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【深涂学会 科普知识】浅谈铝合金中各元素对铝合金性能影响的优缺点?

摘要:铝合金因添加了不同金属元素而表现出不同的性能特点。在各金属元素之中,对铝合金性能影响较大的元素有铜(Cu)、镁(Mg)、硅(Si)、铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)、锌(Zn)等,下面介绍下这几个金属元素对铝合金性能的影响。

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1.铜(Cu)


铜是铝合金中重要的合金元素,有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着显著的时效强化效果。


优点:固溶强化和时效强化效果好,铜含量在4%到6.8%时强化效果最好,所以大部分硬铝合金的含铜量都处于这范围。增加含铜量,提高合金的流动性,抗拉强度和硬度,使机械性能得以提高,切削性变好。


缺点:降低耐蚀性和塑性,使热裂倾向增大。


2. 镁(Mg)


镁对铝的强化是显著的,每增加1%镁,抗拉强度大约升高34MPa。假如加入1%以下的锰,可能增补强化作用。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化合物平均沉淀,改善抗蚀性和焊接机能。


优点:提高抗拉强度和屈服极限,提高合金的切削加工性。


缺点:Mg2Si会使铸件变脆。

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3. 硅(Si)


Mg2Si在铝中的最大溶解度为1.85%,且随温度的降低而减小,变形铝合金中,硅单独加入铝板中只限于焊接材料,硅加入铝中亦有一定的强化作用。


优点:改善合金的铸造性能。硅与铝能组成固溶体,能提高合金的高温造型性,减少收缩率,无热裂倾向。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。


缺点:结晶析出的硅(Si)易出现游离硅的硬质点,使切削性变差,高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。


4.铁(Fe)


优点:铝合金对模具的粘附作用十分强烈,当铁含量在0.6%以下时尤为强烈,即有不易脱模的现象。当铁含量超过0.6%后,粘模现象便大为减轻。


缺点:铝合金中含铁量太高时,铁以FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe的片状或针状组织存在于合金中,生成金属化合物,形成硬点。这种组织还会降低机械性能,增大热裂性,使铸件产生脆性。并且含铁(Fe)量过1.2%时,降低合金流动性,损害铸件的品质,缩短压铸设备中金属组件的寿命。

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5. 锰(Mn)


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合金长短时效硬化合金,即不可热处理强化。


优点:合金强度随溶解度增加而不断增加。锰含量为0.8%时,延伸率达最大值。锰(Mn)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(Fe),形成(Fe、Mn)Al6,使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织,减小铁的有害影响。


缺点:锰含量过高时,会引起偏析。


6.镍(Ni)


优点:有增加抗拉强度和硬度的倾向,对耐蚀性影响很大。


缺点:降低耐蚀性及热导性。


7.锌(Zn)


优点:铝中同时加入锌和镁,形成强化相Mg/Zn2,会对合金产生明显的强化作用。

缺点:存在应力腐蚀开裂的倾向。

来源:第八元素料版
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