7系铝合金为什么容易热裂

热裂冷裂，在高温下形成的裂纹。 其形状特征是：裂缝短、缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色（黑褐色）。形成热裂的影响因素：合金性质，铸型阻力。形成冷裂是冷却到低温处于弹性状态时所受应力总和大于该温度下合金的抗拉强度产生的 特点：裂缝细小 呈连续直线或圆滑曲线 有金属光泽或轻微氧化色。

如何防止热裂冷裂纹发生

1.改善铸件结构

壁厚力求均匀，转角处应作出过渡圆角，减少应力集中现象。轮类铸件的轮辐必要时可做成弯曲状。

2.提高合金材料的熔炼质量

采用精炼和除气工艺去除金属液中的氧化夹杂和气体等。控制有害杂质的含量，采用合理的熔炼工艺，防止产生冷裂纹。

3、采用正确的铸造工艺措施

使铸件实现同时凝固不仅有利于防止热裂纹，也有助于防止冷裂纹。合理设置浇冒口的位置和尺寸，使铸件各部分的冷却速度尽量均匀一致，减少冷裂纹倾向。

正确确定铸件在砂型中的停留时间砂型是一种良好的保温容器，能使铸件较厚和较薄处的温度进一步均匀化，减少它们之间的温度差，降低热应力，减少冷裂纹倾向。延长铸件在铸型内的停留时间，以免开箱过早在铸件内造成较大的内应力，而产生冷裂纹。

增加砂型、砂芯的退让性铸件凝固后及早卸去压箱铁，松开砂箱紧固装置等，是防止由于收缩应力而使铸件产生冷冽的有效措施。大型铸件的砂型和砂芯，在浇注后可提前挖去部分型砂和芯砂，以减少它们对铸件的收缩阻力，促使铸件各部分均匀冷却。铸件在落砂、清理和搬运过程中，应避免碰撞、挤压，防止铸件产生冷裂纹。

4、时效热处理

铸造应力大的铸件应及时进行时效热处理，避免过大的残余应力使铸件产生冷裂纹。必要时，铸件在切割浇冒口或焊补后，还要进行一次时效热处理

各种元素在铝合金中的作用（包括害处）：

合金元素影响

铜元素

铝铜合金富铝部分548时，铜在铝中的最大溶解度为 5.65%,温度降到302时，铜的溶解度为0.45%。铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。 铝合金中铜含量通常在2.5% ~ 5%，铜含量在4%~6.8%时强化效果最好，所以大部分硬铝合金的含铜量处于这范围。

铝铜合金中可以含有较少的硅、镁、锰、铬、锌、铁等元素。

硅元素

Al—Si合金系富铝部分在共晶温度577  时，硅在 固溶体中的最大溶解度为1.65%。尽管溶解度随温度降低而减少，介这类合金一般是不能热处理强化的。铝硅合金具有极好 的铸造性能和抗蚀性。

若镁和硅同时加入铝中形成铝镁硅系合金，强化相为MgSi。镁和硅的质量比为1.73:1。设计Al-Mg-Si系合金成分时，基体上按此比例配置镁和硅 的含量。有的Al-Mg-Si合金，为了提高强度，加入适量的铜，同时加入适量的铬以抵消铜对抗蚀性的不利影响。

Al-Mg2Si合金系合金平衡相图富铝部分Mg2Si 在铝中的最大溶解度为1.85%，且随温度的降低而减速小。

变形铝合金中，硅单独加入铝中只限于焊接材料，硅加入铝中亦有一定的强化作用。

镁元素

Al-Mg合金系平衡相图富铝部分尽管溶解度曲线表明，镁在铝中的溶解度随温度下降而大大地变小，但是在 大部分工业用变形铝合金中，镁的含量均小于6%，而硅含量也低，这类合金是不能热处理强化的，但是可焊性良好，抗蚀性也好，并有中等强度。

镁对铝的强化是明显的，每增加1%镁，抗拉强度大约升高瞻远34MPa。如果加入1%以下 的锰，可能补充强化作用。因此加锰后可降低镁含量，同时可降低热裂倾向，另外锰还可以使Mg5Al8化合物均匀沉淀，改善抗蚀性和焊接性能。

锰元素

Al-Mn合金系平平衡相图部分在共晶温度658时，锰在  固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。Al-Mn合金是非时效硬化合金， 即不可热处理强化。

锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化 主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成（Fe、Mn）Al6，减小铁的有害影响。

锰是铝合金的重要元素，可以单独加入形成Al-Mn二元合金，更多的是和其它合金元素一同加入，因此大多铝合金中均含有锰。

锌元素

Al-Zn合金系平衡相图富铝部分275时锌在铝中的溶解度为31.6%，而在125时其溶解度则下降到5.6%。

锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂、倾向，因而限制了它的应用。

在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量 从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度。镁的含量超过形成Mg/Zn2相所需超硬铝合金中，锌和镁的比例控制在2.7左右时，应力腐蚀 开裂抗力最大。

如在Al-Zn-Mg基础上加入铜元素，形成Al-Zn-Mg-Cu系合金，基强化效果在所有铝合金中最大，也是航天、航空工业、电力工业上的重要的铝合金材料。

2.微量元素的影响

铁和硅

铁在Al-Cu-Mg-Ni-Fe系锻铝合金中，硅在Al-Mg-Si系锻铝中和在Al-Si系焊条及铝硅铸造合金中，均作为合金元素加的，在基它铝合金 中，硅和铁是常见的杂质元素，对合金性能有明显的影响。它们主要以FeCl3和游离硅存在。在硅大于铁时，形成β-FeSiAl3(或 Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)。当铁和硅比例不当时，会引起铸件产生裂纹，铸铝中铁含量过 高时会使铸件产生脆性。

钛和硼

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al-Ti或Al-Ti-B中间合金形式加入。钛与铝形成 TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用。Al-Ti系合金产生包反应时，钛的临界含量约为0.15%，如果有硼存在则减 速小到0.01%。

铬

铬在Al-Mg-Si系、Al-Mg-Zn系、Al-Mg系合金中常见的添加元素。600℃时，铬在铝中溶解度为0.8%，室温时基本上不溶解。

铬在铝中形成（CrFe）Al7和（CrMn）Al12等金属间化合物，阻碍再结晶的形核和长大过程，对合金有一定的强化作用，还能改善合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。但会场增加淬火敏感性，使阳极氧化膜呈黄色。

铬在铝合金中的添加量一般不超过0.35%，并随合金中过渡元素的增加而降低。

锶

锶是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间 化合物相的行为。因此用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性和最终产品质量。由于锶的变质有效时间长、效果和再现性好等优点，近年来在Al-Si铸 造合金中取代了钠的使用。对挤压用铝合金中加入0.015%~0.03%锶，使铸锭中β-AlFeSi相变成汉字形α-AlFeSi相，减少了铸锭均匀化 时间60%~70%，提高材料力学性能和塑性加工性；改善制品表面粗糙度。对于高硅（10%~13%）变形铝合金中加入0.02%~0.07%锶元素，可 使初晶减少至最低限度，力学性能也显著提高，抗拉强度бb  由233MPa提高到236MPa，屈服强度б0.2由204MPa提 高到210MPa，延伸率б5由9%增至12%。在过共晶Al-Si合金中加入锶，能减小初晶硅粒子尺寸，改善塑性加工性能，可顺利地热轧和冷轧。

锆元素

锆也是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入量为0.1%~0.3%，锆和铝 形成ZrAl3化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有锆 存在时，会降低钛和硼细化晶粒的效果。 在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。

杂质元素

稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。各种稀土加入量约为0.1%at%为好。混合稀土（La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-0.65%Mg-0.61%Si合金时效G?P区形成的临界温度降低。含镁的铝合金，能激发稀土元素的变质作用。

3.杂质元素的影响

钒在铝合金中形成VAl11难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，但比钛和锆的作用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。

钙在铝合金中固溶度极低，与铝形成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大约5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi，不溶于铝， 由于减小了硅的固溶量，可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合金切削性能。CaSi2不能使铝合金热处理强化。微量钙有利于去除铝液中的氢。

铅、锡、铋元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略降低合金强度，但能改善切削性能。铋在凝固过程中膨胀，对补缩有利。高镁合金中加入铋可防止钠脆。

锑主要用作铸造铝合金中的变质剂，变形铝合金很少使用。仅在Al-Mg变形铝合金中代替铋防止钠脆。锑元素加入某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改善热压与冷压工艺性能。

铍在变形铝合金中可改善氧化膜的结构，减少熔铸时的烧损和夹杂。铍是有毒元素，能使人产生过敏性中毒。因此，接触食品和饮料的铝合金中不能含有铍。焊接材料中的铍含量通常控制在8μg/ml以下。用作焊接基体的铝合金也应控制铍的含量。

钠在铝中几乎不溶解，最大固溶度小于0.0025%，钠的熔点低（97.8℃）,合金中存在钠时，在凝固过程中吸附在枝晶表面或晶界，热加工时，晶界上的 钠形成液态吸附层，产生脆性开裂时，形成NaAlSi化合物，无游离钠存在，不产生“钠脆”。当镁含量超2%时，镁夺取硅，析出游离钠，产生“钠脆”。因 此高镁铝合金不允许使用钠盐熔剂。防止“钠脆”的方法有氯化法，使钠形成NaCl排入渣中，加铋使之生成Na2Bi进入金属基体；加锑生成Na3Sb或加 入稀土亦可起到相同的作用。

一．模具损坏分析在压铸生产中，模具损坏最常见的形式是裂纹、开裂。应力是导致模具损坏的主要原因。热、机械、化学、操作冲击都是产生应力之源，包括有机械应力和热应力，应力产生于：一．在模具加工制造过程中1、毛坯锻造质量问题有些模具只生产了几百件就出现裂纹，而且裂纹发展很快。有可能是锻造时只保证了外型尺寸，而钢材中的树枝状晶体、夹杂碳化物、缩孔、气泡等疏松缺陷沿加工方法被延伸拉长，形成流线，这种流线对以后的最后的淬火变形、开裂、使用过程中的脆裂、失效倾向影响极大。2、在车、铣、刨等终加工时产生的切削应力，这种应力可通过中间退火来消除。3、淬火钢磨削时产生磨削应力，磨削时产生摩擦热，产生软化层、脱碳层，降低了热疲劳强度，容易导致热裂、早期裂纹。对H13钢在精磨后，可采取加热至510－570℃，以厚度每25mm保温一小时进行消除应力退火。4、电火花加工产生应力。模具表面产生一层富集电极元素和电介质元素的白亮层，又硬又脆，这一层本身会有裂纹，有应力。电火花加工时应采用高的频率，使白亮层减到最小，必须进行抛光方法去除，并进行回火处理，回火在三级回火温度进行。二．模具处理过程中热处理不当...

1、铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。

在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。

2、铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、非常稳定，不易去除。

焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。

3、铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。

在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。

4、铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。

铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力，生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅0.5%时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。