硅等元素在铝合金中的作用

1、硅、镁、锰、铜、锌、镍、钛等元素在铝合金中的作用硅，镁，锰，铜， 锌，镍，钛等元素在铝合金（包括：铸铝与变形铝）中的作用？纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的 硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或 热处理，可进一步提高强度。根据铝合金的成分和生产工艺特点，通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业 上应用的主要有铝-锰,铝-镁，铝-镁-铜，铝-镁-硅-铜，铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金 也叫熟铝合金，据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝，锻铝和特殊铝等 五种.铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝一锰合金、铝一铜合金、铝一 铜一镁

2、系硬铝合金、铝一锌一镁一铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物 理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防 锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号， 以供使用者选用。2A80，原先叫LD-8，化学成分如下：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其他单个0.05合计0.15 Al:余量铝合金各元素的含量要看合金的性质的，如上面例子牌号化学成分（质量分数）/%AL不小于杂质不大于Fe Si Cu Ga Mg Zn其他每种总和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金吕合金基本常一、分觌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：金吕-1000系，金吕金孟系合金-3000系，金吕矽系合金-4000系，金吕金美系合金 -5000 系。1.2熟虔理合金：吕飙金美系合金-2000系，吕金美矽系合金-6000系，吕金辛金美系合金-7000系。二、合金褊虢：我阈目前通用的是美阈金吕桨嫁畲Aluminium Association的褊虢。兹奉例就明如下：1070-H14伟屯金吕）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：宫屯金吕2：主要添加合金元素舄飙3：主要添加合金元素舄金孟或金孟舆金美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舆金美7：主要添加合金元素舄金辛舆金美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亲隹成分含量经修改的合金。0：表原合金1：表原合金会至第一次修改2：表原合金会至第二次修改2.3第三及四位敷：各屯金吕：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表示加工硬化的状憩或熟虔理状憩的度符虢-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金吕及金吕合金的熟虔理一、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，以猴取所需要的弓鱼度及性能。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，如捞厘、熟聿L、金段造品等。H112未刻意控制加工硬化程度的裂造状憩成品，但硝保言登檄械性。O款燎度完全再各吉晶而且最款状憩。如彳系熟虔理合金，则硝彳耸款燎温度金爰慢冷谷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：经加工硬化xx再施以遹度的款燎虔理H3n：经加工硬化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 :高温加工冷劄彳爰自然日寺效。捞型彳耸熟加工彳爰急速冷谷L再经常温十效 硬化虔理。亦可施以不影警弓鱼度的璃正加工，逼椒遹合於熟加工彳冷

7、劄便 有淬水效果的合金如：6063。T3：溶醴化虔理彳经冷加工的目的在提高弓鱼度、平整度及尺寸精度。T36： T3 经 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鱼度。 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鱼度 日寺，亦可富作是T6 度。T61 :溶醴化虔理彳爰施以温水淬水再经人工寺效虔理，

8、温水淬水的目的在防 止号娈生燮形。T7：溶醴化虔理彳爰施以安定化虔理（亦及人工寺效虔理的温度或寺段T6 M 理高或畏）。其目的在改善耐硬力腐触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 的温度或寺段T6虔理高或畏）。目的在改善耐硬力腐触裂。於溶醴化虔理彳施以15%永久燮形的厘会宿加 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，冷加工寺窗斤面减少率 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 增加弓鱼度。铝中合金元素和杂质对性能的影响1合金元素影响铜元素铝铜合

9、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、铭、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

10、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，同时加入适量的铭以抵消铜 对抗蚀性的不利影响。硅在铸造铝合金中随着硅含量的增加流动性也增加，达 到6%时几乎不产生热裂性。硅在铸铝中降低了铸件的膨胀系数，提高铸件的耐 磨性能。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 强化作用。镁元素Al-Mg合金系平衡相图富铝部分如图所

11、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-M

12、n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

13、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。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

14、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P-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成a-Fe2SiAl8(或 Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，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%。铭铭在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-

15、Mg系合金中常见的添加元素。600C 时，铭在铝中溶解度为0.8%，室温时基本上不溶解。铭在铝中形成（CrFe） Al7和（CrMn） A112等金属间化合物，阻碍再结晶的 形核和长大过程，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。铭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行为。因此 用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。由于锶的变 质有效时间长、效果和再现性好等优点，近年来在Al-Si铸造合金中取代了钠的 使用。对挤压用

16、铝合金中加入0.015%0.03%锶，使铸锭中P-A1FeSi相变成汉字形a-A1FeSi相，减少了铸锭均匀化 时间60%70%，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。对于 高硅（10%13%）变形铝合金中加入0.02%0.07%锶元素，可使初晶减少至最低限度，力学性能也显著提高，抗拉强 度6b由233MPa提高到236MPa，屈服强度60.2由204MPa提高到210MPa，延伸率65由9%增至12%。在过共晶Al-Si 合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可顺利地热轧和 冷轧。锆元素锆也是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入量为0.1%0.3%，锆和铝形成Z

17、rAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。 锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有锆存在时，会降低钛和硼细化晶粒 的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铭和锰的小， 因此宜用锆来代替铭和锰细化再结晶组织。杂质元素稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少 二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体 表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。各种稀土加入量约为0.1%at%为好。混合稀土（La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金时效G区形成的临界温度

18、降低。含镁的铝合金，能激发稀土 元素的变质作用。杂质元素的影响钒在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，但 比钛和锆的作用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。钙在铝合金中固溶度极低，与铝形成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑 性元素，大约5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi，不溶于 铝，由于减小了硅的固溶量，可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合 金切削性能。CaSi2不能使铝合金热处理强化。微量钙有利于去除铝液中的氢。铅、锡、铋元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强 度，但能改善切削性能。铋在凝固过程中膨胀，对补缩有利。高镁合金中加入 铋可防止钠脆。锑主要用作铸造铝合金中的变质剂，变形铝合金很少使用。仅在Al-Mg变 形铝合金中代替铋防止钠脆。锑元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善热压 与冷压工艺性能。铍在变形铝合金中可改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂。铍是 有毒元素，能使人产生过敏性中毒。因