总序
有色金属是重要的基础原材料, 广泛应用于电力、 交通、 建筑、 机械、 电子信息、 航空航天和国防军工等领域,
在保障国民经济建设和社会发展等方面发挥了不可或缺的作用。
改革开放以来, 特别是新世纪以来, 我国有色金属工业持续快速发展, 已成为世界最大的有色金属生产国和消费国, 产业整体实力显著增强,
在国际同行业中的影响力日益提高。主要表现在: 总产量和消费量持续快速增长, 2008年, 十种有色金属总产量2 520万吨,
连续七年居世界第一, 其中铜产量和消费量分别占世界的20%和24%; 电解铝、 铅、
锌产量和消费量均占世界总量的30%以上。经济效益大幅提高, 2008年, 规模以上企业实现销售收入预计2.1万亿以上,
实现利润预计800亿元以上。产业结构优化升级步伐加快, 2005年已全部淘汰了落后的自焙铝电解槽; 目前, 铜、 铅、
锌先进冶炼技术产能占总产能的85%以上; 铜、 铝加工能力有较大改善。自主创新能力显著增强, 自主研发的具有自主知识产权的350
kA、 400 kA大型预焙电解槽技术处于世界铝工业先进水平, 并已输出到国外; 高精度内螺纹铜管、 高档铝合金建筑型材及时速350
km高速列车用铝材不仅满足了国内需求, 已大量出口到发达国家和地区。国内矿山新一轮找矿和境外矿产资源开发取得了突破性进展,
现有9大矿区的边部和深部找矿成效显著, 一批有实力的大型企业集团在海外资源开发和收购重组境外矿山企业方面迈出了实质性步伐,
有效增强了矿产资源的保障能力。
2008年9月份以来, 我国有色金属工业受到了国际金融危机的严重冲击, 产品价格暴跌, 市场需求萎缩, 生产增幅大幅回落,
企业利润急剧下降, 部分行业已出现亏损。纵观整体形势, 我国有色金属工业仍处在重要机遇期, 挑战和机遇并存,
长期发展向好的趋势没有改。今后一个时期, 我国有色金属工业发展以控制总量、 淘汰落后、 技术改造、 企业重组、
充分利用境内外两种资源, 提高资源保障能力为重点, 推动产业结构调整和优化升级, 促进有色金属工业可持续发展。
实现有色金属工业持续发展, 必须依靠科技进步, 关键在人才。为了全面提高劳动者素质,
培养一大批高水平的科技创新人才和高技能的技术工人, 由中国有色金属工业协会牵头, 组织中南大学出版社及有关企业、
科研院校数百名有经验的专家学者、 工程技术人员, 编写了《中国有色金属丛书》。《丛书》内容丰富, 专业齐全, 科学系统, 实用性强,
是一套好教材, 也可作为企业管理人员和相关专业大学生的参考书。经过编写、 编辑、 出版人员的艰辛努力,
《丛书》即将陆续与广大读者见面。相信它一定会为培养我国有色金属行业高素质人才, 提高科技水平, 实现产业振兴发挥积极作用。
康义
2009年3月
前言
为了普及变形铝及铝合金铸锭生产的基础知识, 帮助变形铝合金熔铸系统的中、 高级技术工人,
专业技术人员尽快了解和掌握本专业基础理论及迅速发展的铝熔铸技术, 提高现场工人的操作水平,
出版了《中国有色金属丛书》铝业职工读本系?之《变形铝合金熔炼与铸造》。
本书介绍了变形铝及铝合金熔铸原理及各系合金的主要熔铸工艺特点。并以操作流程为主线, 系统介绍了中间合金和熔剂的制备、 配料、
熔炼及化学成分控制、 熔体净化、 铸造、 铸造工具及主要熔铸设备、 均匀化退火、 机械加工、 铸锭常见缺陷、
熔铸新工艺和新技术。
本书内容丰富、 全面、 实用, 密切联系生产实际, 针对性强, 是一线工程技术人员长期实践经验的总结。本书既可作为教材使用,
又可为铝合金熔铸工作者提供参考。相信本书对提高铝合金熔铸行业中、 高级技术工人的理论水平和操作技能、
推动我国的铝加工事业的发展具有重要意义。
尽管经过反复修改, 不当之处在所难免, 恳请读者提出宝贵意见。
编者
2010年9月
第1章 铝及铝合金概述
1.1 铝的性质和应用
铝是元素周期表中第三周期主族元素, 具有面心立方点阵, 无同素异构转变。原子序数为13,
相对原子质量为26.9815。铝是一种银白色的轻金属, 在自然界中分布极为广泛, 蕴藏量占地壳总质量的7.45%左右,
是地壳中分布最广的金属元素。我国的铝资源非常丰富, 有着广泛的应用前景。
铝的密度小,在室温下,纯度为99.75%的铝密度为2.7 tm3,约为铜密度8.9 tm3或铁密度7.9
tm3的13。因此,铝及其合金被应用于桥梁、高层建筑和质量轻的容器及交通运输业。
铝具有良好的导电性和导热性, 仅次于铜和银, 是钢铁的3~4倍。因此, 铝可用于制作电线、 母线接头、 热交换器、 汽车散热器、
电子元件等。
铝的延展性优良, 可进行各种形式的压力加工, 可用作受力结构件、 光学仪器及其他形状复杂的精密零件等。
铝在空气中极易氧化, 无论液态还是固态铝, 其表面都能形成致密而坚固的银白色氧化膜。这层氧化膜可以阻止固、 液态铝继续氧化,
?有良好的保护作用, 防止其他物质对其产生腐蚀。利用这一特点, 通过对铝合金进行表面阳极氧化处理, 或化学上色、 喷涂、 上漆等方法,
可以大大提高铝质车体或船舶等的耐腐蚀性能, 同时还可以使车体、 船舶等表面色彩调和, 美观适用。
铝无磁性, 可用来制造船用罗盘、 天线、 操舵室的器具等。
铝本身无毒性, 在与大多数食品接触时溶出量微小。同时由于其表面光滑、 容易清洗, 细菌不易停留繁殖。因此, 它是制造食具、
食品包装等的理想材料。
铝在低温时, 其强度增加而无脆性, 是理想的低温装置材料, 可用于制作冷藏库、 冷冻库、 南极雪上车辆、 氧及氢的装置。
铝有吸收声波的功能, 可用作室内天棚板等。
纯铝的强度较低, 一般不作结构材料使用。但如果在铝中添加其他合金元素, 可以显著提高其力学性能, 某些铝合金的强度比普通钢高,
可以和特殊钢媲美, 其比刚度则超过了钢。因此, 被广泛应用于制造桥梁、 飞机、 压力容器、 集装箱、 建筑结构材料、
小五金等。
1.2 我国铝及铝合金的化学成分
我国变形铝及铝合金的化学成分见表1-1。表1-1中, 化学成分以质量百分数表示。含量有上下限者为合金元素; 含量为单个数值者,
铝为最低限, 其他?质为最高限。“其他”一栏系指未列出或未规定数值的金属元素。表头未列出的某些元素, 当有极限含量要求时,
其具体规定列于空白栏中。
表1-1 我国变形铝及铝合金的化学成分
续表1-1
续表1-1
续表1-1
续表1-1
续表1-1
1.3 各系铝合金的主要特点
1.3.1 1×××系铝合金
1合金的性质和用途
1×××系铝合金的铝含量不小于99.0%, 又称纯铝系。根据纯度不同, 可分为高纯铝和工业纯铝。铝含量不小于99.85%的铝为高纯铝,
铝含量在99.0%~99.85%不含99.85%为工业纯铝。该系合金具有密度小、 导电性好、 导热性高、 熔解潜热大、
光反射系数大、 热中子吸收截面积较小及外表色泽美观等特性。铝在空气中其表面能生成致密而坚固的氧化膜, 阻止氧的侵入,
因而具有较好的抗蚀性。1×××系铝合金用热处理不能达到强化效果, 只能采用冷作硬化方法来提高强度。纯铝强度低,
在变形度高达60%~80%的情况下也只有150~180 MPa。随着铝的纯度降低, 强度有所提高, 而导电性、
耐蚀性和塑性则会降低。因此, 不同牌号的纯铝, 其用途也不相同。高纯铝主要用于?学研究、 化学工业等;
电器工业中所用的纯铝除导电性能好以外, 还要求有一定强度, 所以制造导线、 电缆及电容器等用1070~1060牌号纯铝;
一般日常生活用具与器皿只用1050和1035牌号纯铝。
2合金元素及杂质的作用
铁和硅: 铁和硅是1×××系合金中的主要杂质, 其含量和相对比例不同对性能影响很大。如在1A99合金成分基础上, 将铁含量由0.001
7%增加到1.0%, 合金的伸长率由36%降低到14.3%; 硅含量从0.002%增加到0.5%,
伸长率由36%降至24.5%。对熔铸工艺来说, 铁和硅的相对含量不同, 铸锭形成裂纹的倾向也不同。在高纯铝范围内, 因铁、
硅含量都很少, 硅能溶解在基体中, 铸锭的裂纹倾向较小。在工业纯铝范围内, 当铁和硅含量之和在0.65%左右或更低时,
合金的裂纹倾向最大, 在此范围内若控制wFewSi, 可防止裂纹产生。但铁和硅含量均高、 且其和大于0.65%时,
即使wSiwFe也不会产生裂纹。
铜: 铜在1×××系合金中主要以固溶状态存在, 可略提高合金的强度。
镁: 镁在1×××系合金中可以是添加元素, 并主要以固溶状态存在, 其作用是提高合金强度, 对再结晶温度的影响较小。
锰、 铬: 锰、 铬可以明显提高再结晶温度, 但细化晶粒的作用不大?
钛、 硼: 钛、 硼是1×××系合金中的主要变质元素, 既可以细化铸锭晶粒,
又可以提高再结晶温度并细化晶粒。钛对再结晶温度的影响与铁和硅的含量有关。当含有铁时, 其作用减小,
但当硅含量达到0.48%质量分数时, 钛又可以使再结晶温度显著提高。
添加元素和杂质对1×××系铝合金的电学性能影响较大, 一般均使导电性能降低, 其中镍、 铜、 铁、 锌、 硅使其导电性能降低较少,
而钒、 铬、 锰、 钛则降低较多。杂质降低其导电性能按铬、 锰、 钒、 钛、 镁、 铜、 锌、 硅、 铁的顺序递减。此外,
杂质铜和锌还会降低铝的抗蚀性, 锰和硅、 铁还会形成脆相, 影响1×××系铝合金的塑性。
3部分合金的过烧温度
1×××系部分铝合金的过烧温度见表1-2。
表1-2 1×××系铝合金的过烧温度
1.3.2 2×××系铝合金
2×××系合金是在Al-Cu二元合金基础上发展起来的, 是在Al-Cu二元合金基础上添加一定量的镁、 铁、 镍、 锰等形成的硬铝,
包括Al-Cu-Mg合金、 Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金、 Al-Cu-Mn合金、 Al-Cu-Mg-Si合金等,
这些合金均属热处理可强化铝合金。该系合金的特点是强度高, 通常称为硬铝合金。
1.Al-Cu-Mg合金
1合金的性质和用途
Al-Cu-Mg合金耐热性能和加工性能良好, 但耐蚀性不如其他铝合金, 在一定条件下会产生晶间腐蚀。因此,
板材往往需要包覆一层纯铝或一层对芯板有电化学保护的6×××系铝合金, 以提高其耐腐蚀性能。主要包括2A01、 2A02、 2A04、
2A06、 2B06、 2A10、 2A11、 2B11、 2A12、 2B12、 2A13、 2017、 2024等。其中,
2A01、 2A10等合金主要用于制作铆钉线; 2A12合金是硬铝中的典型合金, 综合性能好, 用于制造飞机蒙皮、 主要受力件、
使用温度在150 ℃以下的零件等; 2A11合金强度低于2A12, 主要用于中等强度的飞机结构件, 如骨架、 模锻件等,
其锻造性能优于2A12合金; 2A02、 2A06合金是高温下使用的硬铝, 在200 ℃下2A02合金强度较高,
主要用于涡轮喷气发动机轴向叶片和其他高温的工作零件, 常用于制造锻造件; 温度超过200 ℃时, 2A06的强度较高,
可用于生产在150~250 ℃温度范围内工作的结构板材。
2各合金元素及杂质的作用
铜、 镁: 铜、 镁含量不同, 合金的主要强化相也不相同。合金中含少量镁时, 主要强化相为θCuAl2相。随着镁含量的增加,
θ相的作用减小, 而SAl2CuMg相起主要作用。铜和镁总含量越高, 比值越大, 合金的力学性能越高。Cu+Mg?含量接近,
但比值不同, 合金性能也不相同。2A11合金中θ相较多。当硅含量较高时, 有较多的Mg2Si相,
个别的还有S相。2A12合金中主要强化相为S相, 还有少量的θ相和Mg2Si相。因此2A12合金的强度和耐热性比2A11的高。铜、
镁含量不同, 合金的力学性能、 耐热性、 耐蚀性也都不同。合金中镁含量为1%~2%, 铜含量从1.0%增加到4.0%时,
合金的抗拉强度增加; 铜含量在1%~4%范围内, 镁从0.5%增加到2.0%时, 合金的抗拉强度增加, 继续增加镁含量时,
合金的强度降低。含4.0%Cu和2.0%Mg的合金抗拉强度值最大; 含Cu 3.5%~6%和Mg 1.2%~2.0%的合金,
持久强度最大, 这时合金位于Al-SAl2CuMg伪二元截面上或这一区域附近。远离伪二元截面的合金,
即当镁含量小于1.2%或大于2.0%时, 其持久强度降低。若镁含量提高到3.0%或更多时,
合金持久强度将迅速降低。铜含量为3%~5%时, 合金在淬火自然时效状态下的耐蚀性能很低。加入0.5%Mg可降低α固溶体的电位,
部分改善合金的耐蚀性。镁含量大于1.0%时, 合金的局部腐蚀增加, 腐蚀后伸长率急剧降低。对于铜含量大于4%、
镁含量大于1.0%的合金, 镁降低了铜在铝中的溶解度。合金在淬火状态下, 有未溶解的θ相和S相,
这些相的存在加速了腐蚀。晶间腐蚀是Al-Cu-Mg系合金的主要腐蚀倾向。
镁: 随着合金中镁含量的升高, 合金在液态下氧化膜致密性降低, 吸气量大, 因此铸锭形成疏松的倾向大。
锰: 在Al-Cu-Mg合金中加锰, 主要是为了消除铁的有害影响和提高耐蚀性。锰能稍许提高合金的室温强度,
但使塑性降低。锰还能延迟和减弱Al-Cu-Mg合金的人工时效过程,
提高合金的耐热强度。锰也是使Al-Cu-Mg合金具有挤压效应的主要因素之一。锰的添加量一般低于1.0%, 若含量过高,
则形成粗大的FeMnAl6脆性化合物, 降低合金的塑性。
钛: 合金中加钛能细化铸态晶粒, 减少铸造时形成裂纹的倾向。
锆: ?量的锆和钛有相似的作用, 细化铸态晶粒, 减少铸造和焊接裂纹的倾向性,
提高铸锭和焊接接头的塑性。加锆不影响含锰合金冷变形制品的强度, 对无锰合金的强度稍有提高。
硅: 对于镁含量低于1.0%的Al-Cu-Mg合金, 超过0.5%的硅含量能提高人工时效的速度和强度,
而不影响自然时效能力。因为硅和镁形成了Mg2Si相, 有利于提高人工时效效果。当镁含量提高到1.5%时,
经淬火自然时效或人工时效处理后, 合金的强度和耐热性能随硅含量的增加而降低, 因此, 硅含量要尽可能的低。除此之外,
硅含量增加使2A12、 2A06等合金铸造形成裂纹的倾向性增加, 铆接时塑性下降。因此,
合金中的硅含量一般限制在0.5%以下。要求塑性高的合金, 硅含量应更低。
铁: 铁和铝形成FeAl3化合物, 并能溶入铜、 锰、 硅等元素所形成的化合物中。这些不溶于固溶体的粗大化合物, 降低了合金的塑性,
使合金变形时易开裂, 并使强化效果明显降低。少量的铁小于0.25%对合金力学性能影响很小, 改善了铸造、 焊接时形成裂纹的倾向,
但使自然时效速度降低。为获得塑性好的材料, 合金中铁、 硅含量应尽量低。2A11合金中控制硅大于铁,
2A12合金中控制铁大于硅。
锌: 少量的锌0.1%~0.5%对Al-Cu-Mg合金的室温力学?能影响很小,
但使合金耐热性降低。合金中Zn含量应限制在0.3%以下。
3部分合金的过烧温度
Al-Cu-Mg部分合金的过烧温度见表1-3。
表1-3 2×××系铝合金的过烧温度
2.Al-Cu-Mn合金
1合金的性质和用途
Al-Cu-Mn合金的室温强度虽然低于Al-Cu-Mg系2A12和2A14合金, 但在225~250 ℃或更高温度下的强度却比二者高,
并且合金的工艺性能良好, 易于焊接, 主要应用于耐热可焊的结构件及锻件。主要合金牌号有2A16、 2A17、
2A192219等。
2各合金元素及杂质的作用
铜: 在室温和高温?, 随着铜含量提高, 合金强度增加。铜含量达到5.0%时, 合金强度接近最大值。另外,
铜能改善合金的焊接性能。当铜含量超过6.5%时, 焊接裂纹系数急剧降低。
锰: 锰是提高耐热合金的主要元素, 它提高固溶体中原子的激活能, 降低溶质原子的扩散系数和固溶体的分解速度。当固溶体分解时,
析出T相Al20Cu2Mn3的形成和长大过程也非常缓慢,
所以合金在一定高温下长时间受热时性能也很稳定。添加适当的Mn0.6%~0.8%能提高合金淬火和自然时效状态的室温强度和持久强度。但锰含量过高,
T相增多, 使相界面增加, 加速了扩散作用, 降低了合金的耐热?。另外, 锰也能降低合金焊接时的裂纹倾向。
Al-Cu-Mn合金中添加的微量元素有镁和锆, 而主要杂质元素有铁、 硅、 锌等, 其影响如下。
镁: 在2A16合金中铜、 锰含量不变的情况下, 添加0.25%~0.45%Mg而成为2A17合金。镁可以提高合金的室温强度,
并改善150~225 ℃以下的耐热强度。然而, 温度再升高时, 合金的强度明显降低。此外, 加入镁会降低合金的焊接性能,
故在用于耐热可焊的2A16合金中, 杂质镁的含量应不大于0.05%。
钛: 钛能细化铸态晶粒, 提高合金的再结晶温度, 降低过饱和固溶体的分解倾向, 使合金高温下的组织稳定。?钛含量大于0.3%时,
生成粗大针状晶体TiAl3化合物, 使合金的耐热性有所降低。合金的钛含量规定为0.1%~0.2%。
锆: 在2219合金中加入0.1%~0.25%Zr时, 能细化晶粒, 并提高了合金的再结晶温度和固溶体的稳定性,
从而提高了合金的耐热性, 并改善了合金的焊接性和焊缝的塑性。但锆含量高时, 能生成较多的脆性化合物ZrAl3。
铁: 合金中的铁含量超过0.45%时, 形成不溶解相Al7Cu2Fe, 能降低合金淬火时效状态的力学性能和300 ℃时的持久强度,
所以铁含量应限制在0.3%以下。
硅: 少量硅0.4%对室温力学性能影响不明显, 但降低300 ℃时的持久强度。硅含量超过0.4%时, 还降低室温力学性能,
故硅含量应限制在0.3%以下。
锌: 少量锌0.3%对合金室温性能没有影响, 但能加快铜在铝中的扩散速度, 降低合金300 ℃时的持久强度,
故限制在0.1%以下。
3部分合金的过烧温度
Al-Cu-Mn部分合金的过烧温度见表1-3。
表1-3 2×××系铝合金的过烧温度
3.Al-Cu-Mg-Si合金
1合金的性质和用途
Al-Cu-Mg-Si合金多属于锻造铝合金, 主要合金牌号有2A50、 2B50、
2A14等。其中2A50可代替2A11。2A14是在2A11合金中加硅和适量的锰形成的, 其强度高于2A11合金,
接近或超过2A12合金, 工艺性能优于2A12合金, 属于高强度锻铝。
2各合金元素及杂质的作用
镁与硅: Al-Cu-Mg-Si系合金中Mg2Si是主要的强化相。Mg2Si相的镁、 硅含量比为1.73：1, 如合金中镁过剩,
会影响Mg2Si相在铝中的溶解度, 使强化效果降低。因此从强化效果考虑, 合金中的硅应过剩一些。该系合金中加入镁、
硅的原则是镁与硅比值等于或小于1.73。
硅: 为保证合适的强度, 降低铸锭裂纹倾向, 硅含量控制在上限为宜。
锰: 锰有进一步强化、 增加热处理效果、 阻止再结晶、 细化变形组织的作用。
3部分合金的过烧温度
Al-Cu-Mg-Si部分合金的过烧温度见表1-3。
表1-3 2×××系铝合金的过烧温度
4.Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金
1合金的性质和用途
Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金具有极为复杂的化学组成和相组成, 它在高温下强度高, 耐热性好, 并具有良好的工艺性能,
主要用于锻压在150~250 ℃以下工作的耐热零件, 广泛应用于航空和航天领域。主要合金牌号有2A70、 2A80、
2A90等。
2各合金元素及杂质的作用
铜和镁: 铜、 镁含量对Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金室温强度和耐热性能的影响与Al-Cu-Mg合?的相似。由于该系合金中铜、
镁含量比Al-Cu-Mg合金的低, 使合金位于α+SAl2CuMg两相区中, 因而合金具有较高的室温强度和良好的耐热性;
此外铜含量较低时, 低浓度的固溶体分解倾向性小, 这对合金的耐热性是有利的。
镍: 镍与合金中的铜形成不溶的三元化合物, 镍含量低时形成AlCuNi, 含镍高时形成Al3CuNi2,
因此镍的存在能降低固溶体中铜的浓度。对淬火状态晶格常数的测定结果也证明了合金固溶体中铜溶质原子的贫化。当铁含量很低时,
镍含量增加能降低合金的硬度, 降低合金的强化效果。
铁: 铁和镍一样, 也能降低固溶体中铜?浓度。当镍含量很低时, 合金的硬度随铁含量的增加, 开始时明显降低,
但当铁含量达到某一数值后, 又开始提高。
镍和铁: 在Al-2.2Cu-1.65Mg合金中同时添加铁和镍时, 淬火自然时效、 淬火人工时效、
淬火和退火状态下的硬度变化特点相似, 均在镍、 铁含量相近的部位出现一个最大值,
相应在此处其淬火状态下的晶格常数出现一极小值。当合金中铁含量大于镍含量时, 会出现Al7Cu2Fe相。相反,
当合金中镍含量大于铁含量时, 则会出现AlCuNi相。上述含铜三元相的出现, 降低了固溶体中铜的浓度, 只有当铁、 镍含量相等时,
合金落入α+FeNiAl9二相?, 全部生成FeNiAl9相。在这种情况下, 由于没有过剩的铁或镍去形成不溶解的含铜相,
则合金中的铜除了形成SAl2CuMg相外, 同时也增加了铜在固溶体中的浓度, 这有利于提高合金的强度及耐热性。铁、
镍含量可以影响合金耐热性。FeNiAl9相是硬脆的化合物, 在铝中溶解度极小, 经锻造和热处理后, 当它们弥散分布于组织中时,
能够显著地提高合金的耐热性。例如在含1.0%Ni的Al-2.2Cu-1.65Mg合金中加入0.7%~0.9%的Fe后,
合金的持久强度值最大。
硅: 在2A80合金中加入0.5%~1.2%的Si提高了合金的室温强度, 但使合金的耐热性降低。
钛: 在2A70合金中加入0.02%~0.1%的Ti, 能细化铸态晶粒, 提高锻造工艺性能, 对耐热性有利,
但对室温性能影响不大。
3部分合金的过烧温度
Al-Cu-Mg-Fe-Ni部分合金的过烧温度见表1-3。
表1-3 2×××系铝合金的过烧温度
1.3.3 3×××系铝合金
1合金的性质和用途
3×××系铝合金是以锰为主要合金元素的铝合金, 属于热处理不可强化铝合金。它的塑性高, 焊接性能好, 强度比1×××系铝合金高,
而耐蚀性能与1×××系铝合金接近, 是一种耐腐蚀性能良好的中等强度铝合金。3×××系铝合金用途广, 可加?成板材、 管材、
型材和线材。对于那些承受负荷较小, 但要求较好的抗蚀性和焊接性能的零件, 可用3×××系铝合金制造。
2各合金元素及杂质的作用
锰: 锰是3×××系铝合金中的主要合金元素。锰含量在1.0%~1.6%范围内时, 合金具有较高的强度、
良好的塑性和工艺性能。当锰含量高于1.6%时, 合金强度随之提高, 但由于形成大量脆性化合物MnAl6,
合金变形时容易开裂。锰与铝可以生成MnAl6相。合金的强度随锰含量的增加而提高。随着锰含量的增加,
合金的再结晶温度也相应地提高。该系合金具有很大的过冷能力, 因此在快速冷却结晶时, 产生很大的晶内偏析, 锰的浓度在枝晶的中心部位低,
而在边缘部位高。当冷加工产品存在明显的锰偏析时, 其在退火后易形成粗大晶粒。
铁: 适量的铁既能减少晶内偏析, 又起细化晶粒的作用。铁可溶于MnAl6中形成FeMnAl6化合物,
从而降低锰在铝中的溶解度。但Fe+Mn含量高时, 容易产生大量的粗大片状FeMnAl6化合物, 该粗大化合物性脆,
呈粗大片状组织, 降低合金的力学性能和工艺性能。因此控制合金中铁含量在 0.4%~0.7%之间,
并保证Fe+Mn总量不大于1.8%。
硅: 硅是有害杂质, 硅和锰形成复杂三元相TAl12Mn3Si2, 该相也溶解于铁, 形成Al 、 Fe、 Mn、
Si四元相。若合金中铁、 硅同时存在, 则先形成αAl12Fe3Si2或βAl9Fe2Si2相,
破坏铁的有利影响。故合金中的硅应控制在0.6%以下。硅也能降低锰在铝中的溶解度。硅能降低合金的塑性,
使制品裂纹的倾向性增加。
铁和硅: 铁和硅都能降低锰在铝中的溶解度, 但硅比铁的影响大。铁和硅可以加速锰在热变形时从过饱和固溶体中的分解过程,
也可以提高一些力学性能。当铁和硅同时存在时, wFe≥0.2%、 且wFewSi的情况下,
Al-1.25%Mn合金的裂纹倾向性急剧下降。
镁: 少量的镁约为0.30%能显著地降低该系合?退火后的晶粒, 并稍许提高其抗拉强度,
但同时也损害了退火材料的表面光泽。镁也可以是Al-Mn合金中的合金化元素, 添加0.3%~1.3%的Mg, 合金强度提高,
伸长率退火状态降低。
铜: 合金中含有0.05%~0.5%Cu可以显著提高其抗拉强度, 但少量的铜0.10%便能使合金的耐蚀性能降低,
故合金中铜应控制在0.2%以下。
锌: 锌含量低于0.5%时对合金的力学性能和耐蚀性能无明显影响。考虑到合金的焊接性能, 锌的含量限制在0.2%以下。
3部分合金的过烧温度
3×××系部分合金的过烧温度见表1-4。
1.3.4 4×××系铝合?
1合金性质和用途
4×××系铝合金是以硅为主要元素的铝合金, 其大多数合金属于热处理不可强化合金, 只有含铜、 镁和镍的合金,
以及焊接热处理强化后吸收了某些元素时, 才可以通过热处理强化。该系合金由于含硅量高, 熔点低、 熔体流动性好, 容易补缩,
并且不会使最终产品产生脆性, 因此主要用于制造铝合金焊接的添加材料, 如钎焊板、 焊条和焊丝等。另外,
由于该系部分合金的耐磨性能和高温性能好, 也被用来制造活塞及耐热零件。含硅5%左右的合金, 经阳极氧化上色后呈黑灰色,
因此适宜做建筑材料以及制造装饰件等。
2各合金元素及杂质的作用
硅: 硅是该系合金中的主要合金成分, 含量最低为4.5%,
最高可达到13.5%。硅在合金中主要以α+Si共晶体和Al5FeSi形式存在。硅含量增加, 合金熔体的流动性增加,
同时合金的强度和耐磨性也随之提高。
镍和铁: 镍和铁可以形成不溶于铝的金属化合物, 能提高合金的高温强度和硬度, 而又不降低其线膨胀系数。
铜和镁: 铜和镁可以生成Mg2Si、 CuAl2和S相, 提高合金的强度。
铬和钛: 铬和钛可以细化晶粒。
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