铝合金中各元素对铝合金性能影响

铝元素

铝是一种非常常见的元素，元素符号为Al，原子序数为13。地壳中富含铝元素的储量仅次于氧和硅，含量8.3%，排名第三，是地壳中含量最丰富的金属元素。

铝合金

铝是轻金属材料之一，基本上添加了一定量的其他合金元素。铝合金除了具有铝的一般特性外，由于合金元素的种类和数量的不同，还具有一定的合金特性。铝合金密度为2.63～2.85g/cm3强度高(σb为110～650MPa)具有良好的铸造性能和塑性加工性能，良好的导电性和导热性，良好的耐腐蚀性和焊接性，可用作结构材料铸造，冲压、锻造等工艺广泛应用于航天、航空、运输、建筑、机电、轻化和日用品.

添加元素对铝合金强度的影响

铜是对铝合金性能影响较大的金属元素（Cu）、镁（Mg）、硅（Si）、铁（Fe）、锰（Mn）、镍（Ni）、锌（Zn）等等，下面介绍这些金属元素对铝合金性能的影响。

1.铜（Cu）

铜是铝合金中一种重要的合金元素，具有一定的固溶强化作用，除了时效沉淀的CuAl外₂具有显著的时效强化效果。

优点：固溶强化和及时强化效果好，铜含量在4%到6.8%时强化效果最好，所以硬铝合金的铜含量大多在这个范围内。增加铜含量，提高合金流动性、抗拉强度和硬度，提高机械性能和切削性。

缺点：降低耐腐蚀性和塑性，增加热裂纹的倾向。

2. 镁（Mg）

镁对铝的强化是显著的。每增加1%镁，抗拉强度约提高34MPa。如果添加不到1%的锰，可能会增加强化效果。因此，添加锰后，镁含量可以降低，热裂趋势可以降低。此外，锰还可以使Mg₅Al₈平均化合物沉淀，提高耐腐蚀性和焊接功能。

优点：提高抗拉强度和屈服极限，提高合金的切削加工性能。

缺点：Mg₂Si会使铸件变脆。

3. 硅（Si）

Mg₂Si在铝中的最大溶解度为1.85%，随着温度的降低而降低。在变形铝合金中，硅单独添加铝板仅限于焊接材料，硅添加铝也具有一定的强化作用。

优点：提高合金的铸造性能。硅和铝可以形成固体溶解体，可以提高合金的高温形状，降低收缩率，无热裂纹倾向。提高抗拉强度、硬度、切割性和高温强度，降低延伸率。

缺点：硅的结晶沉淀（Si）游离硅的硬质点容易出现，使切削性差，高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。

4.铁（Fe）

优点：当铁含量为0.6时，铝合金对模具有很强的粘附作用％特别强烈，即不易脱模。当铁含量超过0.6时％之后，粘模现象大大减轻。

缺点：当铝合金含铁量过高时，铁是Feal₃、Fe₂Al₇和Al－Si－Fe的片状或针状组织存在于合金中，产生金属化合物，形成硬点。该组织还可以降低机械性能，增加热裂性，使铸件脆性。还有铁（Fe）当量超过1.2%时，降低合金流动性，损坏铸件质量，缩短压铸设备中金属组件的使用寿命。

5. 锰（Mn）

锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。当锰含量为0.8%时，合金强度随溶解度的增加而增加，延伸率达到最大值。Al-Mn合金长短时间硬化合金，即不热处理强化。

优点：随着溶解度的增加，合金强度不断增加。当锰含量为0.8%时，延伸率达到最大值。锰（Mn）可防止铝合金再结晶过程，提高再结晶温度，显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化主要是通过Mnal₆化合物弥散质点阻碍了再结晶晶粒的生长。MnAl₆另一个作用是可以溶解杂质铁（Fe），形成（Fe、Mn）Al₆，将铝合金中的片状或针状组织从铁变成细晶组织，减少铁的有害影响。

缺点：锰含量过高会导致偏析。

6.镍（Ni）

优点：有增加抗拉强度和硬度的倾向，对耐腐蚀性有很大影响。

缺点：降低耐腐蚀性和导热性。

7.锌（Zn）

优点：锌和镁同时加入铝中，形成强化相Mg/Zn₂，会对合金产生明显的强化作用。

缺点：有应力腐蚀开裂的倾向。