铝合金共晶反应

“Si元素的共晶点”这种说法是严重错误的，单质没有共晶点，只有多元和金存在共晶点，比如铝硅共晶。

铝硅合金的共晶点温度为577摄氏度，成分为Si（12.2 mol%）。可以参阅相图。

对于亚共晶、共晶和过共晶来说，这是一个约定俗成的说法。基于相图，共晶点左侧的成分称为亚共晶成分，共晶点右侧的成分称为过共晶成分。那么共晶成分就为共晶。.

相图是指采用的热力学变量不同构成不同的相图。材料学工作者最关心的是凝聚态。相图不能说明平衡过程的动力学，不能判断体系可能出现的亚稳相。

狭义相图(Phase diagram)，也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡系统的组成与一些参数(如温度、压力)之间关系的一种图。它在物理化学、矿物学和材料科学中具有很重要的地位。

广义相图是在给定条件下体系中各相之间建立平衡后热力学变量强度变量的轨迹的集合表达，相图表达的是平衡态，严格说是相平衡图。

2,举铝合金的例子:

a,合金元素的溶解与挥发

合金元素在铝中的溶解

合金添加元素在熔融铝中的溶解是合金化的重要过程。元素的溶解与其性质有密切关系，受添加元素固态结构结合力的破坏和原子在铝液中的扩散速度控制。元素在铝液中的溶解作用可用元素与铝的合金系相图来确定，通常与铝形成易熔共晶的元素容易溶解；与铝形成包晶转变的，特别是熔点相差很大的元素难于溶解。如Al－Mg、Al－Zn、Al－Cu、Al－Li等为共晶型合金系，其熔点与铝也较接近，合金元素较容易溶解，在熔炼过程中可直接添加铝熔体中；但Al－Si、Al－Fe、Al－Be等合金系虽也存在共晶反应，由于熔点与铝相差较大，溶解很慢，需要较大的过热才能完全溶解；Al－Ti、Sl－Zr、Al－Nb等具有包晶型相图，都属难溶金属元素，在铝中的溶解很困难，为了使其在铝中尽快溶解，必须以中间合金形式加入。

元素的蒸发

蒸发这一物理现象在熔炼过程中始终存在。金属的蒸发（或称挥发），主要取决于蒸气压的大小。在相同的熔炼条件下，蒸气压高的元素易于挥发。可把铝合金的添加元素分为两组，Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si等元素的蒸气压比铝小，蒸发较慢；Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素的蒸气压比铝的大，较易于蒸发，熔炼过程中的损失较大。

■注意一个概念:固态结构结合力,这就是经常需要求解的新材料特性,虽然形成合金前后差异很大,但终究属于物理性质的变化.

1、铝-硅系合金

通常硅含量为4%～13%，又称“硅铝明”合金。铸造性能最佳，裂纹倾向性极小，收缩率低，有很好的耐蚀性和气密性以及足够的力学性能和焊接性能。此系合金在工业上的应用虽较铝-铜系合金晚些，但于1920年发现可进行变质处理后，使该系合金的组织和性能得到改善，拓宽了使用范围，在用量上几乎占铸造铝合金的50%。铝硅系合金可分为共晶型、亚共晶型、过共晶型和添加铜、镁、锰等复杂的共晶合金。ZL102合金为典型的二元共晶合金，共晶温度为577℃，共晶成分为12.6%Si，共晶温度下α固溶体中溶解1.6%Si，室温下溶解约0.05%Si；β相为铝溶于硅中的固溶体，其溶解度极小，因而共晶组织为α+Si两相组成。多元合金的组织中，除α和硅外，还有θ（CuAl2）、W（AlxMg5Si4）等相（见铝合金的相）。含铜的铝硅合金可热处理强化，但耐蚀性差。合金中硅相的形状对强度和塑性有显著的影响，通过变质处理（在熔体中加入钠或锑），使硅相球化，合金的组织和性能得以改善。过共晶合金中的粗大初晶硅有害于力学性能和切削性能，常加入磷，形成AlP化合物，使初晶硅细化，减少其有害影响。

2、铝铜系合金

是最早出现的工业铸造铝合金。该系合金有高的强度和热稳定性，但铸造性和耐蚀性差。铜含量一般低于铜在铝中的溶解度极限（5.85%），平衡组织中无共晶体，非平衡条件下，可能出现少量共晶体，经固溶处理，使固溶体过饱和，可获得时效强化效果。合金中加入锰、钛可使晶粒细化，能补充强化和改善耐蚀性。

3、铝镁系合金

该系合金强度高，耐蚀性最佳，密度小，有较好的气密性。铝镁二元铸造合金，镁含量高达11.5%，多元合金中的镁含量一般为5%左右。合金的组织为α+β（Mg5Al8）相组成，热处理的强化效果不明显，主要为固溶强化。β（Mg5Al8）相沿晶界呈网状析出时，抗蚀性和力学性能变坏。为防止β（Mg5Al8）相沿晶界析出，多在固溶状态下使用。合金中加入硅和锰能改善合金的流动性。

4、铝锌系合金

该系合金在铸造状态就具备淬火组织特征，不进行热处理就可获得高的强度，但合金的密度大，不适宜制作飞机零件。该合金系是在硅铝明合金的基础上加锌而成，因此亦称“锌硅铝明”合金。

应用：A390铝合金为高硅过共晶铝合金，其具有良好的耐磨性，耐蚀性，低的线膨胀系数，良好的导热性，特别是良好的高温力学性能和高温尺寸稳定性，加之其Si含量较高，其密度小于共晶和亚共晶铝合金，所以较多的应用于制造发动机活塞，密度小可以减少活塞往复运动的惯性力。

与国内材料无对照，但国内有生产。

【摘要】

铝及铝合金材料密度低,强度高,热电导率高,耐腐蚀能力强,具有良好的物理特性和力学性能,因而广泛应用于工业产品的焊接结构上。铝合金在车辆部件中的应用情况、发展趋向及其在组焊中存在很多问题。对铝合金及其异种金属焊接接头进行了焊接性试验研究结果表明，其焊接接头有满意的力学性能、抗裂性及抗应力腐蚀性能，适合用于制造轻轨车辆，航空航天领域的广泛应用。

【关键字】

铝合金焊接性气孔 热裂纹等强性

【正文】

虽然已经应用铝及其合金焊成许多重要产品，但实际上并不是没有困难，主要的问题有：焊缝中的气孔、焊接热裂纹、接头“等强性”等

铝合金焊接中的气孔

氢是铝及其合金熔焊时产生气孔的主要原因,已为实践所证明。弧柱气氛中的水分、焊接材料以及母材所吸附的水分都是焊缝气孔中氢的重要来源。其中，焊丝及母材表面氧化膜的吸附水份，对焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。

1.1 弧柱气氛中水分的影响

弧柱空间总是或多或少存在一定数量的水分，尤其在潮湿季节或湿度大的地区进行焊接时，由弧柱气氛中水分分解而来的氢，溶入过热的熔融金属中，可成为焊缝气孔的主要原因。这时所形成的气孔，具有白亮内壁的特征。

1.2 氧化膜中水分对气孔的影响

在正常的焊接条件下，焊丝或工件的氧化膜中所吸附的水分将是生成焊缝气孔的主要原因。而氧化膜不致密、吸水性强的铝合金，主要是Al-Mg合金，要比氧化膜致密的纯铝具有更大的气孔倾向。因为Al-Mg合金的氧化膜中含有不致密的MgO，焊接时，在熔透不足的情况下，母材坡口端部未除净的氧化膜中所吸附的水分，常常是产生焊缝气孔的主要原因。

1. 3 减少焊缝气孔的途径

避免熔池吸氢是消除或减少焊接气孔的有效方法。为防止焊缝气孔，可从两方面着手:第一，限制氢溶入熔融金属，或者是减少氢的来源，或者减少氢同熔融金属作用的时间；第二，尽量促使气孔自熔池逸出。为了在熔池凝固之前使氢以气泡形式及时排出，这就要改善冷却条件以增加氢的逸出时间Hidetoshi Fujii等在失重条件下进行焊接试验，发现气孔明显较重力下多。

（1）减少氢的来源

所有使用的焊接材料(包括保护气体、焊丝、焊条、焊剂等)要严格限制含水量，

使用前均需干燥处理。一般认为，氩气中的含水量小于0.08%时不易形成气孔。

（2）控制焊接工艺

焊接工艺参数的影响比较明显，但其影响规律并不是一个简单的关系，须进行具体分析。焊接工艺参数的影响主要可归结为对熔池在高温存在时间的影响，也就是对氢的溶入时间和氢的析出时间的影响。焊接时，焊接工艺参数的选择，一方面尽量采用小线能量以减少熔池存在时间，从而减少气氛中氢的溶入，同时又要能充分保证根部熔合，以利根部氧化膜上的气泡浮出。所以采用大的焊接电流配合较高的焊接速度是比较有利的。

2. 铝合金的焊接热裂纹

铝及其合金焊接时，焊缝金属和近缝区所发现的热裂纹主要是焊缝金属结晶裂纹，也可在近缝区见到液化裂纹。

2.1 铝合金焊接热裂纹的特点

铝合金属于典型的共晶型合金，最大裂纹倾向正好同合金的“最大”凝固温度区间相对应。但是由平衡状态图的概念得出的结论和实际情况是有较大出入的。因此，裂纹倾向最大时的合金组元均小于它在合金中的极限溶解度。这是由于焊接时的加热和冷却速度都很迅速，使合金来不及建立平衡状态，在不平衡的凝固条件下，相图中的固相线一般要向左下方移动，以致在较少的平均浓度下就出现共晶体，且共晶温度比平衡冷却过程将有所降低。至于近缝区的“液化裂纹”，同焊缝凝固裂纹一样，也是与晶间易熔共晶的存在有联系，但这种易熔共晶夹层并非晶间原已存在的，而是在不平衡的焊接加热条件下因偏析而熔化形成的，所以称为晶间“液化”。

2.2 防止焊接热裂纹的途径

对于液化裂纹目前还无行之有效的防止措施，一般的办法是减小近缝区过热。对于焊缝金属的结晶裂纹主要是通过合理选定焊缝的合金成分并配合适当的焊接工艺来进行控制。

（1）控制成分

从抗裂角度考虑，调整焊缝合金系统的着眼点在于控制适量的易熔共晶并缩小

结晶温度区间。由于现有铝合金均为共晶型合金，少量易熔共晶的存在总是增大凝固裂纹倾向，所以，一般都是使主要合金元素含量超过裂纹倾向最大时的合金成分，以便能产生愈合作用。

（2）在焊丝中添加变质剂

铝合金焊丝中几乎都有Ti、Zr、B、V等微量元素，一般都是作为变质剂加入的。不仅可以细化晶粒而改善塑性、韧性，并可显著提高抗裂性能。Ti、Zr、B、V、Ta等元素的共同特点是都能同铝形成一系列包晶反应生成细小的难熔质点，可成为液体金属凝固时的非自发凝固的晶核，从而可以产生细化晶粒的作用。

（3）合理选用焊接工艺参数

焊接工艺参数影响凝固过程的不平衡性和凝固的组织状态，也影响凝固过程中

的应变增长速度，因而影响裂纹的产生。热能集中的焊接方法，有利于快速进行焊接过程，可防止形成方向性强的粗大柱状晶，因而可以改善抗裂性【5】。减小焊接电流、降低拘束度、改善装配间隙对减小热裂倾向都是有利的。而焊接速度的提高，促使增大焊接接头的应变速度，而增大热裂的倾向。增大焊接速度和和焊接电流，都可促使增大裂纹倾向。

3. 焊接接头的等强性

时效强化铝合金，除了Al-Zn-Mg合金，无论是退火状态下还是时效状态下焊接，若焊后不经热处理，强度均低于母材。所有时效强化的铝合金，焊后不论是否经过时效处理，其接头塑性均未能达到母材的水平【1】。就焊缝而言，由于是铸造组织，即使在退火状态以及焊缝成分同母材基本一样的条件下，强度可能差别不大，但焊缝塑性一般都不如母材。若焊缝成分不同于母材，焊缝性能将主要决定于所用的焊接材料。为保证焊缝强度与塑性，固溶强化型合金系统要优于共晶型合金系统。一般说来，焊接线能量越大，焊缝性能下降的趋势也越大【1】。对于熔合区，在时效强化铝合金焊接时，除了晶粒粗化，还可能因晶界液化而产生显微裂纹。所以，熔合区的变化主要是恶化塑性。

总之，铝合金应为具有重量轻、抗腐蚀、易成型等优点；随着新型硬铝、超硬铝等材料的出现使得这类材料的性能不断提高，因而在航空、航天、高速列车、高速舰艇、汽车等工业制造领域得到了越来越广泛的应用。同时由于铝及其合金由于热膨胀系数大而引起的较大变形；易氧化焊接时需要用惰性气体保护；易产生气孔、热裂纹以及热影响区的软化、强度降低问题。为了解决以上问题搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方式逐渐在铝及其合金的焊接中广泛之用。深入的研究铝及其合金的焊接性是开发新型铝合金及解决其焊接问题的前提。

AlSi9Cu3日本牌号（对应日本 JISH5302-82 标准 ）， A-S9U3法国牌号，A380美国牌号（对应美国 ASTMB85-82 标准）。

其中AlSi9Cu3压铸铝合金相当于国产YL113-GB/T15115-94 ，其机械性能指标如下：

抗拉强度:230

伸长度:1%

布氏硬度HB:80 。

抗拉强度：≥170N/㎜2。

屈服强度：≥100N/㎜2。

扩展资料：

GB-AlSi9Cu3化学成分：

Si8.0-10.0

Fe1.0

Cu2.7-3.7

Mn0.6

Mg0.1-0.3

Zn1.2

Ni0.5

GB-AlSi9Cu3力学性能：T4抗拉可以做到260MPa以上，延伸率1.8以上。

Al-Si 合金

由于Al-Si铝合金具有结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数也比较小等特点，因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。

Al-Si共晶体中所含的脆性相（硅相）数量最少，质量分数仅为10%左右，因而其塑性比其他铝合金的共晶体好，仅存的脆性相还可通过变质处理来进一步提高塑性。试验还表明：Al-Si共晶体在其凝固点附近温度仍保持良好的塑性，这是其他铝合金所没有的。

铸造合金组织中常要有相当数量的共晶体，以保证其良好的铸造性能；共晶体数量的增加又会使合金变脆而降低力学性能，两者之间存在一定的矛盾。但是由于Al-Si共晶体有良好的塑性，能较好的兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，所以Al-Si合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金。

参考资料来源：百度百科-压铸铝合金

参考资料来源：百度百科-机械性能