雜質(zhì)對鋁性能的影響

1.合金元素影響

　　銅元素

　　鋁銅合金富鋁有些548時(shí)，銅在鋁中的較大溶解度為 5.65%,溫度降到302時(shí)，銅的溶解度為0.45%。銅是重要的合金元素，有必定的固溶強化效果，此外時(shí)效分出的CuAl2有著(zhù)顯著(zhù)的時(shí)效強化效果。 鋁合金中銅含量一般在2.5% ~ 5%，銅含量在4%~6.8%時(shí)強化效果較佳，所以大有些硬鋁合金的含銅量處于這規模。

　　鋁銅合金中能夠富含較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。

　　硅元素

　　Al—Si合金系富鋁有些在共晶溫度577 時(shí)，硅在 固溶體中的較大溶解度為1.65%。雖然溶解度隨溫度下降而削減，介這類(lèi)合金一般是不能熱處理強化的。鋁硅合金具有極好 的鍛造功能和抗蝕性。

　　若鎂和硅一起參加鋁中構成鋁鎂硅系合金，強化相為MgSi。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73:1。設計Al-Mg-Si系合金成分時(shí)，基體上按此份額裝備鎂和硅 的含量。有的Al-Mg-Si合金，為了進(jìn)步強度，參加適當的銅，一起參加適當的鉻以抵消銅對抗蝕性的晦氣影響。

　　Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁有些Mg2Si 在鋁中的較大溶解度為1.85%，且隨溫度的下降而減速小。

　　變形鋁合金中，硅單獨參加鋁中只限于焊接資料，硅參加鋁中亦有必定的強化效果。

　　鎂元素

　　Al-Mg合金系平衡相圖富鋁有些雖然溶解度曲線(xiàn)標明，鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，可是在 大有些工業(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于6%，而硅含量也低，這類(lèi)合金是不能熱處理強化的，可是可焊性良好，抗蝕性也罷，并有中等強度。

　　鎂對鋁的強化是顯著(zhù)的，每增加1%鎂，抗拉強度大概升高瞻遠34MPa。假如參加1%以下 的錳，能夠彌補強化效果。因而加錳后可下降鎂含量，一起可下降熱裂傾向，另外錳還能夠使Mg5Al8化合物均勻沉淀，改進(jìn)抗蝕性和焊接功能。

　　錳元素

　　Al-Mn合金系平平衡相圖有些在共晶溫度658時(shí)，錳在 固溶體中的較大溶解度為1.82%。合金強度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時(shí)，延伸率達較大值。Al-Mn合金對錯時(shí)效硬化合金， 即不行熱處理強化。

　　錳能阻撓鋁合金的再結晶進(jìn)程，進(jìn)步再結晶溫度，并能顯著(zhù)細化再結晶晶粒。再結晶晶粒的細化 首要是經(jīng)過(guò)MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對再結晶晶粒長(cháng)大起阻止效果。MnAl6的另一效果是能溶解雜質(zhì)鐵，構成(Fe、Mn)Al6，減小鐵的有害影響。

　　錳是鋁合金的重要元素，能夠單獨參加構成Al-Mn二元合金，更多的是和其它合金元素一同參加，因而大多鋁合金中均富含錳。

　　鋅元素

　　Al-Zn合金系平衡相圖富鋁有些275時(shí)鋅在鋁中的溶解度為31.6%，而在125時(shí)其溶解度則下降到5.6%。

　　鋅單獨參加鋁中，在變形條件下對鋁合金強度的進(jìn)步非常有限，一起存在應力腐蝕開(kāi)裂、傾向，因而約束了它的運用。

　　在鋁中一起參加鋅和鎂，構成強化相Mg/Zn2，對合金發(fā)生顯著(zhù)的強化效果。Mg/Zn2含量 從0.5%進(jìn)步到12%時(shí)，可顯著(zhù)增加抗拉強度和屈從強度。鎂的含量超越構成Mg/Zn2相所需超硬鋁合金中，鋅和鎂的份額操控在2.7擺布時(shí)，應力腐蝕 開(kāi)裂抗力較大。

　　如在A(yíng)l-Zn-Mg基礎上參加銅元素，構成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基強化效果在所有鋁合金中較大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金資料。

　　2.微量元素的影響

　　鐵和硅

　　鐵在A(yíng)l-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛鋁合金中，硅在A(yíng)l-Mg-Si系鍛鋁中和在A(yíng)l-Si系焊條及鋁硅鍛造合金中，均作為合金元素加的，在基它鋁合金 中，硅和鐵是多見(jiàn)的雜質(zhì)元素，對合金功能有顯著(zhù)的影響。它們首要以FeCl3和游離硅存在。在硅大于鐵時(shí)，構成β-FeSiAl3(或 Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時(shí)，構成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。當鐵和硅份額不當時(shí)，會(huì )引起鑄件發(fā)生裂紋，鑄鋁中鐵含量過(guò) 高時(shí)會(huì )使鑄件發(fā)生脆性。

　　鈦和硼

　　鈦是鋁合金中常用的增加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中心合金方式參加。鈦與鋁構成 TiAl2相，成為結晶時(shí)的非自覺(jué)中心，起細化鍛造安排和焊縫安排的效果。Al-Ti系合金發(fā)生包反應時(shí)，鈦的臨界含量約為0.15%，假如有硼存在則減 速小到0.01%。

　　鉻

　　鉻在A(yíng)l-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中多見(jiàn)的增加元素。600℃時(shí)，鉻在鋁中溶解度為0.8%，室溫時(shí)基本上不溶解。

　　鉻在鋁中構成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金屬間化合物，阻止再結晶的形核和長(cháng)大進(jìn)程，對合金有必定的強化效果，還能改進(jìn)合金耐性和下降應力腐蝕開(kāi)裂敏感性。但會(huì )場(chǎng)增加淬火敏感性，使陽(yáng)極氧化膜呈黃色。

　　鉻在鋁合金中的增加量一般不超越0.35%，并隨合金中過(guò)渡元素的增加而下降。

　　鍶

　　鍶是外表活性元素，在結晶學(xué)上鍶能改動(dòng)金屬間 化合物相的行動(dòng)。因而用鍶元素進(jìn)行蛻變處理能改進(jìn)合金的塑性加工性和終究產(chǎn)品質(zhì)量。因為鍶的蛻變有用時(shí)刻長(cháng)、效果和再現性好等長(cháng)處，這些年在A(yíng)l-Si鑄 造合金中取代了鈉的運用。對揉捏用鋁合金中參加0.015%~0.03%鍶，使鑄錠中β-AlFeSi相成為漢字形α-AlFeSi相，削減了鑄錠均勻化 時(shí)刻60%~70%，進(jìn)步資料力學(xué)功能和塑性加工性;改進(jìn)成品外表粗糙度。關(guān)于高硅(10%~13%)變形鋁合金中參加0.02%~0.07%鍶元素，可 使初晶削減至較低極限，力學(xué)功能也顯著(zhù)進(jìn)步，抗拉強度бb 由233MPa進(jìn)步到236MPa，屈從強度б0.2由204MPa提 高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在過(guò)共晶Al-Si合金中參加鍶，能減小初晶硅粒子尺度，改進(jìn)塑性加工功能，可順暢地熱軋和冷軋。

　　鋯元素

　　鋯也是鋁合金的常用增加劑。一般在鋁合金中參加量為0.1%~0.3%，鋯和鋁 構成ZrAl3化合物，可阻止再結晶進(jìn)程，細化再結晶晶粒。鋯亦能細化鍛造安排，但比鈦的效果小。有鋯 存在時(shí)，會(huì )下降鈦和硼細化晶粒的效果。 在A(yíng)l-Zn-Mg-Cu系合金中，因為鋯對淬火敏感性的影響比鉻和錳的小，因而宜用鋯來(lái)替代鉻和錳細化再結晶安排。

　　雜質(zhì)元素

　　稀土元素參加鋁合金中，使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過(guò)冷，細化晶粒，削減二次晶間距，削減合金中的氣體和攙雜，并使攙雜相趨于球化。還可下降熔體外表張力，增加流動(dòng)性，有利于澆注成錠，對工藝功能有著(zhù)顯著(zhù)的影響。各種稀土參加量約為0.1%at%為好�；旌舷⊥�(La-Ce-Pr-Nd等混合)的增加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時(shí)效G?P區構成的臨界溫度下降。含鎂的鋁合金，能激起稀土元素的蛻變效果。

　　3.雜質(zhì)元素的影響

　　釩在鋁合金中構成VAl11難熔化合物，在熔鑄進(jìn)程中起細化晶粒效果，但比鈦和鋯的效果小。釩也有細化再結晶安排、進(jìn)步再結晶溫度的效果。

　　鈣在鋁合金中固溶度極低，與鋁構成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大概5%鈣和5%錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅構成CaSi，不溶于鋁， 因為減小了硅的固溶量，可略微進(jìn)步工業(yè)純鋁的導電功能。鈣能改進(jìn)鋁合金切削功能。CaSi2不能使鋁合金熱處理強化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。

　　鉛、錫、鉍元素是低熔點(diǎn)金屬，它們在鋁中固溶度不大，略下降合金強度，但能改進(jìn)切削功能。鉍在凝結進(jìn)程中膨脹，對補縮有利。高鎂合金中參加鉍可避免鈉脆。

　　銻首要用作鍛造鋁合金中的蛻變劑，變形鋁合金很少運用。僅在A(yíng)l-Mg變形鋁合金中替代鉍避免鈉脆。銻元素參加某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改進(jìn)熱壓與冷壓工藝功能。

　　鈹在變形鋁合金中可改進(jìn)氧化膜的結構，削減熔鑄時(shí)的燒損和攙雜。鈹是有毒元素，能使人發(fā)生過(guò)敏性中毒。因而，接觸食物和飲料的鋁合金中不能富含鈹。焊接資猜中的鈹含量一般操控在8μg/ml以下。用作焊接基體的鋁合金也應操控鈹的含量。

　　鈉在鋁中幾乎不溶解，較大固溶度小于0.0025%，鈉的熔點(diǎn)低(97.8℃),合金中存在鈉時(shí)，在凝結進(jìn)程中吸附在枝晶外表或晶界，熱加工時(shí)，晶界上的 鈉構成液態(tài)吸附層，發(fā)生脆性開(kāi)裂時(shí)，構成NaAlSi化合物，無(wú)游離鈉存在，不發(fā)生“鈉脆”。當鎂含量超2%時(shí)，鎂攫取硅，分出游離鈉，發(fā)生“鈉脆”。因 此高鎂鋁合金不允許運用鈉鹽熔劑。避免“鈉脆”的辦法有氯化法，使鈉構成NaCl排入渣中，加鉍使之生成Na2Bi進(jìn)入金屬基體;加銻生成Na3Sb或加 入稀土亦可起到一樣的效果。