泛性能的铝合金用于工程结构。合金系统按数字系统 (ANSI) 或表示其主要合金成分的名称(DIN 和 ISO)分类。为给定的应用选择合适的合金需要考虑其抗拉强度、密度、延展性、成型性、可加工性、焊接性和耐腐蚀性,例如:铝合金因其高强度重量比而广泛用于飞机,另一方面,纯铝金属对于此类用途来说太软了,而且它不具备飞机和直升机所需的高抗拉强度。

铝合金与钢的类型

铝合金通常具有约 70 GPa 的弹性模量,约为钢合金弹性模量的三分之一。因此,对于给定的负载,由铝合金制成的部件或单元在弹性状态下的变形将比相同尺寸和形状的钢部件更大。

对于全新的金属产品,设计选择通常取决于制造技术的选择。挤压在这方面尤为重要,因为铝合金,特别是 Al-Mg-Si 系列,可以很容易地挤压形成复杂的型材。

一般来说,与钢相比,铝合金可以实现更硬和更轻的设计。例如,考虑薄壁管的弯曲:面积的二阶矩与管壁中的应力成反比,即应力值越大,应力越小。面积的二阶矩与半径的立方乘以壁厚成正比,因此将半径(和重量)增加 26% 将导致壁应力减半。出于这个原因,由铝合金制成的自行车车架使用比钢或钛更大的管径,以产生所需的刚度和强度。在汽车工程中,由铝合金制成的汽车采用由挤压型材制成的空间框架来确保刚性。这代表了与当前钢制汽车设计的常见方法的根本变化,后者依赖于车身外壳的刚度,称为一体式设计。

由于可以减轻重量,铝合金被广泛用于汽车发动机,特别是气缸体和曲轴箱。由于铝合金在高温下容易翘曲,因此此类发动机的冷却系统至关重要。制造技术和冶金进步也有助于汽车发动机的成功应用。

与钢相比,铝合金的一个重要结构限制是其较低的疲劳强度。在受控的实验室条件下,钢显示出疲劳极限,即低于该极限时不会发生失效的应力幅度——金属不会随着应力循环的延长而继续减弱。铝合金没有这个较低的疲劳极限,并将随着持续的应力循环而继续减弱。因此,铝合金很少用于在高循环状态(超过107个应力循环)下需要高疲劳强度的零件中。