浅议铁元素对铝合金的影响

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅议铁元素对铝合金的影响 摘要：6 系列铝合金是指通过浇 铸、挤压而成的合金材料，具有良好的 加工性能，在多个领域内得到广泛应用。 在 GIS 产品中，6 系列铝合金广泛应用 于法兰、母线、管材和棒材等。不同铁 元素含量在 6 系列铝合金的电学性能、 机械性能的影响有着决定性的作用，如 若处理不好，容易发生各类生产事故。 6063 铝合金通常用作导电产品的导体、 触头等，是一种常见的铝合金材料。因 此，有必要对 6063 铝合金中 Fe 元素的 作用进行研究。 中国论文网 /3/view-12973054.htm 关键词：6 系列铝合金；铁元素； 影响消除方法；合金材料；耐腐蚀性； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 机械性能 文献标识码：A 中图分类号：TG115 文章编号： 1009-2374（2015）05-0072-02 DOI：10.13535/ki.11- 4406/n.2015.0368 1 概述 6 系列铝合金是指通过浇铸、挤 压而成的合金材料，除了 NC2 标号之 外，其余都是以 6 字头命名的，其中 6063 为常规型号。6 系列铝合金在机械 加工、汽车、飞机、船舶制造、通讯设 施、建筑型材、农业管网等领域得到广 泛应用。因为其具有良好的加工性能， 在实际应用中，可以被加工成管、棒、 方形以及各种异型，是一种常见的铝合 金材料。 在生产实践中，由于 6063 铝合 金中的 Fe 的变量对铝合金性能影响较 大，会在后期加工中对型材的机械性能 产生较大范围的改变，严重时可以导致 氧化着色不均、机械性能降低等缺陷， 所以，必须认真研究所含 Fe 元素对 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 6063 铝合金的负面影响。 2 铁元素在 6063 铝合金中的影 响 2.1 铁元素对 6063 铝合金的耐腐 蚀性能的影响 在户外和潮湿环境中，金属材料 等极易腐蚀。因此，对化学性质较为活 泼的铝材的耐腐蚀性能要求较高。 纯铝以及铝合金在空气中很容易 氧化，生成致密坚实的氧化膜，具有很 好的自我保护作用，而且，当氧化膜被 破坏的时候，还可以与氧气反应，重新 生成氧化膜，具有很好的“自愈” 功能。 但是，铁元素对铝合金的这种“自愈” 功 能却有着严重的影响。随着铁含量的增 加，铝合金的腐蚀程度依然是呈现剧烈 的增长势头。实验可知，铁含量近乎 0 的时候，年腐蚀深度最小；铁含量增加 到 0.1%，年腐蚀深度增加到 2 倍；铁 含量增加到 0.3%，年腐蚀深度增加到 4 倍；铁含量增加到 0.4%，年腐蚀深度 增加到近乎 6 倍；这是因为铝与铁的电 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 势差高达 1.2V，铁元素以 A1FeSi、FeA13 等化合物存在，散布在 铝合金各个地方，先产生点腐蚀，然后 逐步沿着晶线方向发展，由点腐蚀发展 成剥层腐蚀，消弱了铝合金的耐腐蚀能 力。 2.2 铁元素对 6063 铝合金机械性 能的影响 Fe 原子在铝合金中可以形成各种 形状的铁相，其中以片状铁相最易形成、 最为常见，该铁相的最大负作用是可以 造成铝合金基体的断裂，降低铝合金的 机械性能。 由此可知，为了满足生产加工的 需要，就需要对铝合金中的 Fe 元素含 量进行调整，从而消除 Fe 元素的有害 作用。通过金相研究得知，Fe 多以富铁 质金属化合物的状态存在于铝合金中， 其中，粗大针片状 铁相具有小面特征， 会割裂基体，造成应力集中，降低合金 的力学性能，降低其伸长率，对其塑性 造成不利影响。因此，消除 铁相具有 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 重要意义。 2.3 相关的数据分析与总结 铁铝基合金材料在加入不同的金 属非金属元素之后，可以表现出强度高、 耐腐蚀、抗氧化、重量轻等机械特点。 当铝合金在铸造和拉伸的时候， 由于 Fe、Al、Ti、Si 、B 等元素在一定 的温度下可以形成复合粒子，所以会出 现铸造缩孔、氧化膜等缺陷，其最大屈 服强度为 216.64MPa，随着拉伸长度的 增加而逐渐减小；最大断裂强度为 224MPa，表现为先减小后增大的特性。 这是因为，在共晶粒子与基体结合部出 现的裂纹，其发展方向是沿着柱状晶的 生长方向发展的，当受到方向不一致的 共晶粒子的阻挡的时候，就会增大断裂 强度。 通过实验，可以得知，-Fe 固熔 体弥散分布于基体之中，当加入 1.5%Ti、0.1%B，可以有效抑制柱状晶 的形成，铝合金的抗拉强度为 585MPa，此时铝合金的塑性较差。当 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 加入 1.5%Ti、0.1%B、3%Mn，Fe-AI 合金的抗拉强度为 530MPa，虽有小幅 度的下降，但是其伸长率4%，延展性 明显得到提高。 3 消除 Fe 相的有害作用两种思 路的应用 消除 Fe 相的有害作用，多依据 两种思路而行：（1）改善 Fe 元素在铝 合金内部的形貌形成，减少危害较大的 针状铁相，使其变为危害较小的汉字状 相或其他形状；（2）通过物理或化学 方法，降低铝熔体中 Fe 元素的含量。 3.1 改变 Fe 相的存在形貌 3.1.1 加入其他金属中和 Fe 相。 通过加入特定的金属，将 Fe 分子的排 列形态变成汉字状 相，减少针状 铁 相，进而改变合金的强度、塑性与机械 性能。常用金属 Mn 作为中和媒介，加 入适量的 Mn，可以有效减少 铁相的 数量，甚至能够让 铁相完全消失。 3.1.2 熔体过热。根据 铁相在 -氧化铝夹杂物上可以生核的原理，浇 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 注过热铝液，人为制造充分过热条件， 能够显著消灭有害富铁相的形核。将合 金加热到导致合金结构发生变化的温度 之上，然后迅速冷却，迫使粗大针片状 铁相的生成受到抑制。 3.1.3 提高冷却速度。提高冷却 速度，可以缩短铁相化合物的形成尺寸， 在铝合金内部生成汉字状化合物，替代 铁相的生成。研究证明，低速（O.1 /s）冷却可以促进 铁相的形成，高速 （10/s ）冷却可以有效减少 铁相的 产生。另外，提高冷却速度还可以促进 铁相的均匀分布，从而降低应力不均匀 的危害。 3.1.4 热处理。常用的热处理方 法如下：加热铝合金到液相线之下的某 一温度并保持住，经过一段时间，富 Fe 相即被溶解，发生碎断和球化变化。 3.2 降低铝熔体 Fe 元素含量 3.2.1 稀释法。把纯铝或含铁量 较低的铝合金，投入到含铁量较高的铝 熔体中，从含量百分比的角度降低铝合 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 金的含铁量。 3.2.2 沉淀法。沉淀法有两种： （1）自由沉降法；（2）化学沉淀法。 自由沉降法的原理是：初生铁相 比铝熔体密度大，在过热温度下，静置 铝合金熔体，一段时间后，富铁相就会 下沉至熔体底部，类似水中沉淀泥沙。 化学沉淀法的原理是：在过热温 度下，使用添加剂，与铁相发生化学凝 聚或置换反应，生成密度更大的富铁相 化合物，一段时间后，富铁相化合物从 熔体底部析出。添加剂多使用含有 Mn、Cr、Ni 等金属元素的金属化合物。 3.2.3 离心法。根据离心力原理， 铝合金熔体中密度较大的铁相会移向外 缘，与铝熔体分离。该方法的优点是可 以快速高效地降低铝合金的含铁量，缺 点是浪费很大，生产工序增多。 在实际工作中，多采用综合办法 以提高祛除效率。如中和剂+沉淀+过滤， 中和剂+沉淀+离心法等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 4 结语 铝合金