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，如铝锰合金、铝铜合金、铝

2、铜镁系硬铝合金、铝锌镁 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: Fe: Cu: Mn:Mg: Ni: Zn: Ti:其他单个合计 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 总和铝合金基本常识一、分类 ：展伸材料分非热处理合金及热处理合金非热处理合金：纯铝一1000系，

3、铝锰系合金一3000系，铝矽系合金一4000系，铝镁系合金一5000系热处理合金：铝铜镁系合金一2000系，铝镁矽系合金一6000系，铝锌镁系合金一7000系。二、合金编号 ： 我国目前通用的是美国铝业协会 Aluminium Association 的编号。兹举例说明如下： 1070-H14（ 纯铝）2017-T4（ 热处理合金 ）3004-H32（ 非热处理合金 ）第一位数：表示主要添加合金元素。1 ：纯铝2：主要添加合金元素为铜3：主要添加合金元素为锰或锰与镁4：主要添加合金元素为矽5：主要添加合金元素为镁6：主要添加合金元素为矽与镁7：主要添加合金元素为锌与镁8：不属於上列合金系的新合

4、金第二位数： 表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金 。0：表原合金1：表原合金经第一次修改2：表原合金经第二次修改第三及四位数：纯铝：表示原合金合金：表示个别合金的代号”-:後面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的链度符号-Hn ：表示非热处理合金的链度符号-Tn :表示热处理合金的链度符号2 铝及铝合金的热处理一、链度符号 : 若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效处理及软烧等处理，以获取所需要的强度及性能。这些处理的过程称之为调质，调质的结果便是链度。链度符号 定 义F 制造状态的链度无特定链度下制造的成品，如挤压、热轧、锻造品等。H11

5、2 未刻意控制加工硬化程度的制造状态成品，但须保证机械性质。O 软烧链度完全再结晶而且最软状态。如系热处理合金，则须从软烧温度缓慢冷却，完全防止淬水效果。H 加工硬化的链度H1n :施以冷加工而加工硬化者H2n：经加工硬化後再施以适度的软烧处理H3n：经加工硬化後再施以安定化处理n 以 19 的数字表示加工硬化的程度n=2 表示 1/4 硬质n=4 表示 1/2 硬质n=6 表示 3/4 硬质n=8 表示硬质n=9 表示超硬质T T1:高温加工冷却後自然时效。挤型从热加工後急速冷却，再经常温十效硬化处理。亦可施以不影响强度的矫正加工，这种调质适合於热加工後冷却便有淬水效果的合金如：6063。T

6、3： 溶体化处理後经冷加工的目的在提高强度、平整度及尺寸精度。T36： T3 经 6%冷加工者。T361： 冷加工度较T3大者。T4： 溶体化处理後经自然时效处理。T5： 热加工後急冷再施以人工时效处理。人工时效处理的目的在提高材料的机械性质及尺寸的安定性适用於热加工冷却便有淬水效果的合金如：6063T6： 溶体化处理後施以人工时效处理。此为热处理合金代表性的热处理，无须施以冷加工便能获得优越的强度。於溶体化处理後为提高尺寸精度或矫正而施以冷加工，如不保证更高的强度时，亦可当作是 T6 链度。T61： 溶体化处理後施以温水淬水再经人工时效处理，温水淬水的目的在防止发生变形。T7： 溶体化处理後

7、施以安定化处理 （亦及人工时效处理的温度或时间较 T6 处理高或长 ）。 其目的在改善耐硬力腐蚀裂及防止淬水时发生变形。T7352:溶体化处理後除去残余应力再施以过时效处理（亦及人工时效处理的温度或时间较 T6处理高或长）。目的在改善耐硬力腐蚀裂。於溶体化处理後施以15%永久变形的压缩加工，以消除残余应力。T8: 溶体化处理後施以冷加工再施以人工时效处理，冷加工时断面减少率为3%及 6% 各为 T83 及 T86。T9: 溶体化处理後人工时效处理，最後施以冷加工，最後冷加工的目的在增加强度。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金富铝部分平衡相图如图 所示。 548时，铜在

8、铝中的最大溶解度为 %,温度降到 302时，铜的溶解度 为%。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%，铜含量在 4%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%。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。设计Al-

9、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。 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 %，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

10、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%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为 %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

11、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。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 %，而在 125时其溶解度则下降到 %。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

12、的强化作用。Mg/Zn2含量从 濾高到12%寸，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。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

13、在。在硅大于铁时，形成B -FeSiAI3（或Fe2Si2AI9）相，而铁大于硅时，形成a-Fe2SiAI8（或Fe3Si2AI12）。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 TiAI2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。 AI-Ti 系合金产生包反应时，钛的临界含量约为 %，如果有硼存 在则减速小到 %。铬铬在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常见的添加元素。600C时，铬在铝中溶解度为%室温时基本上不溶解。铬在铝

14、中形成（CrFe） AI7和（CrMn） AI12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。铬在铝合金中的添加量一般不超过%，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AI-Si 铸造合金中取代了钠的使用。对挤压用铝合金中加入%锶，使铸锭中 B -AIFeSi 相变成汉字形 a -AIFeSi 相，减少了铸锭均匀化时

15、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 %锶元素，可使初晶减少至最低限度，力学性能也显着提高，抗拉强度6b由233MPa提高到236MPa屈服强度6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%，锆和铝形成 ZrAl3 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

16、合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬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 at%为好。混合稀土 （La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使%S合金时效G?区形成的临界温度降 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

17、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。因此，接触食品和饮料的铝合金中