典型合金特點(diǎn)如下。

1060(純鋁)屬于普通工業(yè)純鋁, 含鋁量不小于99.60%。特點(diǎn)是強(qiáng)度低, 加工強(qiáng)化是唯一的強(qiáng)化途徑; 熱加工和冷加工性能良好, 熱導(dǎo)率、 電導(dǎo)率高; 耐蝕性、 焊接性能優(yōu)良?？杉庸こ刹煌?guī)格的板、 帶、 箔、 管、 棒、 線材, 廣泛用作化工設(shè)備、 船舶設(shè)備、 鐵道油罐車、 過氧化氫(H2O2)貯罐, 以及各種強(qiáng)度要求不高, 而要求加工性能良好、 耐蝕、 可焊的工業(yè)設(shè)備, 也可作為電導(dǎo)體材料、 儀器儀表材料、 焊條等。其組織為單相α-Al, 可能的雜質(zhì)相為FeAl3, α-Fe2SiAl8, β-FeSiAl5。密度2.705 g/cm3, 熔化溫度范圍646~657 ℃, 熔煉溫度720~760 ℃, 典型退火溫度345 ℃, 不可熱處理強(qiáng)化。

1100合金為含鋁量為99.0%的普通純鋁。熱處理不強(qiáng)化; 強(qiáng)度低, 但有良好的熱加工和冷加工性能; 耐蝕性和焊接性能優(yōu)良; 陽(yáng)極氧化后可進(jìn)一步提高其耐蝕性, 同時(shí)可獲得美觀的表面。廣泛應(yīng)用于從炊具到工業(yè)設(shè)備的各個(gè)領(lǐng)域。用于加工需要有良好的成形性和高的耐蝕性, 但不要求有高強(qiáng)度的零件部件, 例如化工產(chǎn)品、 食品工業(yè)包裝與貯存容器、 薄板加工件、 深拉或旋壓凹形器皿、 焊接零部件、 熱交換器、 印刷板、 銘牌、 反光器具等。組織為單相α-Al, 可能的雜質(zhì)相為FeAl3, α-Fe2SiAl8, β-FeSiAl5, Fe和Si為主要雜質(zhì)。密度2.710 g/cm3, 熔化溫度范圍643~657 ℃, 熔煉溫度720~760 ℃, 典型退火溫度345 ℃, 熱處理不強(qiáng)化。

3003合金是Al-Mn系典型合金。其突出特點(diǎn)是耐蝕性好, 僅在中性介質(zhì)中的耐蝕性稍次于純鋁, 在其他介質(zhì)中的耐蝕性與純鋁相近。強(qiáng)度比純鋁的高, 而塑性很好; 焊接性能優(yōu)良; 導(dǎo)熱導(dǎo)電性能比工業(yè)純鋁低。加錳以后有一定的固溶強(qiáng)化作用。錳在鋁中的固溶度隨溫度降低而減小, 但熱處理強(qiáng)化效果甚微, 因此3003合金為熱處理不可強(qiáng)化合金。該合金是一個(gè)具有優(yōu)良塑性和耐蝕性以及中等強(qiáng)度的通用合金, 主要用于加工需要有良好的成形性能、 高的耐蝕性可焊性好的零部件, 或既要求有這些性能又需要有比1×××系合金強(qiáng)度高的工件, 如廚具、 食物和化工產(chǎn)品處理與貯存裝置, 運(yùn)輸液體產(chǎn)品的槽、 罐, 以薄板加工的各種壓力容器與管道等。室溫主要相組成物為α-Al, MnAl6; 可能的雜質(zhì)相為(FeMn)Al6或(Fe、 Mn、 Si)Al6等。Mn是主要合金化元素, 雖然不可以熱處理強(qiáng)化, 但Mn有一定的固溶強(qiáng)化作用使MnAl6有一定的彌散強(qiáng)化作用, 因此強(qiáng)度稍高于純鋁, Mn含量在0.6%~1.0%范圍內(nèi), 合金的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均較好, Mn超過1.6%將會(huì)出現(xiàn)粗大硬脆的MnAl6相, 對(duì)合金局部的延展性會(huì)造成不利的影響, 所以Mn含量不要超過1.6%, 并控制在中限; Fe在該合金中一般作為雜質(zhì)進(jìn)行控制, 但允許達(dá)到0.7%, Fe能夠減少M(fèi)n的偏析, 使退火板材晶粒得到細(xì)化。該合金的密度2.730 g/cm3, 熔化溫度范圍643~654 ℃, 熔煉溫度730~770 ℃, 典型退火溫度413 ℃, 熱處理不可強(qiáng)化。

5052合金是Al-Mg系含鎂較低的合金。特點(diǎn)是耐蝕性好, 熱處理不可強(qiáng)化, 冷作硬化后具有中等強(qiáng)度, 其耐拉性能介于工業(yè)純鋁1100和鋁錳系防銹鋁3003之間。疲勞強(qiáng)度高, 在變形鋁中僅次于3003合金; 有良好低溫性能。隨溫度降低, 耐拉強(qiáng)度、 屈服強(qiáng)度、 伸長(zhǎng)率均提高, 低溫韌性也很好。退火狀態(tài)塑性好, 加工硬化率高, 因而硬狀態(tài)塑性低。冷變形度達(dá)到50%時(shí)再結(jié)晶溫度約為288 ℃。可焊性良好, 但焊接裂紋敏感系數(shù)高。該合金廣泛應(yīng)用于耐蝕、 可焊、 中等強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料。此合金有良好的成形加工性能、 耐蝕性、 可燭性、 疲勞強(qiáng)度與中等的靜態(tài)強(qiáng)度, 用于制造飛機(jī)油箱、 油管, 以及交通車輛、 船舶的鈑金件, 儀表、 街燈支架與鉚釘、 五金制品等。

2.鋁合金中合金元素和雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品性能的影響

(1)銅元素: 548 ℃時(shí), 銅在鋁中的最大溶解度為5.65%, 溫度降至302 ℃時(shí), 銅的溶解度為0.45%。銅是重要的合金元素, 有一定的固溶強(qiáng)化效果, 此外時(shí)效析出的CuAl2相有明顯的時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)。鋁合金中銅含量通常在2.5%~5%, 銅含量在4%~6.8%時(shí)強(qiáng)化效果最好, 所以大部分硬鋁合金的含銅量處于該范圍。鋁銅合金中可以含有較少的硅、 鎂、 錳、 鉻、 鋅、 鐵等元素。

(2)硅元素: 在共晶溫度577 ℃時(shí), 硅在α固溶體中的最大溶解度為1.65%。盡管溶解度隨溫度降低而減少, 但這類合金一般是不能熱處理強(qiáng)化的。鋁硅合金具有極好的鑄軋性能和耐蝕性。若鎂和硅同時(shí)加入鋁中形成鋁鎂硅系合金, 強(qiáng)化相為Mg2Si 。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73：1。設(shè)計(jì)鋁鎂硅系合金成分時(shí), 基本上按此比例。有的鋁鎂硅合金為了提高強(qiáng)度, 加入適量的銅。同時(shí)加入適量的鉻以抵消銅對(duì)耐蝕性的不利影響。Mg2Si在鋁中的最大溶解度為1.85%, 且隨溫度的降低而減小。變形鋁合金中, 硅單獨(dú)加入鋁中只限于焊接材料, 硅加入鋁中亦有一定的強(qiáng)化作用。

(3)鎂元素: 根據(jù)鋁鎂合金平衡相圖的溶解度曲線, 鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小, 但在大部分工業(yè)用變形鋁合金中, 鎂的含量均小于6%, 而硅含量也低, 這類合金是不能熱處理強(qiáng)化的, 但可焊性良好, 耐蝕性也好, 并有中等強(qiáng)度。鎂對(duì)鋁的強(qiáng)化是明顯的, 每增加1%鎂, 抗拉強(qiáng)度大約升高34 MPa。如果加入1%以下的錳, 可起補(bǔ)充強(qiáng)化作用。因此加錳后既可降低鎂含量, 又可降低熱裂傾向, 還可以使Mg5Al8化合物均勻沉淀, 改善耐蝕性和合金性能。

(4)錳元素: 在共晶溫度658 ℃處, 錳在α固溶體中的最大溶解度為1.82%。合金強(qiáng)度隨溶解度增加不斷增加, 錳含量為0.8%時(shí), 伸長(zhǎng)率達(dá)最大值。鋁-錳合金是非時(shí)效硬化合金, 即熱處理不強(qiáng)化合金。錳能阻止鋁合金的再結(jié)晶過程, 并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。再結(jié)晶晶粒的細(xì)化主要是通過MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對(duì)再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質(zhì)鐵, 形成(Fe、 Mn)Al6, 減小鐵的有害影響。 錳是鋁合金的重要元素, 可以單獨(dú)加入形成鋁-錳二元合金, 更多的是和其他合金元素一同加入, 因此大多數(shù)鋁合金中均含有錳。

(5)鋅元素: 275 ℃時(shí)鋅在鋁中的溶解度為31.6%, 而在125 ℃時(shí)其溶解度則下降到5.6%。鋅單獨(dú)加入鋁中, 在變形條件下對(duì)合金強(qiáng)度的提高十分有限, 同時(shí)存在應(yīng)力腐蝕開裂傾向, 因而限制了它的使用。在鋁中同時(shí)加入鋅和鎂, 形成強(qiáng)化相MgZn2, 對(duì)合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用, MgZn2含量從0.5%提高到12%時(shí), 可明顯增加耐拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。鎂的含量超過形成MgZn2相所需要的量時(shí), 還會(huì)產(chǎn)生補(bǔ)充強(qiáng)化作用。調(diào)整鋅和鎂的比例, 提高抗拉強(qiáng)度和增大應(yīng)力腐蝕開裂抗力。所以在超硬鋁合金中, 鋅和鎂的比例控制在2.7左右時(shí), 應(yīng)力腐蝕開裂抗力最大。如在鋁-鋅-鎂基礎(chǔ)上加入銅元素, 形成鋁-鋅-鎂-銅系合金, 其強(qiáng)化效果在所有鋁合金中最大, 也是航天、 航空工業(yè)中重要的鋁合金材料。

(6)鐵和硅: 鐵在鋁-銅-鎂-鎳-鐵系鍛造鋁合金中, 硅在鋁-鎂-硅系鍛鋁中和在鋁-硅系焊條及鋁硅鑄軋合金中, 均作為合金元素加入。在其他鋁合金中, 硅和鐵是常見的雜質(zhì)元素, 對(duì)合金性能有明顯的影響。它們主要以FeAl3和游離硅存在。當(dāng)硅大于鐵時(shí), 形成β-FeSiAl5(或Fe2Si2Al9)相, 而鐵大于硅時(shí), 形成α-Fe2SiAl8(或Fe3SiAl12)。當(dāng)鐵和硅比例不當(dāng)時(shí), 會(huì)引起鑄件產(chǎn)生裂紋。

(7)鈦和硼: 鈦是鋁合金中常用的添加元素, 以鋁-鈦或鋁-鈦-硼中間合金加入。鈦與鋁形成TiAl3相, 成為結(jié)晶時(shí)的非自發(fā)核心, 起細(xì)化鑄造組織和焊縫組織的作用。

(8)鉻元素: 鉻是鋁-鎂-硅系、 鋁-鎂-鋅系、 鋁-鎂系合金中常見的添加元素。在600 ℃時(shí), 鉻在鋁中的溶解度為0.8%, 室溫時(shí)基本上不溶解。鉻在鋁中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金屬間化合物, 阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過程, 對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用, 還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開裂敏感性。但會(huì)增加淬火敏感性, 使陽(yáng)極氧化膜呈黃色。鉻在鋁合金中添加量一般不超過0.35%, 并隨合金中過渡族元素的增加而降低。

(9)鍶元素: 鍶是表面活性元素, 在結(jié)晶學(xué)上鍶能改變合金結(jié)晶的行為。因此用鍶元素進(jìn)行變質(zhì)處理能改善合金的塑性加工性能和最終產(chǎn)品品質(zhì)。由于鍶的變質(zhì)有效時(shí)間長(zhǎng)、 效果和再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn), 近年來(lái)在鋁-硅鑄軋合金中取代了鈉的使用。在擠壓用鋁合金中加入0.015%~0.03%鍶, 使鑄錠中β-AlFeSi相變成α-AlFeSi相, 可以減少鑄錠均勻化時(shí)間60%~70%, 提高材料力學(xué)性能和塑性加工性; 改善制品表面粗糙度。對(duì)于高硅(10%~13%)變形鋁合金中加入0.02%~0.07%的鍶元素, 可使粗晶硅減少至最低限度, 力學(xué)性能也顯著提高, 抗拉強(qiáng)度由233 MPa提高到236 MPa, 屈服強(qiáng)度由204 MPa提高到210 MPa, 伸長(zhǎng)率δ5由9%提高到12%。在過共晶鋁-硅合金中加入鍶, 能減小粗晶硅粒子尺寸, 改善塑性加工性能, 可順利進(jìn)行熱軋和冷軋。

(10) 鋯元素: 鋯也是鋁合金的常用添加劑。一般在鋁合金中加入量為0.1%~0.3%, 鋯和鋁形成ZrAl3化合物, 可阻礙再結(jié)晶、 形核與晶粒長(zhǎng)大過程。鋯亦能細(xì)化鑄軋組織, 但比鈦的作用小。有鋯存在時(shí), 會(huì)降低鈦和硼細(xì)化晶粒的效果。在鋁-鋅-鎂-銅系合金中由于鋯對(duì)淬火敏感性的影響比鉻和錳小, 因此宜用鋯來(lái)代替鉻和錳影響再結(jié)晶晶粒大小。

(11) 稀土元素: 稀土元素加入鋁合金中, 使鋁合金熔鑄時(shí)增加成分過冷, 細(xì)化晶粒, 減少二次枝晶間距, 減少合金中的氣體和夾雜, 并使夾雜相趨于球化, 還可降低熔體表面張力, 增加流動(dòng)性, 有利于澆注成錠, 對(duì)工藝性能有著明顯的影響。各種稀土加入量以約0.1%(原子分?jǐn)?shù))為好。含鎂的鋁合金能激化稀土元素的變質(zhì)作用。

(12)雜質(zhì)元素: 在鋁中有時(shí)還存在釩、 鈣、 鉛、 錫、 鉍、 銻、 鈹及鈉等雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)元素由于熔點(diǎn)高低不一, 結(jié)構(gòu)不同, 與鋁形成的化合物也不相同。因而對(duì)鋁合金的影響也不一樣, 不是必需時(shí), 均應(yīng)盡量減少。