铝合金中各种元素的作用

共享知识 分享快乐

铝合金中各种元素的作用

一、合金元素影响

铜元素Cu

铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为5.65%，温度降到302时，铜的溶

解度为0.45%。铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着

明显的时效强化效果。铝合金中铜含量通常在2.5%～5%，铜含量在4%～6.8%时强化效果最

好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。

铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。

硅元素Si

Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577时，硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管

溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好的铸造

性能和抗蚀性。

若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73∶1嬴秦 。

设计Al－Mg－Si系合金成分时，基体上按此比例配置镁和硅的含量。有的Al－Mg－Si合金，

为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。

Al－Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温

度的降低而减速小。

变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。

镁元素Mg

Al－Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降

而大大地变小，但是在大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，

这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。

镁对铝的强化是明显光电复合缆 的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。如果加入1%以

下的锰，可能补充强化作用。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化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。

页眉内容

共享知识 分好听的话语 享快乐

锰元素Mn

Al－Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度658时，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合金是非时

效硬化合金，即不可热处理强化。

锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显着细化再结晶晶粒。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，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响。

锰是铝合金的重要元素，可以单独加入形成Al－Mn二元合金，更多的是和其它合金元

素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰。

锌元素Zn

Al－Zn合金系平衡相图富铝部分275时锌在铝中的溶解度为31.6%，而在125时其溶解

度则下降到5.6%。

锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、

倾向，因而限制了它的应用。

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

量从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。镁的含量超过形成Mg/Zn2相所

需超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀开裂抗力最大。

如在Al－Zn－Mg基础上加入铜元素，形成Al－Zn－Mg－Cu系合金，基强化效果在所有

铝合金中最大，也是航天、航空工业、电力工业上的重要的铝合金材料。

二、微量元素的影响

铁和硅Fe－Si

铁在Al－Cu－Mg－Ni－Fe系锻铝合金中，硅在Al－Mg－Si系锻铝中和在Al－Si系焊

条及铝硅铸造合金中，均作为合金元素加的，在基它铝合金中，硅和铁是常见的杂质元素，

对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成－

FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成－Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅

比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过高时会使铸件产生脆性。

钛和硼Ti－B

页眉内容

共享知识 分享快乐

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al－Ti或Al－Ti－B中间合金形式加入。钛与铝形

成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al－Ti系合

金产生包反应时，钛的临界含量约为0.15%，如果有硼存在则减速小到0.01%。

铬Cr

铬在Al－Mg－Si系、Al－Mg－Zn系、Al－Mg系合金中常见的添加元素。600℃时，铬

在铝中溶解度为0.8%，室温时基本上不溶解。

铬在铝中形成（CrFe）Al7和（CrM新时代的我们 n）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大

过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增

加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。

铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%，并随合金中过渡元素的增加而降低。

锶Sr

锶是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为。因此用锶元素进行变

质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。由于锶的变质有效时间长、效果和再现性

好等优点，近年来在Al－Si铸造合金中取代了钠的使用。对挤压用铝合金中加入0.015%～

0.03%锶，使铸锭中－AlFeSi相变成汉字形－AlFeSi相，减少了铸锭均匀化时间60%～

70%，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。对于高硅（10%～13%）变形

铝合金中加入0.02%～0.07%锶元素，可使初晶减少至最低限度，力学性能也显着提高，抗

拉强度b由233MPa提高到236MPa，屈服强度0.2由204MPa提高到2关于自律的作文 10MPa，延伸率5

由9%增至12%。在过共晶Al－Si合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性

能，可顺利地热轧和冷轧。

锆元素Zr

锆也是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入量为0.1%～0.3%，锆和铝形成ZrAl3

化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有

锆存在时，会降低钛和硼细化晶粒的效果。在Al－Zn－Mg－Cu系合金中，由于锆对淬火敏

感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。

杂质元素Re

页眉内调查问卷前言 容

共享知识 分享快乐

稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，

减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有

利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。各种稀土加入量约为0.1%为好。混合稀土（La

－Ce－Pr－Nd等混合）的添加，使Al－0.65%Mg－0.61%Si合金时效G?P区形成的临界温度

降低。含镁的铝合金，能激发稀土元素的变质作用。

三、杂质元素的影响

钒在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，但比钛和锆的作

用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。

钙在铝合金中固溶度极低，与铝形成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大约

5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi，不溶于铝，由于减小了硅的固溶量，

可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合金切削性能。CaSi2不能使铝合金热处理强

化。微量钙有利于去除铝液中的氢。低保申请

铅、锡、铋元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改善切

削性能。铋在凝固过程中膨胀，对最厉害的压小人方法 补缩有利。高镁合金中加入铋可防止钠脆。

锑主要用作铸造铝合金中的变质剂，变形铝合金很少使用。仅在Al－Mg变形铝合金中

代替铋防止钠脆。锑元素加入某些Al－Zn－Mg－Cu系合金中，改善热压与冷压工艺性能。

铍在变形铝合金中可改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂。铍是有毒元素，能

使人产生过敏性中毒。因此，接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。焊接材料中的铍含量

通常控制在8g/ml以下。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。

钠在铝中几乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，钠的熔点低（97.8℃），合金中存在

钠时，在凝固过程中吸附在枝晶表面或晶界，热加工时，晶界上的钠形成液态吸附层，产生

脆性开裂时，形成NaAlSi化合物，无游离钠存在，不产生“钠脆”。当镁含量超2%时，镁

夺取硅，析出游离钠，产生“钠脆”。因此高镁铝合金不允许使用钠盐熔剂。防止“钠脆”

的方法有氯化法，使钠形成NaCl排入渣中，加铋使之生成Na2Bi进入金属基体；加锑生成

Na3Sb或加入稀土亦可起到相同的作用。

页眉内容