各元素对铝合金性能影响

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1、1合金元素影响  铜元素  铝铜合金富铝部分平衡相图如图所示。548时,铜在铝中的最大溶解度为5.65%,温度降到302时,铜的溶解度为0.45%。铜是重要的合金元素,有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5%~5%,铜含量在4%~6.8%时强化效果最好,所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。  铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。  硅元素  Al—Si合金系平衡相图富铝部分如图所示。在共晶温度577时,硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随

2、温度降低而减少,介这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。  若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金,强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73:1。设计Al-Mg-Si系合金成分时,基体上按此比例配置镁和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金,为了提高强度,加入适量的铜,同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。  Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分如图所示。Mg2Si在铝中的最大溶解度为1.85%,且随温度的降低而减速小。  变形铝合金中,硅单独加入铝中只限于焊接材料,硅加入铝中亦有一定的强化

3、作用。  镁元素  Al-Mg合金系平衡相图富铝部分如图所示。尽管溶解度曲线表明,镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小,但是在大部分工业用变形铝合金中,镁的含量均小于6%,而硅含量也低,这类合金是不能热处理强化的,但是可焊性良好,抗蚀性也好,并有中等强度。  镁对铝的强化是明显的,每增加1%镁,抗拉强度大约升高瞻远34MPa。如果加入1%以下的锰,可能补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量,同时可降低热裂倾向,另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀,改善抗蚀性和焊接性能。  锰元素  Al-Mn合金系平平衡相图部分如图所示。在

4、共晶温度658时,锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加,锰含量为0.8%时,延伸率达最大值。Al-Mn合金是非时效硬化合金,即不可热处理强化。  锰能阻止铝合金的再结晶过程,提高再结晶温度,并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过  MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁,形成(Fe、Mn)Al6,减小铁的有害影响。  锰是铝合金的重要元素,可以单独加入形成Al-Mn二元合金,更多的是和其它合金元素一同加入,因此大多铝合金中均含有锰。  锌元

5、素  Al-Zn合金系平衡相图富铝部分如图所示。275时锌在铝中的溶解度为31.6%,而在125时其溶解度则下降到5.6%。  锌单独加入铝中,在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限,同时存在应力腐蚀开裂、倾向,因而限制了它的应用。  在铝中同时加入锌和镁,形成强化相Mg/Zn2,对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5%提高到12%时,可明显增加抗拉强度和屈服强度。镁的含量超过形成Mg/Zn2相所需超硬铝合金中,锌和镁的比例控制在2.7左右时,应力腐蚀开裂抗力最大。  如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素,形成Al-

6、Zn-Mg-Cu系合金,基强化效果在所有铝合金中最大,也是航天、航空工业、电力工业上的重要的铝合金材料。  2.微量元素的影响  铁和硅  铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中,硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅铸造合金中,均作为合金元素加的,在基它铝合金中,硅和铁是常见的杂质元素,对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时,形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相,而铁大于硅时,形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时,会引起铸件产生

7、裂纹,铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。  钛和硼  钛是铝合金中常用的添加元素,以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成TiAl2相,成为结晶时的非自发核心,起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时,钛的临界含量约为0.15%,如果有硼存在则减速小到0.01%。  铬  铬在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常见的添加元素。600℃时,铬在铝中溶解度为0.8%,室温时基本上不溶解。  铬在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金属间化合物,阻碍再结晶的形

8、核和长大过程,对合金有一定的强化作用,还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性,使阳极氧化膜呈黄色。  铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%,并随合金中过渡元素的增加而降低。  锶  锶是表面活性元素,在结晶学上锶能改变金属间化合物相的

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