鋁合金中各種主要元素起什么作用

1、.;硅(Si)是改善流動(dòng)性能的主要成份。從共晶到過共晶都能得到最好的流動(dòng)性。但結(jié)晶析出的硅(Si)易形成硬點(diǎn)，使切削性變差，所以一般都不讓它超過共晶點(diǎn)。另外，硅(Si)可改善抗拉強(qiáng)度、硬度、切削性以及高溫時(shí)強(qiáng)度，而使延伸率降低。銅(Cu)在鋁合金中固溶進(jìn)銅(Cu)，機(jī)械性能可以提高，切削性變好。不過，耐蝕性降低，容易發(fā)生熱間裂痕。作為雜質(zhì)的銅(Cu)也是這樣。鎂(Mg)鋁鎂合金的耐蝕性最好，因此 ADC5、ADC6 是耐蝕性合金，它的凝固范圍很大，所以有熱脆性，鑄件易產(chǎn)生裂紋，難以鑄造。作為雜質(zhì)的鎂(Mg)，在AL-Cu-Si 這種材料中，Mg2Si 會(huì)使鑄件變脆，所以一般標(biāo)準(zhǔn)在 0.3%以內(nèi)

2、。鐵(Fe)雜質(zhì)的鐵(Fe)會(huì)生成 FeAl3 的針狀結(jié)晶，由于壓鑄是急冷，所以析出的晶體很細(xì)， 不能說是有害成份。 含量低于 0.7 %則有不易脫模的現(xiàn)象， 所以含鐵(Fe)0.8 1.0 %反而好壓鑄。含有大量的鐵(Fe)，會(huì)生成金屬化合物，形成硬點(diǎn)。并且含鐵(Fe)量過 1.2 %時(shí)，降低合金流動(dòng)性，損害鑄件的品質(zhì)，縮短壓鑄設(shè)備中金屬組件的壽命。鎳(Ni)和銅(Cu)一樣，有增加抗拉強(qiáng)度和硬度的傾向，對(duì)耐蝕性影響很大。想要改善高溫強(qiáng)度耐熱性， 有時(shí)就加入鎳(Ni)， 但在耐蝕性及熱導(dǎo)性方面有降低的影響。錳(Mn)能改善含銅(Cu)，含硅(Si)合金的高溫強(qiáng)度。若超過一定限度，易生成Al-

3、Si-Fe- P+o T*T f;XMn 四元化合物，容易形成硬點(diǎn)以及降低導(dǎo)熱性。錳(Mn)能阻止鋁合金的再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化主要是通過MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。MnAl6 的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵(Fe)，形成(Fe，Mn)Al6 減小鐵的有害影響。錳(Mn)是鋁合金的重要元素，可以單獨(dú)加入 Al-Mn 二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多鋁合金中均含有錳(Mn)。鋅(Zn)若含有雜質(zhì)鋅(Zn)，高溫脆性大，但與汞(Hg)形成強(qiáng)化 HgZn2 對(duì)合金產(chǎn)生明顯強(qiáng)度作用。JIS 中規(guī)定在 1.0%以內(nèi)，但外國

4、標(biāo)準(zhǔn)有到 3%的，這里所講的當(dāng)然不是合金成份的鋅(Zn)，而是以雜質(zhì)鋅(Zn)的角色來說，它有使鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向。鉻(Cr)鉻(Cr)在鋁中形成(CrFe)Al7 和(CrMn)Al12 等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過程，對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用，還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。但會(huì)增加淬火敏感性。鈦(Ti)在合金中只需微量可使機(jī)械性能提高，但導(dǎo)電率卻下降。Al-Ti 系合金產(chǎn)生包晶反應(yīng)時(shí)，鈦(Ti)的臨界含量約為 0.15%，如有硼存在可以減少。在鋁合金中有時(shí)還存在鈣(Ca)，鉛(Pb)，錫(Sn)等雜質(zhì)元素。這些元素由于熔點(diǎn)高低不一，結(jié)構(gòu)不同，與鋁(Al)形成的化合物亦

5、不相同，因而對(duì)鋁合金性能.;的影響各不一樣。 鈣(Ca)在鋁中固溶度極低， 與鋁(Al)形成 CaAl4 化合物，鈣(Ca)能改善鋁合金切削性能。鉛(Pb)，錫(Sn)是低熔點(diǎn)金屬，它們?cè)阡X(Al)中固溶度不大，降低合金強(qiáng)度，但能改善切削性能。1.合金元素影響銅元素 Cu鋁銅合金富鋁部分 548時(shí)， 銅在鋁中的最大溶解度為 5.65,溫度降到 302時(shí)， 銅的溶解度為 0.45。銅是重要的合金元素，有一定的固溶強(qiáng)化效果，此外時(shí)效析出的 CuAl2有著明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果。 鋁合金中銅含量通常在 2.5 5，銅含量在 46.8時(shí)強(qiáng)化效果最好，所以大部分硬鋁合金的含銅量處于這范圍。鋁銅合金中可以含有

6、較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。硅元素 SiAlSi 合金系富鋁部分在共晶溫度 577 時(shí)，硅在固溶體中的最大溶解度為 1.65。盡管溶解度隨溫度降低而減少， 介這類合金一般是不能熱處理強(qiáng)化的。 鋁硅合金具有極好的鑄造性能和抗蝕性。若鎂和硅同時(shí)加入鋁中形成鋁鎂硅系合金，強(qiáng)化相為 MgSi。鎂和硅的質(zhì)量比為 1.73:1。設(shè)計(jì) Al-Mg-Si 系合金成分時(shí)，基體上按此比例配置鎂和硅 的含量。有的 Al-Mg-Si 合金，為了提高強(qiáng)度，加入適量的銅，同時(shí)加入適量的鉻以抵消銅對(duì)抗蝕性的不利影響。Al-Mg2Si 合金系合金平衡相圖富鋁部分 Mg2Si 在鋁中的最大溶解度為 1.85， 且隨溫度

7、的降低而減速小。變形鋁合金中，硅單獨(dú)加入鋁中只限于焊接材料，硅加入鋁中亦有一定的強(qiáng)化作用。.;鎂元素 MgAl-Mg 合金系平衡相圖富鋁部分盡管溶解度曲線表明， 鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，但是在大部分工業(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于 6，而硅含量也低，這類合金是不能熱處理強(qiáng)化的，但是可焊性良好，抗蝕性也好，并有中等強(qiáng)度。鎂對(duì)鋁的強(qiáng)化是明顯的，每增加 1鎂，抗拉強(qiáng)度大約升高瞻遠(yuǎn) 34MPa。如果加入 1以下 的錳，可能補(bǔ)充強(qiáng)化作用。因此加錳后可降低鎂含量，同時(shí)可降低熱裂傾向，另外錳還可以使 Mg5Al8 化合物均勻沉淀，改善抗蝕性和焊接性能。錳元素 MnAl-Mn 合金系平平衡相

8、圖部分在共晶溫度 658時(shí)，錳在固溶體中的最大溶解度為1.82。合金強(qiáng)度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為 0.8時(shí)，延伸率達(dá)最大值。Al-Mn 合金是非時(shí)效硬化合金， 即不可熱處理強(qiáng)化。錳能阻止鋁合金的再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化 主要是通過 MnAl6 化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。 MnAl6 的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵，形成（Fe、Mn）Al6，減小鐵的有害影響。錳是鋁合金的重要元素，可以單獨(dú)加入形成 Al-Mn 二元合金，更多的是和其它合金元素一同加入，因此大多鋁合金中均含有錳。鋅元素 ZnAl-Zn 合金系平衡相圖富鋁部分 275 時(shí)鋅

9、在鋁中的溶解度為 31.6，而在 125 時(shí)其溶解度則下降到 5.6。鋅單獨(dú)加入鋁中， 在變形條件下對(duì)鋁合金強(qiáng)度的提高十分有限， 同時(shí)存在應(yīng)力腐蝕開裂、傾向，因而限制了它的應(yīng)用。在鋁中同時(shí)加入鋅和鎂，形成強(qiáng)化相 Mg/Zn2，對(duì)合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。Mg/Zn2.;含量 從 0.5提高到 12時(shí)，可明顯增加抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。鎂的含量超過形成 Mg/Zn2相所需超硬鋁合金中，鋅和鎂的比例控制在 2.7 左右時(shí)，應(yīng)力腐蝕 開裂抗力最大。如在 Al-Zn-Mg 基礎(chǔ)上加入銅元素，形成 Al-Zn-Mg-Cu 系合金，基強(qiáng)化效果在所有鋁合金中最大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金材料。

10、2.微量元素的影響鐵和硅 Fe-Si鐵在 Al-Cu-Mg-Ni-Fe 系鍛鋁合金中，硅在 Al-Mg-Si 系鍛鋁中和在 Al-Si 系焊條及鋁硅鑄造合金中，均作為合金元素加的，在其它鋁合金中，硅和鐵是常見的雜質(zhì)元素，對(duì)合金性能有明顯的影響。它們主要以 FeCl3 和游離硅存在。在硅大于鐵時(shí)，形成-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時(shí)，形成-Fe2SiAl8(或 Fe3Si2Al12)。當(dāng)鐵和硅比例不當(dāng)時(shí)，會(huì)引起鑄件產(chǎn)生裂紋，鑄鋁中鐵含量過 高時(shí)會(huì)使鑄件產(chǎn)生脆性。鈦和硼 Ti-B鈦是鋁合金中常用的添加元素，以 Al-Ti 或 Al-Ti-B 中間合金形式加入。鈦與鋁形成Ti

11、Al2 相，成為結(jié)晶時(shí)的非自發(fā)核心，起細(xì)化鑄造組織和焊縫組織的作用。Al-Ti 系合金產(chǎn)生包反應(yīng)時(shí)，鈦的臨界含量約為 0.15，如果有硼存在則減 速小到 0.01。鉻 Cr鉻在 Al-Mg-Si 系、Al-Mg-Zn 系、Al-Mg 系合金中常見的添加元素。600時(shí)，鉻在鋁中溶解度為 0.8，室溫時(shí)基本上不溶解。鉻在鋁中形成（CrFe）Al7 和（CrMn）Al12 等金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過程，對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用，還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。但會(huì)場(chǎng)增加淬火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色。鉻在鋁合金中的添加量一般不超過 0.35，并隨合金中過渡元素的增加而降低。.;

12、鍶 Sr鍶是表面活性元素，在結(jié)晶學(xué)上鍶能改變金屬間 化合物相的行為。因此用鍶元素進(jìn)行變質(zhì)處理能改善合金的塑性加工性和最終產(chǎn)品質(zhì)量。 由于鍶的變質(zhì)有效時(shí)間長(zhǎng)、 效果和再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來在 Al-Si 鑄 造合金中取代了鈉的使用。對(duì)擠壓用鋁合金中加入 0.0150.03鍶， 使鑄錠中-AlFeSi 相變成漢字形-AlFeSi 相， 減少了鑄錠均勻化 時(shí)間 6070，提高材料力學(xué)性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。對(duì)于高硅（1013）變形鋁合金中加入 0.020.07鍶元素，可使初晶減少至最低限度，力學(xué)性能也顯著提高，抗拉強(qiáng)度b 由 233MPa 提高到 236MPa， 屈服強(qiáng)度0.2 由 2

13、04MPa 提高到 210MPa， 延伸率5 由 9增至 12。在過共晶 Al-Si 合金中加入鍶，能減小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可順利地?zé)彳埡屠滠?。鋯元?Zr鋯也是鋁合金的常用添加劑。 一般在鋁合金中加入量為 0.10.3， 鋯和鋁形成 ZrAl3化合物，可阻礙再結(jié)晶過程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒。鋯亦能細(xì)化鑄造組織，但比鈦的效果小。有鋯 存在時(shí)，會(huì)降低鈦和硼細(xì)化晶粒的效果。在 Al-Zn-Mg-Cu 系合金中，由于鋯對(duì)淬火敏感性的影響比鉻和錳的小，因此宜用鋯來代替鉻和錳細(xì)化再結(jié)晶組織。雜質(zhì)元素 Re稀土元素加入鋁合金中，使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過冷，細(xì)化晶粒，減少二次晶間距，減少合金中的氣

14、體和夾雜，并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力，增加流動(dòng)性，有利于澆注成錠，對(duì)工藝性能有著明顯的影響。各種稀土加入量約為 0.1at為好?；旌舷⊥粒↙a-Ce-Pr-Nd 等混合）的添加，使 Al-0.65Mg-0.61Si 合金時(shí)效 G?P 區(qū)形成的臨界溫度降低。含鎂的鋁合金，能激發(fā)稀土元素的變質(zhì)作用。3.雜質(zhì)元素的影響釩在鋁合金中形成 VAl11 難熔化合物，在熔鑄過程中起細(xì)化晶粒作用，但比鈦和鋯的作用小。釩也有細(xì)化再結(jié)晶組織、提高再結(jié)晶溫度的作用。鈣在鋁合金中固溶度極低，與鋁形成 CaAl4 化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大.;約 5鈣和 5錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅形成 Ca

15、Si，不溶于鋁， 由于減小了硅的固溶量，可稍微提高工業(yè)純鋁的導(dǎo)電性能。鈣能改善鋁合金切削性能。CaSi2 不能使鋁合金熱處理強(qiáng)化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。鉛、錫、鉍元素是低熔點(diǎn)金屬，它們?cè)阡X中固溶度不大，略降低合金強(qiáng)度，但能改善切削性能。鉍在凝固過程中膨脹，對(duì)補(bǔ)縮有利。高鎂合金中加入鉍可防止鈉脆。銻主要用作鑄造鋁合金中的變質(zhì)劑，變形鋁合金很少使用。僅在 Al-Mg 變形鋁合金中代替鉍防止鈉脆。銻元素加入某些 Al-Zn-Mg-Cu 系合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。鈹在變形鋁合金中可改善氧化膜的結(jié)構(gòu)，減少熔鑄時(shí)的燒損和夾雜。鈹是有毒元素，能使人產(chǎn)生過敏性中毒。因此，接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有鈹。焊接材料中的鈹含量通?？刂圃?8g/ml 以下。用作焊接基體的鋁合金也應(yīng)控制鈹?shù)暮?。鈉