沈陽銅管廠家小編告訴大家合金元素在鋁合金中的作用|新聞資訊-沈陽市中聯銅鋁業有限公司

2020-07-08  來自: 沈陽市中聯銅鋁業有限公司 瀏覽次數:88

今天沈陽銅管廠家小編來告訴大家合金元素在鋁合金中的作用,關于沈合金元素已經比較熟悉了,在我們的生活中起到了很好的效果,但是我們卻不知道合金元素在鋁合金中的作用有哪些?接下來小編給大家分享一下合金元素在鋁合金中的作用。

1系鋁合金  (表示純鋁,含鋁量不少于99%)

2系鋁合金(鋁-銅合金系列)

3系鋁合金(鋁-錳合金系列)

4系鋁合金(鋁-硅合金系列)

5系鋁合金(鋁-鎂合金系列)

6系鋁合金(鋁-鎂-硅合金系列)

7系鋁合金(鋁-鋅合金系列)

8系鋁合金(其他元素)

1系鋁合金

1系鋁合金中的主要雜質是鐵和硅,其次是銅、鎂、鋅、錳、鉻、鈦、硼等,以及一些稀土元素,這些微量元素在部分1系鋁合金中還起合金化的作用,并且對合金的組織和性能均有影響。具體介紹如下:

(1)鐵 鐵與鋁可以生成FeAl?,鐵與硅和鋁可以生成三元化合物α(Al,Fe,Si)和β(Al,Fe,Si),它們是1系鋁合金中的主要相,硬而脆,對力學性能影響較大,一般是使強度略有提高,而塑性降低,并可以提高再結晶溫度。

(2)硅 硅與鐵是鋁中的共存元素。當硅過剩時,以游離硅狀態存在,硬而脆,使合金的強度略有提高,而塑性降低,并對高純鋁的二次再結晶晶粒度有明顯影響。

(3)銅 銅在1系鋁合金中主要以固溶狀態存在,對合金的強度有些貢獻,對再結晶溫度也有影響。

(4)鎂 鎂在1系鋁合金中可以是添加元素,并主要以固溶狀態存在,其作用是提高的強度,對再結晶溫度的影響較小。

(5)錳和鉻 錳、鉻可以明顯提高再結晶溫度,但對細化晶粒的作用不大。

幸运蛋蛋(6)鈦和硼 鈦、硼是1系鋁合金的主要變質元素,既可以細化鑄錠晶粒,又可以提高再結晶溫度并細化晶粒。但鈦對再結晶溫度的影響與鐵和硅的含量有關,當含有鐵時,其影響非常顯著;若含有少量的硅時,其作用減小;但當含Si0。48%(質量分數)時,鈦又可以使再結晶溫度顯著提高。

添加元素和雜質對1系鋁合金的電學性能影響較大,一般均使導電性能降低,其中鎳、銅、鐵、鋅、硅降低較少,而釩、鉻、錳、鈦則降低較多。此外,雜質的存在會破壞鋁表面形成氧化膜的連續性,使鋁的抗蝕性降低。

2系鋁合金

1.Al-Cu-Mg合金

AI-Cu-Mg系合金的主要合金的牌號有2A01、2A02、2A06、2A10、2A11、2A12等,主要添加元素有銅、鎂和錳,它們對合金有如下作用:

當ω(Mg)為1%~2%時,ω(Cu)從1%增加到4%,淬火狀態的合金抗拉強度從200MPa提高到380MPa;淬火自然時效狀態下合金的抗拉強度從300MPa增加到480MPa。ω(Cu)在1%~4%內,ω(Mg)從0.5%增加到2.0%時,合金的抗拉強度增加;繼續增加ω(Mg)時,合金的強度降低。

ω(Cu)=4.0%和ω(Mg)=2.0%的合金抗拉強度值較大,ω(Cu)=3%~4%和ω(Mg)=0.5%~1.3%的合金,其淬火自然時效效果較好。試驗指出,ω(Cu)=4%~6%和ω(Mg)=1%~2%的Al-Cu-Mg三元合金,在淬火自然時效狀態下,合金的抗拉強度可達490~510MPa。

由ω(Mn)=0。6%的Al-Cu-Mg合金在200℃和160MPa應力下的強度試驗值可知,含ω(Cu)=3。5%~6%和ω(Mg)=1。2%~2。0%的合金,強度較高。這時合金位于Al-S(Al,CuMg)偽二元截面上或這一區域附近。遠離偽二元截面的合金,即當ω(Mg)<1。2%和ω(Mg)>2。0%時,其強度降低。若ω(Mg)提高到3。0%或更多時,合金強度將迅速降低。

在250℃和100MPa應力下試驗,也得到了相似的規律。文獻指出,在300℃下強度較大的合金,位于鎂含量較高的Al-S二元截面以右的α+S相區中。

幸运蛋蛋ω(Cu)=3%~5%的Al-Cu二元合金,在淬火自然時效狀態下耐蝕性能很低。加入0.5%Mg,降低α固溶體的電位,可部分改善合金的耐蝕性。ω(Mg)>1.0%時,合金的局部腐蝕增加,腐蝕后伸長率急劇降低。

ω(Cu)>4.0%,ω(Mg)>1.0%的合金,鎂降低了銅在鋁中的溶解度,合金在淬火狀態下有不溶解的CuAl2和S相,這些相的存在加速了腐蝕。ω(Cu)=3%~5%和ω(Mg)=1%~4%的合金,它們位于同一相區,在淬火自然時效狀態耐蝕性相差不多。α-S相區的合金比α-CuAl2-S區域的耐蝕性能差。晶間腐蝕是Al-Cu-Mg系合金的主要腐蝕傾向。

幸运蛋蛋Al-Cu-Mg合金中加錳,主要是為了消除鐵的有害影響和提高耐蝕性。錳能稍許提高合金的室溫強度,但使塑性有所降低。錳還能延遲和減弱Al-Cu-Mg合金的人工時效過程,提高合金的耐熱強度。錳也是使Al-Cu-Mg合金具有擠壓效應的主要因素之一。ω(Mn)一般低于1%,含量過高能形成粗大的(FeMn)Al6脆性化合物,降低合金的塑性。

Al-Cu-Mg合金中添加的少量微量元素有鈦和鋯,雜質主要是鐵、硅和鋅等,其影響如下:(1)鈦 合金中加鈦能細化鑄態晶粒,減少鑄造時形成裂紋的傾向性。(2)鋯 少量的鋯和鈦有相似的作用,細化鑄態晶粒,減少鑄造和焊接裂紋的傾向性,提高鑄錠和焊接接頭的塑性。加鋯不影響含錳合金冷變形制品的強度,對無錳合金強度稍有提高。(3)硅 ω(Mg)低于1.0%的Al-Cu-Mg合金,ω(Si)超過0.5%,能提高人工時效的速度和強度,而不影響自然時效能力。因為硅和鎂形成了Mg2Si相,有利于提高人工時效效果。但ω(Mg)提高到1.5%時,經淬火自然時效或人工時效處理后,合金的強度和耐熱性能隨ω(Si)的增加而下降。因而,ω(Si)應盡可能地降低。除此以外,ω(Si)增加將使2Al2、2A06等合金鑄造形成裂紋傾向增加,鉚接時塑性下降。因此,合金中的ω(Si)一般限制在0.5%以下。要求塑性高的合金,ω(Si)應更低些。(4)鐵 鐵和鋁形成FeAl3化合物,鐵會溶入銅、錳、硅等元素所形成的化合物中,這些不溶入固溶體中的粗大化合物,會降低合金的塑性,使變形時合金易于開裂,并使強化效果明顯降低。而少量的鐵(低于0.25%)對合金力學性能影響很小,可改善鑄造、焊接時裂紋的形成傾向,但使自然時效速度降低。為獲得高塑性的材料,合金中的鐵和硅含量應盡量低些。(5)鋅 少量的鋅(ω(Zn)=0.1%~0.5%)對Al-Cu-Mg合金的室溫力學性能影響很小,但使合金耐熱性降低。合金中ω(Zn)應限制在0.3%以下。

2.Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金

Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金的主要合金的牌號有2A70、2A80、2A90等,各合金元素有如下作用:(1)銅和鎂 銅、鎂含量對上述合金室溫強度和耐熱性能的影響與Al-Cu-Mg合金的相似。由于該系合金中銅、鎂含量比Al-Cu-Mg合金低,使合金位于α+S(Al2CuMg)兩相區中,因而合金具有較高的室溫強度和良好的耐熱性;另外,銅含量較低時,低濃度的固溶體分解傾向小,這對合金的耐熱性是有利的。(2)鎳 鎳與合金中的銅可以形成不溶解的三元化合物,鎳含量低時形(AlCuNi),含鎳高時形成Al3(CuNi)2,因此鎳的存在能降低固溶體中銅的濃度,對淬火狀態晶格常數的測定結果也證明了合金固溶體中銅溶質原子的貧化。當鐵含量很低時,鎳含量增加能降低合金的硬度,減小合金的強化效果。(3)鐵 鐵和鎳一樣,也能降低固溶體中銅的濃度。當鎳含量很低時,合金的硬度隨鐵含量的增加開始時是明顯降低,但當鐵含量達到某一數值后,又開始提高。

在AlCu2.2Mgl.65合金中同時添加鐵和鎳時,淬火自然時效、淬火人工時效、淬火和退火狀態下的硬度變化特點相似,均在鎳、鐵含量相近的部位出現一個較大值,相應在此處其淬火狀態下的晶格常數出現一極小值。

當合金中鐵含量大于鎳含量時,會出現Al7Cu2Fe相。而當合金中鎳含量大于鐵含量時,則會出現AlCuNi相,上述含銅三元相的出現,降低了固溶體中銅的濃度,只有當鐵、鎳含量相等時全部生成Al9FeNi相。在這種情況下,由于沒有過剩的鐵或鎳去形成不溶解的含銅相,故合金中的銅除形成S(Al2CuMg)相外,同時也增加了銅在固溶體中的濃度,這有利于提高合金強度及其耐熱性。

鐵、鎳含量可以影響合金耐熱性。Al9FeNi相是硬脆的化合物,在Al中溶解度極小,經鍛造和熱處理后,當它們彌散分布于組織中時,能夠顯著地提高合金的耐熱性。例如在AlCu2。2Mgl。65合金中ω(Ni)=1。0%,加入ω(Fe)=0。7%~0。9%的合金強度值較大。

(4)硅 在2A80合金中加入ω(Si)=0.5%~1.2%,可提高合金的室溫強度,但使合金的耐熱性降低。(5)鈦 2A70合金中加入ω(Ti)=0.02%~0.1%,可細化鑄態晶粒,提高鍛造工藝性能,對耐熱性有利,但對室溫性能影響不大。

3.Al-Cu-Mn合金

Al-Cu-Mn系合金主要合金的牌號有2A16、2A17等,其主要合金元素有如下作用:

(1)銅 在室溫和高溫下,隨著銅含量提高合金強度增加。ω(Cu)達到5.0%時,合金強度接近較大值。另外,銅能改善合金的焊接性能。

(2)錳 錳是提高耐熱合金的主要元素,它可提高固溶體中原子的性能,降低溶質原子的擴散系數和固溶體的分解速度。當固溶體分解時,析出T(Al20Cu2Mn3)的形成和長大過程也非常緩慢,所以合金在特定高溫下長時間受熱時性能也很穩定。添加適當的錳(ω(Mn)=0。6%~0。8%),能提高合金淬火和自然時效狀態的室溫強度和強度。但錳含量過高,T相增多,會使界面增加,加速擴散作用,降低合金的耐熱性。另外,錳也能降低合金焊接時的裂紋傾向。

       Al-Cu-Mn合金中添加的微量元素有鎂、鈦和鋯,而主要雜質元素有鐵、硅、鋅等,其影響如下:(1)鎂 在2Al6合金中銅、錳含量不變的情況下,添加ω(Mg)=0.25%~0.45%而成為2A17合金。鎂可以提高合金的室溫強度,并改善150~225℃以下的耐熱強度。然而,溫度再升高時,合金的強度明顯降低。但加入鎂能使合金的焊接性能變壞,故在用于耐熱可焊的2A16合金中,雜質ω(Mg)≤0.05%。(2)鈦 鈦能細化鑄態晶粒,提高合金的再結晶溫度,降低過飽和固溶體的分解傾向,使合金高溫下的組織穩定。但ω(Ti)>0.3%時,生成粗大針狀晶體TiAl3化合物會使合金的耐熱性有所降低。合金的ω(Ti)規定為0.1%~0.2%。(3)鋯 在2219合金中加入ω(Zr)=0.1%~0.25%時,能細化晶粒,并提高合金的再結晶溫度和固溶體的穩定性,從而提高合金的耐熱性,改善合金的焊接性和焊縫的塑性。但ω(Zr)高時,能生成較多的脆性化合物ZrAl3。(4)鐵 合金中的ω(Fe)>0.45%時,形成不溶解相Al7Cu2Fe,能降低合金淬火時效狀態的力學性能和300℃時的強度。所以限制ω(Fe)<0.3%。(5)硅 少量硅(ω(Si)≤0.4%)對室溫力學性能影響不明顯,但降低300℃時的強度;ω(Si)>0.4%時還降低室溫力學性能。因此限制ω(Si)<0.3%。(6)鋅 少量鋅(ω(Zn)=0.3%)對合金室溫性能沒有影響,但能加快銅在鋁中的擴散速度,降低合金300℃時的強度,故限制ω(Zn)<0.1%。

3系鋁合金

合金元素和雜質元素在3系鋁合金中的作用主要有:(1)錳 錳是3系鋁合金中的主合金元素,其含量一般在1%~1.6%范圍內,合金的強度、塑性和工藝性能良好,錳與鋁可以生成MnAl6相。合金的強度隨錳含量的增加而提高,當ω(Mn)>1.6%時,合金強度隨之提高,但由于形成大量脆性化合物MnAl6合金變形時容易開裂。隨著ω(Mn)的增加,合金的再結晶溫度相應地提高。該系合金由于具有很大的過冷能力,因此在快速冷卻結晶時,產生很大的晶內偏析,錳的濃度在枝晶的中心部位低,而在邊緣部位高,當冷加工產品存在明顯的錳偏析時,在退火后易形成粗大晶粒。(2)鐵 鐵能溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6化合物,從而降低錳在鋁中的溶解度。在合金中加入ω(Fe)=0.4%~0.7%,但要保證ω(Fe+Mn)≤1.85%,可以有效地細化板材退火后的晶粒,否則,形成大量的粗大片狀(FeMn)Al6化合物,會顯著降低合金的力學性能和工藝性能。(3)硅 硅是有害雜質。硅與錳形成復雜三元相T(Al12Mn3Si2),該相也能溶解鐵,形成(Al、Fe、Mn、Si)四元相。若合金中鐵和硅同時存在,則先形成α(Al12Fe3Si2)或β(Al9Fe2Si2)相,破壞鐵的有利影響。故應控制合金中ω(Si)<0.6%。硅也能降低錳在鋁中的溶解度,而且比鐵的影響大。鐵和硅可以加速錳在熱變形時從過飽和固溶體中的分解過程,也可以提高一些力學性能。(4)鎂 少量的鎂(ω(Mg)≈0.3%)能顯著地細化該系合金退火后的晶粒,并稍許提高其抗拉強度。但同時也會損害退火材料的表面光澤。鎂也可以是Al-Mg合金中的合金化元素,添加ω(Mg)=0.3%~1.3%,合金強度提高,伸長率(退火狀態)降低,因此發展出Al-Mg-Mn系合金。(5)銅 合金中ω(Cu)=0.05%~0.5%時可以顯著提高其抗拉強度。但含有少量的銅(ω(Cu)=0.1%)會使合金的耐蝕性能降低,故應控制合金中ω(Cu)<0.2%。(6)鋅 ω(Zn)<0.5%時對合金的力學性能和耐蝕性能無明顯影響,考慮到合金的焊接性能,限制ω(Zn)<0.2%。

4系鋁合金

合金元素和雜質元素在4系鋁合金中的作用主要有:(1)硅 硅是該系合金中的主要合金成分,含量ω(Si)=4.5%~13.5%。硅在合金中主要以α+Si共晶體和β(Al3FeSi)形式存在,硅含量增加,其共晶體增加,合金熔體的流動性增加,同時合金的強度和耐磨性也隨之提高。(2)鎳和鐵 鎳與鐵可以形成不溶于鋁的金屬間化合物,能提高合金的高溫強度和硬度,而又不降低其線膨脹系數。(3)銅和鎂 銅和鎂可以生成Mg2Si、CuAl2和S相,提高合金的強度。(4)鉻和鈦 鉻和鈦可以細化晶粒,改善合金的氣密性。

5系鋁合金

5系鋁合金的主要成分是鎂,并添加少量的錳、鉻、鈦等元素,而雜質元素主要有鐵、硅、銅、鋅等。具體作用介紹如下:

(1)鎂 鎂主要以固溶狀態和β(Mg2Al3或Mg5Al8)相存在,雖然鎂在合金中的溶解度隨溫度降低而迅速減小,但由于析出形核困難,核心少,析出相粗大,因而合金的時效強化效果低,一般都是在退火或冷加工狀態下使用。因此,該系合金也稱為不可強化鋁合金。該系合金的強度隨鎂含量的增加而提高,塑性則隨之降低,其加工工藝性能也隨之變差。鎂含量對合金的再結晶溫度影響較大,當ω(Mg)<5%時,再結晶溫度隨鎂含量的增加而降低;當ω(Mg)>5%時,再結晶溫度則隨鎂含量的增加而升高。鎂含量對合金的焊接性能也有明顯影響,當ω(Mg)<6%時,合金的焊接裂紋傾向隨鎂含量的增加而降低,當ω(Mg)>6%時,則相反;當ω(Mg)<9%時,焊縫的強度隨鎂含量的增加而顯著提高,此時塑性和焊接系數雖逐漸略有降低,但變化不大,當鎂含量大于9%時,其強度、塑性和焊接系數均明顯降低。

(2)錳 5系鋁合金中通常、ω(Mn)<1.0%。合金中的錳部分固溶于基體,其余以MnAl6相的形式存在于組織中。錳可以提高合金的再結晶溫度,阻止晶粒粗化,并使合金強度略有提高,尤其對屈服強度更為明顯。在高鎂合金中,添加錳可以使鎂在基體中的溶解度降低,減少焊縫裂紋傾向,提高焊縫和基體金屬的強度。

(3)鉻 鉻和錳有相似的作用,可以提高基體金屬和焊縫的強度,減少焊接熱裂傾向,提高耐應力腐蝕性能,但使塑性略有降低。某些合金中可以用鉻代替錳。就強化效果來說,鉻不如錳,若兩元素同時加入,其效果比單一加入的大。

(4)鈹 在高鎂合金中加入微量的被(ω(Be)=0.0001%~0.005%),能降低鑄錠的裂紋傾向和改善軋制板材的表面質量,同時減少熔煉時鎂的燒損,并且還能減少在加熱過程中材料表面形成的氧化物。

(5)鈦 高鎂合金中加入少量的鈦,主要是細化晶粒。

(6)鐵 鐵與錳和鉻能形成難溶的化合物,從而降低錳和鉻在合金中的作用,當鑄錠組織中形成較多硬脆化合物時,容易產生加工裂紋。此外,鐵還會降低該系合金的耐腐蝕性能,因此一般應控制ω(Fe)<0.4%,對于焊絲材料較好限制ω(Fe)<0.2%。

(7)硅 硅是有害雜質(5A03合金除外),硅與鎂形成Mg2Si相,由于鎂含量過剩,降低了Mg2Si相在基體中的溶解度,所以不但強化作用不大,而且降低了合金的塑性。軋制時,硅比鐵的負作用更大些,因此一般應限制ω(Si)<0.5%。5A03合金中ω(Si)=0.5%~0.8%,可以減低焊接裂紋傾向,改善合金的焊接性能。

(8)銅 微量的銅就能使合金的耐蝕性能變差,因此應限制ω(Cu)<0.2%,有的合金限制得更嚴格些。

(9)鋅 ω(Zn)<0.2%時,對合金的力學性能和耐腐蝕性能沒有明顯影響。在高鎂合金中添加少量的鋅,抗拉強度可以提高10~20MPa。應限制合金中的雜質ω(Zn)<0.2%。

(10)鈉 微量雜質鈉能強烈損害合金的熱變形性能,出現“鈉脆性”,在高鎂合金中更為突出。消除鈉脆性的辦法是使富集于晶界的游離鈉變成化合物,可以采用氯化方法使之產生NaCl并隨爐渣排出,也可以采用添加微量銻的方法。

6系鋁合金

6系鋁合金的主要合金元素有鎂、硅、銅,其作用如下:

(1)鎂和硅 鎂、硅含量的變化對退火狀態的Al-Mg-Si合金抗拉強度和伸長率的影響不明顯。

隨著鎂、硅含量的增加,Al-Mg-Si合金淬火自然時效狀態的抗拉強度提高,伸長率降低。當鎂、硅總含量特定時,鎂、硅含量之比對性能也有很大影響。固定鎂含量,合金的抗拉強度隨著硅含量的增加而提高。固定Mg2Si相的含量,增加硅含量,合金的強化效果提高,而伸長率稍有提高。固定硅含量,合金的抗拉強度隨著鎂含量的增加而提高。含硅量較小的合金,抗拉強度的較大值位于α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3。三相區內。Al-Mg-Si合金三元合金抗拉強度的較大值位于α(Al)-Mg2Si-Si三相區內。

鎂、硅對淬火人工時效狀態合金的力學性能的影響規律,與淬火自然時效狀態合金的基本相同,但抗拉強度有很大提高,較大值仍位于α(Al)-Mg2Si-Si三相區內,同時伸長率相應降低。

合金中存在剩余Si和Mg2Si時,隨其數量的增加,耐蝕性能降低。但當合金位于α(Al)-Mg2Si兩相區以及Mg2Si相全部固溶于基體的單相區內的合金,耐蝕性較好。所有合金均無應力腐蝕破裂傾向。

合金在焊接時,焊接裂紋傾向性較大,但在α(Al)-Mg2Si兩相區中,成分ω(Si)=0.2%~0.4%,ω(Mg)=1.2%~1.4%的合金和在α(Al)-Mg2Si-Si三相區中,成分ω(Si)=1.2%~2.0%,ω(Mg)=0.8%~2.0%的合金,其焊接裂紋傾向較小。

(2)銅 Al-Mg-Si合金中添加銅后,銅在組織中的存在形式不僅取決于銅含量,而且受鎂、硅含量的影響。當銅含量很少,ω(Mg):ω(Si)=1。73:1時,則形成Mg2Si相,銅全部固溶于基體中;當銅含量較多,ω(mg):w(Si)<1。08時,可能形成W(Al4CuMg5Si4)相,剩余的銅則形成CuAl2;當銅含量多,ω(Mg):w(Si)>1。73時,可能形成S(Al2CuMg)和CuAl2相。W相與S相、CuAl2相和Mg2Si相不同,固態下只部分溶解參與強化,其強化作用不如Mg2Si相的大。

合金中加入銅,不僅顯著改善了合金在熱加工時的塑性,而且增加了熱處理強化效果,還能抑制擠壓效應,降低合金因加錳后所出現的各向異性。

6系鋁合金中的微量添加元素有錳、鉻、鈦,而雜質元素主要有鐵、鋅等,其作用如下:

(1)錳 合金中加錳可以提高的強度,改善耐蝕性、沖擊韌性和彎曲性能。在AlMg0.7Si1.0合金中添加銅、錳,當ω(Mn)<0.2%時,隨著錳含量的增加合金的強度提高很高。錳含量繼續增加,錳與硅形成AlMnSi相,損失了一部分形成Mg2Si相所必須的硅,而AlMnSi相的強化作用比Mg2Si相小。因而,合金強化效果下降。

錳和銅同時加入時,其強化效果不如單獨加錳的好,但可使伸長率提高,并改善退火狀態制品的晶粒度。

當合金中加入錳后,由于錳在α相中產生嚴重的晶內偏析,影響了合金的再結晶過程,會造成退火制品的晶粒粗化。為獲得細晶粒材料,鑄錠必須進行高溫均勻化(550℃)以消除錳偏析。退火時以快速升溫為好。

(2)鉻 鉻和錳有相似的作用。鉻可抑制Mg2Si相在晶界的析出,延緩自然時效過程,提高人工時效后的強度。鉻可細化晶粒,使再結晶后的晶粒呈細長狀,因而可提高合金的耐蝕性,適宜的ω(Cr)=0.15%~0.3%。

(3)鈦 6系鋁合金中添加ω(Ti)=0.02%~0.1%和ω(Cr)=0.01%~0.2%,可以減少鑄錠的柱狀晶組織,改善合金的鍛造性能,并細化制品的晶粒。(4)鐵 含少量的鐵(ω(Fe)<0.4%時)對力學性能沒有壞影響,并可以細化晶粒。ω(Fe)>0.7%時,生成不溶的(AlMnFeSi)相,會降低制品的強度、塑性和耐蝕性能。合金中含有鐵時,能使制品表面陽極氧化處理后的色澤變壞。(5)鋅 少量雜質鋅對合金的強度影響不大,其ω(Zn)<0.3%。

7系鋁合金

1。Al-Zn-Mg合金

Al-Zn-Mg合金中的鋅、鎂是主要合金元素,其質量分數一般不大于7。5%。該合金隨著鋅、鎂含量的增加,其抗拉強度和熱處理效果一般也隨之增加。合金的應力腐蝕傾向與鋅、鎂含量的總和有關,高鎂低鋅或高鋅低鎂的合金,只要鋅、鎂質量分數之和不大于7%,合金就具有較好的耐應力腐蝕性能。合金的焊接裂紋傾向隨鎂含量的增加而降低。

Al-Zn-Mg系合金中的微量添加元素有錳、鉻、銅、鋯和鈦,雜質主要有鐵和硅,具體作用如下:

(1)錳和鉻 添加錳和鉻能提高合金的耐應力腐蝕性能,ω(Mn)=0。2%~0。4%時,效果顯著。加鉻的效果比加錳大,如果錳和鉻同時加入,對減少應力腐蝕傾向的效果就好,ω(Cr)=0。1%~0。2%為宜。

(2)鋯 鋯能顯著地提高Al-Zn-Mg系合金的可焊性。在AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35合金中加入0.2%Zr時,焊接裂紋顯著降低。鋯還能夠提高合金的再結晶終了溫度,在AlZn4.5Mgl.8Mn0.6合金中,ω(Zr)>0.2%時,合金的再結晶終了溫度在500℃以上,因此,材料在淬火以后仍保留著變形組織。含錳的Al-Zn-Mg合金添加ω(Zr)=0.1%~0.2%,還可提高合金的耐應力腐蝕性能,但鋯比鉻的作用低些。

(3)鈦 合金中添加鈦能細化合金在鑄態時的晶粒,并可改善合金的可焊性,但其效果比鋯低。若鈦和鋯同時加入效果較好。在ω(Ti)=0。12%的AlZn5Mg3Cr0。3Cu0。3合金中,ω(Zr)>0。15%時,合金即有較好的可焊性和伸長率,可獲得與單獨加入ω(Zr)>0。2%時相同的效果。鈦也能提高合金的再結晶溫度。

(4)銅 Al-Zn-Mg系合金中加少量的銅,能提高耐應力腐蝕性能和抗拉強度,但合金的可焊性有所降低。

(5)鐵 鐵能降低合金的耐蝕性和力學性能,尤其對錳含量較高的合金更為明顯。所以,鐵含量應盡可能低,應限制ω(Fe)<0.3%。

(6)硅 硅能降低合金強度,并使彎曲性能稍降,焊接裂紋傾向增加,應限制ω(Si)<0.3%。

2Al-Zn-Mg-Cu合金

Al-Zn-Mg-Cu合金為熱處理可強化合金,起主要強化作用的元素為鋅和鎂,銅也有強化效果,但其主要作用是為了提高材料的抗腐蝕性能。

(1)鋅和鎂 鋅、鎂是主要強化元素,它們共同存在時會形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相。η相和T相在鋁中溶解度很大,且隨溫度升降劇烈變化,MgZn2在共晶溫度下的溶解度達28%,在室溫下降低到4%~5%,有很強的時效強化效果,鋅和鎂含量的提高可使強度、硬度大大提高,但會使塑性、抗應力腐蝕性能和斷裂韌性降低。

(2)銅 當ω(Zn):ω(Mg)>2。2,且銅含量大于鎂含量時,銅與其他元素能產生強化相S(CuMgAl2)而提高合金的強度,但在與之相反的情況下S相存在的可能性很小。銅能降低晶界與晶內電位差,還可以改變沉淀相結構和細化晶界沉淀相,但對PFZ的寬度影響較小;它可抑制沿晶開裂的趨勢,因而改善合金的抗應力腐蝕性能。然而當ω(CU)>3%時,合金的抗蝕性反而變壞。銅能提高合金過飽和程度,加速合金在100~200℃人工時效過程,擴大GP區的穩定溫度范圍,提高抗拉強度、塑性和疲勞強度。此外,美國F。S。Lin等人研究了銅的含量對7系鋁合金疲勞強度的影響,發現銅含量在不太高的范圍內隨著銅含量的增加提高了周期應變疲勞抗力和斷裂韌性,并在腐蝕介質中降低裂紋擴展速率,但銅的加入有產生晶間腐蝕和點腐蝕的傾向。另有資料介紹,銅對斷裂韌性的影響與ω(Zn):ω(Mg)值有關,當比值較小時,銅含量越高韌性越差;當比值大時,即使銅含量較高,韌性仍然很好。

合金中還有少量的錳、鉻、鋯、釩、鈦、硼等微量元素,鐵和硅在合金中是有害雜質,其相互作用如下:

(1)錳和鉻 添加少量的過渡族元素錳、鉻等對合金的組織和性能有明顯的影響。這些元素可在鑄錠均勻化退火時產生彌散的質點,阻止位錯及晶界的遷移,從而提高再結晶溫度,有效地阻止晶粒的長大;可細化晶粒,并保證組織在熱加工及熱處理后保持未再結晶或部分再結晶狀態,使強度提高的同時具有較好的抗應力腐蝕性能。在提高抗應力腐蝕性能方面,加鉻比加錳效果好,加入ω(Cr)=0.45%的抗應力腐蝕開裂壽命比加同量錳的長幾十至上百倍。

(2)鋯 出現了用鋯代替鉻和錳的趨勢,鋯可大大提高合金的再結晶溫度,無論是熱變形還是冷變形,在熱處理后均可得到未再結晶組織,鋯還可提高合金的淬透性、可焊性、斷裂韌性、抗應力腐蝕性能等,是Al-Zn-Mg-Cu系合金中很有發展前途的微量添加元素。

(3)鈦和硼 鈦、硼能細化合金在鑄態時的晶粒,并提高合金的再結晶溫度。

(4)鐵和硅 鐵和硅在7系鋁合金中是不可避免存在的有害雜質,其主要來自原材料以及熔煉、鑄造中使用的工具和設備。這些雜質主要以硬而脆的FeAl3和游離的硅形式存在,這些雜質還與錳、鉻形成(FeMn)Al6、(FeMn)Si2Al5、Al(FeMnCr)等粗大化合物,FeAl3有細化晶粒的作用,但對抗蝕性影響較大,隨著不溶相含量的增加,不溶相的體積分數也在增加,這些難溶的第二相在變形時會破碎并拉長,出現帶狀組織,粒子沿變形方向呈直線狀排列,由短的互不相連的條狀組成。由于雜質顆粒分布在晶粒內部或者晶界上,在塑性變形時,在部分顆粒一基體邊界上發生孔隙,產生微細裂紋,成為宏觀裂紋的發源地,同時它也會促使裂紋的過早發展。

幸运蛋蛋此外,它對疲勞裂紋的成長速度有較大的影響,在破壞時它具有減少局部塑性的作用,這可能和由于雜質數量增加使顆粒之間距離縮短,從而減少裂紋周圍塑性變形的流動性有關。因為含鐵、硅的相在室溫下很難溶解,起到缺口作用,容易成為裂紋源而使材料發生斷裂,對伸長率,特別對合金的斷裂韌性有非常不利的影響。因此,新型合金在設計及生產時,對鐵、硅的含量控制較嚴,除采用高純金屬原料外,在熔鑄過程中也采取一些措施,避免兩種元素混入合金中。

 

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