铝合金主要添加元素
铝合金主要添加元素
铝合金主要添加元素
(1) 铜元素:强化效果显着。铜元素能显着提高强度和硬度铝合金，并提高其耐磨性和耐腐蚀性。此外，铜还可以提高铝合金的再结晶温度，使材料在高温下保持良好的机械性能。然而，添加铜元素会降低铝合金的塑性和韧性。例如，含铜铝合金广泛应用于汽车摩托车零部件、电子电器设备等压铸件。然而，随着铜含量的增加，它降低了其抗腐蚀的能力并增加了热裂的可能性。
(2) 硅元素:硅具有优良的铸造性能，可改善铝合金的流动性。从共晶到过共晶的所有合金都具有良好的流动性。具有优良的铸造性能，适合铸造大型, 薄壁及复杂形状铸件。铝硅合金具有优良的铸造性能和耐腐蚀性能, 良好的密度, 良好的导热性, 且热膨胀小。然而, 随着硅含量的增加, 合金的强度和硬度会增加, 伸长率会降低, 并且切削加工性会降低。而且, 高硅铝合金会对坩埚造成较大的腐蚀。
(3) 镁元素:强化与平衡 镁对铝的强化效果明显。对于每一个 1% 镁含量增加, 抗拉强度增加约34MPa。铝镁合金中, 它们具有良好的耐腐蚀性, 但凝固范围大, 并且铸件热脆，容易产生裂纹。用于铝硅合金, 适量的镁可以强化合金的基体, 提高耐腐蚀性, 电镀性能, 阳极膜特性, 并使产品表面光亮。适用于铝硅铜系合金, 镁还可以提高合金基体的强化程度, 但会造成低温脆性, 并且镁含量需要严格控制。
(4) 锰元素:晶粒细化和杂质去除。锰在铝合金中的作用主要是阻止铝合金的再结晶过程, 提高再结晶温度, 并显着细化再结晶晶粒。例如, 在共晶温度 658, 锰在固溶体中的最大溶解度为 1.82%。合金的强度随着溶解度的增加而增加。当锰含量为 0.8%, 伸长率达到最大值。锰还能溶解杂质铁形成 (铁, 锰) 至6, 减少铁的有害影响。
(5) 锌元素:锌与镁协同强化。当锌单独添加到铝中时, 变形条件下铝合金强度的提高非常有限, 并且有应力腐蚀开裂的倾向。然而, 在铝中同时添加锌和镁形成强化相Mg/Zn2, 可显着提高抗拉强度和屈服强度。当锌镁比例控制在约 2.7, 抗应力腐蚀开裂能力最大。例如, 在Al-Zn-Mg中添加铜元素形成Al-Zn-Mg-Cu系列合金，是所有铝合金中强化效果最大的。
微量元素的独特贡献
(一) 铁和硅:复杂的影响 铁和硅在不同的铝合金体系中发挥着不同的作用。铁作为 Al-Cu-Mg-Ni-Fe 变形铝合金中的合金元素存在; 硅是 Al-Mg-Si 锻铝和 Al-Si 焊条以及铝硅铸造合金中的合金元素。然而, 在其他铝合金中, 铁和硅主要是杂质元素。当硅大于铁时, β-FeSiAl3 (或 Fe2Si2Al9) 相形成; 当铁大于硅时, α-Fe2SiAl8 (或 Fe3Si2Al12) 相形成。如果铁硅比例不合适, 它会导致铸件出现裂纹, 当铸铝中铁含量过高时, 它会使铸件变脆。
(二) 钛和硼:细化晶粒 钛是铝合金中常用的添加元素, 通常以 Al-Ti 或 Al-Ti-B 中间合金的形式添加。钛和铝形成TiAl2相, 结晶时成为非自发核心，起到细化铸造组织和焊缝组织的作用。当Al-Ti合金产生包反应时, 钛的临界含量约为 0.15%。如果存在硼, 它将减少到 0.01%。
(三) 铬元素:强化及影响 铬是Al-Mg-Si中常见的添加元素, 铝镁锌, 和铝镁合金。600℃时, 铬在铝中的溶解度为 0.8%, 常温下基本不溶。铬形成金属间化合物，例如 (铬铁矿)Al7 和 (铬锰)铝中的Al12, 阻碍再结晶的形核和生长过程, 对合金有一定的强化作用, 还可以提高合金的韧性，降低应力腐蚀开裂的敏感性。但同时, 会增加淬火敏感性，使阳极氧化膜发黄。铝合金中铬的添加量一般不超过 0.35%, 并且随着合金中过渡元素的增加而减小。
(四) 锶:改善锶的加工性能, 作为表面活性元素, 可改善铝合金的塑性加工性能，提高产品质量。在铝硅铸造合金中, 锶的使用可以替代钠，提高材料的机械性能和塑性加工性能。在挤压用铝合金中添加0.015%0.03%锶，可使铸锭中的β-AlFeSi相转变为汉字α-AlFeSi相, 缩短铸锭均化时间60%70%, 提高材料的机械性能和塑性加工性能; 并改善产品的表面粗糙度。高硅用 (10%〜13%) 变形铝合金, 添加0.02%~0.07%的锶可使初晶减少到最低限度, 机械性能也显着提高, 抗拉强度由233MPa提高到236MPa, 屈服强度从204MPa提高到210MPa, 伸长率增加自 9% 到 12%。过共晶铝硅合金中添加锶可减小初生硅颗粒尺寸, 改善塑料加工性能, 并可顺利进行热轧和冷轧。
(五) 锆元素:细化晶粒 锆也是铝合金的常用添加剂。一般来说, 铝合金中添加量为0.1%~0.3%。锆和铝形成ZrAl3化合物, 能阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆虽然对铸件组织有细化作用, 效果不及钛。
铝合金中各合金元素各司其职，共同决定铝合金的性能。通过优化合金元素的组合, 我们可以获得满足不同领域需求的铝合金材料。将来, 随着科研技术的不断进步, 铝合金及其合金元素的应用将更加广泛, 为我国经济社会发展作出贡献。