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三、添加类元素在铝合金中的作用 为了改善铝合金的缺陷、增加使用范围和用途、降低生产成本及生产工艺难度，其有效的办法是在铝合金中添加微量有益元素。本节介绍常用添加元素的作用和作用机理。 1、铁（Fe）的作用 铁的熔点为 1538℃、密度7.86、有同素异构转变，原子半径分别是α=1.241、β=1.289、δ=1.27、铁在铝中的最大溶解度为0.052%、室温时为0.003%、快速结晶时为0.2%、与铝可形成脆性化合物FeAl3。 铁元素在铝合金中起着双重作用，在2xxx系部分牌号合金中 起合金元素的作用，例如：在2A21、2A49、2A70、2B70、2A80、2A90、2618等合金中起着提高耐热性和耐磨性的作用，在3A21合金中起细化再结晶晶粒的作用，铁作为合金元素在铝中的加入量在0.2～1.6%之间。 在其它系列合金中，铁元素均作为有害杂质被加以控制，铁在铝合金中的主要有害作用是与铝、锰、铬等元素形成脆性化合物，降低铝合金的塑性、热处理强化效果、降低合金的抗蚀性以及表面处理质量、降低铝合金作为导电材料时的导电率。另外，铁还降低锰在铝中的溶解度，消解锰在铝中的作用。 2、镍（Ni）的作用 镍的熔点1455℃、密度8.9、面心立方晶格、原子半径1.246Аo，在铝中的最大溶解度为0.05%，室温下0.001%。镍在铝中的作用与铁相似，与铝形成脆性化合物NiAl3，只有2xxx系部分合金和4032作为合金元素加入，用来增加合金的耐热性。加入量根据牌号不同而变化，一般为0.10%～0.20%。 3、铬（Cr）的作用 铬的熔点为1857±20℃、密度7.2、体心立方晶格，原子半径是α=1.249Аo、是硬度最高的金属、在铝中的最大溶解度为0.85%，室温下为0.003%。除1xxx系、2xxx系大部合金外，铬作为有益合金元素在其它系铝合金中广泛使用。 铬的加入量为0.01～0.25%，铬与铝可生成5种化合物，（即：Al7Cr、Al11Cr2、Al9Cr4、Al8Cr5、AlCr2））。铬的熔点较高，形成的高温质点可提高铝合金的再结晶温度并产生“挤压效应”提高合金的强度。 铬的加入还可改善铝合金微观组织的电化学不均匀性，增强了合金的抗蚀性，还可提高合金的焊接性。与锰同时加入时效果更好。由于铬熔点高、密度比铝大的多，加入时不易溶解并产生偏析。因此，需采用以中间合金的方式加入。 4、钛（Ti）的作用 钛的熔点为1668℃、密度4.5、钛具有同素异构转变，在885℃以下时为密排六方晶格称α—钛、原子半径α=1.704А，在885℃以上时为β—钛、原子半径β=1.681Аo。在铝中的最大溶解度为1.0%、室温时为0.012%。 钛在铝中的加入量0.02～0.25%，与铝可形成化合物TiAl3。影响铝合金的导电性和深冲性。在铝中一般不作为合金元素而作为晶粒细化剂使用。 除导电铝合金和深冲合金外，几乎所有的铝合金都加入钛作为晶粒细化剂使用。当加入少量硼与钛一起综合使用时，细化效果更好，硼与钛不能直接加入铝中，均采用以中间合金方式加入铝中。 5、釩（V）的作用 釩为浅灰色金属，熔点1890±10℃、密度5.96、硬度高仅次于铬、体心立方晶体结构，原子半径1.321?，釩在铝中的最大溶解度为0.37%，室温时极微量。与铝可形成化合物VAl3，釩只在1xxx系、2xxx系部分铝合金中加入。 如：1070、1050、1350、2B16、2A20、2219合金，加入量0.05～0.15%。作为高温质点，可防止铝合金在变形加工后产生粗大的再结晶组织，形成细小晶粒。提高合金的强度、韧性、深冲性及综合性能指标。另外，有资料介绍釩还可降低铝合金对淬火的敏感性。 6、锆（Zr）的作用 锆是银灰色金属，熔点1852±2℃、密度6.49、密排六方晶格、原子半径1.60?，在铝中的最大溶解度为0.28%，室温时0.001%。与铝可形成化合物ZrAl3。锆只在部分2xxx系、5xxx系及7xxx系中加入， 加入量为0.05%～0.5%。用来细化铸锭的铸造组织，改变第二相结晶形状，由于能析出细小弥散相的ZrAl3，可提高再结晶温度。在2xxx系、7xxx系合金中增加抗蚀性，5xxx系合金中提高可焊接性能。 7、硼（B）的作用 硼是非金属元素，黄色单晶体，单斜晶系、原子半径0.83?熔点2300℃、密度2.34、硼在铝中最大溶解度为0.001%、与铝可生生成化合物AlB2，硼在铝中的作用与钛相同，用来细化合金组织。但对于铝合金的导电性影响较小，如在1350和6101合金中替代对导电率影响较大的钛、釩。 在其它系列合金中与钛共同加入，生成高温化合物TiB2、TiC质点（原铝锭中含有10-2%碳、10-4%硼），起到“晶核”的作用。在使用时常制成中间合金Al-Ti-B易熔丝在铸锭时在线加入。硼在铝合金中的加入量为0.001%～0.01%。 8、銻（Sb）的作用 銻有三种不同形式的外观变化，灰色、黄色、黑色、其中灰銻最为稳定，灰銻是银白色金属，密排六方晶格、熔点631℃、密度6.684、銻在铝中主要的作用是可与鈉生成高熔点化合物，降低并防止铝合金产生鈉脆性，提高合金的抗裂纹能力。 在铝中的加入量为0.004%～0.05%、一般常在5xxx系高镁合金中加入。 9、錫（Sn）铋（Bi）的作用 錫、铋都是低熔点金属，錫有灰、白两种，灰錫熔点232℃、体心立方晶格、密度5.75、白錫熔点232℃四方晶格、密度7.28、原子半径1.405?，在铝中的最大溶解度<0.01%。铋的熔点为271℃，银白色或微红色金属，密度9.80、原子半径1.547?、在铝中的最大溶解度为<0.1%。 錫、铋加入铝中的作用是为了提高铝合金的切削加工性能，原因是可与铝中的镁形成脆性化合物Mg2Sn、Mg2Bi颗粒，起到断裂铝合金切削的作用。在铝中的加入量为0.05%～0.2%，而且只在2系（2011、2B70）和6系（6A51）个别需要进行切削的合金中加入。 一些合金中原本还加入少量铅，从2006年起许多国家禁止铅在铝合金中使用，故采用錫、铋替代。 10、铍（Be）的作用 铍是灰色金属，密排六方晶体、熔点1278±5℃、密度1.85、原子半径1.113?、铍在铝中最大溶解度为0.036%、室温为0.005%。铍在铝中主要作用是改善5xxx系高镁铝合金的氧化膜结构，增强高镁合金的抗氧化性能，防止合金在熔铸、焊接、及其他热加工过程中的氧化。 同时，还可降低铸锭时的裂纹倾向。在部分耐热2xxx系合金中如：2A06、2A04也加入微量的铍。在7xxx系可焊合金7A15、7A19、7A31中都有加入，铍在铝中的加入量为0.01%～0.0001%。值得注意的是铍蒸汽有剧毒，在冶炼时要引起高度重视。 |
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