铝合金中化学元素作用,对产品性能影响

文摘   2024-11-01 00:01   重庆  

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铝合金是由铝与其他金属或非金属元素组成的合金,具有轻量、高强度、优良的导电性和导热性等特点,被广泛应用于各个领域。

常见元素及其作用

铜(Cu)
优点:提高合金的强度和硬度,增加抗拉强度,改善机械性能和切削性。
缺点:当铜含量过高时,可能会降低合金的耐蚀性和塑性,增大热裂倾向。
作用:铜是铝合金中重要的合金元素,有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着显著的时效强化效果。
镁(Mg)
优点:镁的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度,同时还可以增加其耐蚀性和切削性能。镁与铝形成的亚稳相可以进一步提高合金的强度,同时还可以细化合金的晶粒。
缺点:Mg2Si会使铸件变脆。
作用:镁是铝合金中使用较多的添加元素之一。
硅(Si)
优点:硅的加入可以提高铝合金的流动性和耐热性,有助于改善合金的铸造性能。硅还可以形成硅化物相,提高合金的强度和硬度。硅与铝能组成固溶体,能提高合金的高温造型性,减少收缩率,无热裂倾向。
缺点:结晶析出的硅易出现游离硅的硬质点,使切削性变差。高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。
作用:硅是铝合金中的一种常见添加元素。
锰(Mn)
优点:锰的加入可以提高铝合金的强度和硬度,并提高其耐腐蚀性能。锰的含量也可以对铝合金的晶粒尺寸和晶格结构产生影响,进而影响合金的机械性能。锰能阻止铝合金的再结晶过程,提高再结晶温度,并能显著细化再结晶晶粒。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe),形成(Fe、Mn)Al6,使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织,减小铁的有害影响。
缺点:锰含量过高时,会引起偏析。
作用:锰是铝合金中的一种重要添加元素。
铁(Fe)
优点:铝合金对模具的粘附作用十分强烈,当铁含量在0.6%以下时,不易脱模;当铁含量超过0.6%后,粘模现象减轻。
缺点:铝合金中含铁量太高时,铁以FeAl3、Fe2Al7和Al-Si-Fe的片状或针状组织存在于合金中,生成金属化合物,形成硬点。这种组织还会降低机械性能,增大热裂性,使铸件产生脆性。并且含铁量超过1.2%时,降低合金流动性,损害铸件品质,缩短压铸设备中金属组件的寿命。
作用:铁是铝合金的一个常见杂质元素,并且通常以氧化铁的形式存在。
锌(Zn)
优点: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,但同时加入镁和锌形成强化相Mg/Zn2时,会对合金产生明显的强化作用。
缺点:锌的加入存在应力腐蚀开裂的倾向。
作用:锌可以单独加入铝中形成合金,也可以与其他元素(如镁)共同作用形成强化相。
锡(Sn)
优点:锡的加入可以提高铝合金的强度和硬度,改善合金的加工性能和耐腐蚀性能。锡还可以与铝形成一些相互溶解的化合物,进一步提升合金的性能。
缺点:锡的过量加入可能会对合金的某些性能产生不利影响,但具体影响因合金成分和用途而异。
作用:锡是铝合金中常用的添加元素之一。
镍(Ni)
优点:镍可以增加铝合金的抗拉强度和硬度。
缺点:镍的加入可能会降低合金的耐蚀性和热导性。
作用:镍有时被添加到铝合金中以改善高温强度和耐热性。
其他元素及其作用
除了上述元素外,铝合金中还可能添加其他元素如钛(Ti)、钙(Ca)、铅(Pb)、铬(Cr)等,以达到特定的性能要求。
钛(Ti):可以提高合金的抗热裂纹性能和耐蚀性能,降低合金的软化温度,提高其热稳定性。
钙(Ca):能改善铝合金切削性能。
铅(Pb):能改善切削性能,但可能会降低合金强度。
铬(Cr):在铝中形成(CrFe)Al7和(CrMn)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。但会增加淬火敏感性。

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