1.3.3 3×××系鋁合金

(1)合金的性質(zhì)和用途

3×××系鋁合金是以錳為主要合金元素的鋁合金, 屬于熱處理不可強(qiáng)化鋁合金。它的塑性高, 焊接性能好, 強(qiáng)度比1×××系鋁合金高, 而耐蝕性能與1×××系鋁合金接近, 是一種耐腐蝕性能良好的中等強(qiáng)度鋁合金。3×××系鋁合金用途廣, 可加工成板材、 管材、 型材和線材。對(duì)于那些承受負(fù)荷較小, 但要求較好的抗蝕性和焊接性能的零件, 可用3×××系鋁合金制造。

(2)各合金元素及雜質(zhì)的作用

錳: 錳是3×××系鋁合金中的主要合金元素。錳含量在1.0%~1.6%范圍內(nèi)時(shí), 合金具有較高的強(qiáng)度、 良好的塑性和工藝性能。當(dāng)錳含量高于1.6%時(shí), 合金強(qiáng)度隨之提高, 但由于形成大量脆性化合物MnAl6, 合金變形時(shí)容易開(kāi)裂。錳與鋁可以生成MnAl6相。合金的強(qiáng)度隨錳含量的增加而提高。隨著錳含量的增加, 合金的再結(jié)晶溫度也相應(yīng)地提高。該系合金具有很大的過(guò)冷能力, 因此在快速冷卻結(jié)晶時(shí), 產(chǎn)生很大的晶內(nèi)偏析, 錳的濃度在枝晶的中心部位低, 而在邊緣部位高。當(dāng)冷加工產(chǎn)品存在明顯的錳偏析時(shí), 其在退火后易形成粗大晶粒。

鐵: 適量的鐵既能減少晶內(nèi)偏析, 又起細(xì)化晶粒的作用。鐵可溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6化合物, 從而降低錳在鋁中的溶解度。但Fe+Mn含量高時(shí), 容易產(chǎn)生大量的粗大片狀(FeMn)Al6化合物, 該粗大化合物性脆, 呈粗大片狀組織, 降低合金的力學(xué)性能和工藝性能。因此控制合金中鐵含量在 0.4%~0.7%之間, 并保證Fe+Mn總量不大于1.8%。

硅: 硅是有害雜質(zhì), 硅和錳形成復(fù)雜三元相T(Al12Mn3Si2), 該相也溶解于鐵, 形成(Al 、 Fe、 Mn、 Si)四元相。若合金中鐵、 硅同時(shí)存在, 則先形成α(Al12Fe3Si2)或β(Al9Fe2Si2)相, 破壞鐵的有利影響。故合金中的硅應(yīng)控制在0.6%以下。硅也能降低錳在鋁中的溶解度。硅能降低合金的塑性, 使制品裂紋的傾向性增加。

鐵和硅: 鐵和硅都能降低錳在鋁中的溶解度, 但硅比鐵的影響大。鐵和硅可以加速錳在熱變形時(shí)從過(guò)飽和固溶體中的分解過(guò)程, 也可以提高一些力學(xué)性能。當(dāng)鐵和硅同時(shí)存在時(shí), w(Fe)≥0.2%、 且w(Fe)>w(Si)的情況下, Al-1.25%Mn合金的裂紋傾向性急劇下降。

鎂: 少量的鎂(約為0.30%)能顯著地降低該系合金退火后的晶粒, 并稍許提高其抗拉強(qiáng)度, 但同時(shí)也損害了退火材料的表面光澤。鎂也可以是Al-Mn合金中的合金化元素, 添加0.3%~1.3%的Mg, 合金強(qiáng)度提高, 伸長(zhǎng)率(退火狀態(tài))降低。

銅: 合金中含有0.05%~0.5%Cu可以顯著提高其抗拉強(qiáng)度, 但少量的銅(0.10%)便能使合金的耐蝕性能降低, 故合金中銅應(yīng)控制在0.2%以下。

鋅: 鋅含量低于0.5%時(shí)對(duì)合金的力學(xué)性能和耐蝕性能無(wú)明顯影響?？紤]到合金的焊接性能, 鋅的含量限制在0.2%以下。

(3)部分合金的過(guò)燒溫度

3×××系部分合金的過(guò)燒溫度見(jiàn)表1-4。

表1-4 3×××系鋁合金的過(guò)燒溫度