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鋁中合金元素和雜質對性能的影響

1 合金元素影響

銅元素

鋁銅合金富鋁部分平衡相圖如圖 所示。548時，銅在鋁中的溶解度爲 5.65%,溫度降到302時，銅的溶解度爲0.45%。銅是重要的合金元素，有一定的固溶強化效果，此外時效析出的CuAl2有着明顯的時效強化效果。 鋁合金中銅含量通常在2.5% ~ 5%，銅含量在4%~6.8%時強化效果，所以大部分硬鋁合金的含銅量處於這範圍。

鋁銅合金中可以含有較少的硅、鎂、錳、鉻、鋅、鐵等元素。

硅元素

Al—Si合金系平衡相圖富鋁部分如圖 所示。在共晶溫度577 時，硅在 固溶體中的溶解度爲1.65%。盡管溶解度隨溫度降低而減少，介這類合金一般是不能熱處理強化的。鋁硅合金具有極好 的鑄造性能和抗蝕性。

若鎂和硅同時加入鋁中形成鋁鎂硅系合金，強化相爲MgSi。鎂和硅的質量比爲1.73:1。設計Al-Mg-Si系合金成分時，基體上按此比例配置鎂和硅 的含量。有的Al-Mg-Si合金，爲了提高強度，加入適量的銅，同時加入適量的鉻以抵消銅對抗蝕性的不利影響。

Al-Mg2Si合金系合金平衡相圖富鋁部分如圖 所示。Mg2Si 在鋁中的溶解度爲1.85%，且隨溫度的降低而減速小。

變形鋁合金中，硅單獨加入鋁中只限於焊接材料，硅加入鋁中亦有一定的強化作用。

鎂元素

Al-Mg合金系平衡相圖富鋁部分如圖 所示。盡管溶解度曲線表明，鎂在鋁中的溶解度隨溫度下降而大大地變小，但是在 大部分工業用變形鋁合金中，鎂的含量均小於6%，而硅含量也低，這類合金是不能熱處理強化的，但是可焊性良好，抗蝕性也好，並有中等強度。

鎂對鋁的強化是明顯的，每增加1%鎂，抗拉強度大約升高瞻遠34MPa。如果加入1%以下 的錳，可能補充強化作用。因此加錳後可降低鎂含量，同時可降低熱裂傾向，另外錳還可以使Mg5Al8化合物均勻沉澱，改善抗蝕性和焊接性能。

錳元素

Al-Mn合金系平平衡相圖部分如圖 所示。在共晶溫度658時，錳在 固溶體中的溶解度爲1.82%。合金強度隨溶解度增加不斷增加，錳含量爲0.8%時，延伸率達值。Al-Mn合金是非時效硬化合金， 即不可熱處理強化。

錳能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，並能顯著細化再結晶晶粒。再結晶晶粒的細化 主要是通過

MnAl6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質鐵，形成（Fe、Mn）Al6，減小鐵的有害影響。

錳是鋁合金的重要元素，可以單獨加入形成Al-Mn二元合金，更多的是和其它合金元素一同加入，因此大多鋁合金中均含有錳。

鋅元素

Al-Zn合金系平衡相圖富鋁部分如圖 所示。275時鋅在鋁中的溶解度爲31.6%，而在125時其溶解度則下降到5.6%。

鋅單獨加入鋁中，在變形條件下對鋁合金強度的提高十分有限，同時存在應力腐蝕開裂、傾向，因而限制了它的應用。

在鋁中同時加入鋅和鎂，形成強化相Mg/Zn2，對合金產生明顯的強化作用。Mg/Zn2含量 從0.5%提高到12%時，可明顯增加抗拉強度和屈服強度。鎂的含量超過形成Mg/Zn2相所需超硬鋁合金中，鋅和鎂的比例控制在2.7左右時，應力腐蝕 開裂抗力。

如在Al-Zn-Mg基礎上加入銅元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基強化效果在所有鋁合金中，也是航天、航空工業、電力工業上的重要的鋁合金材料。

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