分析常见的铝合金主要元素和含杂质的特性

常用铝合金元素主要有铜、镁、锌、锰、锂和硅等。
铜——铜是铝合金基体合金元素之一。含铜的铝合金经淬火和时效可以强化,含(4~6)%Cu的铝合金强化效果最大。但二元Al-Cu合金工业价值不大,必须有其他合金元素配合。如硬铝2A12(LY12),除含(3.8~4.9)%Cu外,还(1.2~1.8)%Mg和(0.30~0.9)%Mn等。
向3A21(LF21)合金中加(0.005~0.2)%Cu,可使它由点腐蚀变为均匀腐蚀。虽然腐蚀损失量有所增加,但延长了产品使用期限。向Al-Zn-Mg系合金加一定量的Cu,能明显降低其应力腐蚀开裂倾向。
少量Cu混入作包覆材料用的合金,会改变其阳极电位,失去应有的保护作用,因此限制Cu含量于0.015%以下。
锌——二元Al-Zn合金没有工业价值。加有其他元素(如镁)的Al-Zn-Mg合金有良好的综合性能,可淬火时效强化,成为超硬铝,如7A04(LC4),7A09(LC9)合金。也有铸造的Al-Zn-Mg合金。
锌能提高铝的溶解电位,作包覆材料的铝合金和牺牲阳极合金中都含有一定量的锌。
6063(LD31)合金中,含>0.02%Zn时,其挤压产品在碱洗过程中会出现变化无常的“闪烁”斑痕。
镁——镁是除了解情况A21(LF21)合金以外的各种防锈铝的主要合金元素。变化镁合金的含镁量<5.5%,铸造Al-Mg合金中含镁量为4%~10%。合金中沿晶界存在的阳极相(Mg5Al8),会使合金具有穿晶断裂和应力腐蚀敏感性。加锰能使含镁相分布均匀,提高强度、抗蚀性和可焊性。
锂——含锂的铝合金突出特点是密度小,弹性模量大,比强度和比刚度好,可通过淬火和时效提高强度和硬度。配合其他元素(如Cu和Zr)形成的2090合金(Al2.2Li2.7Cu0.12Zr),其强度超过700MPa,跻身最高强度铝合金之列。
锰——锰是防锈铝如愿以偿A21(LF2)的基体合金元素,锰既能提高合金的力学性能,又不使合金抗蚀性下降,还能保持合金有较好的塑性。3XXX系合金大量加工成用于易拉罐和厨房用具的板材。
锰能使铝合金中针状或片状含Fe化合物改变形状,并降低其脆性。锰还是其他铝合金常用的少量合金元素,它既能提高强度,又能提高再结晶温度,阻碍晶粒长大。
锆——锆在铝合金中的含量一般为0.1%~0.3%,形成细小的金属间化合物质点,抑制回复和再结再晶。锆也是细化铸造组织(晶粒)的元素,其效果不如Ti。Zr降低AiTiB晶粒细化效果,含Zr的铝合金,用AlTiB作细化剂,应多加些。
硅——铸造铝合金中硅是主要合金元素,因为Al-Si合金流动性能和铸造性能好。特殊铝4A13(LT13)、4A17(LT17)中含Si量为7.5%和12%,可作钎焊铝的包覆层。
向铝合金中添加Mg和Si(各≤1.5%),能形成淬火和时效时有强化作用 Mg2Si相(Mg:Si=1.73),从而形成了6XXX系有广泛广泛的锻铝,如6061(LD30)和6063(LD31),是建筑主要用材。
在大多数铝合金中,Si和Fe都是属于受控制的杂质。有它们存在,合金塑性下降,对断裂韧度有害,还有损压力加工和铸造性能。
还有些有用元素(如Ni、Cr等)。所谓合金元素,按GB/T 8005规定是指,为使金属具有某种特性,在基体金属中有意加入或保留的金属或非金属元素。当然,相对应的就是杂质。按同一个标准规定,杂质是存在于金属中的但并非有意加入或保留的金属元素或非金属元素。对一种合金来讲是合金元素,对另一种合金可能是受控制的杂质。杂质一般存在数量较少,在具体合金中都有规定。杂质并非都是有害的,如铝合金中杂质锰在某方面可能还有好处;多数杂质应避免,有的甚至绝对不许存在。
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