三、添加類元素在鋁合金中的作用
為了改善鋁合金的缺陷、增加使用范圍和用途、降低生產(chǎn)成本及生產(chǎn)工藝難度，其有效的辦法是在鋁合金中添加微量有益元素。本節(jié)介紹常用添加元素的作用和作用機(jī)理。
1、鐵（Fe）的作用
鐵的熔點(diǎn)為 1538℃、密度7.86、有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，原子半徑分別是α=1.241、β=1.289、δ=1.27、鐵在鋁中的最大溶解度為0.052%、室溫時(shí)為0.003%、快速結(jié)晶時(shí)為0.2%、與鋁可形成脆性化合物FeAl3。
鐵元素在鋁合金中起著雙重作用，在2xxx系部分牌號(hào)合金中 起合金元素的作用，例如：在2A21、2A49、2A70、2B70、2A80、2A90、2618等合金中起著提高耐熱性和耐磨性的作用，在3A21合金中起細(xì)化再結(jié)晶晶粒的作用，鐵作為合金元素在鋁中的加入量在0.2～1.6%之間。
在其它系列合金中，鐵元素均作為有害雜質(zhì)被加以控制，鐵在鋁合金中的主要有害作用是與鋁、錳、鉻等元素形成脆性化合物，降低鋁合金的塑性、熱處理強(qiáng)化效果、降低合金的抗蝕性以及表面處理質(zhì)量、降低鋁合金作為導(dǎo)電材料時(shí)的導(dǎo)電率。另外，鐵還降低錳在鋁中的溶解度，消解錳在鋁中的作用。
2、鎳（Ni）的作用
鎳的熔點(diǎn)1455℃、密度8.9、面心立方晶格、原子半徑1.246Аo，在鋁中的最大溶解度為0.05%，室溫下0.001%。鎳在鋁中的作用與鐵相似，與鋁形成脆性化合物NiAl3，只有2xxx系部分合金和4032作為合金元素加入，用來(lái)增加合金的耐熱性。加入量根據(jù)牌號(hào)不同而變化，一般為0.10%～0.20%。
3、鉻（Cr）的作用
鉻的熔點(diǎn)為1857±20℃、密度7.2、體心立方晶格，原子半徑是α=1.249Аo、是硬度最高的金屬、在鋁中的最大溶解度為0.85%，室溫下為0.003%。除1xxx系、2xxx系大部合金外，鉻作為有益合金元素在其它系鋁合金中廣泛使用。
鉻的加入量為0.01～0.25%，鉻與鋁可生成5種化合物，（即：Al7Cr、Al11Cr2、Al9Cr4、Al8Cr5、AlCr2））。鉻的熔點(diǎn)較高，形成的高溫質(zhì)點(diǎn)可提高鋁合金的再結(jié)晶溫度并產(chǎn)生“擠壓效應(yīng)”提高合金的強(qiáng)度。
鉻的加入還可改善鋁合金微觀組織的電化學(xué)不均勻性，增強(qiáng)了合金的抗蝕性，還可提高合金的焊接性。與錳同時(shí)加入時(shí)效果更好。由于鉻熔點(diǎn)高、密度比鋁大的多，加入時(shí)不易溶解并產(chǎn)生偏析。因此，需采用以中間合金的方式加入。
4、鈦（Ti）的作用
鈦的熔點(diǎn)為1668℃、密度4.5、鈦具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在885℃以下時(shí)為密排六方晶格稱α—鈦、原子半徑α=1.704А，在885℃以上時(shí)為β—鈦、原子半徑β=1.681Аo。在鋁中的最大溶解度為1.0%、室溫時(shí)為0.012%。
鈦在鋁中的加入量0.02～0.25%，與鋁可形成化合物TiAl3。影響鋁合金的導(dǎo)電性和深沖性。在鋁中一般不作為合金元素而作為晶粒細(xì)化劑使用。
除導(dǎo)電鋁合金和深沖合金外，幾乎所有的鋁合金都加入鈦?zhàn)鳛榫Я＜?xì)化劑使用。當(dāng)加入少量硼與鈦一起綜合使用時(shí)，細(xì)化效果更好，硼與鈦不能直接加入鋁中，均采用以中間合金方式加入鋁中。
5、釩（V）的作用
釩為淺灰色金屬，熔點(diǎn)1890±10℃、密度5.96、硬度高僅次于鉻、體心立方晶體結(jié)構(gòu)，原子半徑1.321?，釩在鋁中的最大溶解度為0.37%，室溫時(shí)極微量。與鋁可形成化合物VAl3，釩只在1xxx系、2xxx系部分鋁合金中加入。
如：1070、1050、1350、2B16、2A20、2219合金，加入量0.05～0.15%。作為高溫質(zhì)點(diǎn)，可防止鋁合金在變形加工后產(chǎn)生粗大的再結(jié)晶組織，形成細(xì)小晶粒。提高合金的強(qiáng)度、韌性、深沖性及綜合性能指標(biāo)。另外，有資料介紹釩還可降低鋁合金對(duì)淬火的敏感性。
6、鋯（Zr）的作用
鋯是銀灰色金屬，熔點(diǎn)1852±2℃、密度6.49、密排六方晶格、原子半徑1.60?，在鋁中的最大溶解度為0.28%，室溫時(shí)0.001%。與鋁可形成化合物ZrAl3。鋯只在部分2xxx系、5xxx系及7xxx系中加入，
加入量為0.05%～0.5%。用來(lái)細(xì)化鑄錠的鑄造組織，改變第二相結(jié)晶形狀，由于能析出細(xì)小彌散相的ZrAl3，可提高再結(jié)晶溫度。在2xxx系、7xxx系合金中增加抗蝕性，5xxx系合金中提高可焊接性能。
7、硼（B）的作用
硼是非金屬元素，黃色單晶體，單斜晶系、原子半徑0.83?熔點(diǎn)2300℃、密度2.34、硼在鋁中最大溶解度為0.001%、與鋁可生生成化合物AlB2，硼在鋁中的作用與鈦相同，用來(lái)細(xì)化合金組織。但對(duì)于鋁合金的導(dǎo)電性影響較小，如在1350和6101合金中替代對(duì)導(dǎo)電率影響較大的鈦、釩。
在其它系列合金中與鈦共同加入，生成高溫化合物TiB2、TiC質(zhì)點(diǎn)（原鋁錠中含有10-2%碳、10-4%硼），起到“晶核”的作用。在使用時(shí)常制成中間合金Al-Ti-B易熔絲在鑄錠時(shí)在線加入。硼在鋁合金中的加入量為0.001%～0.01%。
8、銻（Sb）的作用
銻有三種不同形式的外觀變化，灰色、黃色、黑色、其中灰銻最為穩(wěn)定，灰銻是銀白色金屬，密排六方晶格、熔點(diǎn)631℃、密度6.684、銻在鋁中主要的作用是可與鈉生成高熔點(diǎn)化合物，降低并防止鋁合金產(chǎn)生鈉脆性，提高合金的抗裂紋能力。
在鋁中的加入量為0.004%～0.05%、一般常在5xxx系高鎂合金中加入。
9、錫（Sn）鉍（Bi）的作用
錫、鉍都是低熔點(diǎn)金屬，錫有灰、白兩種，灰錫熔點(diǎn)232℃、體心立方晶格、密度5.75、白錫熔點(diǎn)232℃四方晶格、密度7.28、原子半徑1.405?，在鋁中的最大溶解度<0.01%。鉍的熔點(diǎn)為271℃，銀白色或微紅色金屬，密度9.80、原子半徑1.547?、在鋁中的最大溶解度為<0.1%。
錫、鉍加入鋁中的作用是為了提高鋁合金的切削加工性能，原因是可與鋁中的鎂形成脆性化合物Mg2Sn、Mg2Bi顆粒，起到斷裂鋁合金切削的作用。在鋁中的加入量為0.05%～0.2%，而且只在2系（2011、2B70）和6系（6A51）個(gè)別需要進(jìn)行切削的合金中加入。
一些合金中原本還加入少量鉛，從2006年起許多國(guó)家禁止鉛在鋁合金中使用，故采用錫、鉍替代。
10、鈹（Be）的作用
鈹是灰色金屬，密排六方晶體、熔點(diǎn)1278±5℃、密度1.85、原子半徑1.113?、鈹在鋁中最大溶解度為0.036%、室溫為0.005%。鈹在鋁中主要作用是改善5xxx系高鎂鋁合金的氧化膜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)高鎂合金的抗氧化性能，防止合金在熔鑄、焊接、及其他熱加工過(guò)程中的氧化。
同時(shí)，還可降低鑄錠時(shí)的裂紋傾向。在部分耐熱2xxx系合金中如：2A06、2A04也加入微量的鈹。在7xxx系可焊合金7A15、7A19、7A31中都有加入，鈹在鋁中的加入量為0.01%～0.0001%。值得注意的是鈹蒸汽有劇毒，在冶煉時(shí)要引起高度重視。
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