鋁合金中的各種元素有什么作用？

在各金屬元素之中，對(duì)鋁合金性能影響較大的元素有銅（Cu）、鎂（Mg）、硅（Si）、錳（Mn）、鋅（Zn）等，今天景順誠(chéng)鑄鋁廠(chǎng)就來(lái)談?wù)勥@幾個(gè)金屬元素對(duì)鋁合金性能的影響。?

銅元素Cu

鋁銅合金富鋁部分548時(shí)，銅在鋁中的最大溶解度為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，有一定的固溶強(qiáng)化效果，此外時(shí)效析出的CuAl2有著明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果。鋁合金中銅含量通常在2.5%～5%，銅含量在4%～6.8%時(shí)強(qiáng)化效果最好，所以大部分硬鋁合金的含銅量處于這范圍。

鋁銅合金中可以含有較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。

優(yōu)點(diǎn)：增加含銅量，提高合金的流動(dòng)性，抗拉強(qiáng)度和硬度，使機(jī)械性能得以提高，切削性變好。

缺點(diǎn)：降低耐蝕性和塑形，使熱裂傾向增大。

硅元素Si

Al—Si合金系富鋁部分在共晶溫度577時(shí)，硅在固溶體中的最大溶解度為1.65%。盡管溶解度隨溫度降低而減少，介這類(lèi)合金一般是不能熱處理強(qiáng)化的。鋁硅合金具有極好的鑄造性能和抗蝕性。

若鎂和硅同時(shí)加入鋁中形成鋁鎂硅系合金，強(qiáng)化相為MgSi。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73∶1。設(shè)計(jì)Al-Mg-Si系合金成分時(shí)，基體上按此比例配置鎂和硅的含量。有的Al-Mg-Si合金，為了提高強(qiáng)度，加入適量的銅，同時(shí)加入適量的鉻以抵消銅對(duì)抗蝕性的不利影響。

Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁部分Mg2Si在鋁中的最大溶解度為1.85%，且隨溫度的降低而減速小。

變形鋁合金中，硅單獨(dú)加入鋁中只限于焊接材料，硅加入鋁中亦有一定的強(qiáng)化作用。

優(yōu)點(diǎn)：改善合金的鑄造性能，硅與鋁能組成固溶體，提高合金的高溫造型性，減少收縮率，無(wú)熱裂傾向。二元鋁基合金有高的耐蝕性。改善抗拉強(qiáng)度、硬度、切削性以及高溫時(shí)強(qiáng)度，而使延伸率降低。硅還是改善流動(dòng)性能的主要成份，從共晶到過(guò)共晶都能得到最好的流動(dòng)性。

缺點(diǎn)：結(jié)晶析出的硅(Si)易出現(xiàn)游離硅的硬質(zhì)點(diǎn)，使切削性變差，高硅鋁合金對(duì)鑄件坩堝的熔蝕作用嚴(yán)重。

鎂元素Mg

Al-Mg合金系平衡相圖富鋁部分盡管溶解度曲線(xiàn)表明，鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，但是在大部分工業(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(qiáng)化的，但是可焊性良好，抗蝕性也好，并有中等強(qiáng)度。

鎂對(duì)鋁的強(qiáng)化是明顯的，每增加1%鎂，抗拉強(qiáng)度大約升高瞻遠(yuǎn)34MPa。如果加入1%以下的錳，可能補(bǔ)充強(qiáng)化作用。因此加錳后可降低鎂含量，同時(shí)可降低熱裂傾向，另外錳還可以使Mg5Al8化合物均勻沉淀，改善抗蝕性和焊接性能。

優(yōu)點(diǎn)：提高抗拉強(qiáng)度和屈服極限，提高合金的切削加工性。

缺點(diǎn)：Mg2Si會(huì)使鑄件變脆。

錳元素Mn

Al-Mn合金系平平衡相圖部分在共晶溫度658時(shí)，錳在固溶體中的最大溶解度為1.82%。合金強(qiáng)度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時(shí)，延伸率達(dá)最大值。Al-Mn合金是非時(shí)效硬化合金，即不可熱處理強(qiáng)化。

錳能阻止鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化主要是通過(guò)MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵，形成(Fe、Mn)Al6，減小鐵的有害影響。

錳是鋁合金的重要元素，可以單獨(dú)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，因此大多鋁合金中均含有錳。

優(yōu)點(diǎn)：合金強(qiáng)度隨溶解度增加而不斷增加，錳含量為0.8%時(shí)，延伸率達(dá)最大值。錳(Mn)能阻止鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程，提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化，主要是通過(guò)MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵(Fe)，形成（Fe、Mn）Al6，使鋁合金中由鐵形成的片狀或針狀組織變?yōu)榧?xì)密的晶體組織，減小鐵的有害影響。

缺點(diǎn)：錳含量過(guò)高時(shí)，會(huì)引起偏析。

鋅元素Zn

Al-Zn合金系平衡相圖富鋁部分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(dú)加入鋁中，在變形條件下對(duì)鋁合金強(qiáng)度的提高十分有限，同時(shí)存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、傾向，因而限制了它的應(yīng)用。

在鋁中同時(shí)加入鋅和鎂，形成強(qiáng)化相MgZn2，對(duì)合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。MgZn2含量從0.5%提高到12%時(shí)，可明顯增加抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。鎂的含量超過(guò)形成MgZn2相所需超硬鋁合金中，鋅和鎂的比例控制在2.7左右時(shí)，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂抗力最大。

如在Al-Zn-Mg基礎(chǔ)上加入銅元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基強(qiáng)化效果在所有鋁合金中最大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金材料。

優(yōu)點(diǎn)：鋁中同時(shí)加入鋅和鎂，形成強(qiáng)化相Mg/Zn2，對(duì)合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。

缺點(diǎn)：存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的傾向。

鋁合金因添加了不同金屬元素，就好比一道菜，加上不同的佐料后形成不同的味道，使鋁合金表現(xiàn)出不同的性能特點(diǎn)。

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