铁元素在铝合金中的作用
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6061铝合金成分标准在如今的工业领域中,铝合金因其轻质、高强度和良好的加工性能而广泛应用。
其中,6061铝合金是一种常见的铝合金材料,具有良好的可焊性和机械性能。
然而,在应用6061铝合金之前,准确了解其成分标准是很重要的。
本文将详细介绍6061铝合金的成分标准。
一、铝元素6061铝合金是一种以铝为主要元素的合金材料。
根据国际标准,该合金材料中的铝含量应不少于98.2%。
高纯度的铝元素可以提供良好的强度和耐腐蚀性能,使合金具有卓越的表现。
二、铜元素在6061铝合金中,铜是一种常见的合金元素,它的存在对提高合金的抗腐蚀性能和强度起着重要作用。
根据成分标准,铜的含量在0.15-0.4%之间。
合适的铜含量可以提高铝合金的硬度和强度,增强其综合性能。
三、硅元素硅是另一种常见的合金元素,对于改善6061铝合金的可焊性和耐腐蚀性能非常重要。
根据成分标准,硅的含量在0.4-0.8%之间。
适量的硅元素有助于形成硬质沉淀物,提高合金的抗蚀性和机械性能,并增加合金的耐磨性。
四、镁元素镁是提高6061铝合金强度的关键元素之一。
根据成分标准,镁的含量在0.8-1.2%之间。
镁的添加可以促进合金的晶粒细化和析出硬化相的形成,提高6061合金的强度和抗冲击性能。
五、锰元素合适的锰含量可以进一步增加6061铝合金的强度。
根据成分标准,锰的含量在0.04-0.35%之间。
适量的锰元素不仅可以提高合金的强度,还有助于控制晶粒的生长,改善合金的加工性能。
六、铁元素铁是常见的杂质元素之一,对于6061铝合金的性能有一定的影响。
根据成分标准,铁的含量不应超过0.7%。
过高的铁含量可能导致合金的强度和韧性下降,降低合金的综合性能。
七、其他元素除了上述元素之外,6061铝合金还可以含有少量的其他元素,如锰、铬、锌等。
这些元素可以通过调整合金成分来改善合金的特性和性能。
总结:6061铝合金的成分标准包括铝、铜、硅、镁、锰、铁等元素。
了解合金的成分标准对于选择合适的材料、合理设计和应用具有重要的意义。
fe在铝合金中溶解度1.引言1.1 概述铝合金是一种由铝和其他合金元素组成的材料。
铝以其轻质、优良的导热性和抗腐蚀性能而受到广泛应用。
为了增强铝的机械性能和耐热性,人们将其他金属元素掺杂进铝中,形成了各种铝合金。
其中,铁元素(Fe)是常用的合金元素之一。
铝合金中的溶解度是指铁元素在铝基体中的含量。
这种溶解度的控制对于铝合金材料的结构和性能具有重要意义。
因为铁元素的加入可以改变铝的晶体结构和减少材料的塑性,对于不同的应用需求,对铁元素的溶解度有不同的要求。
铝合金中的铁溶解度受到多种因素的影响,如合金元素的种类和含量、合金制备过程中的处理方式,以及合金的热处理工艺等。
其中,合金元素的种类和含量是影响铁溶解度的最主要的因素。
不同的合金元素具有不同的亲和力和溶解度,会影响铁元素在铝基体中的溶解程度。
此外,合金的加工和热处理过程中的处理方式也会对铁溶解度产生影响。
了解铝合金中铁的溶解度对于优化合金配方、改善铝合金的性能具有重要意义。
在本文中,我们将详细探讨铁在铝合金中的溶解度及其影响因素,并得出结论和总结。
1.2 文章结构文章结构可以分为引言、正文和结论三部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的。
正文部分包括铝合金的特性和铝合金中的溶解度。
最后,结论部分包括影响铝合金中Fe溶解度的因素和结论总结。
通过这样的结构,读者可以清晰地了解文章的内容和重点。
1.3 目的本文的目的是研究和探讨铝合金中铁(Fe)的溶解度。
铁是一种常见的合金元素,在铝合金中具有重要的影响。
了解铝合金中Fe溶解度的因素和特性对于理解铝合金的特性和性能具有重要意义。
通过深入研究铝合金中Fe的溶解度,我们可以更好地理解铝合金的相变行为、热处理过程以及其在工业应用中的性能表现。
本文将首先介绍铝合金的特性,包括其轻巧、高强度、良好的导热性和良好的耐腐蚀性等方面。
然后,我们将探讨铝合金中Fe的溶解度的影响因素,如温度、合金元素的配比、杂质等。
通过对这些因素的研究,我们可以更好地了解铝合金中Fe的溶解度的变化规律和控制方法。
铝合金的介绍和区别1、铁元素在6063合金中起什么作用?铁是主要什质元素,是对氧化着色质量影响最大的元素,随着铁元素的升高,阳极氧化膜的光泽度暗,透明度减弱,铝型材表面的光亮度显著降低,影响美观,含铁高的型材是不宜氧化着色的。
另外,由于铁、硅形成的化合物有较强的热缩性,容易使铸锭产生裂纹,特别是Fe<Si时,容易在晶界上形成低溶点的三元共晶体,热脆性更大。
而当Fe>Si时,则产生熔点较高的包晶反应,提高了脆性区的温度下限,能降低热裂倾向。
因此,应首先控制好镁、硅、铁三元素的含量及相互关系,既保证合金中能够形成足够的Mg2Si强化相,又保证有一定量的硅过剩,且过剩量小于合金中铁含量,合金中的铁含量还不能影响到氧化着色的质量。
这样,使得合金既有一定强度,又降低了产生裂纹的倾向,同时,氧化着色的质量也不会降低。
其他什质元素虽然对铝型材性能的影响相对小一些,但也不可忽视。
除铜以外的其他什质元素含量超过规定值时,都对铝型材的表面质量有不同程度的影响。
2、铜、锰、铬、钛元素在6063合金中起什么作用?铜、锰、铬、钛元素虽然对铝型材性能的影响相对小一些,但也不可忽视。
除铜以外的其他什质元素含量超过规定值时,都对铝型材的表面质量有不同程度的影响。
铝合金加工硬化H2状态铝合金加工硬化H2状态是加工硬化及不完全退火的状态。
适用于加工硬化程度超过成品规定要求后,经不完全退火,使强度降低到规定指标的产品。
对于室温下自然时效软化的合金,H2与对应的H3具有相同的最小极限抗拉强度值;对于其它合金,H2与对应的H1具有相同的最小极限抗拉强度值,但延伸率比H1稍高。
铝合金加工硬化H3状态铝合金加工硬化H3状态是加工硬化及稳定化处理的状态。
适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其化学性能达到稳定状态的产品。
H3状态仅适用于在室温下逐渐时效软化(除非经稳定化处理)的合金。
铝合金加工硬化H4状态铝合金加工硬化H4状态加工硬化及涂漆处理的状态。
各种元素在铝合金中的作用1.合金元素影响铜元素铝铜合金富铝部分548时,铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时,铜的溶解度为0.45%。
铜是重要的合金元素,有一定的固溶强化效果,此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。
铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%,铜含量在4%~6.8%时强化效果最好,所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。
铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。
硅元素Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577 时,硅在固溶体中的最大溶解度为1.65%。
尽管溶解度随温度降低而减少,介这类合金一般是不能热处理强化的。
铝硅合金具有极好的铸造性能和抗蚀性。
若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金,强化相为MgSi。
镁和硅的质量比为1.73:1。
设计Al-Mg-Si系合金成分时,基体上按此比例配置镁和硅的含量。
有的Al-Mg-Si合金,为了提高强度,加入适量的铜,同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。
Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%,且随温度的降低而减速小。
变形铝合金中,硅单独加入铝中只限于焊接材料,硅加入铝中亦有一定的强化作用。
镁元素Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明,镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小,但是在大部分工业用变形铝合金中,镁的含量均小于6%,而硅含量也低,这类合金是不能热处理强化的,但是可焊性良好,抗蚀性也好,并有中等强度。
镁对铝的强化是明显的,每增加1%镁,抗拉强度大约升高瞻远34MPa。
如果加入1%以下的锰,可能补充强化作用。
因此加锰后可降低镁含量,同时可降低热裂倾向,另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀,改善抗蚀性和焊接性能。
锰元素Al-Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度658时,锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。
合金强度随溶解度增加不断增加,锰含量为0.8%时,延伸率达最大值。
各元素对铝合金性能影响铝合金是由铝与其他元素(如铜、镁、锰、硅等)合金化而成的材料。
不同元素的加入会对铝合金的性能产生不同的影响。
以下将对各元素对铝合金性能的影响进行详细讨论。
1. 铜(Cu):铜是常用的合金元素之一,加入适量的铜可以显著提高铝合金的强度和硬度。
铜的溶解能力较小,容易形成均匀分布的预cipitate ,增强铝合金的固溶强化效果。
然而,过多的铜会降低铝合金的塑性和热变形能力。
2.镁(Mg):镁是常用的合金元素之一,它可以显著提高铝合金的强度和韧性。
镁具有良好的固溶强化效果,通过形成Mg2Al3等固溶体粒子,增加了铝合金的强度。
同时,镁在冷变形时会细化晶粒,提高抗应力腐蚀开撕性能。
然而,过多的镁会导致铝合金的可焊性和耐热性下降。
3.锰(Mn):锰的主要作用是固溶强化铝合金。
适量的锰可以提高铝合金的强度和硬度,提高耐热性能。
锰也能够抑制晶粒长大,细化晶粒,提高抗应力腐蚀性能。
然而,过量的锰会导致铝合金的塑性下降。
4.硅(Si):硅是常用的合金元素之一,它可以显著提高铝合金的强度和耐蚀性。
硅可以形成硅铝溶液,在晶界处形成硬度较高的细小Si粒子,抑制晶粒长大。
硅还能提高铝合金的耐磨性和耐蚀性能。
然而,过多的硅会导致铝合金的塑性下降。
5.锌(Zn):锌的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度。
锌可以溶解在铝中并形成固溶体,提高铝合金的强度和硬度。
锌还能提高铝合金的耐腐蚀性能。
然而,过多的锌会降低铝合金的塑性。
6.铁(Fe):铁的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度。
同时,铁还能提高铝合金的耐氧化性能。
然而,过多的铁会降低铝合金的韧性和塑性。
7.锡(Sn):锡的加入可以提高铝合金的强度和硬度。
锡能够与铝形成固溶体,增强铝合金的固溶强化效果。
然而,过多的锡会降低铝合金的塑性和热变形能力。
8.钛(Ti):钛的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度。
钛能够形成稳定的钛化合物,如TiAl3等,通过固溶强化提高合金的强度和硬度。
铁含量对压铸铝合金力学性能的影响摘要:铝合金压铸过程中,除了铁素体会消耗一部分合金元素外,还会发生一些化学反应。
在生成第二相的同时,还会生成一些新的化合物。
这些化合物在压铸过程中不仅会对合金的强度产生一定的影响,还会对压铸件的耐蚀性产生不利的影响。
因此,在合金中添加铁元素可以有效地细化合金晶粒,提高合金的力学性能。
在铝合金中添加铁元素可以明显地提高铝合金的强度、塑性和耐蚀性,但对其力学性能和耐蚀性有较大的影响。
因此,需要在不改变铝合金基体组织和化学成分的前提下,合理选择铁元素含量来改善铝合金压铸件的力学性能和耐蚀性。
关键词:铁;压铸铝合金;机械性能;铁含量;强度前言:压铸技术具有许多独特的优点,在改善有色金属合金铸件的精度、生产效率和表面质量上具有很大的优越性。
众所周知,为了提高金属材料的力学性能,通常会在压铸铝合金中添加中铁,然而,由于铁的存在,一方面可以阻止模具粘结,另一方面又会导致材料的延展性和冲击韧度下降,所以,需要对其进行严格的控制。
1细化晶粒由于合金元素对晶粒细化有一定的影响,因此可以在不改变铝合金基体组织的前提下,适当降低合金中铁的含量来达到细化合金晶粒的目的。
当铁的含量为0.1%~0.25%时,可以显著地提高合金的力学性能。
同时,当铁的含量为0.20%~0.25%时,合金具有更好的机械性能,尤其是在硬度和耐磨性方面。
实验结果表明:当铁元素的含量为0.1%时,铝合金具有最佳性能;当铁元素含量为0.15%~0.25%时,铝合金具有最好性能;当铁元素含量为0.15%~0.25%时,合金具有最佳机械性能;当铁元素含量为0.20%~0.25%时,合金具有最好力学性能。
2细化铸造裂纹合金中添加铁元素可以提高铝液的流动性,从而使铝液更容易通过压铸件的凝固区域,同时铁元素可以与铝相结合形成FeAl3,FeAl3可以起到细化晶粒的作用。
因为颗粒状的FeAl3在合金中会阻碍铝液和型壳的接触,从而降低铝液的流动性,使得铝液更容易通过凝固区域,因此降低了铝液在凝固区域的过冷度,提高了铝液在凝固过程中的流动性,从而改善了铝合金压铸件的组织结构和力学性能。
226铝合金元素成分铝合金是一种广泛应用于工业和制造业中的材料,它由铝和其他元素的合金化合物组成。
铝合金由于其优异的特性,如轻巧、耐腐蚀、强度高等,成为许多领域的首选材料。
在本文中,我将介绍一些常见的铝合金元素成分,以及它们对合金性能的影响。
首先,我们来看一下铝合金的主要元素成分。
铝合金中最常见的元素是铜、铁、锰、镁和硅。
这些元素往往以不同的含量存在于合金中,从而使其具有不同的特性和用途。
铜是一种常见的合金元素,能够显著提高铝合金的强度和硬度。
它还能够提高合金的耐腐蚀性能,并使得合金在高温环境下保持稳定。
因此,含铜的铝合金常常用于航空航天和汽车制造领域。
铁在铝合金中的含量通常较低,但它可以提高合金的冲击强度和耐磨性。
铁的存在还能够增加合金的可加工性,使其更容易进行铸造和模具加工。
锰是另一种常见的合金元素,它能够增加铝合金的强度和耐磨性。
锰还能够提高合金的抗腐蚀性能,并使其在高温条件下稳定。
含锰的铝合金常用于船舶和建筑领域。
镁是一种轻量化的合金元素,能够显著降低合金的密度,从而使其更加轻巧。
含镁的铝合金通常用于航空航天和运动器材制造领域,以满足对材料重量的严苛要求。
硅是铝合金中的一个重要元素,它能够提高合金的抗氧化性能和热稳定性。
硅还能够提高合金的硬度和耐磨性,使其更适用于高温环境和摩擦磨损条件下的使用。
除了以上提到的元素外,铝合金中还可能包含小量的锌、锡、镍等元素。
这些元素的添加可以进一步改变合金的性能,以满足特定的应用需求。
综上所述,铝合金的元素成分对其性能具有重要影响。
通过合理调控不同元素的含量,我们可以获得具有不同特性和应用领域的铝合金。
了解铝合金元素成分的作用,对于合金的设计和选择具有指导意义,有助于我们更好地应用和发展铝合金材料。
硅(Si)是改善流动性能的主要成份。
从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。
但结晶析出的硅(Si)易形成硬点,使切削性变差,所以一般都不让它超过共晶点。
另外,硅(Si)可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度,而使延伸率降低。
铜(Cu)在铝合金中固溶进铜(Cu),机械性能可以提高,切削性变好。
不过,耐蚀性降低,容易发生热间裂痕。
作为杂质的铜(Cu)也是这样。
镁(Mg)铝镁合金的耐蚀性最好,因此ADC5、ADC6是耐蚀性合金,它的凝固范围很大,所以有热脆性,铸件易产生裂纹,难以铸造。
作为杂质的镁(Mg),在AL-Cu-Si这种材料中,Mg2Si会使铸件变脆,所以一般标准在0.3%以内。
铁(Fe)杂质的铁(Fe)会生成FeAl3的针状结晶,由于压铸是急冷,所以析出的晶体很细,不能说是有害成份。
含量低于0.7 %则有不易脱模的现象,所以含铁(Fe)0.8 ~ 1.0 %反而好压铸。
含有大量的铁(Fe),会生成金属化合物,形成硬点。
并且含铁(Fe)量过1.2 %时,降低合金流动性,损害铸件的品质,缩短压铸设备中金属组件的寿命。
镍(Ni)和铜(Cu)一样,有增加抗拉强度和硬度的倾向,对耐蚀性影响很大。
想要改善高温强度耐热性,有时就加入镍(Ni),但在耐蚀性及热导性方面有降低的影响。
锰(Mn)能改善含铜(Cu),含硅(Si)合金的高温强度。
若超过一定限度,易生成Al-Si-Fe- P+o { T*T f;X}Mn四元化合物,容易形成硬点以及降低导热性。
锰(Mn)能阻止铝合金的再结晶过程,提高再结晶温度,并能显著细化再结晶晶粒。
再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。
MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁(Fe),形成(Fe,Mn)Al6减小铁的有害影响。
锰(Mn)是铝合金的重要元素,可以单独加入Al-Mn二元合金,更多的是和其他合金元素一同加入,因此大多铝合金中均含有锰(Mn)。
<<冶金综合实验>>实验报告实验题目: 铁对A356铝合金的影响学院: 材料科学与工程系别: 材料与冶金工程专业: 冶金工程学号:姓名:指导老师:二○一二年七月一、实验目的通过本综合实验,使学生掌握如下知识:(1)了解铁元素对A356铝合金的危害;(2)通过对铝合金的均匀化退火和固溶处理工艺,总结各种热处理对富铁相的影响,从而总结铝合金热处理方法对性能的影响;(3)加深学生对热处理如何影响金相组织的认识;(4)铝合金金相检验的原理及检验步骤,进一步加深对铝合金中金属夹杂物的认识。
二、实验原理在铝合金中,针状β-Fe相对合金性能影响很大。
当合金中铁超过一定含量时,严重影响合金的物理性能(如抗拉强度、硬度)。
通过实验改变铁相形貌,提高合金的物理性能。
相关文献指出热处理能改变铝合金中β-Fe相。
铝合金的常规热处理方法是将其加热到液相线以下某一温度,然后保温。
在固相线温度进行热处理,能使富Fe相溶解、碎断、球化,从而改善合金的性能。
Narayanan等详细研究了非平衡热处理对铝硅合金中铁相的影响。
热处理使铁相形态明显改善,并提高了合金的力学性能。
在热处理过程中β铁相端部慢慢的溶解,并沿宽度方向断裂。
可见热处理的温度对铁相溶解断裂的影响远比时间的影响大。
合金在固相线温度进行热处理能使富铁相溶解、断裂和球化,从而改变合金的性能。
热处理温度是影响针状铁相溶断的最重要的因素,温度提高,铁相平均长度明显变小,热处理温度越高,铁相的长度越短。
针铁发生熔断主要是由于针铁相内部和表面存在缺陷,这些缺陷位置的铁原子、硅原子等原子处于高能状态,在满足热力学和动力学条件时,由于原子扩散而在这些缺陷处发生溶解现象。
然而针状铁相一般被认为是一种稳定的相组织。
在铝硅合金的各种常规热处理规范中针状铁相均不易发生形貌上的变化。
采用非平衡热处理的方法,即在常规的热处理温度之上,在合金的凝固温度以下这样一个温度区间里对试样进行保温,使针状铁相产生断裂变短。
铁在铸造铝合金中一直被认为是一种主要的有害杂质,各个国家、专业标准均对其作了明确的限制,各企业标准对其控制更为严格。
这主要是由于随铁含量增加,在金相组织中会形成本身硬度很高的针、片状脆性铁相,它的存在割裂了铝合金的基体,降低了合金的力学性能,尤其是韧性,并且使零件机械加工难度增加,刀、刃具磨损严重,尺寸稳定性差等等,但是,低品质铝合金锭中铁含量本身就高,随着合金炉料的回用,生产中铁质坩埚、工具、置预件等的使用使合金增铁在所难免。
多年来一直吸引着广大铸造工作者去研究,下面就铁在Al-Si合金中的作用及其减弱消除对策进行讨论。
1铸造Al-Si系合金中铁的作用
1.1铸造Al-Si合金中铁的存在形态
表1是铝硅系合金中铁的存在形态,其中α-AlFeSi和β-AlFeSi是常见的二种形态。
而ρ-AlMgFeSi和δ-AlFeSi不是很常见。
其中AlFeSi和Al(Fe,Cr)Si的结晶结构特征目前还不甚详细。
至于形成什么样的相,除与合金中的含铁量有关外,还与铸件的冷却速度、合金元素的数量、种类等密切相关。
汉字状的α-AlFeSi相对Al-Si系合金可提高强度、硬度,对韧性降低不多,而针状的β-AlFeSi相则严惩割裂基体,显著降低合金的韧性,尤其冲击韧性,据报道,当Fe>1%时,可使整个合金本身变脆。
表1Al-Si系合金中铁相形态
类别晶体结构熔化温度/℃形状α-AlFeSi六方晶体860汉字状β-AlFeSi单晶体870针、片状ρ-AlMgFeSi立方晶体δ-AlFeSi四方晶体
1.2铁对铝硅合金机械性能的影响
1.2.1对室温机械性能的影响
对Al-Si二元合金,当Fe>0.5%时,片状β相可提高合金的强度并稍降低其延伸率;当Fe>0.8%时,延伸率开始较大幅度降低,当合金中的Fe从0.4%增加到1.2%时,对强度值的增加是微乎其微的,但却显著降低其延伸率从4%降到1%,对Na变质的Al-Si共晶合金是每增加Fe0.1%可使延伸率降低1%多。
1.2.2对高温性能的影响
铁虽然降低了Al-Si活塞合金的室温机械性能,但却提高了它的高温机械性能,这主要由于高温时基体本身强度随温度升高下降很多,而此时以网状、汉字状和细小针状存在的铁相,它们在316℃左右时基本不变,是稳定的化合物相,正是它的存在提高高温下试样的抗拉强度。
对Al-Si-Cu-Mg合金,当Fe>0.95%时,σ300℃为92MPa。
1.2.3对耐磨、耐腐性的影响
铁提高Al-Si系合金的耐磨性,这是由于硬质针状铁相使基体得以强化,抵抗变形能力,同时又起到支承作用,使耐磨性提高。
同时铁相使合金表面的氧化膜失去连续性,易发生电化学腐蚀,铁降低合金的耐腐性。
1.2.4对铸造性能的影响
随着铁含量增加,在合金结晶时,由于β相干扰枝晶间流动,所以会使疏松增加,同时增加合金的热裂倾向,但是对压铸铝合金一定Fe量可防止粘膜,但也有报道称一定Fe量增加合金的流动性。
1.2.5对机械加工性能的影响
铁相使机械加工性能恶化,增加刀刃具的磨损量,使尺寸稳定性变差。
2铁的有害作用消除、抑制方法
2.1机械方法
常用的机械去铁法有过滤法、沉淀法、离心铸造法等,它们均是采用在熔体中加入Mn、Cr、Ni、Zr等合金元素使之与铁形成大的化合物,由于其密度与铝合金不同会产生沉淀,使用沉淀的方法称为沉淀法,它可使铁降低0.5%。
将通过过滤布,过滤网、板,使大块化合物得以过滤的方法,称为过滤法,它可使Fe降低0.7%,将加入合金元素的熔体,在离心力作用下,由于密度d的差异使铁相移向边缘,而内部铁含量可由2.07%降低到0.27%,降低效率达87%。
不同转速、不同Fe/Mn比对除铁效率也有影响。
生产中应用的机械方法一般均联合使用,如过滤法与沉淀法,先沉淀后过滤,以及过滤与离心铸造结合会取得更加好的效果。
2.2熔体处理方法
2.2.1加入合金元素中和Fe的作用(变质处理)
熔体中加入合金元素来改变铁相形貌,减弱铁的作用,提高合金强度,改善延伸率,通常加入的元素有:Mn、Cr、Co、Be、Mo、Ni、S、Mg、Re等,下面逐个分析:
a.Mn:是最常用和用得最多的元素,加Mn能显著减少铁相的数量和尺寸,甚至使铁相完全消失,由于Mn的加入扩大了α铁相区,从而使得铁相向α铁相转化,中和铁相的Mn的加入量多少现还不能定论。
据称在Al-Si13合金中加入0.5%的Mn,就能使含1.5%Fe的合金中针、片状铁相转变为α铁。
有人推荐按Mn%=2(%Fe-0.5)添加Mn,总之通过添加Mn可逐渐使β-Fe相的数量减少,尺寸变小,直到不出现为止。
b.Cr:在ZAlSi7Mg合金中加Cr可使粗片状的β相转变为汉字状的α铁相,加0.2%~0.6%Cr能防止含Fe>1%的Al-Si13合金的脆断,在Al-5Si-1.5Cu-0.5Mg合金中加入0.2%~0.3%Cr使含铁为0.4%合金的伸长率由1.7%增加到3.8%,加0.4Cr可使含Fe0.75%的合金伸长率由0.8%提高到2.6%。
c.Co:Co的作用与Mn相似,但需要稍加入以使富铁相成球形,有人建议Fe/Co的比率应为1∶2,同时Co的加入于其本身的偏析体小,所以其效果优于Mn。
d.Be:也可作为一种中和剂,当Be加入量>0.4%时,能形成一种AlFeBe紧密相,同时由于Be是一种很好的抗氧化剂,能提高Al合金的性能,在砂型铸造件能使AlSi0.6Mg合金的抗拉强度提高5%~10%,同时不降低其延伸率,另据报道,在Al-6Si合金中加入0.05%~0.5%Be会使Fe杂质相的形态由长针改变为危害较小的园球形或近园球形,从而提高合金的塑性。
e.Mo:可用来中和Fe的有害作用,其效果比Mn好,它是Al-Si合金中Fe的有效变质剂,在含Fe1.2%的合金中加入0.2%的Mo和0.1%的S能使合金的延伸率由1%增加到2.8%,抗拉强度由160MPa增到180MPa。
f.Mg:也可起到中和杂质铁的有害作用,当含量在一定程度时会形成AlFeSiMg化合物相,从而减少β铁相的形成。
g.Ni和S:也是铁有害作用的中和剂,其中S还能作为铝合金的变质剂,据报道加入硫磺可使铁相大部分变为短杆状及汉字状,有少量是团球状、块状。
但单独加时效果不理想,须与其它元素如Mn、Cr、稀土等配合,其效果明显。
h.稀土RE:稀土是一种很好的Fe相变质剂,据报道,对413合金加入0.04%~0.06%Sr,可有效减少β铁相的数量和尺寸,对6063合金,当加入0.05%Sr后,所存在铁相化合物呈汉字状,且细化。
日本专利也曾报道加入0.005%~0.10%Sr及相同量的Zn,可减少β铁的数量和尺寸,并且在许多Al-Si系及型材合金中得到证实,这主要是由于RE本身是一种变质剂,合金净化剂,它的加入可有效去除铁的有害作用。
总之,对于变质中和剂,它能减少消除β铁相的形成,但它本身并不能去除Fe的有害作用,只起减缓作用,且随Fe量增加使用的变质剂量也增多,一定程度上降低合金的韧性,并且,由于其形成各种复杂化合物会带来其它相关的副作用,因此,我们提倡使用变质剂,且使用复合的综合性能变质剂,尽可能加入量少。
2.2.2熔体过热和快冷处理
a.熔体过热
据报道,过热处理可减少富铁相的形核核心,这是由于在高温时β富铁相的形核核心是γ(Al),而γ(Al)在低温时存在,当温度高到一定程度时(≥85℃),γ(Al)相就转变为α(Al),不利于β铁相的形核,从而抑制了β铁相的出现。
同时发现随熔体过热度的增加,铸件中富铁的晶间化合物变的越细,当浇注温度大于800℃时,合金中的片状β铁相就转变为α铁相,
且这个过程不可逆转,即一旦熔体过热到足以产生α相的温度随后的处理和静置对铁相形态无影响,并且当铁量愈高时,用过热方法改变就越来越困难。
在实际操作中由于过热后熔体吸气,氧化严重,所以一般很少采用。
b.快速冷却处理
快速冷却处理可减弱铁的有害作用,这是大家所共认的,国家专业标准中规定的砂型铸造的质量小于金属型也就是这个道理。
快速冷却时合金液中形核核心多,界面推进速度快,形成的有害铁相在同等条件下要短、要细,甚至看不到针状相,同时合金中中和Fe相所需的Mn量也随凝固过程中冷速的变化而变化,冷却速度对Fe相形态也有很大影响。
当冷速<0.1℃/s时,有助于β铁相的形成,当冷速>10℃/s时,会抑制β铁的产生。
3讨论
(1)合金中Fe含量是否应符合国标?
在合金化处理方法和提高冷却速度条件下,我们可以减少甚至消除针状铁相的危害作用,使其组织性能达到国标规定的要求,此时合金中铁含量已超标,甚至严重超标,那么此时应以成分为主呢,还是以性能为主?我们主张Fe的有害作用消除了,其含量或者说铁含量当量(即此时的铁含量以平常的国标相当的量)应仅作参考,主要以组织性能为依据,成分不应具有否决权,与国外铸造发达国家相比,我国国标规定的Fe含量明显严于国外,因此我们希望我国专业行业标准能出现相应的标准。
(2)减少铁的有害作用在生产中如何操作?
在生产实际中过热处理,由于会带来元素的严重烧损,吸气严重,所以不太采用,而离心浇注需要离心机等设备,对专业合金生产厂犹可,而一般厂家也无法为了它而上设备。
最实用且可行的就是合金化变质处理和提高冷却速度,变质处理中应提倡使用具有复合作用效果的加入量可小,一种元素多种功能的元素或几种元素复合剂,同时提倡机械与变质方法复合处理。