硅( Si )
硅是大多數(shù)壓鑄鋁合金的主要元素。它能改善造合金的鑄造性能。硅與鋁組成固溶體。在 577 ℃時(shí),硅在鋁中的溶解度為 1.65%,室溫時(shí)為 0.2%、含硅量至 11.7%時(shí),硅與鋁形成共晶體。提高合金的高溫造型性,減少收縮率,無(wú)熱裂傾向。二元鋁基合金有高的耐蝕性。當(dāng)合金中含硅量超過(guò)共晶成分,而銅、鐵等雜質(zhì)又多時(shí),即出現(xiàn)游離硅的硬質(zhì)點(diǎn),使切削加工困難,高硅鋁合金對(duì)鑄件坩堝的熔蝕作用嚴(yán)重。
銅( Cu )
銅和鋁組成固溶體,當(dāng)溫度在 548 ℃時(shí),銅在鋁中的溶解度應(yīng)為 5.65%, 室溫時(shí)降至 0.1%左右,增加含銅量,能提高合金的流動(dòng)性,抗拉強(qiáng)度和硬度,但降低了耐蝕性和塑性,熱裂傾向增大。
鎂(Mg )
在高硅鋁合金中加入少量(約 0.2 ~0.3%)的鎂,可提高強(qiáng)度和屈服極限,提高了合金的切削加工性。
含鎂 8%的鋁合金具有優(yōu)良的耐蝕性,但其鑄造性能差,在高溫下的強(qiáng)度和塑性都低,冷卻時(shí)收縮大,故易產(chǎn)生熱裂和形成疏松。
鋅(Zn )
鋅在鋁合金中能提高流動(dòng)性,增加熱脆性,降低耐蝕性,故應(yīng)控制鋅的含量在規(guī)定范圍中。至于含鋅量很高的 ZL401 鋁合金卻具有較好的鑄造性能和 機(jī)械性能,切削加工也比較好。
鐵(Fe )
在所有鋁合金中都含有害雜質(zhì)。因鋁合金中含鐵量太高時(shí),鐵以 FeAl3 、Fe2Al7 和 Al -Si -Fe 的片狀或針狀組織存在于合金中,降低機(jī)械性能,這種組織還會(huì)使合金的流動(dòng)性減低,熱裂性增大,但由于鋁合金對(duì)模具的粘附作用十分強(qiáng)烈,當(dāng)鐵含量在 0.6 %以下時(shí)尤為強(qiáng)烈。當(dāng)超過(guò) 0.6%后, 粘?,F(xiàn)象便大為減輕,故含鐵量一般應(yīng)控制在 0.6 ~1%范圍內(nèi)對(duì)壓鑄是有好處的,但最高不能超過(guò)1.5%。
錳(Mn )
錳在鋁合金中能減少鐵的有害影響,能使鋁合金中由鐵形成的片狀或針狀組織變?yōu)榧?xì)密的晶體組織,故一般鋁合金允許有 0.5%以下的錳存在。含錳量過(guò)高時(shí),會(huì)引起偏析。
鎳(Ni )
鎳在鋁合金中能提高鋁合金的強(qiáng)度和硬度,降低耐蝕性。鎳與鐵作用一樣,能減少合金對(duì)模具的熔蝕,同時(shí)又能中和鐵的有害影響,提高合金的焊接性能。當(dāng)鎳含量在 1~1.5%時(shí),鑄件經(jīng)拋光能獲得光潔的表面。由于鎳的來(lái)源缺乏,應(yīng)盡量少采用含鎳的鋁合金。
鈦(Ti )
鋁合金中加入微量的鈦,能顯著細(xì)化鋁合金的晶粒組織,提高合金的機(jī)械性能,降低合金的熱裂傾向。
鍶
鍶是表面活性元素,在結(jié)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(zhǎng)、效果和再現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái) Al -Si 鑄造合金中取代了鈉的使用。對(duì)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(duì)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)性能也顯著提高,抗拉強(qiáng)度бb由 233MPa 提高到 236MPa ,屈服強(qiáng)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?zé)彳埡屠滠垺?/p>
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(jié)晶過(guò)程,細(xì)化再結(jié)晶晶粒。鋯亦能細(xì)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(xì)化晶粒的效果。在 Al -Zn -Mg -Cu 系合金中,由于鋯對(duì)淬火敏感性的影響比鉻和錳小,因此宜用鋯來(lái)代替鉻和錳細(xì)化再結(jié)晶組織。
鉻
鉻在 Al -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(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過(guò)程,對(duì)合金有一定的強(qiáng)化作用,還能改善合金韌性和降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。但會(huì)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。