李双双
[摘 要]铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
[关键词]铸造铝合金 变形铝合金 固溶强化 时效强化
中图分类号：TB303 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0382-01
1.引言
1825年由丹麦化学家奥斯德发现。1827年德国化学家武勒重复了奥斯德的实验，并不断改进制取铝的方法。1854年德国化学家德维尔用钠代替钾还原氯化铝，制得铝锭。地壳中含量7%以上，在全部化学元素中含量占第三位（仅次于氧和硅），在全部金属元素中占第一位。铝呈银白色，密度2.702g/cm3，熔点660.37℃，沸点2467℃。铝热法：用铝从其它氧化物中置换金属。纯铝大量用于电缆、日用器皿；其合金质轻而坚韧，是制造飞机、火箭、汽车的结构材料。
2.纯铝的特性
铝：原子序数为13，原子量为26.98，面心立方结构，熔点660℃，密度2.702，晶格常数4.05，原子直径2.86，标准电极电位-1.67V高的耐大气腐蚀性：铝在大气中极易和氧作用生成一层牢固致密的氧化膜，厚度约为50～100，可防止铝继续氧化；即使在熔融状态，仍然能维持氧化膜的保护作用。因此，铝在大气环境中是抗蚀的。Al2O3膜具有酸、碱两重性，因此，纯铝除在氧化性的浓硝酸（80～98%）中有极高的稳定性外（优于Ni—Cr系不锈钢），在硫酸、盐酸、碱、盐和海水中均不稳定。
良好的低温性能、无低温脆性：在摄氏零度以下随着温度的降低，其强度和塑性提高。高的导电性：位于银、铜、金之后。高的导热性：热交换器。无磁性：冲击不产生火花，用于制作如仪表材料、电气设备的蔽材料，易燃、易爆物的生产器材等。低强度、高塑性：强度为80MPa～130MPa，延伸率30～50%，铝箔。
3.铝中杂质
主要杂质为Fe和Si，其次有Cu、Zn、Mn、Ni、Ti等。Fe、Si含量及相对比例（铁硅比）对纯铝性能有很大影响。
共晶温度时的极限溶解度，铁0.052%、硅1.65%，并随温度下降而急剧减小。铝中存在很少的铁或硅时就出现FeAl3或β（Si），它们性质硬脆，使纯铝塑性变差，尤其针状的FeAl3影响更甚。Fe、Si共存时，出现FeAl3和β（Si）相、α（Fe3SiAll2）及β（Fe2Si2Al9）。WFe>WSi，富Fe化合物α（Fe3SiAl12）。WSi>WFe，富Sip（Fe2Si2），骨骼状α（Fe3SiAll2），枝条状α（Fe3SiAll2），粗针状β（Fe2Si2Al9）。这些相又硬又脆，使铝的塑性急剧下降，后者尤为严重。
硅含量控制要求更严格，Fe：Si≥2～3。铝中铁硅比不当时，会引起纯铝铸锭产生裂纹。W（Fe+Si）小于0.65%时，WFe>WSi以减少铸锭开裂倾向。W（Fe+Si）大于0.65%时，共晶数量增加，热裂纹易被共晶液体充填而愈合。所以铁硅比的影响减小。FeAl3、α、β相的电位比铝高，破坏了纯铝表面氧化膜的连续性，因而降低了纯铝的耐蚀性，同时也降低了纯铝的导电性。高纯铝≥99.999℅工业高纯铝99.95℅～99.996℅工业纯铝：99.00℅～99.85℅
4.铝合金的分类与应用
（1）按铝合金所处相图的位置分类：
铝合金：形变铝合金、铸造铝合金形变铝合金：相图中D点以左的部分。该类铝合金加热至固溶线FD以上时能形成单相α固溶体，塑性好，适用于压力加工成形（图1）。
不能热处理强化的形变铝合金：相图中F点以左的部分，组織为单相固溶体，且其溶解度不随温度而变化，无法进行热处理强化；可热处理强化的形变铝合金：相图中F和D之间的形变铝合金，固溶体的溶解度随着温度而显著变化，可进行热处理强化。锻造铝合金锻铝有Al-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Si、Al-Cu-Mg-Fe-Ni等合金系。该类合金的合金元素种类多而含量少，具有良好的热塑性和锻造性，并可热处理强化。Al-Mg-Si系合金：宜于制造形状复杂的型材和锻件，如飞机和发动机中工艺性和耐蚀性要求较高的零件；Al-Cu-Mg-Si系合金；用于制造形状复杂、承受中等载荷的各类大型锻件和模锻件，但该合金有应力腐蚀和晶界腐蚀的倾向，不宜作薄壁零件；Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金：因含有较多的Fe、Ni，因而具有较高的耐蚀性能，适宜于制造发动机的活塞、汽轮机叶片等耐高温和耐腐蚀的零件。
（2）铝合金的强化
固溶强化
无限互溶合金系的组元间具有相似的物理化学性质、原子尺寸差异小，固溶体晶格畸变程度较低，因而固溶强化效果不大。因此，Al-Zn、Al-Ag简单二元合金没有实用价值。固溶强化效果主要取决于基体金属与合元素原子半径差别的大小，原子半径差别越大，强化效果越明显，采用溶解度超过1%的其他几个元素，如Al-Mg，Al-Cu、A1-Mn、A1-Si合金系有实用价值。
沉淀强化（时效强化）
铝合金固溶强化效果有限，要想获得高强度，必须配以时效强化处理。合金元素在铝中要有较大的极限溶解度，其溶解度随温度的降低而急剧减小，时效过程中形成均匀、弥散分布的共格或半共格过渡相，这种相在基体中能造成较强烈的应变场，提高对位错运动的阻力，从而提高合金的强度。
细晶强化：
铝合金中添加微量合金元素使铝合金固溶体基体和过剩相组织细化，以提高铝合金机械性能，这是细晶强化。铸造铝合金：加入微量元素（变质剂）进行变质处理来细化铸态组织。变质处理适用于不能热处理强化或强化效果不大的铝合金。如铸造铝硅合金中加入微量钠或钠盐或者锑等变质剂进行变质处理，细化组织，可以显著提高强度和塑性；铸造铝合金中加入少量锰、铬或钴等使杂质铁的板块状或针状化合物AlFeSi细化，从而提高塑性。
5.结论
Al-Cu系铸造铝合金：这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。常用代号有ZL201（ZAlCu5Mn）、ZL203（ZAlCu4）等。主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。典型铸造铝铜合金的成分、性能和应用Al-Mg系铸造铝合金：这类合金的耐蚀性好，强度高，密度小；但铸造性能差，耐热性低。ZL301（ZAlMg10）、ZL303（ZAlMg5Si1）等.主要用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。Al-Zn系铸造铝合金：这类合金的铸造性能好，强度较高，可自然时效强化；但密度大，耐蚀性较差。
参考文献
[1] 华阳恩赛.常见金属材料知识[R].北京：科学出版社，1997：12.
