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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，
2、如铝锰合金、铝铜合金、铝铜镁系硬铝合金、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: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
3、 Cu Ga Mg Zn 其他每种 总和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
4、 99.50 0.30 0.22 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鋁合金基本常識一、分類 ：展伸材料分非熱處理合金及熱處理合金1.1 非熱處理合金： 純鋁1000 系，鋁錳系合金3000 系，鋁矽系合金4000 系，鋁鎂系合金5000 系。1.2 熱處理合金： 鋁銅鎂系合金2000 系，鋁鎂矽系合金6000 系，鋁鋅鎂系合金7000 系。二、合金編號 ： 我國目前通用的是美國鋁業協會Aluminium Association的編號。茲舉例說明如下： 1070-H1
5、4(純鋁)2017-T4(熱處理合金)3004-H32(非熱處理合金)2.1 第一位數：表示主要添加合金元素。1：純鋁2：主要添加合金元素為銅3：主要添加合金元素為錳或錳與鎂4：主要添加合金元素為矽5：主要添加合金元素為鎂6：主要添加合金元素為矽與鎂7：主要添加合金元素為鋅與鎂8：不屬於上列合金系的新合金2.2 第二位數： 表示原合金中主要添加合金元素含量或雜質成分含量經修改的合金 。0：表原合金1：表原合金經第一次修改2：表原合金經第二次修改2.3 第三及四位數：純鋁：表示原合金合金：表示個別合金的代號-：後面的 Hn 或 Tn 表示加工硬化的狀態或熱處理狀態的鍊度符號-Hn ：表示非熱處理
6、合金的鍊度符號-Tn ：表示熱處理合金的鍊度符號2 鋁及鋁合金的熱處理一、鍊度符號 ： 若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚須藉冷加工、淬水、時效 處理及軟燒等處理，以獲取所需要的強度及性能。這些處理的過程稱之為調質，調質的結果便是鍊度。鍊度符號 定 義F 製造狀態的鍊度無特定鍊度下製造的成品，如擠壓、熱軋、鍛造品等。H112 未刻意控制加工硬化程度的製造狀態成品，但須保證機械性質。O 軟燒鍊度完全再結晶而且最軟狀態。如係熱處理合金，則須從軟燒溫度緩慢冷卻，完全防止淬水效果。H 加工硬化的鍊度H1n：施以冷加工而加工硬化者H2n：經加工硬化後再施以適度的軟燒處理H3n：經加工硬化後再施以安定
7、化處理n 以 19 的數字表示加工硬化的程度n=2 表示 1/4 硬質n=4 表示 1/2 硬質n=6 表示 3/4 硬質n=8 表示硬質n=9 表示超硬質T T1：高溫加工冷卻後自然時效。擠型從熱加工後急速冷卻，再經常溫十效硬化處理。亦可施以不影響強度的矯正加工，這種調質適合於熱加工後冷卻便有淬水效果的合金如：6063。T3： 溶體化處理後經冷加工的目的在提高強度、平整度及尺寸精度。T36： T3 經 6%冷加工者。T361： 冷加工度較 T3 大者。T4： 溶體化處理後經自然時效處理。T5： 熱加工後急冷再施以人工時效處理。人工時效處理的目的在提高材料的機械性質及尺寸的安定性適用於熱加工冷
8、卻便有淬水效果的合金如：6063。T6： 溶體化處理後施以人工時效處理。此為熱處理合金代表性的熱處理，無須施以冷加工便能獲得優越的強度。於溶體化處理後為提高尺寸精度或矯正而施以冷加工，如不保證更高的強度時，亦可當作是 T6 鍊度。T61： 溶體化處理後施以溫水淬水再經人工時效處理，溫水淬水的目的在防止發生變形。T7： 溶體化處理後施以安定化處理(亦及人工時效處理的溫度或時間較 T6 處理高或長)。其目的在改善耐硬力腐蝕裂及防止淬水時發生變形。T7352： 溶體化處理後除去殘餘應力再施以過時效處理(亦及人工 時效處理的溫度或時間較 T6 處理高或長)。目的在改善耐硬力腐蝕裂。於溶體化處理後施以
9、15%永久變形的壓縮加工，以消除殘餘應力。T8： 溶體化處理後施以冷加工再施以人工時效處理，冷加工時斷面減少率為 3%及 6% 各為 T83 及 T86。T9： 溶體化處理後人工時效處理，最後施以冷加工，最後冷加工 的目的在增加強度。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
10、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AlSi 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。硅在铸造铝合金中随着硅含量的增加流动性也增加，
11、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
12、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-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
13、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
14、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。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 和游离硅存在。在硅大于铁时，形成 -FeSiAl3(或 Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成 -Fe2SiAl8(或 Fe3Si2Al12)。
15、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%。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
16、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 -AlFeSi 相变成汉字形 -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，力学性能也显著提高，抗拉强度 b 由 233MPa 提高到236MPa，屈服强度 0.2 由 204MPa 提高到 210MPa，延伸率 5 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
