(1) 添加合金元素铜
铜是变形铝合金中重要的合金元素, 有一定的固溶强化效果, 此外时效析出的
CuAl2 相有着明显的时效强化效果。 铝合金中铜含量通常在2.5%~8%, 铜含量
在4%~6.8%时强化效果最好, 所以大部分硬铝合金的铜含量处于这个范围。
但随着铜含量的增加, 铝合金的变形抗力增高, 焊接性能和抗腐蚀性能, 特别
是抗应力腐蚀性能下降。
(2) 添加合金元素硅
铝硅合金的共晶温度为577℃, 此时硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。 尽
管溶解度随温度降低而减少, 但这类合金一般是不能热处理强化的。 铝硅合金具有
22 铝加工技术问答极好的铸造性能和抗蚀性。
若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金, 强化相为 Mg2Si。 镁和硅的质量比
为1.73∶1。 设计 Al-Mg-Si系合金成分时, 基本上按此比例配置镁和硅的含量。
有的 Al-Mg-Si合金, 为了提高强度, 加入适量的铜, 同时, 加入适量的铬以抵消
铜对抗蚀性的不利影响。
变形铝合金中, 硅单独加入铝中只限于焊接材料, 硅加入铝中亦有一定的强化
作用。
(3) 添加合金元素镁
镁在铝中的溶解度随温度下降而迅速减小, 在大部分工业用变形铝合金中, 镁
的含量均小于6%, 而硅含量也低, 这类合金是不能热处理强化的, 但可焊性良
好, 抗蚀性也好, 并有中等强度。
镁对铝的强化是明显的, 每增加1%镁, 抗拉强度大约升高34MPa。 如果加入
1%以下的锰, 可起补充强化作用。 因此加锰后可降低镁含量, 同时可降低热裂倾
向, 另外, 锰还可以使 Mg5Al5 化合物均匀沉淀, 改善抗蚀性和焊接性能。
(4) 添加合金元素锰
铝锰合金得共晶温度为658℃, 此时锰在α固溶体中的最大溶解度为1.82%。
合金强度随溶解度增加不断增加, 锰含量为0.8%时, 延伸率达最大值。 Al-Mn合
金是非时效强化型合金。
锰能阻止铝合金的再结晶过程, 提高再结晶温度, 并能显著细化再结晶晶粒。
再结晶晶粒的细化主要是通过 MnAl6 化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作
用。 MnAl6 的另 一 作 用 是 能 溶 解 杂 质 铁, 形 成 (Fe、 Mn) Al6, 减 小 铁 的 有 害
影响。
锰是铝合金的重要元素, 可以单独加入形成 Al-Mn二元合金, 更多的是和其
他合金元素一同加入, 因此大多铝合金中均含有锰。
(5) 添加合金元素锌
锌单独加入铝中, 在变形条件下对合金强度的提高十分有限, 同时存在应力腐
蚀开裂倾向, 因而限制了它的应用。
在铝中同时加入锌和镁, 形成强化相 MgZn2, 对合金产生明显的强化作用。
MgZn2 含量从0.5%提高到12%时, 可明显增加抗拉强度和屈服强度。 镁的含量
超过形成 MgZn2 相所需要的量时, 还会产生补充强化作用。
调整锌和镁的比例, 可提高抗拉强度和增大应力腐蚀开裂抗力。 所以在超硬铝
合金中, 锌和镁的比例控制在2.7左右时, 应力腐蚀开裂抗力最大。
如在 Al-Zn-Mg基础上加入铜元素, 形成 Al-Zn-Mg-Cu合金, 其强化效果非常
明显, 是航天、 航空工业中最重要的铝合金材料。
