铝合金培训资料

铝及铝合金知识2012.11.13铝及铝合金的特点铝的密度小，比强度高，具有优良的导电导热性能，容易铸造和回收利用，其表面又有一层白色的薄层氧化膜，不但抗腐蚀性能好，而且外观漂亮．晶格类型：面心立方晶格，无同素异晶转变密度：固态（２０℃）时为２.６９９６（ｇ｜ｃｍ３）液态（７００℃）时为２.371（ｇ｜ｃｍ３）熔点660.24℃(含99.996%的AL)沸点2467℃抗拉强度:88.2-117.6MPa伸长率:11-15%铝及铝合金的分类根据铝基体中加入的主要合金化元素,现有分为AL-SI系、AL-Cu系、AL-Mg系、AL-Zn系、AL-Re系5类。AL-SI系铝合金Si含量在4-22%，具有优良的铸造性能，即流动性好，收缩小，热裂倾向小。此外气密性也好，经过变质处理和热处理后，具有优良的机械性能、物理性能和加工性能，也有较好的抗蚀性，是铸造铝合金中品种最多，使用量最大的一类铸造铝合金。铝及铝合金的分类AL-Cu系铝合金，其Cu含量在3-11%，由于Cu起固溶强化和析出硬化作用而使该合金具有极高的室温和高温机械性能，是各类铝合金中强度最高的一类铝合金。焊接性能和机械性能好，但铸造性能、抗蚀性也不太好。AL-Mg系铝合金，其Mg含量在4-11%，具有良好的机械性能和最好的抗腐蚀性能，也有较好的加工性能，且加工后表面光亮。密度比Al小，此类铝合金的密度是铝合金中密度最小的，但Mg极易氧化烧损，使熔炼、铸造工艺复杂。铝及铝合金的分类AL-Zn系铝合金，在Al中的深解度非常大（在共晶温度382℃时可达84%），当含量达10%以上时不经过热处理也有较好的机械性能，但其主要缺点有①过饱和的﹫固溶体在不高的温度下即进行分解，析出Zn，使AL-Zn合金的耐热性能非常低。②Zn在﹫固溶体的电位差大，使其抗腐性能也很差。③容易产生比重偏析④合金的密度大铸造性能与合金的关系铸造性能主要指合金所具有的下述3个特性①合金在熔融状态和固液共存状态下的流动性。②凝固相不能承受收缩应力而产生裂纹的性能。③由于凝固收缩而引起的外收缩、内收缩、缩孔、气孔的收缩性能合金的铸造性能与合金的浇注温度、铸型温度、冷却速度等因素有关。流动性与合金的关系在AL-Si合金中，当含Si量为5%是，流动性试样的长度为最低值，当含Si量增加，则流动性试样的长度也增长，当含Si量达15%的过共晶成分时，流动性试样的长度最长，之后随着Si量的增加，则流动性试样的长度反而变短，这是因为①由于Si的熔化潜热比基体铝的熔化潜热大很多，使合金液的流动性随着Si含量的增加而变好②流动性试样长度的极大值不在共晶成份（含Si量为12.6%)而移向过共晶成份（含Si量达15%）,这是因为AL-Si系合金在急冷的非平衡状态下,共晶点偏移到过共晶成份一边的原因.AL-Si系合金主要合金化元素及性能SiSi提高合金的流动性,降低合金的收缩量和热裂倾向,减少疏松、缩孔和热裂、变形等缺陷，并提高气密性。随着Si含量的增加，使合金的强度得到提高，当含Si达10-13%时，其流动性优越，适合铸造薄壁，投影面积大的铸件，但合金的力学性能差。AL-Si合金的初晶的形成与冷却速度有关，当在金属型铸造的冷却速度下，共晶成份（Si１２.６%)向过共晶一边移动,生成ɑ(Al固溶体)枝晶状的初晶,当冷却速度\含硅量达13%时,则生成粗大的Si晶体.共晶Si的晶体为细长薄板状,过共晶成份的初晶Si的晶体为粗大的块状,,强度和韧性都低,切削加工性能差,这了改善共晶Si的结晶组织,采用钠、钙、或锑等微量元素来细化晶粒，而为了改善过共晶成份的初晶Si的结晶组织，采取添加P来细化其晶粒。Mg合金中加入一定的Mg，形成AL-Si-Mg合金，(因为可以时效处理的手断从组织中析出中间相(Mg2Si)化合物并呈弥散状态,使ɑ固溶体结晶点阵发生畸变,从而提高合金强度，当Mg含量达到0.2-0.5%时,其析出相的硬度高,抗拉强度和弹性模量得到提高,但韧性降低。如再增加含Mg量，则容易氧化，使合金液中卷入氧化皮的增多，并使流动性变坏。Cu合金中加入一定的Cu，形成AL-Si-Cu合金，因为Cu在а固溶体中的溶解度比Mg大很多，可通过固溶强化和析出中间相(Al2Cu）化合物而使强度获得较大的提高。Fe作为铝合金中的一种要严格控制的最易混入的杂质元素。因为Fe在铝合金中形成粗大的(Al3Fe）等针状化合物，使合金的韧性和耐蚀性能显著下降，合金液的补缩能力变坏。在压铸铝合金中，则允许有1%以下的Fe含量，这是为了防止粘模，增加合金的润湿融合能力。含Fe量通常控制在0.6-1.0%以下。CaCa是铝合金中的一种杂质，它是由原材料结晶硅带入的，通常以(Ca2Si、CaSi、CaSi2）。磷化钙（Ca3P）等形式出现，Ca有较小的降低铝合金的共晶温度、细化共晶硅结晶的作用，但不把它作为变质剂来使用。Ca含量高时，会使AL-Si合金溶液的粘度增加，ɑ枝晶组织发达，阻滞合金液的流动性，使合金液的流动性降低，还会使共晶成份的表面凹凸不平呈龟皮状或疙瘩样蛙状，但对合金的收缩性能没有影响。PP在铝合金中形成AlP结晶，使合金中结晶出细小的初晶Si，有效的细化了其晶粒。P是通过Cu-P、Al-Cu-P中间合金加入的，当同时有Ca存在时，则会生成Ca3P，降低P的变质效果，P会降低Na、Sr、Sb的细化共晶Si的效果。MnMn在铝合金中形成MnAl6的弥散质点，阻止再结晶的粗大化，提高再结晶温度，有效地细化再结晶晶粒，提高合金的强度，并与铝合金中的不纯物Fe形成（Al3FeMn）化合物,使Fe的化合物形态从针状变为块状，能在一定程度上改善韧性，即能溶解杂质Ｆｅ．减少Ｆｅ的有害作用，提高合金的耐蚀性，如果Ｆｅ含量在０．６％以上，则含Ｍｎ的化合物就形成骨架状的粗大结晶，成为杂质和坚硬的黑点，有效的含Ｍｎ量为Ｆｅ：Ｍｎ＝０.５～０.８左右,对于铸造铝合金，加Mn量如果超过1%。能提高合金的耐热性能，但又使合金的晶粒粗大，引起合金变脆。NiNi在铝合金中形成NiAl3等金属化合物，提高合金的高温强度和体积、尺寸稳定性，并有使Fe的化合物变成块状的倾向，即降低杂质Fe的有害作用，，但使合金的耐蚀性下降。SrSr可使共晶Si的晶体的头部成为细粒状，有效地提高了合金的强度，Sr对共晶Si的变质细化产生非常大的效果。TiTi使晶粒细化的作用，所生成的TiAl3TiB2密度比铝合液大，所以添加后从保温到浇铸时间不要拖得过长，否则会产生沉降或密度偏析。SbSb对Aｌ－Sｉ系合金有变质作用，它对亚共晶和过共晶都有较好的变质作用，经细化后的共晶Si的晶粒呈薄层状。CrCr在铝形成(CrFe)Al7\(CrMn)Al12等金属间化合物的行为.阻碍再结晶的形核和长大过程,对合金有一定的强化作用,提高高温性能，降低杂质Fe的有害作用，改善合金的抗应力腐蚀裂纹能力。在熔炼中应注意，当熔化温度和保温温度低时，Cr在Al中形成的化合物会变得粗大而成为夹杂物，其添加量在0.1-0.4%左右.ZrZr在铝合金中形成Al3Zr,成为@固溶体的外来异质结晶核心,使结晶晶粒细化,提高合金的高温强度,Zr还能与合金液中的氢反应,生成ZrH,溶于合金液中起除气作用,减少针孔、疏松等缺陷，Zr的加入量为0.1-0.3%.VV可与铝形成化合物,细化合金的晶粒,其作用与Zr相似,但有P存在时,会形成粗大的化合物而沉降,成为杂质.Pb、Sn、Bi这三种元素是低溶点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改善切削性能，铋在凝固过程中膨胀，对补缩有利。高镁合金中加入铋可防止钠脆。元素的分类金属元素根据其外观特征分为两大类：黑色金属：Fe、Cr、Mn非铁金属元素：黑色金属以外的金属元素按着元素的物理化学性质，资源、开发以及生产、应用等情况又可将非铁金属元素做如下分类1、普通金属元素分两类：普通轻金属和普通重金属元素