5×××系铝合金的特点、主要合金和杂质元素及所起的作用

(1)5×××系铝合金的特点

5×××系防锈铝是以Mg为主要合金元素的铝合金,属于不可处理强化铝合金。该系合金密度小,强度比l×××系和3×××系铝合金高,属于中高强度铝合金,疲劳性能和焊接性能良好,耐海洋大气腐蚀性好。为了避免高镁合金产生应力腐蚀,对最终冷加工产品要进行稳定化处理,或控制最终冷加工量,并且限制使用温度(不超过65℃)。该系合金主要用于制作焊接结构件和应用在船舶领域。

(2)主要合金和杂质元素及所起的作用

5×××系铝合金的主要成分是Mg,并添加少量的Mn、Cr、Ti等元索,丽杂质元素主要有Fe、Si、Cu、Zn等。

Mg: Mg主要以固溶状态和B(Mg2 A13或M9s Als)相存在,虽然Mg在合金中的溶解度随温度降低而迅速减小,但由于析出形核困难,核心少,析出相粗大,因而合金的时效强化效果低,一般都是在退火或冷加工状态下使用。因此,该系合金也称为不可强化铝合金。该系合金的强度随Mg含量的增加而提高,塑性则随之而降低,其加工工艺性能也随之变差。

Mg含量对合金的再结晶温度影响较大,当Mg含量小于5%时,再结晶温度随Mg含量的增加而降低,当Mg含量超过5%时,再结晶温度则随Mg含量的增加而升高。Mg含量对合金的焊接性能也有明显影响,当Mg含量小于6%时,合金的焊接裂纹倾向随Mg含量的增加而降低,当Mg含量超过6%时,则相反;当Mg含量小于9%时,焊缝的强度随Mg含量的增加而显著提高,此时塑性和焊接系数虽逐渐略有降低,但变化不大,当Mg含量大于9%时,其强度、塑性和焊接系数均明显降低。

Mn:5×××系铝合金中通常含有1.0%以下的Mn,合金中的Mn部分固溶于基体,其余以MnAla相的形式存在于组织中。Mn可以提高合金的再结晶温度,阻止晶粒租化,并使合金强度略有提高,尤其对屈服强度更为明显。在高Mg合金中,添加Mn可以使Mg在基体中的溶解度降低,减少焊缝裂纹倾向,提高焊缝和基体金属的强度。

Cr:Cr和Mn有相似的作用,可以提高基体金属和焊缝的强度,减少焊接热裂倾向,提高耐应力腐蚀性能,但使塑性略有降低。某些合金中可以用Cr代替Mn。就强化效果来说,Cr不如Mn,若两元素同时加入,其效果比单一加入的大。

Be,在高Mg合金中加入微量的Be (O.0001%~0.0005%),能降低铸锭的裂纹倾向和改善轧铜板材的表面质量,同时减少熔炼时Mg的烧损,并且还能减少在加热过程中材料表面形成的氧化物。

Ti:高Mg合金中加入少量的Ti,主要是细化晶粒。

Fe: Fe与Mn和Cr能形成难溶的化合物,从而降低Mn和Cr在合金中的作用,当铸锭组织中形成较多硬脆化合物时,容易产生加工裂纹。此外,Fe还降低该系合金的耐腐蚀性能,因此Fe含量一般应控制在0.4%以下,对于焊丝材料Fe最好限制在0.2%以下。

Si: Si是有害杂质(5A03合金除外),Si与Mg形成Mg2 Si相,由于Mg含量过剩,降低了M9z Si相在基体中的溶解度,所以不但强化作用不大,而且降低了合金的塑性。轧制时,Si比Fe的副作用更大些,因此Si含量一般应限制在0.5%以下。5A03合金中含0.5%—0.8%Si。可以减低焊接裂纹倾向,改善合金的焊接性能。

Cu:微量的Cu就能使合金的耐蚀性能变差,因此Cu含量应限制在0. 2%以下,有的合金限制得更严格些。

Zn: Zn含量小于0.2%时,对合金的力学性能和耐腐蚀性能没有明显影响。在高Mg合金中添加少量的Zn,抗拉强度可以提高10--20MPa。合金中杂质Zn应限制在0.2%以下。

Na:微量杂质Na能强烈损害合金的热变形性能,出现“钠脆性”,在高Mg合金中更为突出。消除钠脆性的办法是使富集于晶界的游离Na变成化合物,可以采用氯化方法使之产生氯化钠并随炉渣排除,也可以采用添加微量Sb的方法。

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