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純鋁的力學(xué)性能不高,不適宜制作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。為了提高鋁的力學(xué)性能在純鋁中加入某些合金元素制成合金,常加入的合金元素有銅、鎂、鉻、鋅、硅、錳、鎳、鈷、鈦及鍶等,稀土元素在某些合金中加入。這些合金元素加入后通過以下幾個(gè)方面對(duì)鋁進(jìn)行強(qiáng)化。 ffice ffice" /> 0 k0 A. x/ w1 G
1.固溶強(qiáng)化
( {3 F; A) C/ U" V1 B. O 合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體,不僅能獲得高的強(qiáng)度,而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般鋁合金中固溶強(qiáng)化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、硅、鎳等元素。一般鋁的合金化都形成有限的固溶體,如Al-Cu,Al-Mg,Al-Zn,Al-Si,Al-Mn等二元合金均形成有限固溶體,并且都有較大的極限溶解度能起較大的固溶強(qiáng)化效果。 , n, S& } R* e) V* C0 F. E
2.時(shí)效強(qiáng)化 * E% z2 J) Y, @: L* j0 d
鋁合金熱處理后可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和鋁基固溶體在室溫或加熱到某一溫度時(shí),其強(qiáng)度和硬度隨時(shí)間和延長而增高,但塑性降低。這個(gè)過程就稱時(shí)效。時(shí)效過程中使合金的強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時(shí)效強(qiáng)化或時(shí)效硬化。 : S }9 W7 \. }1 X, Z7 K' g7 j5 c) S9 d
3.過剩相強(qiáng)化 8 [7 k% h9 {8 P! [
當(dāng)鋁中加入的合金元素含水量超過其極限溶解度時(shí),淬火加熱時(shí)便有一部分不能溶入固溶體的第二相出現(xiàn)稱之為過剩相。在鋁合金中過剩相多為硬而脆的金屬間化合物。它們?cè)诤辖鹬衅鹱璧K滑移和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用,使強(qiáng)度、硬度提高,而塑性、韌性降低。合金中過剩相的數(shù)量愈多,其強(qiáng)化效果愈好,但過剩相多時(shí),由于合金變脆而導(dǎo)致強(qiáng)度、塑性降低。
8 E m5 b7 n. Q+ k/ p" n v4細(xì)化組織強(qiáng)化 ' _5 k+ c+ d7 \ ?4 ?- R* A
在鋁合中添加微量元素細(xì)化組織是提高鋁合金力學(xué)性能的另一種重要手段。
: k; D$ d! b" `3 L1 D8 w 變形鋁合金中添加微量鈦、鋯、鈹、鍶以及稀土元素,它們能形成難熔化合物,在合金結(jié)晶時(shí)作為非自發(fā)晶核,起細(xì)化晶粒作用,提高合金的強(qiáng)度和塑性。
# k# P2 v4 }) F. u& A 鑄造鋁合金中常加入微量元素作變質(zhì)處理來細(xì)化合金組織,提高強(qiáng)度和塑性。變質(zhì)處理對(duì)不能熱處理強(qiáng)化或強(qiáng)化效果不大的鑄造鋁合金和變形鋁合金具有特別重要的意義。比如在鋁硅鑄造鋁合金中加入微量鈉或鈉鹽或銻作變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理,細(xì)化組織可以顯著提高塑性和強(qiáng)度。同樣在鑄造鋁合金中加入少量錳、鉻、鈷等元素能使雜質(zhì)鐵形成的板塊狀或針狀化合物AlFeSi細(xì)化,提高塑性,加入微量鍶可消除或減少初晶硅,并使共晶硅細(xì)化;粒子園整度提高。
0 U) l$ T/ y$ {: k5冷變形強(qiáng)化 8 g2 U: q1 j& J* S% I. a) x
冷變形強(qiáng)化亦稱冷作硬化,即金屬材料在再結(jié)晶溫度以下冷變形,冷變形時(shí),金屬內(nèi)部位錯(cuò)密度增大,且相互纏結(jié)并形成胞狀結(jié)構(gòu),阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。變形度越大位錯(cuò)纏結(jié)越嚴(yán)重,變形抗力越大,強(qiáng)度越高。冷變形后強(qiáng)化的程度隨變形度、變形溫度及材料本身的性質(zhì)而不同。同一材料在同一溫 |