硅等元素在铝合金中的作用

硅、镁、锰、铜、锌、镍、钛等元素在铝合金中的作用

硅，镁，锰，铜，锌，镍，钛等元素在铝合金（包括：铸铝与变形铝）中的作用？纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。

根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁, 铝- 镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝, 锻铝和特殊铝等五种.

铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。

2A80，原先叫LD-8 ，化学成分如下：

Si: Fe: Cu: Mn:

Mg: Ni: Zn: Ti: 其他单个合计Al: 余量

铝合金各元素的含量要看合金的性质的，如上面例子

牌号化学成分（质量分数）/%

AL 不小于杂质不大于

Fe Si Cu Ga Mg Zn 其他每种总和

铝合金基本常识

一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金

非热处理合金：纯铝─ 1000 系，铝锰系合金─ 3000 系，铝矽系合金─ 4000 系，铝镁系合金─ 5000 系热处理合金：铝铜镁系合金─ 2000 系，铝镁矽系合金─ 6000 系，铝锌镁系合金─ 7000 系。

二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association 〉的编号。兹举例说明如下：1070-H14（纯

铝）

2017-T4（热处理合金） 3004-H32（非热处理合金）第一位数：表示主要添加合金元素。

1：纯铝

2：主要添加合金元素为铜3：主要添加合金元素为锰或锰与镁

4：主要添加合金元素为矽

5：主要添加合金元素为镁6：主要添加合金元素为矽与镁

7：主要添加合金元素为锌与镁

8：不属於上列合金系的新合金

第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金。0：表原合金

1：表原合金经第一次修改

2：表原合金经第二次修改

第三及四位数：纯铝：表示原合金合金：表示个别合金的代号

〝- 〞：後面的Hn或Tn 表示加工硬化的状态或热处理状态的链度符号

-Hn ：表示非热处理合金的链度符号

-Tn ：表示热处理合金的链度符号

2 铝及铝合金的热处理

一、链度符号：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效处理及软烧等处理，以获取所需要的强度及性能。这些处理的过程称

之为调质，调质的结果便是链度。

链度符号定义

F 制造状态的链度无特定链度下制造的成品，如挤压、热轧、锻造品等。

H112 未刻意控制加工硬化程度的制造状态成品，但须保证机械性质。

O 软烧链度完全再结晶而且最软状态。如系热处理合金，则须从软烧温度缓慢冷却，完全防止淬水效果。

H 加工硬化的链度

H1n：施以冷加工而加工硬化者H2n：经加工硬化後再施以适度的软烧处理

H3n：经加工硬化後再施以安定化处理

n 以1~9 的数字表示加工硬化的程度

n=2 表示1/4 硬质

n=4 表示1/2 硬质

n=6 表示3/4 硬质

n=8 表示硬质

n=9 表示超硬质

T T1：高温加工冷却後自然时效。挤型从热加工後急速冷却，再经常温十效硬化处理。亦可施以不影响强度的矫正加工，这种调质适合於热加工後冷却便有淬水效果的合金如：6063。

T3：溶体化处理後经冷加工的目的在提高强度、平整度及尺寸精度。

T36：T3 经6%冷加工者。

T361：冷加工度较T3 大者。

T4：溶体化处理後经自然时效处理。

T5：热加工後急冷再施以人工时效处理。人工时效处理的目的在提高材料的机械性质及尺寸的安定性适用於热加工冷却便有淬水效果的合金如：6063

T6：溶体化处理後施以人工时效处理。此为热处理合金代表性的热处理，无须施以冷加工便能获得优越的强度。於溶体化处理後为提高尺寸精度或矫正而施以冷加工，如不保证更高的强度时，亦可当作是T6 链度。

T61：溶体化处理後施以温水淬水再经人工时效处理，温水淬水的目的在防止发生变形。

T7：溶体化处理後施以安定化处理（亦及人工时效处理的温度或时间较T6 处理高或长）。其目的在改善耐硬力腐蚀裂及防止淬水时发生变形。

T7352：溶体化处理後除去残余应力再施以过时效处理（亦及人工时效处理的温度或时间较T6处理高或长）。

目的在改善耐硬力腐蚀裂。於溶体化处理後施以1~5%永久变形的压缩加工，以消除残余应力。

T8：溶体化处理後施以冷加工再施以人工时效处理，冷加工时断面减少率为3%及6% 各为T83 及T86。

T9：溶体化处理後人工时效处理，最後施以冷加工，最後冷加工的目的在增加强度。

铝中合金元素和杂质对性能的影响

1 合金元素影响

铜元素

铝铜合金富铝部分平衡相图如图所示。548时，铜在铝中的最大溶解度为%,温度降到302 时，铜的溶解度为%。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% ~ 5%，铜含量在4%~%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

Al —Si 合金系平衡相图富铝部分如图所示。在共晶温度577 时，硅在固溶体中的最大溶解度为%。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 。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。硅在铸造铝合金中随着硅含量的增加流动性也增加，达到6%时几乎不产生热裂

性。硅在铸铝中降低了铸件的膨胀系数，提高铸件的耐磨性能。

Al-Mg2Si 合金系合金平衡相图富铝部分如图所示。Mg2Si 在铝中的最大溶解度为%，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

Al-Mg 合金系平衡相图富铝部分如图所示。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的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高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。

锰元素

Al-Mn 合金系平平衡相图部分如图所示。在共晶温度658 时，锰在固溶体中的最大溶解度为%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为%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

Al-Zn 合金系平衡相图富铝部分如图所示。275 时锌在铝中的溶解度为%，而在125 时其溶解度则下降到%。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%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。

2．微量元素的影响

铁和硅

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β -FeSiAl3（或Fe2Si2Al9）相，而铁大于硅时，形成α -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