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不同元素含量对合金铝板力学性能的影响分析
- 2022-02-14-

  一、Fe、Si含量对合金铝板材料力学性能的影响:

  在固态铝中铁的溶解度很低,在660℃时,只有0.05%,在室温下,或者铝合金中同时存在有能与铁形成化合物的元素时,其固溶度就更低。因此,铝合金中的铁一般总是以各种富铁的金属间化合物形式存在。这些金属间化合物的种类随合金中所含元素的不同而有所不同,在微观组织中也以各具特征的形貌出现。有研究得知,铝合金板的抗拉强度与Fe含量的多少并无明显关系。硅对工业纯铝力学性能的影响尚不明确,目前有两种基本观点,一种是Si元素本身对工业纯铝的力学性能没有太大影响,但是有与Fe结合起作用的迹象。另一种是固溶Si的含量对工业纯铝的力学性能有一定影响,固溶Si含量高则铝的变形抗力增大。

  二、Fe/Si值对材料力学性能的影响:

  由研究得知,随着Fe/Si值的增大,材料轧向、横向及45°方向的抗拉强度均有明显的下降;延伸率明显增大;当Fe/Si值增大到3~3.4之间时,β降低幅度减小,基本稳定,δ有较明显的降低。

  Fe/Si值对工业纯铝中的Al-Fe-Si化合物的种类及其晶体结构有很大影响。

  不同的化合物对铝合金板的力学性能的影响也不同,工业纯铝中除α(Al),FeA13,Si外,还能形成几种三元化合物,即(Al2Fe;Si)相、β(AloFe,Si)相、Al9FeSi;和AlAFeSi等。铝中杂质Fe和Si的含量都很少(工业高纯铝)时,由于Fe和Si在α(Al)中的固溶度差别较大,Si易溶入αAl)中,Fe则易结晶析出FeAl3相;当Fe和Si达一定量时,铝中便出现了三元金属间化合物,组织中将可能存在FeAl3,α(Aln2Fe;Si),β(AloFe,Siz),游离Si等硬脆相。但这些相的出现条件主要取决于Fe和Si的含量及相对量(Fe/Si比值),尤其是Fe/Si比值对α(AlFeSi)和βB(AlFeSi)相的析出起着决定性作用。当Fe/Si>1时,析出α(A1FeSi)相,Fe/Si<1时,析出β(A1FeSi)相,β(AlFeSi)相较α(AlFeSi)相更有害。当Fe/Si为2~3时,Si更多的从α(Al)中析出,与Al、Fe形成α(A1FeSi)相。使材料的韧性与强度都有了较大的提高,这是因为Fe无论是容于固溶体中还是生成弥散相(FeAl3))均能妨碍晶界的迁移,有利于细化晶粒组织,从而可以提高合金铝板的强度和延伸率。当Fe/Si达3.5以上时,Si从α(Al))中逐渐消失,而倾向于全部与Al、Fe形成α(A1FeSi)相;材料强度降低是由于α(A1)中能固溶极少量Fe和少量Si,对铝基体有一定的固溶强化作用,故微量杂质可使强度有所提高。但杂质含量稍高时,主要以

  FeAl3,α(AlFeSi),B(AlFeSi)和Si等杂质相形式存在,且随含量增大,杂质相的数量、尺寸等随之增大,易沿晶界聚集分布。降低了铝合金板的抗拉强度和塑性。尤其是由于这些杂质相与α(Al)基体硬度差别很大,在加工变形中强烈妨碍了α(Al)的正常流动,其自身也易破碎成块,在破碎的杂质相与α(Al)之间易形成微裂纹和不均匀的变形区,从而显著降低铝板毛料塑性、变形能力。工业纯铝中必然存在Al-Fe-Si化合物。

  不同的AI-Fe-Si化合物对合金铝板的轧制性能和力学性能的有害程度不同,控制Fe/Si比和铸造工艺减少有害化合物的形成是今后研究工作的重点。同时Fe和Si的存在还将明显影响铝合金板的加工硬化、再结晶软化、织构和制耳等行为。必须指出,Fe/Si比值对工业纯铝的力学性能及加工成形性的影响是不可忽视的,对铸锭热裂纹的产生也起着关键作用。

不同元素含量对合金铝板力学性能的影响分析

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