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(shí)，銅在鋁中的最大溶解度為 5.65%,溫度降到302時(shí)，銅的溶解度為0.45%。銅是重要的合金元素，有一定的固溶強化效果，此外時(shí)效析出的CuAl2有著(zhù)明顯的時(shí)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(shí)強化效果最好，所以大部分硬鋁合金的含銅量處于這范圍。

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(shí)，硅在 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，介這類(lèi)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(shí)加入鋁中形成鋁鎂硅系合金，強化相為MgSi。鎂和硅的質(zhì)量比為1.73:1。設計Al-Mg-Si系合金成分時(shí)，基體上按此比例配置鎂和硅 的含量。有的Al-Mg-Si合金，為了提高強度，加入適量的銅，同時(shí)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 在鋁中的最大溶解度為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于焊接材料，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(xiàn)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(yè)用變形鋁合金中，鎂的含量均小于6%，而硅含量也低，這類(lèi)合金是不能熱處理強化的，但是可焊性良好，抗蝕性也好，并有中等強度。

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。因此加錳后可降低鎂含量，同時(shí)可降低熱裂傾向，另外錳還可以使Mg5Al8化合物均勻沉淀，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(shí)，錳在 固溶體中的最大溶解度為1.82%。合金強度隨溶解度增加不斷增加，錳含量為0.8%時(shí)，延伸率達最大值。Al-Mn合金是非時(shí)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(guò)程，提高再結晶溫度，并能顯著(zhù)細化再結晶晶粒。再結晶晶粒的細化 主要是通過(guò)

MnAl6化合物彌散質(zhì)點(diǎn)對再結晶晶粒長(cháng)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(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(shí)存在應力腐蝕開(kāi)裂、傾向，因而限制了它的應用。

在鋁中同時(shí)加入鋅和鎂，形成強化相Mg/Zn2，對合金產(chǎn)生明顯的強化作用。Mg/Zn2含量 從0.5%提高到12%時(shí)，可明顯增加抗拉強度和屈服強度。鎂的含量超過(guò)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(shí)，應力腐蝕 開(kāi)裂抗力最大。

如在A(yíng)l-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最大，也是航天、航空工業(yè)、電力工業(yè)上的重要的鋁合金材料。

2．微量元素的影響

鐵和硅

鐵在A(yíng)l-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛鋁合金中，硅在A(yíng)l-Mg-Si系鍛鋁中和在A(yíng)l-Si系焊條及鋁硅鑄造合金中，均作為合金元素加的，在基它鋁合金 中，硅和鐵是常見(jiàn)的雜質(zhì)元素，對合金性能有明顯的影響。它們主要以FeCl3和游離硅存在。在硅大于鐵時(shí)，形成β-FeSiAl3(或 Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時(shí)，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。當鐵和硅比例不當時(shí)，會(huì )引起鑄件產(chǎn)生裂紋，鑄鋁中鐵含量過(guò) 高時(shí)會(huì )使鑄件產(chǎn)生脆性。

鈦和硼

鈦是鋁合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中間合金形式加入。鈦與鋁形成 TiAl2相，成為結晶時(shí)的非自發(fā)核心，起細化鑄造組織和焊縫組織的作用。Al-Ti系合金產(chǎn)生包反應時(shí)，鈦的臨界含量約為0.15%，如果有硼存在則減 速小到0.01%。

鉻

鉻在A(yíng)l-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常見(jiàn)的添加元素。600℃時(shí)，鉻在鋁中溶解度為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，阻礙再結晶的形核和長(cháng)大過(guò)程，對合金有一定的強化作用，還能改善合金韌性和降低應力腐蝕開(kāi)裂敏感性。但會(huì )場(chǎng)增加淬火敏感性，使陽(yáng)極氧化膜呈黃色。

鉻在鋁合金中的添加量一般不超過(guò)0.35%，并隨合金中過(guò)渡元素的增加而降低。

鍶

鍶是表面活性元素，在結晶學(xué)上鍶能改變金屬間 化合物相的行為。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和最終產(chǎn)品質(zhì)量。由于鍶的變質(zhì)有效時(shí)間長(cháng)、效果和再現性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在A(yíng)l-Si鑄 造合金中取代了鈉的使用。對擠壓用鋁合金中加入0.015%~0.03%鍶，使鑄錠中β-AlFeSi相變成漢字形α-AlFeSi相，減少了鑄錠均勻化 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。對于高硅（10%~13%）變形鋁合金中加入0.02%~0.07%鍶元素，可 使初晶減少至最低限度，力學(xué)性能也顯著(zhù)提高，抗拉強度бb 由233MPa提高到236MPa，屈服強度б0.2由204MPa提 高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在過(guò)共晶Al-Si合金中加入鍶，能減小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可順利地熱軋和冷軋。

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，可阻礙再結晶過(guò)程，細化再結晶晶粒。鋯亦能細化鑄造組織，但比鈦的效果小。有鋯 存在時(shí)，會(huì )降低鈦和硼細化晶粒的效果。 在A(yíng)l-Zn-Mg-Cu系合金中，由于鋯對淬火敏感性的影響比鉻和錳的小，因此宜用鋯來(lái)代替鉻和錳細化再結晶組織。

雜質(zhì)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(guò)冷，細化晶粒，減少二次晶間距，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，對工藝性能有著(zhù)明顯的影響。
各種稀土加入量約為0.1%at%為好?；旌舷⊥粒↙a-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金時(shí)效G?P區形成的臨界溫度降低。含鎂的鋁合金，能激發(fā)稀土元素的變質(zhì)作用。

雜質(zhì)元素的影響
釩在鋁合金中形成VAl11難熔化合物，在熔鑄過(guò)程中起細化晶粒作用，但比鈦和鋯的作用小。釩也有細化再結晶組織、提高再結晶溫度的作用。

鈣在鋁合金中固溶度極低，與鋁形成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，大約5%鈣和5%錳的鋁合金具有超塑性。鈣和硅形成CaSi，不溶于鋁， 由于減小了硅的固溶量，可稍微提高工業(yè)純鋁的導電性能。鈣能改善鋁合金切削性能。CaSi2不能使鋁合金熱處理強化。微量鈣有利于去除鋁液中的氫。

鉛、錫、鉍元素是低熔點(diǎn)金屬，它們在鋁中固溶度不大，略降低合金強度，但能改善切削性能。鉍在凝固過(guò)程中膨脹，對補縮有利。高鎂合金中加入鉍可防止鈉脆。

銻主要用作鑄造鋁合金中的變質(zhì)劑，變形鋁合金很少使用。僅在A(yíng)l-Mg變形鋁合金中代替鉍防止鈉脆。銻元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善熱壓與冷壓工藝性能。

鈹在變形鋁合金中可改善氧化膜的結構，減少熔鑄時(shí)的燒損和夾雜。鈹是有毒元素，能使人產(chǎn)生過(guò)敏性中毒。因此，接觸食品和飲料的鋁合金中不能含有鈹。焊接材 料中的鈹含量通?？刂圃?μg/ml以下。用作焊接基體的鋁合金也應控制鈹的含量。

鈉在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，鈉的熔點(diǎn)低（97.8℃）,合金中存在鈉時(shí)，在凝固過(guò)程中吸附在枝晶表面或晶界，熱加工時(shí)，晶界上的 鈉形成液態(tài)吸附層，產(chǎn)生脆性開(kāi)裂時(shí)，形成NaAlSi化合物，無(wú)游離鈉存在，不產(chǎn)生“鈉脆”。當鎂含量超2%時(shí)，鎂奪取硅，析出游離鈉，產(chǎn)生“鈉脆”。因 此高鎂鋁合金不允許使用鈉鹽熔劑。防止“鈉脆”的方法有氯化法，使鈉形成NaCl排入渣中，加鉍使之生成Na2Bi進(jìn)入金屬基體；加銻生成Na3Sb或加 入稀土亦可起到相同的作用。