硅等元素在鋁合金中的作用

1、硅、鎂、錳、銅、鋅、鎳、鈦等元素在鋁合金中的作用硅，鎂，錳，銅， 鋅，鎳，鈦等元素在鋁合金（包括：鑄鋁與變形鋁）中的作用？純鋁的強度低，不宜用來制作承受載荷的結構零件。向鋁中加入適量的 硅、銅、鎂、錳等合金元素，可制成強度較高的鋁合金，若在經冷變形強化或 熱處理，可進一步提高強度。根據鋁合金的成分和生產工藝特點，通常分為形變與鑄造鋁合金兩大類.工業(yè) 上應用的主要有鋁-錳,鋁-鎂，鋁-鎂-銅，鋁-鎂-硅-銅，鋁-鋅-鎂-銅等合金.變形鋁合金 也叫熟鋁合金，據其成分和性能特點又分為防銹鋁,硬鋁,超硬鋁，鍛鋁和特殊鋁等 五種.鋁合金是純鋁加入一些合金元素制成的，如鋁一錳合金、鋁一銅合金、鋁一 銅一鎂

2、系硬鋁合金、鋁一鋅一鎂一銅系超硬鋁合金。鋁合金比純鋁具有更好的物 理力學性能：易加工、耐久性高、適用范圍廣、裝飾效果好、花色豐富。鋁合金分為防 銹鋁、硬鋁、超硬鋁等種類，各種類均有各自的使用范圍，并有各自的代號， 以供使用者選用。2A80，原先叫LD-8，化學成分如下：Si:0.5-2 Fe:0-6 Cu:9-5 Mn:Mg:1.4-1.8 Ni:0.9-1.5 Zn:0.3 Ti:0.15其他單個0.05合計0.15 Al:余量鋁合金各元素的含量要看合金的性質的，如上面例子牌號化學成分（質量分數）/%AL不小于雜質不大于Fe Si Cu Ga Mg Zn其他每種總和AL99.9099.900

3、.070.050.010.0250.0160.10AL99.8599.850.120.080.0050.0300.020.0300.0150.15AL99.7A99.700.200.030.020.030.030.30 AL 99.7099.700.200.120.010.030.030.030.030.30 AL 99.6099.600.010.030.030.030.030.49 AL 99.5099.500.300.220.020.030.050.050.030.50 AL 99.000.500.420.020.050.050.050.051.00金呂合金基本常一、分覿展伸材料分非熟虔理

4、合金及熟虔理合金1.1非熟虔理合金：金呂-1000系，金呂金孟系合金-3000系，金呂矽系合金-4000系，金呂金美系合金 -5000 系。1.2熟虔理合金：呂飆金美系合金-2000系，呂金美矽系合金-6000系，呂金辛金美系合金-7000系。二、合金褊虢：我閾目前通用的是美閾金呂槳嫁畬Aluminium Association的褊虢。茲奉例就明如下：1070-H14偉屯金呂）2017-T4（熟虔理合金）3004-H32（非熟虔理合金）2.1第一位敷：表示主要添加合金元素。1：宮屯金呂2：主要添加合金元素舄飆3：主要添加合金元素舄金孟或金孟輿金美4：主要添加合金元素舄矽5：主要添加合金元素舄金

5、美6：主要添加合金元素舄矽輿金美7：主要添加合金元素舄金辛輿金美8：不屠xxxx合金系的新合金2.2第二位敷：表示原合金中主要添加合金元素含量或親隹成分含量經修改的合金。0：表原合金1：表原合金會至第一次修改2：表原合金會至第二次修改2.3第三及四位敷：各屯金呂：表示原合金合金：表示彳固另0合金的代虢 彳爰面的Hn或Tn表示加工硬化的狀憩或熟虔理狀憩的度符虢-Hn：表示非熟虔理合金的度符虢-Tn：表示熟虔理合金的度符虢2金呂及金呂合金的熟虔理一、度符虢：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚硝藉冷加工、淬水、日寺效虔理及款燎等虔理，以猴取所需要的弓魚度及性能。逼些虔理的遏程稍之,的各吉果便是度

6、。金柬度符虢定羲Fxx 度照特定度下裂造的成品，如撈厘、熟聿L、金段造品等。H112未刻意控制加工硬化程度的裂造狀憩成品，但硝保言登檄械性。O款燎度完全再各吉晶而且最款狀憩。如彳系熟虔理合金，則硝彳聳款燎溫度金爰慢冷谷L 完全防止淬水效果。H加工硬化的度H1n：施以xx而加工硬化者H2n：經加工硬化xx再施以遹度的款燎虔理H3n：經加工硬化xx再施以安定化虔理n以19的敷字表示加工硬化的程度n=2表示硬n=4表示硬n=6表示硬n=8表示硬n=9表示超硬T T1 :高溫加工冷劄彳爰自然日寺效。撈型彳聳熟加工彳爰急速冷谷L再經常溫十效 硬化虔理。亦可施以不影警弓魚度的璃正加工，逼椒遹合於熟加工彳冷

7、劄便 有淬水效果的合金如：6063。T3：溶醴化虔理彳經冷加工的目的在提高弓魚度、平整度及尺寸精度。T36： T3 經 6%xx 者。T361： xx度段T3大者。T4：溶醴化虔理xx 自然寺效虔理。T5：熟加工xx急冷再施以人工寺效虔理。人工寺效虔理的目的在提高材料的檄械性及尺寸的安定性遹用於熟加工 冷劄便有淬水效果的合金如：6063。T6：溶醴化虔理xx施以人工寺效虔理。此舄熟虔理合金代表性的熟虔理，照硝施以冷加工便能猴得僵越的弓魚度。 於溶醴化虔理彳爰舄提高尺寸精度或璃正而施以冷加工，如不保言登更高的弓魚度 日寺，亦可富作是T6 度。T61 :溶醴化虔理彳爰施以溫水淬水再經人工寺效虔理，

8、溫水淬水的目的在防 止號孌生燮形。T7：溶醴化虔理彳爰施以安定化虔理（亦及人工寺效虔理的溫度或寺段T6 M 理高或畏）。其目的在改善耐硬力腐觸裂及防止淬水寺畿生燮形。T7352:溶醴化虔理彳爰除去殛食余雁力再施以遏寺效虔理（亦及人工寺效虔理 的溫度或寺段T6虔理高或畏）。目的在改善耐硬力腐觸裂。於溶醴化虔理彳施以15%永久燮形的厘會宿加 工，以消除殛食余雁力。T8：溶醴化虔理彳施以冷加工再施以人工寺效虔理，冷加工寺窗斤面減少率 舄3%及6%各舄T83及T86。T9：溶醴化虔理彳人工寺效虔理，最彳施以冷加工，最彳冷加工的目的在 增加弓魚度。鋁中合金元素和雜質對性能的影響1合金元素影響銅元素鋁銅合

9、金富鋁部分平衡相圖如圖所示。548時，銅在鋁中的最大溶解度為5.65%,溫度降到302時，銅的溶解度為0.45%。銅是重要的合金元素，有一定的固溶強化效果，此外時效析出的 CuAl2有著明顯的時效強化效果。鋁合金中銅含量通常在5% 5%,銅含量在4%6.8%時強化效果最好，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較少的硅、鎂、錳、銘、鋅、鐵等元素。硅元素Al-Si合金系平衡相圖富鋁部分如圖所示。在共晶溫度577時，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 化的。鋁硅合金具有極好的鑄造性能和抗蝕性。若鎂和硅同時加入鋁中形成鋁

10、鎂硅系合金，強化相為MgSi。鎂和硅的質量 比為1.73:1。設計Al-Mg-Si系合金成分時，基體上按此比例配置鎂和硅的含量。有 的Al-Mg-Si合金，為了提高強度，加入適量的銅，同時加入適量的銘以抵消銅 對抗蝕性的不利影響。硅在鑄造鋁合金中隨著硅含量的增加流動性也增加，達 到6%時幾乎不產生熱裂性。硅在鑄鋁中降低了鑄件的膨脹系數，提高鑄件的耐 磨性能。Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁部分如圖所示。Mg2Si在鋁中的最大溶解 度為1.85%，且隨溫度的降低而減速小。變形鋁合金中，硅單獨加入鋁中只限于焊接材料，硅加入鋁中亦有一定的 強化作用。鎂元素Al-Mg合金系平衡相圖富鋁部分如圖所

11、示。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化的，但是可焊性良 好，抗蝕性也好，并有中等強度。鎂對鋁的強化是明顯的，每增加1%鎂，抗拉強度大約升高34MPa。如果加 入1%以下的錳，可能補充強化作用。因此加錳后可降低鎂含量，同時可降低熱裂傾向，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Al-Mn合金系平平衡相圖部分如圖所示。在共晶溫度658時，錳在固溶體中 的最大溶解度為1.82%。合金強度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時，延伸率達最大值。Al-M

12、n合金是非時效硬化合金，即不可熱處理 強化。錳能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，并能顯著細化再結晶晶 粒。再結晶晶粒的細化主要是通過MnAl6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起 阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質鐵，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Al-Zn合金系平衡相圖富鋁部分如圖所示。275時鋅在鋁中的溶解度為31.6%，而在125時其溶解度則下降到5.6%。鋅單獨加入鋁中，在變形條件下對鋁合金強度的提高十分有限，同時存在 應力腐蝕開裂、傾

13、向，因而限制了它的應用。在鋁中同時加入鋅和鎂，形成強化相Mg/Zn2,對合金產生明顯的強化作 用。Mg/Zn2含量從0.5%提高到12%時，可明顯增加抗拉強度和屈服強度。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7左右時，應力腐蝕開裂抗力最大。如在Al-Zn-Mg基礎上加入銅元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基強化效果 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。微量元素的影響鐵和硅鐵在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，在基它鋁合金中，硅和

14、鐵是常見 的雜質元素，對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，形成P-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時，形成a-Fe2SiAl8(或 Fe3Si2Al12)。當鐵和硅比例不當時，會引起鑄件產生裂紋，鑄鋁中鐵含量過高時 會使鑄件產生脆性。鈦和硼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TiAl2相，成為結晶時的非自發(fā)核心，起細化鑄造組織和焊縫組織的作 用。Al-Ti系合金產生包反應時，鈦的臨界含量約為0.15%，如果有硼存在則減速小到0.01%。銘銘在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-

15、Mg系合金中常見的添加元素。600C 時，銘在鋁中溶解度為0.8%，室溫時基本上不溶解。銘在鋁中形成（CrFe） Al7和（CrMn） A112等金屬間化合物，阻礙再結晶的 形核和長大過程，對合金有一定的強化作用，還能改善合金韌性和降低應力腐 蝕開裂敏感性。但會場增加淬火敏感性，使陽極氧化膜呈黃色。銘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。鍶鍶是表面活性元素，在結晶學上鍶能改變金屬間化合物相的行為。因此 用鍶元素進行變質處理能改善合金的塑性加工性和最終產品質量。由于鍶的變 質有效時間長、效果和再現(xiàn)性好等優(yōu)點，近年來在Al-Si鑄造合金中取代了鈉的 使用。對擠壓用

16、鋁合金中加入0.015%0.03%鍶，使鑄錠中P-A1FeSi相變成漢字形a-A1FeSi相，減少了鑄錠均勻化 時間60%70%，提高材料力學性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。對于 高硅（10%13%）變形鋁合金中加入0.02%0.07%鍶元素，可使初晶減少至最低限度，力學性能也顯著提高，抗拉強 度6b由233MPa提高到236MPa，屈服強度60.2由204MPa提高到210MPa，延伸率65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，可順利地熱軋和 冷軋。鋯元素鋯也是鋁合金的常用添加劑。一般在鋁合金中加入量為0.1%0.3%，鋯和鋁形成Z

17、rAl3化合物，可阻礙再結晶過程，細化再結晶晶粒。 鋯亦能細化鑄造組織，但比鈦的效果小。有鋯存在時，會降低鈦和硼細化晶粒 的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于鋯對淬火敏感性的影響比銘和錳的小， 因此宜用鋯來代替銘和錳細化再結晶組織。雜質元素稀土元素加入鋁合金中，使鋁合金熔鑄時增加成分過冷，細化晶粒，減少 二次晶間距，減少合金中的氣體和夾雜，并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體 表面張力，增加流動性，有利于澆注成錠，對工藝性能有著明顯的影響。各種稀土加入量約為0.1%at%為好?；旌舷⊥粒↙a-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時效G區(qū)形成的臨界溫度

18、降低。含鎂的鋁合金，能激發(fā)稀土 元素的變質作用。雜質元素的影響釩在鋁合金中形成VAl11難熔化合物，在熔鑄過程中起細化晶粒作用，但 比鈦和鋯的作用小。釩也有細化再結晶組織、提高再結晶溫度的作用。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CaSi，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化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。鉛、錫、鉍元素是低熔點金屬，它們在鋁中固溶度不大，略降低合金強 度，但能改善切削性能。鉍在凝固過程中膨脹，對補縮有利。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構，減少熔鑄時的燒損和夾雜。鈹是 有毒元素，能使人產生過敏性中毒。因