各元素对铝合金性能影响

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1、各元素对铝合金性能影响6合金元素影响铜元素在548C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。铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁 等元素。在共晶温度577C时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。因为溶解度随温度降低 而减少，所以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

2、为M g2Si。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。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

3、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。锰元素在共晶温度658C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，减小铁的有害影响。锰是铝

4、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275C时锌在铝中的溶解度为31.6%,而在125C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2.7左右时，应力腐蚀和开裂抗力最大。如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成A

5、l-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，在其他铝合金中，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B- 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

6、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%。铬铬是在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg合金中常见添加兀素 600C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

7、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B-AlFeSi相变成汉字形a -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6 b由

8、233MPa提高到236MPa，屈服强度6 0.2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，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。稀土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

9、，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GP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

10、。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

11、品和饮料的铝合金中不能含有铍。焊接材料中的 铍含量通常控制在8ug/ml以下。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。钠在铝中几乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，钠的熔点低（97.8C），合金中存在钠时，在凝 固过程中吸附在枝晶表面或晶界，热加工时，晶界上的钠形成液态吸附层，产生脆性开裂 时，形成 NaAlSi 化合物，无游离钠存在，不产生“钠脆”。当镁含量超 2%时，镁夺取硅 析出游离钠，产生“钠脆”。因 此高镁铝合金不允许使用钠盐熔剂。防止“钠脆”的方 法有氯化法，使钠形成NaCl排入渣中，加铋使之生成Na2Bi进入金属基体；加锑生成 Na3Sb 或加 入稀土亦可起到相同的作用。感谢您的阅读，祝您生活愉快。