硅等元素在鋁合金中的作用

1、硅、鎂、鎰、銅、鋅、鐐、鈦等元素在鋁合金中的作用硅，鎂，鎰，銅，鋅，鐐，鈦等元素在鋁合金（包括：鑄鋁與變形鋁）中的作用？ 純鋁的強(qiáng)度低，不宜用來制作承受載荷的結(jié)構(gòu)零件。向鋁中加入適量的硅、銅、鎂、鎰等合金元素，可制成強(qiáng)度較 高的鋁合金，若在經(jīng)冷變形強(qiáng)化或熱處理，可進(jìn)一步提高強(qiáng)度。根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)工藝特點(diǎn) ，通常分為形變與鑄造鋁合金兩大類.工業(yè)上應(yīng)用的主要有鋁-鎰，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(jù)其成分和性能特點(diǎn)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，如鋁一鎰合金、鋁一銅合金、鋁一銅一鎂系

2、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(xué)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(hào)，以供使用者選用。2A80，原先叫LD-8,化學(xué)成分如下：Si:0.5-1.2 Fe:1.0-1.6 Cu:1.9-2.5 Mn:0.2Mg:1.4-1.8 Ni:0.9-1.5 Zn:0.3 Ti:0.15其他單個(gè) 0.05 合計(jì) 0.15 Al: 余量鋁合金各元素的含量要看合金的性質(zhì)的，如上面例子 牌號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/% AL不小于雜質(zhì)不大于Fe Si Cu Ga Mg Zn其他

3、每種 總和AL99.90 99.90 0.07 0.05 0.005 0.020 0.01 0.025 0.016 0.10AL99.85 99.85 0.12 0.08 0.005 0.030 0.02 0.030 0.015 0.15AL99.7A 99.70 0.20 0.10 0.01 0.03 0.02 0.03 0.03 0.30AL99.70 99.70 0.20 0.12 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.30AL99.60 99.60 0.25 0.16 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.49AL99.50 99.50 0.30 0.2

4、2 0.02 0.03 0.05 0.05 0.03 0.50AL99.00 99.00 0.50 0.42 0.02 0.05 0.05 0.05 0.05 1.00 鋁合金基本常*戢一、分I® :展伸材料分非熟虛理合金及熟虛理合金1.1非熟虛理合金：1000系，鋁系合金一3000系，鋁矽系合金一4000系，鋁系合金一5000系。1.2熟虛理合金：系合金一2000系，鋁矽系合金一6000系，鋁劍系合金一7000系。二、合金褊甄:我閾目前通用的是美# Aluminium Association 的褊薪U藪犀例明如下：1070-H14（）2017-T4（熟虛理合金） 3004-H32（

5、非熟虛理合金） 2.1第一位敷：表示主要添加合金元素。1 :2:主要添加合金元素舄飆3:主要添加合金元素舄或4:主要添加合金元素舄矽5:主要添加合金元素舄6:主要添加合金元素舄矽輿7:主要添加合金元素舄?jiǎng)?:不屠於上列合金系的新合金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角荃修改的合金。0:表原合金1 :表原合金布至第一次修改2 :表原合金布至第二次修改2.3第三及四位敷：鋁：表示原合金合金：表示侗別合金的代虢''-":彳灸面的Hn或Tn表示加工硬化的片犬熊或熟虛理3犬H的It度符虢-Hn :表示非熟虛理合金的It度符虢-Tn :表示熟虛理合金

6、的It度符虢2鋁及鋁合金的熟虛理一、季柬度符虢:若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚藉冷加工、淬水、日寺效虛理及IfcW等虛理，以獴取所需要的強(qiáng)度及性能。逼些虛理的遏程if之的結(jié)果便是ii度。季柬度符虢定 nf裂造片犬n的it度照特定ii度下裂造的成品，如捶Hl、鍛造品等。H112未刻意控制加工硬化程度的裂造狀熊成品，但硝保tms械性O(shè) aBM 度完全再結(jié)晶而且最Oiio如彳系熟虛理合金，度慢冷劄，完全防止淬水效果。 h加工硬化的it度H1n：施以冷加工而加工硬化者H2n：經(jīng)加工硬化彳灸再施以;®度的款燎虛理H3n：經(jīng)加工硬化彳灸再施以安定化虛理n以19的敷字表示加工硬化的程度n=

7、2表示1/4硬n=4表示1/2硬n=6表示3/4硬n=8表示硬Kn=9表示超硬KT T1 :高溫加工冷劄彳灸自然日寺效。撈型雀熟加工彳灸急速冷劄，再經(jīng)常溫十效硬化虛理。亦可施以不影警強(qiáng)度的璃正 加工，合於熟加工彳灸冷劄便有淬水效果的合金如：6063。T3:溶醴化虛理彳務(wù)經(jīng)冷加工的目的在提高強(qiáng)度、平整度及尺寸精度。T36: T3經(jīng)6瞬加工者。T361: 冷加工度T3大者。T4:溶醴化虛理彳務(wù)！自然日寺效虛理。T5:熟加工彳灸急冷再施以人工日寺效虛理o人工日寺效虛理的目的在提高材料的檄械性及尺寸的安定性逋用於熟加工冷劄便有淬水效果的合金如：6063T6:溶醴化虛理彳灸施以人工日寺效虛理。此舄熟虛理

8、合金代表性的熟虛理，施以冷加工便能獴得僵越的強(qiáng)度。於溶醴化虛理彳灸舄提高尺寸精度或璃正而 施以冷加工，如不保更高的強(qiáng)度日寺，亦可富作是T6It度。T61:溶醴化虛理彳灸施以溫水淬水再經(jīng)人工日寺效虛理，溫水淬水的目的在防止畿生建形。T7:溶醴化虛理彳灸施以安定化虛理 （亦及人工日寺效虛理的溫度或日寺T6虛理高或畏）。其目的在改善耐硬力腐笈蟲裂及防止淬水日寺畿生建形。T7352:溶醴化虛理彳免除去殛繪廢力再施以遏日寺效虛理（亦及人工 日寺效虛理的溫度或日寺T6虛理高或畏）目的在改善耐硬力腐笈蟲裂。於溶醴化虛理彳灸施以15%永久建形的摩備宿加工，以消除闋斜g力。T8:溶醴化虛理彳灸施以冷加工再施以人

9、工日寺效虛理，冷加工日寺Wf面誠(chéng)少率舄3%及6%各舄T83及T86。T9:溶醴化虛理彳灸人工日寺效虛理，最彳灸施以冷加工，最彳灸冷加工的目的在增加強(qiáng)度。鋁中合金元素和雜質(zhì)對(duì)性能的影響1合金元素影響銅元素鋁銅合金富鋁部分平衡相圖如圖所示。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、鎰、銘、鋅、鐵等元素。硅元素Al Si合金系

10、平衡相圖富鋁部分如圖所示。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MgSio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)加入適量的銘以抵消銅對(duì)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(dòng)性也增加，達(dá)到6%時(shí)幾乎不產(chǎn)生熱裂性。硅在鑄鋁中降低了鑄件的膨脹系數(shù)，提高鑄件的耐磨性能。 Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁部

11、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(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Al-Mg 合金系平衡相圖富鋁部分如圖所示。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(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 34MPa如果加入1%Z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

12、焊接性能。鎰元素Al-Mn合金系平平衡相圖部分如圖所示。在共晶溫度658時(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。鎰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鎰。鋅元素Al-Zn合金系

13、平衡相圖富鋁部分如圖所示o 275時(shí)鋅在鋁中的溶解度為 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%寸， 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

14、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6-FeSiAl3(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中間合金形式加入。鈦與鋁形成 TiAl2相

15、，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%。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)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(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。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。辛思辛思是表面活性元素

16、，在結(jié)晶學(xué)上鋸能改變金屬間化合物相的行為。因此用鋸元素進(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。由于銀的變質(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0.015%0.03%辛思，使鑄錠中6 -AlFeSi相變成漢字形 a -AlFeSi相，減少了鑄錠均勻化時(shí)間60%70%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（10%13%變形鋁合金中加入0.02%0.07%思元素，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6 b由233MPs高到236MPa 屈服強(qiáng)度6 0.2由204MPa提高到210MPa延伸率6

17、 5由9%曾至12%在過共晶Al-Si合金中加入辛思，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)元素皓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%,皓和鋁形成ZrAl3化合物，可阻礙再結(jié)晶過程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒。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)化晶粒的效果。在 Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于皓對(duì)淬火敏感性的影響比銘和鎰的小，因此宜用皓來代替銘和鎰細(xì)化再結(jié)晶組織。雜質(zhì)元素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

18、，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 0.1%at%為好?；旌舷⊥粒?La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使 Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時(shí)效G? 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。雜質(zhì)元素的影響 鈕在鋁合金中形成 VAl11難熔化合物，在熔鑄過程中起細(xì)化晶粒作用，但比鈦和皓的作用小。機(jī)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%孟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(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、鉉元素是低熔點(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。鉉在凝固過程 中膨脹，對(duì)補(bǔ)縮有利。高鎂合金中加入鉉可防止鈉脆。鐐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變形鋁合金中代替鉉防止鈉脆。鐐元素 加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。皺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)生過敏