各種元素在鋁合金中的作用

1、各種元素在鋁合金中的作用1 .合金元素影響銅元素鋁銅合金富鋁局部 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4%6.8%寸強(qiáng)化效果最 好,所以大局部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、鎰、銘、鋅、鐵等元素.力士兀素Al-Si合金系富鋁局部在共晶溫度 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

2、 鑄造性能和抗蝕性.假設(shè)鎂和硅同時(shí)參加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,為了提升強(qiáng)度,參加適量的銅,同時(shí)參加適量的銘以抵消銅對(duì)抗蝕性的不利影響.Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁局部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(dú)參加鋁中只限于焊接材料,硅參加鋁中亦有一定的強(qiáng)化作用.鎂元素Al-Mg合金系平衡相圖富鋁局部盡管溶解度曲線說(shuō)明,鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小,但是在 大局部工業(yè)用變形鋁合金中,鎂的含量均小于

3、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如果參加1%以下 的鎰,可能補(bǔ)充強(qiáng)化作用.因此加鎰后可降低鎂含量,同時(shí)可降低熱裂傾向,另外鎰還 可以使Mg5Al8化合物均勻沉淀,改善抗蝕性和焊接性能.鎰元素Al-Mn合金系平平衡相圖局部在共晶溫度658時(shí),鎰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,鎰含量為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.鎰能阻止鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程, 提升再結(jié)晶溫度,并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒.再結(jié)晶晶 粒的

4、細(xì)化主要是通過(guò)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、Mni Al6 ,減小鐵的有害影響.鎰是鋁合金的重要元素,可以單獨(dú)參加形成 Al-Mn二元合金,更多的是和其它合金元素 一同參加,因此大多鋁合金中均含有鎰.鋅元素Al-Zn合金系平衡相圖富鋁局部275時(shí)鋅在鋁中的溶解度為 31.6%,而在125時(shí)其溶解度那么下降到5.6%.鋅單獨(dú)參加鋁中,在變形條件下對(duì)鋁合金強(qiáng)度的提升十分有限,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)參加鋅和鎂,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%提升到12

5、%寸,可明顯增加抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度. 鎂的含量超過(guò)形成 Mg/Zn2相所 需超硬鋁合金中,鋅和鎂的比例限制在 2.7左右時(shí),應(yīng)力腐蝕 開裂抗力最大.如在Al-Zn-Mg根底上參加銅元素,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.2 .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 3 -FeSi

6、Al3或Fe2Si2Al9相,而鐵大于硅時(shí),形成 a -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(guò)高時(shí)會(huì)使鑄件產(chǎn)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 中間合金形式參加.鈦與鋁形成 TiAl2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)生包反響時(shí),鈦的臨界含量約為0.15%,如果有硼存在那么減 速小到0.01%.銘銘在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常見的添加元素.600c時(shí),銘在鋁中溶解度為0.8%,室溫時(shí)根本上不溶解.銘在鋁中形成CrFe Al

7、7和CrMn Al12等金屬間化合物,阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過(guò)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(yáng)極氧化膜呈黃色.銘在鋁合金中的添加量一般不超過(guò)0.35%,并隨合金中過(guò)渡元素的增加而降低.銀是外表活性元素,在結(jié)晶學(xué)上鋰能改變金屬間化合物相的行為.因此用銀元素進(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.由于鋸的變質(zhì)有效時(shí)間長(zhǎng)、效果和再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在Al-Si鑄 造合金中取代了鈉的使用.對(duì)擠壓用鋁合金中參加0.015%0.03%銀,使鑄錠中3 -AlFeSi相變成漢字形a -AlFeSi相,減少了鑄錠均勻化 時(shí)間 60%70

8、%提升材料力學(xué)性能和塑性加工性；改善制品外表粗糙度.對(duì)于高硅10%13%變形鋁合金中參加 0.02%0.07%銀元素,可 使初晶減少至最低限度,力學(xué)性能也顯著提升, 抗拉強(qiáng)度6 b 由233MPa提升到236MPa屈服強(qiáng)度6 0.2由204MPa提 高到210MPa延伸 率6 5由9%曾至12%在過(guò)共晶Al-Si合金中參加銀,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?錯(cuò)元素錯(cuò)也是鋁合金的常用添加劑.一般在鋁合金中參加量為0.1%0.3%,錯(cuò)和鋁 形成ZrAl3化合物,可阻礙再結(jié)晶過(guò)程,細(xì)化再結(jié)晶晶粒.錯(cuò)亦能細(xì)化鑄造組織,但比鈦的效果小.有 錯(cuò)存在時(shí),會(huì)降低鈦和硼細(xì)化晶粒的效

9、果.在Al-Zn-Mg-Cu系合金中,由于錯(cuò)對(duì)淬火敏感性的影響比銘和鎰的小,因此宜用錯(cuò)來(lái)代替銘和鎰細(xì)化再結(jié)晶組織.雜質(zhì)元素稀土元素參加鋁合金中,使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過(guò)冷,細(xì)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.還可降低熔體外表張力,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.各種稀土參加量約為0.1%at%為好.混合稀土La-Ce-Pr-Nd等混合的添加,使 Al-0.65%Mg-0.61%Si合金日寸效 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)元素的影響鈕在鋁合金中形成 VAl11難熔化合物,在熔鑄過(guò)程中起細(xì)

10、化晶粒作用,但比鈦和錯(cuò)的作用小.鈕也有細(xì)化再結(jié)晶組織、提升再結(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%丐和5麻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,可稍微提升工業(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、鈉元素是低熔點(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.鎖在凝固過(guò)程中膨脹,對(duì)補(bǔ)縮有利.高鎂合金中參加鈾可預(yù)防鈉脆.睇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變形鋁合金中代替鈉預(yù)防鈉脆.睇元素參加某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中,改善熱壓與冷壓工藝性能.破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.皺是有毒元素,能使人產(chǎn)生過(guò)敏性中毒. 因此,接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有被.焊接材料中的皺含量通常限制在8科g/ml以下.用作焊接基體的鋁合金也應(yīng)限制鍍的含量.鈉在鋁中幾乎不溶解,最大固溶度小于0.0025%,鈉的熔點(diǎn)低97.8 C,合金中存在鈉時(shí),在凝固過(guò)程中吸附在枝晶外表或晶界,熱加工