铝合金的强度不高，是怎么回事？
自己看吧，有点长（我觉得）
一．Al-Mg-Si系合金的基本特点：
6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0．2-0．6％的硅、0．45-0．9％的镁、铁的最高限量为0. 35％，其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0．1％。这个成份范围很宽，它还有很大选择余地。
6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金，在AL-Mg-Si组成的三元系中，没有三元化合物，只有两个二元化合物Mg2Si和Mg2Al3，以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界，构成两个三元系，α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如图一、田二所示：
在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶于基体中的Mg2Si越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低，如图2所示，在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上，共晶温度为595℃，Mg2Si的最大溶解度是1．85％，在500℃时为1. 05％，由此可见，温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格，强度却达不到要求，原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷，造成型材淬火温度太低所致。
在Al-Mg-Si合金系列中，强化相Mg2Si的镁硅重量比为1．73，如果合金中有过剩的镁(即Mg：Si＞1. 73)，镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度，从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅，即Mg：Si＜1．73，则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响，由此可见，要得到较高强度的合金，必须Mg：Si＜1．73。
二．合金成份的选择
1．合金元素含量的选择
6063合金成份有一个很宽的范围，具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外，还要考虑表面处理性能，即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如，要生产磨砂料，Mg/Si应小一些为好，一般选择在Mg/Si=1-1．3范围，这是因为有较多相对过剩的Si，有利于型材得到砂状表面；若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材，Mg/Si在1．5-1．7范围为好，这是因为有较少过剩硅，型材抗蚀性好，容易得到光亮的表面。
另外，铝型材的挤压温度一般选在480℃左右，因此，合金元素镁硅总量应在1．0％左右，因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有1．05％，过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体，有较多的末溶解Mg2Si相，这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用，反而会影响型材表面处理性能，给型材的氧化、着色(或涂漆)造成麻烦。
2．杂质元素的影响
①铁，铁是铝合金中的主要杂质元素，在6063合金中，国家标准中规定不大于0．35，如果生产中用一级工业铝锭，一般铁含量可控制在0．25以下，但如果为了降低生产成本，大量使用回收废铝或等外铝，铁就根容易超标。Fe在铝中的存在形态有两种，一种是针状(或称片状)结构的β相(Al9Fe2Si2)，一种为粒状结构的α相(Al12Fe3Si)，不同的相结构，对铝合金有不同的影响，片状结构的β相要比粒状结构α相破坏性大的多，β相可使铝型材表面粗糙、机械性能、抗蚀性能变差，氧化后的型材表面发青，光泽下降，着色后得不到纯正色调，因此，铁含量必须加以控制。
为了减少铁的有害影响可采取如下措施。
a)熔炼、铸造用所有工具在使用前涂涮涂料，尽可能减少铁溶人铝液。
b)细化晶粒，使铁相变细，变小，减少其有害作用。
c)加入适量的锶，使β相转变成α相，减少其有害作用。
d)对废杂料细心挑选，尽可能的减少铁丝、铁钉、铁屑等杂物进入熔铝炉造成铁含量升高。
②其它杂质元素
其它杂质元素在电解铝锭中都很少，远远低于国家标准，在使用回收废杂铝时就可能超过标准；在生产中，不但要控制每个元素不能超标，而且要控制杂质元素总量也不能超标，当单个元素含量不超标，但总量超标时，这些杂质元素同样对型材质量有很大影响。特别需要提出强调的是，实践证明，锌含量到0．05时(国标中不大于0．1)型材氧化后表面就出现白色斑点，因此锌含量要控制到0．05以下。
三．6063铝合金的熔炼
1．控制好熔炼温度
铝合金熔炼是生产优质铸棒的最重要工艺环节之一，若工艺控制不当，会在铸捧中产生夹渣、气孔，晶粒粗大，羽毛晶等多种铸造缺陷，因此必须严加控制。
6063铝合金的熔炼温度控制在750-760℃之间为佳，过低会增大夹渣的产生，过高会增大吸氢、氧化、氮化烧损。研究表明，铝液中氢气的溶解度在760℃以上急剧上升，当热减少吸氢的途径还有许多，如烘干溶炼炉和熔炼工具，防止使用熔剂受潮变质等。但熔炼温度是最敏感因素之一，过离的熔炼温度不但浪费能源，增加成本，而且是造成气孔，晶粒粗大，羽毛晶等缺陷的直接成因。
2．选用优良的熔剂和适当的精炼工艺
熔剂是铝合金熔炼中使用的重要辅助材料，目前市场上所售熔剂中主要成份为氯化物，氟化物，其中氯化物吸水性强，容易受潮，因此，熔剂的生产中必须烘干所用原料，彻底除去水份，包装要密封，运输、保管中要防止破损，还要注意生产日期，如保管日期过长，同样会发生吸潮现象，在6063铝合金的熔炼中，使用的除渣剂、精炼剂、覆盖剂等熔剂如果吸潮，都会使铝液产生不同程度的吸氢。
选择好的精炼剂，选择合适的精练工艺也是非常重要的，目前6063铝合金的精炼绝大多数采用喷粉精炼，这种精炼方法能使精炼剂与铝液充分接触，可使精炼剂发挥最大效能。虽然这个特点是显而易见的，但是精炼工艺也必须注意，否则得不到应有效果，喷粉精炼中所用氮气压力以小为好，能满足吹出粉剂为佳，精炼中如果使用的氮气不是高纯氯(99．99％N2)，吹入铝液的氮气越多，氟气中的水份使铝液产生的氧化和吸氢越多。另外，氟气压力高，侣液产生的翻卷波浪大，增大产生氧化夹渣的可能性。如果精炼中使用的是高纯氮，精炼压力大，产生的气泡大，大气泡在铝液中的浮力大，气泡迅速上浮，在铝液中的停留时间短，除氢效果并不好，浪费氮气，增加成本。因此氮气应少用，精炼剂应多用，多用精炼剂只有好处，没有坏处。喷粉精炼的工艺要点是用尽可能少的气体，喷进铝液尽可能多的精炼剂。
3．晶粒细化
晶粒细化是铝合金熔铸中晕重要的工艺之一，也是解决气孔、晶粒粗大、光亮晶、羽毛晶、裂纹等铸造缺陷的最有效措施之一。在合金铸造中，均是非平衡结晶，所有的杂质元素(当然也包括合金元素)绝大部分集中分布在晶界，晶粒越小，晶界面积就越大，杂质元素(或合金元素)的均匀度就越高。对杂质元素而言，均匀度高，可减少它的有害作用，甚至将少量杂质元素的有害变为有益；对合金元素面言，均匀度高，可发挥合金元素更大的合金化艘能，达到充分利用资源的目的。
细化晶粒、增大晶界面积、增大元素均匀度的作用可通过下面的计算加以说明。
假设金属块1与2有同样的体积V，均由立方体晶粒构成，金属块1的晶粒边长为2a，2的边长为a，那么金属块1的晶界面积为：
金属块2的晶界面积为：
金属块2的晶界面积是金属块1的2倍。
由此可见合金晶粒直径减小一倍，晶界面积就要增大—倍，晶界单位面积上的杂质元素将减少一倍。
在6063铝合金的生产中，对磨砂料来说，由于要通过腐蚀使型材产生均匀砂面，那么合金元素及杂质元素的均匀分布就显得尤为重要。晶粒越细，合金元素(杂质元素)的分布越均匀，腐蚀后得到的砂面就越均匀。
四．6063铝合金的浇铸
1．选择合理的浇铸温度
合理的浇铸温度也是生产出优质铝棒的重要因素，温度过低，易产生夹渣、针孔等铸造缺陷。温度过高，易产生晶粒粗大、羽毛晶等铸造缺陷。
做了晶粒细化处理后的6063铝合金液，铸造温度可适当提高，一般可控制在720-740℃之间，这是因为：①铝液经晶粒细化处理后变粘，容易凝固结晶。②铝棒在铸造中结晶前沿有一个液固两相过度带，较高的铸造温度有较窄的过度带，过度带窄有利于结晶前沿排出的气体逸出，当然温度不可过高，过高的铸造温度会缩短晶粒细化剂的有效时间，使晶粒变得相对较大。
2．有条件时，充分预热，烘干流槽、分流盘等浇铸系统，防止水分与铝液反应造成吸氢。
3．铸造中，尽可能的避免铝液的紊流和翻卷，不要轻易用工具搅动流槽及分流盘中的铝液，让铝液在表面氧化膜的保护下平稳流人结晶器结晶，这是因为工具搅动铝液和液流翻卷都会使铝液表面氧化膜破裂，造成新的氧化，同时将氧化膜卷入铝液。经研究表明，氧化膜有极强的吸附能力，它含有2％的水份，当氧化膜卷入铝液后，氧化膜中的水份与铝液反应，造成吸氢和夹渣。
4．对铝液进行过滤，过滤是除去铝液中非金属夹渣最有效的方法，在6063铝合金的铸造中，一般用多层玻璃丝布过滤或陶瓷过滤板过滤，无论是采取何种过滤方法，为了保证铝液能正常的过滤，铝液在过滤前应除去表面浮渣，因为表面浮渣易堵塞过滤材料的过滤网孔，使过滤不能正常进行，除去铝液表面浮渣的最简单方法是在流槽中设置一挡渣板，使铝液在过滤前除去浮渣。
五．6063铝合金的均化处理
1．非平衡结晶
如图三所示，是由A、B两种元素构成的二元相图的一部分，成份为F的合金凝固结晶，当温度下降到T1时，固相平衡成份应为G，实际成份为G’，这是因为在铸造生产中，冷却凝固速度快，合金元素的扩散速度小于结晶速度，即固相成份不是按CD变化，而是按CD’变化，从而产生了晶粒内化学成份的不平衡现象，造成了非平衡结晶。
2．非平衡结晶产生的问题
铸造生产出的铝合金棒其内部组织存在两方面的问题：①晶粒间存在铸造应力；②非平衡结晶引起的晶粒内化学成份的不平衡。由于这两个问题的存在，会使挤压变得困难，同时，挤压出的产品在机械性能、表面处理性能方面都有所下降。因此，铝棒在挤压前必须进行均匀化处理，消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡。
3．均匀化处理
均匀化处理就是铝棒在高温(低于过烧温度)下通过保温，消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡的热处理。Al-Mg-Si系列的合金过烧温度应该是595℃，但由于杂质元素的存在，实际的6063铝合金不是三元系，而是一个多元系，因此，实际的过烧温度要比595℃低一些，6063铝合金的均匀化温度可选在530-550℃之间，温度高，可缩短保温时间，节约能源，提高炉子的生产率。
4．晶粒大小对均匀化处理的影响
由于固体原子之间的结合力很大，均匀化处理是在高温下合金元素从晶界(或边沿)扩散到晶内的过程，这个过程是很慢的。容易理解，粗大晶粒的均化时间要比细晶粒的均匀化时间长得多，因而晶粒越细，均匀化时间就越短。
5．均匀化处理的节能措施
均匀化处理需要在高温下通过较长时间保温，对能源需求大，处理成本高，因此，目前绝大多数型材厂对铝棒未进行均匀化处理。其最重要的原因就是均匀化处理需要较高成本所致。降低均匀化处理成本的主要措施有：
①细化晶粒
细化晶粒可有效的缩短保温时间，晶粒越细越好。
②加长铝棒加热炉，按均匀化和挤压温度分段控制，满足不同工艺要求。这一工艺主要好处是：
a)不增加均匀化处理炉。
b)充分利用铝捧均匀化后的热能，避免挤压时再次加热铝棒。
c)铝捧加热保温时间长，内外温度均匀，有利于挤压和随后的热处理。
综上所述，生产出优质6063铝合金铸棒，首先是根据生产的型材选择合理的成分，其次是严格控制熔炼温度、浇铸温度，做好晶粒细化处理、合金液的精炼、过滤等工艺措施，细心操作，避免氧化膜的破裂与卷入。最后，对铝棒进行均匀化处理，这样就可生产出优质铝棒，为生产优质型材提供一个可靠的物质基础。
这里还有个例子
LY12，现在通常叫做2A12，相当于2024，通用的板材标准为AMS-QQ-A-250/4（非包铝）；AMS-QQ-A-250/5（包铝），主要用于飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件，为Al-Cu-Mg系主要成分为
硅 0.5%
铁 0.5%
铜 3.8-4.9
锰 0.0-0.9
镁 1.2-1.8
铬 0.10
镍
锌 0.25
钛 0.15（5）
其它(3) 0.15
铝(4) 其余
注:
(1)组合之元素性质以最高百分率表示，除非列出的是一个范围或是最低值。
(2) 为了定出合适的数值限制，分析得来的观察或计算数值都是依据标准规则(ANSI Z25.1)以表示明确的范围。
(3) 除了非合金外，合金内的元素所规定的份量通常在分析报告中指示出来。但如果在分析过程中怀疑有其它元素存在或有部份元素被怀疑有过量的情形，更应进一步的分析直至有证实为止。
(4) 不是经由精炼过程的非合金铝中的铝质的含量就是其它的金属的总量和百分百纯铝之差－其差别在于百 份0.01或稍多一点。（百份比的小数点后第二位）
(5) 最多可含有0.20%锆和钛。
方法：
（1）在液态金属结晶时，提高冷却速度，增大过冷度，来促进自发形核。晶核数量愈多，则晶粒愈细。
（2）在金属结晶时，有目的地在液态金属中加入某些杂质，做为外来晶核，进行非自发形核，以达到细化晶粒的目的，此方法称为变质处理。这种方法在工业生产中得到了广泛的应用。如铸铁中加入硅、钙等。
（3）在结晶过程中，采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌等，也可使晶粒细化。
因为一般地说，在室温下，细晶粒金属具有较高的强度和韧性，所以需要细化晶粒。
扩展资料：
理想的铸锭组织是铸锭整个截面上具有均匀、细小的等轴晶，这是因为等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。要得到这种组织，通常需要对熔体进行细化处理。
都与过冷度有关，过冷度增加，形核率与长大速度都增加，但两者的增加速度不同，形核率的增长率大于长大速度的增长率。在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，晶粒越细小。
铝及铝合金铸锭生产中增加过冷度的方法主要有降低铸造速度、提高液态金属的冷却速度、降低浇注温度等。
但是，如果没有较多的游离晶粒的存在，增加激冷作用反而不利于细晶粒区的形成和扩大。
动态晶粒细化就是对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，增加晶核数目。当前已采取的方法有机械搅拌、电磁搅拌、音频振动及超声波振动等。
利用机械或电磁感应法搅动液穴中熔体，增加了熔体与冷凝壳的热交换，液穴中熔体温度降低，过冷带增大，破碎了结晶前沿的骨架，出现了大量可作为结晶核的枝晶碎块，从而使晶粒细化。
1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一个在几何学上与肥皂泡相似的三维阵列。
2.晶粒边界如果都具有基本上相同的表面张力，晶粒呈正六边形。
3.在晶界上的第二类夹杂物（杂质或气泡）,如果它们在烧结温度下不与主晶相形成液相,则将阻碍晶界移动。
在烧结体内晶界移动有以下七种方式： 气孔靠晶格扩散移动； 气孔靠表面扩散移动； 气孔靠气相传递； 气孔靠晶格扩散聚合； 气孔靠晶界扩散聚合； 单相晶界本征迁移； 存在杂质牵制晶界移动。
参考资料：百度百科——晶粒细化
理想的铸锭组织是铸锭整个截面上具有均匀、细小的等轴晶，因为等轴晶各向异性小，加工时变形均匀、塑性好、性能优异，利于铸造及随后的塑性加工。要得到这种组织，在生产中通常是对熔体进行细化处理。而通常用的晶粒细化方法是用晶粒细化剂进行变质处理。变质处理是向金属液中加入少量活性物质，促进液体金属内部生核或改变晶体成长过程的一种方法。而现在国内最常用的是形核变质剂，形核变质剂的作用机理是向铝熔体中加入一些能够产生非自发晶核的物质，使其在凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的目的。对形核变质剂的要求：要求所加入的变质剂或其与铝反应生成的化合物具有以下特点：晶格结构和晶格常数与被变质熔体相适应，稳定，熔点高，在铝熔体中分散度高，能均匀分布在熔体中，不污染铝合金熔体。变形铝合金一般选含有Ti、Zr、B、C等元素的化合物做晶粒细化剂，Al-Ti是传统的晶粒细化剂，Ti在铝中包晶反应生成TiAl3，TiAl3与液态金属接触的（001）和（011）面是铝凝固时的有效形核基面，增加了形核率，从而使结晶组织细化。Al-Ti-B是目前国内公认的最有效的细化剂之一，但在实际生产条件下，受各种因素影响，TiB2质点易聚集成块，尤其在加入是由于熔体局部温度降低，导致加入点四周变得黏稠，流动性差，使TiB2质点更易聚集形成夹杂，影响铝合金的净化、细化效果；TiB2质点除本身易偏析聚集外，还易与氧化膜或熔体中存在的盐类结合造成夹杂；7×××系合金中的Zr、Cr元素还可以使TiB2失去细化作用，造成粗晶组织。合金中变质剂的加入方式一般以中间合金形式加入，中间合金一般做成块状或线状，加入量一般来说，加入越多细化效果越好，但细化剂加入过多易使熔体中金属间化合物增多此一举并聚集，影响熔体质量，因此在满足晶粒度的前提下，杂质元素加入的越少越好。从包晶反应的角度来看，为了细化晶粒，Ti的添加量应大于0。15%，但在实际变形铝合金中，其他组元（如Fe）以及自然夹杂物（如Al2O3）亦参与了形成晶核的作用，一般只加入0。01—0。06%便够了。熔体中B含量与Ti含量有关，要求B与Ti形成TiB2后熔体中有过剩Ti存在。
图1、B含量与晶粒度的关系
细化剂质点的尺寸、外形和分布是影响细化效果的重要因素。质点尺寸小，比表面积小，在熔体中弥散分布，则细化效果好。
二、现有生产铝钛硼合金的方法
工业制造Al-Ti-B母合金，通常是在感应加热炉中或者在电弧炉中熔化铝并加入Ti-B合金。纯钛是从TiCl4用热还原法制取，而硼是用KBF4-KCl熔盐电解B2O3而制取，所以Ti和B的造价昂贵，现在纯钛剂价格在20万元/吨左右，也增加了生产Al-Ti-B母合金的成本，现在Al-Ti-B母合金一般市场价比铝锭高约6000—8000元。
解释一下：单晶的金属力学性能很好，晶粒越细小力学性能也很好，但是单晶的尺寸无限大的金属力学性能要比晶粒无限细小的要好很多！
控制晶粒大小方法很多，主要原理有两个：
1。增大金属结晶时的过冷度
2.增加结晶晶核
具体方法：电磁搅拌，加晶粒细化剂（如铝合金加Al-Ti-C中间合金作为晶粒细化剂），降低凝固温度，加细化晶粒的合金元素等等很多。
拓展资料：
新星转债主要业务如下：
（1）铝晶粒细化剂的生产制造与销售 铝晶粒细化剂（铝钛硼、铝钛碳）作为铝材加工过程中的重要添加剂，广泛应用于航空航天、轨道交通、军工、航海、建筑、机械制造、化学工业等各种领域用的铝材制造加工。
（2） 氟盐材料制造与销售 氟盐材料包括氟钛酸钾、氟硼酸钾，该材料系铝晶粒细化剂主要原材料。 （3） 萤石矿开采与销售 瑞金绵江萤矿系公司全资子公司，萤石现可采量 59 万吨。萤石矿是氟盐制造的主要原材料，鉴于萤石矿资源不可再生的特点，具有较强的稀缺性，随着本行业的不断发展，未来萤石矿资源的重要性将愈发明显，行业内企业对上游萤石矿资源存在一定程度的依赖；公司利用自身优势，抓住机遇提前布局，向上游进行纵向拓展，为公司全产业链布局奠定了坚实基础。
一、可转债发行上市概况 经中国证券监督管理委员会“证监许可〔2020〕1441号”文核准，深圳市新星轻合金材料股份有限公司（以下简称“公司”）于2020年8月13日公开发行了595.00万张可转换公司债券，每张面值100元，发行总额59，500万元。 经上海证券交易所自律监管决定书〔2020〕301号文同意，公司59，500万元可转换公司债券于2020年9月11日起在上交所挂牌交易，债券简称“新星转债”，债券代码“113600”。根据有关法律法规的规定和《深圳市新星轻合金材料股份有限公司可转换公司债券募集说明书》的约定，公司发行的“新星转债”自2021年2月19日起可转换为本公司股份，转股的初始价格为23.85元/股。
二、可转债本次转股情况 公司发行的“新星转债”转股期为2021 年2 月19日至2026 年8月12日。自2021年7月1日至2021年9月30日，累计已有人民币74，000元“新星转债”。
在铝合金中加入微量的钪，可促进晶粒细化，提高再结晶温度250℃～280℃，是铝合金强有力的晶粒细化剂和有效的再结晶抑制剂，对合金的结构和性能产生明显的影响，使其强度、硬度、焊接性能、耐腐蚀性能等得到很大提高。钪对铝有着很好的弥散强化作用，在热加工或退火处理状态均保持稳定的非再结晶组织，其中一些合金是经变形很大的冷轧薄板，即使在退火后仍保持这种结构。钪对再结晶的抑制作用，能消除焊缝热影响区的再结晶组织，基体的亚晶组织可直接过渡到焊缝的铸态组织，使含钪铝合金的焊接接头有高的强度和抗腐蚀性能。钪对铝合金抗腐蚀性能的改善作用，也是由于钪细化了晶粒和抑制了再结晶过程的缘故。加入钪还可使铝合金具有良好的超塑性，添加0.5%左右钪的铝合金经超塑性处理后,其延伸率可达到1100%。因此，铝钪合金可望成为新一代的航天、航空、舰船工业用轻质结构材料，俄罗斯已开发出10多个牌号的含钪铝合金，主要用于航天、航空、舰船的焊接荷重结构件以及碱性腐蚀介质环境用铝合金管材、铁路油罐、高速列车关键结构件等。
作用主要有：
1.消除铜合金粗大柱状晶，显著细化晶粒，抗氧化，使铸件表面光滑细致。
2. 提高铸造金属的流动性和可塑性，更容易成型，降低次品率。
3.增加合金强度，消除热应力裂缝、凹陷、麻点、气孔、气泡、流星尾巴等现象。
4.降低铸造温度，不需要加温加压，节约能耗。
这个产品已经被连续使用三十年左右，用户分布在全球27个国家和地区。
一线卫浴品牌固定使用。
