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什么是铝硅合金材料

文章出处:http://www.jundro.cn/industry/476.html人气:238时间:2020-12-26

Al-Si合金是很重要的一种工业合金,广泛地应用于航空、交通、建筑、汽车等重要行业,也用于制造低中强度的形状复杂的铸件,如盖板、电机壳、托架等,也用作钎焊焊料。该合金是一种典型的共晶型合金,相图简单,没有中间化合物产生。它具有铸造性能好,比强度高,价格不高等优点。铝是第三主族元素,而硅是半导体元素,两者相互间的固溶度很小。下面小编姐来带大家一起来了解一下吧

铝硅合金(aluminium silicon alloy)是一种以铝、硅为主成分的锻造和铸造合金, 一般含硅量为11%,同时加入少量铜、铁、镍以提高强度,密度约为2.6~2.7g/cm3,导热系数约为101~126W/(m·℃),杨氏模量为71.0GPa,冲击值约为7~8.5J,疲劳极限为±45MPa。

AI-Si合金由于质量轻、导热性能好,又具有一定强度、硬度以及耐蚀性能,因此,在汽车工业及机器制造业中广泛用来制作一些滑动摩擦条件下使用的零件。

硅含量较低时(比如0.7),铝硅合金的延展性较好,常用来做变形合金;硅含量较高时(比如7%),铝硅合金熔体的填充性较好,常用来做铸造合金。在含硅量超过Al-Si共晶点(硅含量为12.6%)的铝硅合金中,硅的颗粒含量高达14.5%~25%时,再加入一定量的Ni,CU,Mg等元素能改善其综合力学性能。它们可用于汽车发动机中代替铸铁汽缸而明显减轻重量。用作汽缸的铝硅合金,可经过电化学处理以浸蚀表层铝而在缸内壁保留镶嵌于基体的初生硅质点,其抗擦伤能力和抗磨损性以明显改善。其中含硅量11%~13%的合金以其质轻、低膨胀系数和高耐蚀性能等特点而成为最佳的活塞材料之一。

电热法生产铝硅合金的冶金温度大约在2000℃左右;在冶金过程中,氧化铝和氧化硅呈液态,一般用炭质还原剂进行还原;矿热炉一般能达到的最高温度大约在1350~2200℃左右。
铝硅合金

铝硅二元合金具有简单的共晶型相图,如图《Al+Si二元相图》所示,室温下只有α(Al)和p(Si)两种相,α(Al)的性能和纯铝相似,β(Si)的性能和纯硅相似。共晶合金的Si含量为12.6%,亚共晶合金的组织由α(Al)+共晶体(α+p)所组成,过共晶合金的组织由β(Si)+共晶体(α+β)所组成。由于结晶硅带入微量磷,即使10ppm的磷生成AlP就足以使Si含量为9%的亚共晶合金中出现初晶硅,并使共晶硅形成粗大的板片状。
图2

随硅量的增加,结晶温度区间变小,共晶体增加,流动性随之提高。硅的收缩率很小,合金的线收缩率也随之降低,热裂倾向相应减少;硅的结晶潜热大,直至Si含量为20%处,流动性仍比共晶成分的合金高。含Si量为16%~18%时有流动性的峰值。

共晶型AI-Si二元合金虽有优良的铸造性能,但由于力学性能不高,故只能用于压铸、挤压铸造等高速冷却的铸造方法;对于砂型铸造,石膏型铸造等冷却速度慢的铸造方法,必须进行变质处理,细化共晶硅,以获得足够的力学性能。

细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅,对于有大量初晶硅的过共晶合金,必须采用加磷细化初晶硅,提高力学性能。

含硅量对Al-Si二元合金耐磨、耐蚀、线膨胀系数,密度、电导率等有影响。随硅量的增加,磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。
铝的塑性大,切削时需消耗很大的功,随硅量增加,共晶体增多,切削功可减小,但共晶硅硬度高,易磨损刀具,尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金,刀具磨损更严重,被加工的表面很毛糙。为改善切削加工性能,除进行相应的变质处理,细化共晶硅、初晶硅外,可加入铋、铅等易切削元素;对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具,选择最佳切削速度和合适的切削液等,也能获得光洁的加工表面。

铝硅合金加工

综上所述,为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能,铝硅类合金的含硅量一般为7%~12%。
Al-Si二元合金的代表是ZL102合金,成分为Si含量10%~13%,剩下的为铝,金相组织为α(Al)+共晶体(α+β)及少量初晶硅。ZL102合金具有如下特点。
1)热处理强化效果小,力学性能不高
577℃时硅在α(Al)固溶体中的溶解度为1.65%,室温下降至0.05%。但热处理强化效果不大,固溶处理后人工时效只能使合金强度提高10%~20%,因为硅的沉淀和集聚速度很快,甚至固溶处理时都可能发生固溶体分解,析出硅质点,不形成共格或半共格的过渡相,因此一般只进行退火消除内应力。ZL102的力学性能不高。

2)铸造性能优良
近共晶的Al-Si二元合金的结晶温度区间小,硅的结晶潜热大,故流动性能为铸铝合金中之冠,集中缩孔倾向大,应设置合理的冒口,能获得致密的铸件,直至破坏前不会引起渗漏,硅降低氢在铝液凝固后的溶解度,如精炼不当,容易产生针孔。

3)耐磨性,抗蚀性,耐热性好
Al-Si二元合金具有软相α(Al)和硬相硅,是典型的耐磨组织,耐磨性好;α(Al)和共晶硅的电子电位相差不大,表面一层Al2O3,组织致密,对基体具有保护作用,因此耐蚀性好;ZL102合金的共晶温度为577℃,高于其余铸铝合金,温度升高时没有强化相溶解或聚集现象,因此耐热性最好。

4)必须进行变质处理,提高力学性能
变质前的力学性能低,切削加工性能差,必须进行变质处理,使板片状的共晶硅转变为纤维状,并消除初晶硅,大幅度提高力学性能。

综上所述,ZL102合金适用于压铸件或要求耐蚀、耐磨;承受中小载荷的薄壁、复杂铸件如各种仪表的框架、亮体、基座等钧杰陶瓷拥有先进的生产设备,并且还有一群一流的生产技术管理人员,持续改善公司的经营理念,最大限度地提供令客户满意的产品,真诚的与广大新老客户携手合作,永续经营之道.客户可来样来图订制各类陶瓷工件,陶瓷结构件,欢迎来电咨询钧杰陶瓷联系电话:134 128 56568。

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