铸造铝合金都有哪些分类?
现代铸造铝合金按主要加入的元素可分为4个系列,即:铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系。对这4个系列,各国都有相应的合金和合金牌号的标记。中国采用ZL+3位数字标记法,第一位数字表示合金系,其中:1表示铝硅合金系,2表示铝铜合金系,3表示铝镁合金系,4表示铝锌合金系,第二、三位数字表示合金序号。中国的几种典型铸造铝合金如表所示,根据合金的使用特性可分为:耐热铸造铝合金、气密铸造铝合金、耐蚀铸造铝合金和可焊铸造铝合金。
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。
压铸铝合金的种类:
1、Al-Mg合金
Al-Mg铝合金的性能特点是:室温力学性能好;抗腐蚀性强;铸造性能比较差,力学性能的波动和壁厚效应都较大;长期使用时,有因时效作用而使合金的塑性下降,甚至压铸件出现开裂的现象;压铸件产生应力腐蚀裂纹的倾向也较大等。Al-Mg合金的缺点部分抵消了它的优点,使其在应用方面受到一定的限制。
2、Al-Zn合金
Al-Zn铝合金压铸件经自然时效后,可获得较高的力学性能,当锌的质量分数大于10%时,强度显著提高。此合金的缺点是耐蚀性差,有应力腐蚀的倾向,压铸时易热裂。常用的Y401合金流动性好、易充满型腔,缺点是形成气孔倾向性大,硅、铁含量少时,易热裂。
3、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。
变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,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等热处理手段来提高机械性能,又可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。
目前铝合金广泛用于建筑工程结构和建筑装饰,如屋架、屋面板、幕墙、门窗框、活动式隔墙、顶棚、暖气片、阳台和楼梯扶手以及其他室内装修和建筑五金等。同时建筑铝材的产品也不断更新,有彩色铝板、复合铝板、复合门窗框、铝合金模板等新颖建筑制品被广泛用于工业与民用建筑中。
铜合金:常见的铜合金有黄铜,青铜及白铜等.
铝合金:根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和特殊铝等五种.
铅基合金:铅基轴承合金是铅锑锡铜合金,它的硬度适中,磨合性好,磨擦系数稍大,而韧性很低.回此,它适用于浇注受震较小,载荷较轻或速度较慢的轴瓦.
镍合金:镍能与铜,铁,锰,铬,硅,镁组成多种合金.其中镍铜合金是著名的孟乃尔合金,它强度高,塑性好,在750度以下的大气中,化学性能稳定,广泛用于电气工业,真空管,化学工业,医疗器材和航海船舶工业等方面.
锌合金:锌合金的主要添加元素有铝,铜和镁等.锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类.铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好,适用于压铸仪表,汽车零件外壳等.
镁合金:镁合金中的合金元素主要有铝,锌各锰,有时也加入少量的锆,铈,钍等.镁合金按生产工艺不同也可分为形变与铸造镁合金两大类.镁合金是重要的轻质结构材料,广泛应用于航空,航天工业方面.
钛合金:钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂.锡基合金:锡基轴承合金是锡锑铜合金.它的磨擦系数小,硬度适中,韧性较好,并有很好的磨合性,抗蚀性和导热性,主要用于高速重载荷条件下工作的轴瓦.
大的方面包括:压铸、浇铸和锻造用的铝合金锭,铝挤型用铝棒,还有用做铝板带泊用的纯铝锭。
1.常用压铸铝锭:ADC12、A380、ZLD102、ZLD104和非标铝合金锭。
2.常用浇铸铝锭:ZLD102、ZLD104、ZLD107、A356等。
2.常用锻造铝锭:W023等。
3.常用做铝板带泊的铝:A00 纯度99.7%加镁锰硅等元素做成各种铝板带,铝泊可能要用99.9%纯 铝。
4.常用做型材的铝棒:6061、6063。
铝硅合金:主要包含YL102(ADC1、A413.0等)、YL104(ADC3、A360);
铝硅铜合金:主要包含YL112(A380、ADC10等)、YL113(3830)、YL117(B390、ADC14)ADC12等;
铝镁合金:主要包含302(5180、ADC5、)ADC6等。
对于铝硅合金、铝硅铜合金,固名思义,其成分除铝之外,硅与铜是主要构成;通常情况下,硅含量在6-12%之间,主要起到提高合金液流动性的作用;铜含量仅次之,主要起到增强强度及拉伸力的作用;铁含量通常在0.7-1.2%之间,在此比例之内,工件的脱模效果最佳;通过其成分构成可以看出,此类合金是不可能氧化上色的,即使采用脱硅氧化,也难以达到理想效果。对于铝镁合金,是可以氧化上色的,这是区别与其它合金的一个重要特点.
目前铝合金压铸件一般常用A380,A360,A390,ADC-1,ADC-12等材料。ADC12相当于美国ASTM标准的A383,而A380相当于日本标准的ADC10。在日本,ADC12被广泛应用,但在美国,A380被广泛应用,两者的成分也较接近,只不过Si的含量差异大些,ADC12为9.5~12%,而A380i的含量为7.5~9.5%,另外Cu的含量也有些差异,ADC12为1.5~3.5%,而A380为2.0~4.0%,其它成分基本相同。
在我国最常用的是ADC12材料和ADC6材料。两种材料的主要区别在于ADC12的Si,Fe,Cu,Zn,Ni,Sn的含量高于ADC6,而Mg的含量则低于ADC6,ADC12压铸成型及机械加工性能会好一些,耐腐蚀性能方面则逊于ADC6材料。