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行业知识

铝合金中的各种元素有什么作用?

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发表时间:2019-02-24 09:40作者:景顺诚铝合金铸造厂来源:青岛景顺诚金属汇编网址:http://www.
文章附图

在各金属元素之中,对铝合金性能影响较大的元素有铜(Cu)、镁(Mg)、硅(Si)、锰(Mn)、锌(Zn)等,今天景顺诚铸铝厂就来谈谈这几个金属元素对铝合金性能的影响。‍

铝合金铸造

铜元素Cu

铝铜合金富铝部分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。

优点:增加含铜量,提高合金的流动性,抗拉强度和硬度,使机械性能得以提高,切削性变好。

缺点:降低耐蚀性和塑形,使热裂倾向增大。

硅元素Si

Al—Si合金系富铝部分在共晶温度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作用。

优点:改善合金的铸造性能,硅与铝能组成固溶体,提高合金的高温造型性,减少收缩率,无热裂倾向。二元铝基合金有高的耐蚀性。改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度,而使延伸率降低。硅还是改善流动性能的主要成份,从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。

缺点:结晶析出的硅(Si)易出现游离硅的硬质点,使切削性变差,高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。

镁元素Mg

Al-Mg合金系平衡相图富铝部分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。

优点:提高抗拉强度和屈服极限,提高合金的切削加工性。

缺点:Mg2Si会使铸件变脆。

锰元素Mn

Al-Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度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,并能显着细化再结晶晶粒。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。

优点:合金强度随溶解度增加而不断增加,锰含量为0.8%时,延伸率达最大值。锰(Mn)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(Fe),形成(Fe、Mn)Al6,使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织,减小铁的有害影响。

缺点:锰含量过高时,会引起偏析。

锌元素Zn

Al-Zn合金系平衡相图富铝部分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MgZn2,对合金产生明显的强化作用。MgZn2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MgZn2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-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。

优点: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。

缺点:存在应力腐蚀开裂的倾向。

铝合金因添加了不同金属元素,就好比一道菜,加上不同的佐料后形成不同的味道,使铝合金表现出不同的性能特点

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