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各元素在铝合金的作用

2017-08-07
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铝合金表面处理方法异同

工业铝型材是什么金属


铜元素(Cu) 

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。 

硅元素(Si) 

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,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。 

硅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。但结晶析出的硅易形成硬点,使切削性变差,所以一般都不让它超过共晶点。另外,硅可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度,而使延伸率降低。 

镁元素(Mg) 

镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小,铝镁合金的耐蚀性最好,因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金,它的凝固范围很大,所以有热脆性,铸件易产生裂纹,难以铸造。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,可补充强化作用。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(Mn)

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。 

锰能改善含铜(Cu),含硅(Si)合金的高温强度,若超过一定限度,容易形成硬点以及降低导热性;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。 

钛 

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。在合金中只需微量可使机械性能提高,但导电率却下降。Al-Ti系合金产生包晶反应时,钛(Ti)的临界含量约为0.15%,如有硼存在可以减少。 

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。对挤压用铝合金中加入0.015%—0.03%锶,使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi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,力学性能也显着提高。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系合金中,由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小,因此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。

 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。因此,接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。


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各元素在铝合金的作用

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铜元素(Cu) 

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。 

硅元素(Si) 

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,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。 

硅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。但结晶析出的硅易形成硬点,使切削性变差,所以一般都不让它超过共晶点。另外,硅可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度,而使延伸率降低。 

镁元素(Mg) 

镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小,铝镁合金的耐蚀性最好,因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金,它的凝固范围很大,所以有热脆性,铸件易产生裂纹,难以铸造。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,可补充强化作用。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(Mn)

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。 

锰能改善含铜(Cu),含硅(Si)合金的高温强度,若超过一定限度,容易形成硬点以及降低导热性;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。 

钛 

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。在合金中只需微量可使机械性能提高,但导电率却下降。Al-Ti系合金产生包晶反应时,钛(Ti)的临界含量约为0.15%,如有硼存在可以减少。 

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。对挤压用铝合金中加入0.015%—0.03%锶,使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi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,力学性能也显着提高。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系合金中,由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小,因此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。

 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。因此,接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。