铝合金中的含铁相
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〜综 述
〜
铝合金中的含铁相
徐鲁杰1,张金民2
(1.
海军驻洛阳地区军代室，河南洛阳 571002
；
2
.中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳 571637
)
摘 要：铝合金中的富铁相有
a-Fe相和
0-Fe相，后者对铝合金的性能有危害。一般认为，减少针状
0-Fe
相，或使
0-Fe相转变为汉字状或颗粒状的
aFe相，可改善铝合金的力学性能。铝合金中含铁相的
结构有四方晶系、六方晶系、单斜晶系、正交结构和体心立方结构等。采用重力沉降法、电磁分离法
和过滤法等降低铝熔体中
f》元素的含量，可以消除含
f》相对合金性能的危害。然而，铁元素也能
改善铝合金的性能，部分高
Fe铝合金具有较好的力学性能。
关键词：铝合金;含铁相;危害；力学性能
中图分类号:
TG113.12 文献标志码：
A 文章编号
：1008-1690(2020)06-0015-04
Iran-having Phast in Aluminum Alloy
XU Lujic1 ,
ZHANG Jinmin2
(9.Militae Reareseatative Office of tha Nave in Luoyano, Luoyuno 471002,Chino
；
2.2uoyano Ship MdtCdl Reseerch Institute. Luoyano 471639, Heaan Chino)
Abstrach: Iroo-Tch ppases in aluminum Hoy incluUe a-Fe ppass
iV p-Fe ppass, th latteo will do hami te tae
properties of aluminnm Hoy. It is ueaeralia consinerea tUai mechnicel properties of aluminnm dlloy may be
improvea by decrease in acichlao p-Fe phass oo by transfomidtion of p-Fe ppass inte Chinese characteo oo urannlac
a-Fe ppase. The iron-0aving ppases in aluminnm Hoy possess suh structures as tetraaonai system, .6X3(023
：
system, monoclinic system, ortUogonai stmcture, ang bogy centred chUic stmctum. The decrease in ien content in
melted aluminum by oravitationai settling, electromaanetir sefaration, oo filtration process is )1》
te dimirate
disanventaoeons inUuence of ta》
iron-centaining ppase on proneeies of ta》
alloy. Iron》
ement cen alse improve
pronerties of aluminum lloy, howeveo, some of th hig0-iron aluminum toys have betteo mechanicot proneeies.
Key worit: aluminnm loy
；iron-0avine ppase; ham; mechanicot pronerte
0引言
关于铝合金中铁的作用,不少文献均有论述,大
多认为铁是铝合金中的有害杂质元素
卩5。铝合金
中的铁主要来源于原材料，其次是由熔炼和铸造用
的坩埚和铸型等熔炼工具带入的。国家标准中通常
将铸造铝合金的含铁量限定在
0.8%以下。
GB/5
1173—2013规定活塞用
ZL199和
ZL198合金的含
Fe量分别为
0.5%和
0.8%以下°而国内外则将高强
度铸造铝合金的含
F》
量限定在
0.35%以下。室温
下铁在铝中的溶解度很小，仅为
0.05%
⑶。Fe能与
合金中的主要元素
Ai、
Si或
Mn、
Be等其他元素形成 多元脆性富铁化合物,且这种化合物可能很粗大,会
割裂基体的连续性,严重恶化材料的力学性能。富
铁化合物按形态大致可分为两类,即富铁的
a-Fe相
和
P-Fe相。富铁
P-Fe相主要呈狭长的针状分布在
晶界,严重割裂基体，影响合金的力学性能尤其是塑
性。而富铁
a-Fe相呈汉字状,其有害作用不明显。
基本不割裂基体，常作为合金的强化相。
1含铁相对力学性能的影响
3xxx系合金的铸态组织中通常存在两种非平
衡第二相
aAU9
（FeMn
）3Si 和
p-Al6（FeMn）相，两种
相的相对含量取决于具体合金的成分和凝固速
收稿日期：2020-09-20
作者简介：徐鲁杰（1982
—）,男，山东潍坊人，硕士，工程师，主要从事舰船航空用机电和材料的监造等工作。
联系电话：187****0028
； E-mait: 187****0028@ 139.eom
《热处理》 2020
年第35
卷 第6
期
•
95
•率⑷
o 5XXX系铝合金中
Fe与
Mn和
Cr形成难溶的
金属间化合物，轧制时易导致合金开裂
［5］o不同状
态的
7xxx系铝合金中富
Fe相有多种，如
AUCuFe、
At1
0(
Fe
3.2,
Mn
0_8)
St
2、
Ay
3Fe
4(或
AfFe)和
Al8Fe2Si
(或
a-AlFeSi)等。在含
Cu量较高的合金中，主要
形成
AUCuFe相。高性能航空铝合金的重要发展
方向是降低杂质元素铁的含量⑷。
7A52合金中的
粗大第二相
AlMnFe易在其与基体的边界形成空
隙、产生微裂纹，对合金的断裂韧度非常不利
［7o
7055超高强铝合金中的
Fe是有害杂质，可能生成
(Fe、
cr
)3SiAF
2、(
Fe,Mn,Cu)
Al
6 和
Cu2FeAt
7 等粗
大粒子，在合金中主要以不溶或难溶的
AlFeSt等脆
性相的形式存在，显著降低合金的断裂韧度，其铁含
量必须控制在
0.1%以下。在无
Mn的情况下,
B319
合金消失模铸造组织中存在珊瑚状
AfCu相和针状
0-Fe相(
AfFeSi相)，对合金的危害很大
［7］ o对于
A336合金，如果含有
0.2%〜
0.02%Fe,减少含铁量
也可明显降低针状相的比例，但却会明显增大原有
a-Fe相的比例，引起富铁相改变，从而提高合金的
力学性能⑼
o
2含Fe相对耐蚀性能的影响
铝-镁合金中如有
Fe存在,将形成阴极相，降
低合金的耐蚀性,而且随着含铁量的增加，腐蚀速率
加快,因此其
Fe含量一般限制在
0.4%以下。
7A52
合金中
AlMnFe的伏打电荷均低于基体和
My2St,易
被溶解而腐蚀
o Fe元素对
6661合金的耐蚀性
有明显影响,铝合金中的含
Fe相通常为阴极，导致
其周围基体的阳极溶解
［11］o
3含Fe相的结构
2024系铝合金含
Fe的粗大夹杂物共有
3种类
型:其中含量最多的是
a-AtHFeMn^
SA为体心立
方结构，阵常数«
= 1-25 nm;第二种杂质相是
Cu2FeAt
7 ,为四方晶系，点阵常数a
= 0.233 6 nm,
c =
1.487nm;还有少量的
a'-AF2Fe3Si相，为体心立方，
点阵常数
a = 1.47 nm。合金中的杂质相中的部分
Fe元素被
Mn元素置换，偏离理想的三元化台物，但
其结构并未改变
［I°o
7050合金的
AFCuFe相具有正交结构,点阵常
数
a = 0.442 nm, = 0.852 nm,
c = 0.771 nm［
36xxx
铝合金杂质元素
Fe主要形成
AlFeSt相，该相在均
匀化处理过程中会发生转变，从板条状
P-AlFeSt相
转变为颗粒状
a-At(FeMn) St相。
p-TlFeSi相为单
•
8 • 《热处理》斜晶系，晶格常数a
= 0.417 mn, b
= 0.617 mn,
c
= 2.47 nmoAU
sFeSNa-Af FeMn) Si 相是体心立方
结构，晶格常数为
1-22 nm［1
4 o针片状
P-FeSiAt
5为
单斜晶系，热处理后转变为细小的颗粒状
a-
Fe2SiAt
7六方晶系。
4含铁相危害的消除
降低铝熔体中
Fe元素的含量可以消除含
Fe相
的有害作用。可采用重力沉降法、电磁分离法、过滤
法等降低铝熔体的含铁量。最常用的方法是利用电
磁原理减少
Fe含量的电磁分离法。这种方法的核
心是利用合金中杂质的电性能和磁性能与合金自身
的电性能与磁性能的差异，对金属施加电磁力，从而
将
Fe从液态金属中分离出来。这种净化方法被认
为是目前最有效和最合理的净化熔融金属的方法。
电磁净化的分离驱动力主要是电磁力和磁场力，与
重力分离方法十分相似。影响电磁净化效果的因素
很多,如电磁力的体积密度，杂质颗粒与所需熔体在
外加磁场中受到磁化作用而产生的磁场力差异等。
杨留栓等［18］在高铁
A1-Ti-Ti合金中添加锰，然后自
然沉降，使大部分含铁相沉降到试样的下部。利用
固-液两相的密度差在
585 C等温精炼，可使含铁
化合物发生重力分离,将铁去除，使铸造铝合金中的
铁的质量分数从
2%下降至
0.5%［
6o AU 1.4Fe-
0.4St中添加锰能明显改善其富铁相的形态。对锰
-
铁比不同的合金在电磁场的作用下进行分离试验。
结果表明,
Mn和
Fe的摩尔比为
1.4~ 1.5时电磁净
化效果最为明显［
7o
为改善铝合金中含铁相的形态,尽量减少有害
的针状P
铁相和尖锐的针片状相，可以采用半固态
或热挤压工艺使晶粒破碎，使含
Fe相球化，削弱尖
锐的棱角，转变为对合金性能危害较小的汉字状或
其他形状的a
相，减少对基体的割裂作用,从而消
除或降低含
Fe相的危害。也可加入特定的合金元
素来中和含
Fe相，形成汉字状等形态的
a-Fe相。
中和含
Fe相的元素有
Mn、
Cr、
Ca、
Be
)SgMo和
My
等
［^o还可以通过提高冷却速度来处理P
铁相，
如熔体过热法
［21T3］和变质处理海等。
Mn/Fe摩尔比超过
1.4即可基本消除针状含铁
相。当
Mn/Fe摩尔比为
1.4时，富铁相的平均晶粒
尺寸和体积分数均最小,有利于多边形富铁相的形
成。
在铝硅系合金中,锰是有效中和铁的有害作用
的元素，添加适量的锰可使针状含铁相的结晶形态
第6
期2020
年第 35
卷
