鋁合金含氫有哪些因素影響

1. 問：鋁合金中各元素對鋁合金性能的影響有哪些

硅(Si)是改善流動性能的主要成份。從共晶到過共晶都能得到最好的流動性。但結晶析出的硅(Si)易形成硬點，使切削性變差，所以一般都不讓它超過共晶點。另外，硅(Si)可改善抗拉強度、硬度、切削性以及高溫時強度，而使延伸率降低。
在鋁合金中固溶進銅(Cu)，機械性能可以提高，切削性變好。不過，耐蝕性降低，容易發生熱間裂痕。作為雜質的銅(Cu)也是這樣。
鎂(Mg)
鋁鎂合金的耐蝕性最好，因此ADC5、ADC6是耐蝕性合金，它的凝固范圍很大，所以有熱脆性，鑄件易產生裂紋，難以鑄造。作為雜質的鎂(Mg)，在AL-Cu-Si這種材料中，Mg2Si會使鑄件變脆，所以一般標准在0.3%以內。
鐵(Fe)
雜質的鐵(Fe)會生成FeAl3的針狀結晶，由於壓鑄是急冷，所以析出的晶體很細，不能說是有害成份。含量低於0.7 %則有不易脫模的現象，所以含鐵(Fe)0.8 ~ 1.0 %反而好壓鑄。含有大量的鐵(Fe)，會生成金屬化合物，形成硬點。並且含鐵(Fe)量過1.2 %時，降低合金流動性，損害鑄件的品質，縮短壓鑄設備中金屬組件的壽命。
鎳(Ni) 和銅(Cu)一樣，有增加抗拉強度和硬度的傾向，對耐蝕性影響很大。想要改善高溫強度耐熱性，有時就加入鎳(Ni)，但在耐蝕性及熱導性方面有降低的影響
錳(Mn)
能改善含銅(Cu)，含硅(Si)合金的高溫強度。若超過一定限度，易生成Al-Si-Fe- P+o { T*T f;X
Mn四元化合物，容易形成硬點以及降低導熱性。錳(Mn)能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，並能顯著細化再結晶晶粒。再結晶晶粒的細化主要是通過MnAl6化合物彌散質點對再結晶晶粒長大起阻礙作用。MnAl6的另一作用是能溶解雜質鐵(Fe)，形成(Fe，Mn)Al6減小鐵的有害影響。錳(Mn)是鋁合金的重要元素，可以單獨加入Al-Mn二元合金，更多的是和其他合金元素一同加入，因此大多鋁合金中均含有錳(Mn)。
鋅(Zn)
若含有雜質鋅(Zn)，高溫脆性大，但與汞(Hg)形成強化HgZn2對合金產生明顯強度作用。JIS中規定在1.0%以內，但外國標准有到3%的，這里所講的當然不是合金成份的鋅(Zn)，而是以雜質鋅(Zn)的角色來說，它有使鑄件產生裂紋的傾向。
鉻(Cr)
鉻(Cr)在鋁中形成(CrFe)Al7和(CrMn)Al12等金屬間化合物，阻礙再結晶的形核和長大過程，對合金有一定的強化作用，還能改善合金韌性和降低應力腐蝕開裂敏感性。但會增加淬火敏感性。
鈦(Ti)
在合金中只需微量可使機械性能提高，但導電率卻下降。Al-Ti系合金產生包晶反應時，鈦(Ti)的臨界含量約為0.15%，如有硼存在可以減少。
在鋁合金中有時還存在鈣(Ca)，鉛(Pb)，錫(Sn)等雜質元素。這些元素由於熔點高低不一，結構不同，與鋁(Al)形成的化合物亦不相同，因而對鋁合金性能的影響各不一樣。鈣(Ca)在鋁中固溶度極低，與鋁(Al)形成CaAl4化合物， 鈣(Ca)能改善鋁合金切削性能。鉛(Pb)，錫(Sn)是低熔點金屬，它們在鋁(Al)中固溶度不大，降低合金強度，但能改善切削性能。
鋅合金當中各項主要元素及微量元素對鑄造性能和鑄件性能的影響
鋁(Al)
它是主要成份，有改善機械性能，提高流動性的作用，能防止鐵(Fe)的侵蝕和腐蝕。超過4.5%會變脆，低於3.5%強度，硬度會降低，流動性變差。
銅(Cu)
銅(Cu)含量超過1.25%可以明顯增加合金的強度與硬度。但Al-Cu的析出，壓鑄鑄後會收縮，繼而轉為膨脹，使鑄件尺寸不穩定。
鎂(Mg)
為抑制晶粒間的腐蝕而加入少量的鎂(Mg)，鎂(Mg)的含量超過了規定值，就會使流動性變差，並且也容易產生熱脆性，沖擊值也降低。
鉛(Pb) 錫(Sn) 鎘(Cd)
鉛(Pb)含量的增加可以降低鋅(Zn)的硬度，增加鋅(Zn)的溶解度，但是在含鋁(Al):o _;l S%E
的鋅合金中，鉛(Pb)，錫(Sn)，鎘(Cd)任意一種超過規定量，都會產生腐蝕。這種腐蝕是不規則的，經過某段時間以後才產生，而且在高溫，高濕氣氛下，腐蝕得特
鐵(Fe)
鐵(Fe)雖然能明顯提高鋅(Zn)的再結晶溫度，減緩再結晶的過程，但是在壓鑄熔煉當中，鐵(Fe)來自鐵坩堝，鵝頸管和熔化用具，固溶於鋅(Zn)，鋁(Al)所帶的鐵(Fe)是極微量的，超過了固溶限的鐵(Fe) 會以FeAl3 結晶出來。(Fe)所造成的缺陷多生成渣滓以FeAl3的化合物浮起。鑄件變脆，機加工性能變差。鐵的流動性會影響鑄件表面的光滑度。

2. 鋁合金的化學性質

鋁合金的化學成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum )
合金牌號 硅Si 鐵Fe 銅Cu 錳Mn 鎂Mg 鉻Cr 鋅Zn 鈦Ti 其它 鋁
每個 合計 最小值
2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 餘量
5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 餘量
5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 餘量
6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 餘量
7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 餘量
7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 餘量

（1）極易氧化。在空氣中，鋁容易同氧化合，生成緻密的三氧化二鋁薄膜（厚度約0．1－0．2μm），熔點高（約2050℃），遠遠超過鋁及鋁合金的熔點（約600℃左右）。氧化鋁的密度3．95－4．10g/cm3，約為鋁的1．4倍，氧化鋁薄膜的表面易吸附水分，焊接時，它阻礙基本金屬的熔合，極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷，引起焊縫性能下降。
（2）易產生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因是氫，由於液態鋁可溶解大量的氫，而固態鋁幾乎不溶解氫，因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時，氫來不及逸出，容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔目前難於完全避免，氫的來源很多，有電弧焊氣氛中的氫，鋁板、焊絲表面吸附空氣中的水分等。實踐證明，即使氬氣按GB/T4842標准要求，純度達到99．99% 以上，但當水分含量達到20ppm時，也會出現大量的緻密氣孔，當空氣相對濕度超過80%時，焊縫就會明顯出現氣孔。
（3）焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數和結晶收縮率約比鋼大兩倍，易產生較大的焊接變形的內應力，對剛性較大的結構將促使熱裂紋的產生。
（4）鋁的導熱系數大（純鋁0．538卡/Cm．s．℃）。約為鋼的4倍，因此，焊接鋁和鋁合金時，比焊鋼要消耗更多的熱量。
（5）合金元素的蒸發的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素（如鎂、鋅、錳等），在高溫電弧作用下，極易蒸發燒損，從而改變焊縫金屬的化學成分，使焊縫性能下降。

3. 鋁合金的優點謝謝，詳細些！

鋁合金密度低，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次於鋼。一些鋁合金可以採用熱處理獲得良好的機械性能、物理性能和抗腐蝕性能。

硬鋁合金屬AI—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn，可熱處理強化．其特點是硬度大，但塑性較差。超硬鋁屬Al一Cu—Mg—Zn系，可熱處理強化，是室溫下強度最高的鋁合金，但耐腐蝕性差，高溫軟化快。

鍛鋁合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金，雖然加入元素種類多，但是含量少，因而具有優良的熱塑性，適宜鍛造，故又稱鍛造鋁合金。

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合成工藝：

鋁和鋁合金可以用各種不同的方法熔煉。常使用的是無芯感應爐和槽式感應爐、坩堝爐和反射式平爐（使用天然氣或燃料油燃燒）以及電阻爐和電熱輻射爐。

爐料種類廣泛，從高質量的預合金化鑄錠一直到專門由低等級廢料構成的爐料都可以使用。然而，即使在最適宜熔煉澆注的條件下，熔化的鋁也易受三種類型的不良影響：

1、在高溫條件下，隨著時間的推移，氫氣的吸附導致溶解在熔液中氫氣的增加。

2、在高溫條件下，隨著時間的推移，熔液發生氧化。

3、合金元素的喪失。

4. 鑄造鋁合金會產生哪些缺陷或質量問題

鑄造鋁合金缺陷及分析
[size=3]一 氧化夾渣
缺陷特徵：氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經x光透視或在機械加工時發現，也可在鹼洗、酸洗或陽極化時發現
產生原因：
1．爐料不清潔，回爐料使用量過多
2.澆注系統設計不良
3．合金液中的熔渣未清除干凈
4．澆注操作不當，帶入夾渣
5.精煉變質處理後靜置時間不夠
防止方法：
1．爐料應經過吹砂，回爐料的使用量適當降低
2．改進澆注系統設計，提高其擋渣能力
3.採用適當的熔劑去渣
4．澆注時應當平穩並應注意擋渣
5．精煉後澆注前合金液應靜置一定時間

二 氣孔 氣泡
缺陷特徵：三鑄件壁內氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發亮的氧化皮，有時呈油黃色。表面氣孔、氣泡可通過噴砂發現，內部氣孔 氣泡可通過X光透視或機械加工發現氣孔 氣泡在X光底片上呈黑色
產生原因：
1．澆注合金不平穩，捲入氣體
2．型(芯)砂中混入有機雜質(如煤屑、草根 馬糞等)
3．鑄型和砂芯通氣不良
4．冷鐵表面有縮孔
5．澆注系統設計不良
防止方法 ：
1．正確掌握澆注速度，避免捲入氣體。
2．型(芯)砂中不得混入有機雜質以減少造型材料的發氣量
3．改善(芯)砂的排氣能力
4．正確選用及處理冷鐵
5．改進澆注系統設計

三 縮松
缺陷特徵：鋁鑄件縮松一般產生在內澆道附近飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態時斷口為灰色，淺黃色經熱處理後為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈雲霧狀嚴重的呈絲狀縮松可通過X光、熒光低倍 斷口等檢查方法發現<br>
產生原因：
1．冒口補縮作用差
2．爐料含氣量太多
3．內澆道附近過熱
4．砂型水分過多，砂芯未烘乾
5．合金晶粒粗大
6．鑄件在鑄型中的位置不當
7．澆注溫度過高，澆注速度太快
防止方法：
1．從冒口補澆金屬液，改進冒口設計
2．爐料應清潔無腐蝕
3．鑄件縮松處設置冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯用
4．控制型砂水分，和砂芯乾燥
5．採取細化品粒的措施
6．改進鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度

四 裂紋
缺陷特徵 :
1．鑄造裂紋。沿晶界發展，常伴有偏析，是一種在較高溫度下形成的裂紋在體積收縮較大的合金和形狀較復雜的鑄件容易出現
2．熱處理裂紋：由於熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。常在產生應力和熱膨張系數較大的合金冷卻過劇。或存在其他冶金缺陷時產生

產生原因：
1．鑄件結構設計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過於懸殊
2．砂型(芯)退讓性不良
3．鑄型局部過熱
4．澆注溫度過高
5．自鑄型中取出鑄件過早
6．熱處理過熱或過燒，冷卻速度過激
防止方法:
1．改進鑄件結構設計，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡
2．採取增大砂型(芯)退讓性的措施
3．保證鑄件各部分同時凝固或順序凝固，改進澆注系統設計
4．適當降低澆注溫度
5．控制鑄型冷卻出型時間
6．鑄件變形時採用熱校正法
7．正確控制熱處理溫度，降低淬火冷卻速度

氣孔分析
壓鑄件缺陷中，出現最多的是氣孔。
氣孔特徵。有光滑的表面，形狀是圓形或橢圓形。表現形式可以在鑄件表面、或皮下針孔、也可能在鑄件內部。
（1）氣體來源
1） 合金液析出氣體—a與原材料有關 b與熔煉工藝有關
2） 壓鑄過程中捲入氣體¬—a與壓鑄工藝參數有關 b與模具結構有關
3） 脫模劑分解產生氣體¬—a與塗料本身特性有關 b與噴塗工藝有關
（2）原材料及熔煉過程產生氣體分析
鋁液中的氣體主要是氫，約佔了氣體總量的85%。
熔煉溫度越高，氫在鋁液中溶解度越高，但在固態鋁中溶解度非常低，因此在凝固過程中，氫析出形成氣孔。
氫的來源：
1） 大氣中水蒸氣，金屬液從潮濕空氣中吸氫。
2） 原材料本身含氫量，合金錠表面潮濕，回爐料臟，油污。
3） 工具、熔劑潮濕。
（3）壓鑄過程產生氣體分析
由於壓室、澆注系統、型腔均與大氣相通，而金屬液是以高壓、高速充填，如果不能實現有序、平穩的流動狀態，金屬液產生渦流，會把氣體卷進去。
壓鑄工藝制定需考慮以下問題：
1） 金屬液在澆注系統內能否干凈、平穩地流動，不會產生分離和渦流。
2） 有沒有尖角區或死亡區存在？
3） 澆注系統是否有截面積的變化？
4） 排氣槽、溢流槽位置是否正確？是否夠大？是否會被堵住？氣體能否有效、順暢排出？
應用計算機模擬充填過程，就是為了分析以上現象，以作判斷來選擇合理的工藝參數。
（4）塗料產生氣體分析
塗料性能：如發氣量大對鑄件氣孔率有直接影響。
噴塗工藝：使用量過多，造成氣體揮發量大，沖頭潤滑劑太多，或被燒焦，都是氣體的來源。
（5）解決壓鑄件氣孔的辦法
先分析出是什麼原因導致的氣孔，再來取相應的措施。
1） 乾燥、干凈的合金料。
2） 控制熔煉溫度，避免過熱，進行除氣處理。
3） 合理選擇壓鑄工藝參數，特別是壓射速度。調整高速切換起點。
4） 順序填充有利於型腔氣體排出，直澆道和橫澆道有足夠的長度（>50mm），以利於合金液平穩流動和氣體有機會排出。可改變澆口厚度、澆口方向、在形成氣孔的位置設置溢流槽、排氣槽。溢流品截面積總和不能小於內澆口截面積總和的60%，否則排渣效果差。
5） 選擇性能好的塗料及控制噴塗量。

解決缺陷的思路
由於每一種缺陷的產生原因來自多個不同的影響因素，因此在實際生產中要解決問題，面對眾多原因到底是非功過先調機？還是先換料？或先修改模具？建議按難易程度，先簡後復雜去處理，其次序：
1） 清理分型面，清理型腔，清理頂桿；改善塗料、改善噴塗工藝；增大鎖模力，增加澆注金屬量。這些靠簡單操作即可實施的措施。
2） 調整工藝參數、壓射力、壓射速度、充型時間、開模時間，澆注溫度、模具溫度等。
3） 換料，選擇質優的鋁合金錠，改變新料與回爐料的比例，改進熔煉工藝。
4） 修改模具，修改澆注系統，增加內澆口，增設溢流槽、排氣槽等。
例如壓鑄件產生飛邊的原因有：
1） 壓鑄機問題：鎖模力調整不對。
2） 工藝問題：壓射速度過高，形成壓力沖擊峰過高。
3） 模具問題：變形，分型面上雜物，鑲塊、滑塊有磨損不平齊，模板強度不夠。解決飛邊的措施順序：清理分型面→提高鎖模力→調整工藝參數→修復模具磨損部位→提高模具剛度。從易到難，每做一步改進，先檢驗其效果，不行再進行第二步。

5. 怎麼去除鋁合金鑄件中的氫氣

鑄件形成中氣孔的主要原因是合金中含有過量的H2，氫含量占所含氣體總含量的80%～90% ，其餘是N2 、O2 CO等，而H2則來源於大氣及各種金屬原材料、熔劑和塗料中的水分受熱分解，在高溫條件下發生H2O= 2H + + O2 - 反應，這是一個可逆反應。分解出來的氧又容易與金屬液生成熔點較高的Al2O3 ，反應方程式為：2Al3 + + 3O2 - = Al2O3 ，這樣就促進了水蒸氣的高溫分解，氫離子便不斷向合金液中擴散。
氫以兩種方式存在於鋁液中：第一種是分解為原子狀態溶解在鋁液中，稱為溶解型，約佔90%;第二種氫則以分子狀態氣泡形式吸附於夾雜物的表面或縫隙中，稱為吸附型。由於氫在鋁合金液中的溶解度是隨溫度上升而增大的 ，所以在熔煉過程中合金液將吸入大量的H2 。而在結晶凝固的過程中，由於溫度降低，合金液表層首先凝固且合金的粘度增大，雖然氫的溶解度降低需從金屬液中析出，但是已經很困難了，這樣滯留在合金液中便形成了氣孔缺陷。熔化、保溫時間越長，氫含量越高.
氫在合金液中的溶解度除與溫度成正比外，還與壓力及空氣的濕度即氫分壓成正比。
合金元素及其含量對溶解度也有一定的影響，硅、銅含量增加則氫的溶解度降低，鎂含量增加則氫的溶解度增加。合金成分不同，合金液中氫的臨界含量也不同，ZL104 鋁合金為亞共晶型鋁硅合金時吸氫量最大。

6. 鋁合金熔煉過程中為什麼會吸入大量氫氣而不是其他氣體

是氫氣。
針孔是鋁合金在凝固過程中，溶解在鋁熔液中的氣體(99％H2)逸出後又沒有完全浮到鋁液表面造成
的。鋁合金在熔煉和澆注時，會吸入大量的氫氣，冷卻時則因溶解度的下降而不斷析出。鋁合金中溶解的氫，其溶解度隨合金液溫度的升高而增大

7. 為什麼鋁合金比低碳鋼焊接時對氣孔更為敏感

鋁鎂合金焊縫中的氣孔主要是由氫引起的。氫的來源有:焊絲和板材中溶解的氫及其表面氧化膜吸附的結晶水；氬氣中的氫和濕氣；焊接時由於保護不好空氣中的氫和水氣進入焊接熔池等。氫在鋁的熔點溫度下溶解度發生突變，並隨溫度增加而急增。鋁鎂合金在焊接時，焊縫中能否產生氣泡首先取決於溶入氫的濃度，在溶入氫的濃度小於0.69 cm³/100g時，形成氣泡的可能性極小。但在實際焊接過程中，由於某些因素控制不嚴，在電弧高溫作用下，溶解於鋁中氫的濃度就會大於0.69 cm³/100g，此時氣孔的產生主要取決於結晶速度：當結晶速度快到恰好抑制了氣泡的形成，則氫只能飽和固溶於焊縫金屬中，而不以氣泡形式逸出，氣孔就會發生；當結晶速度足夠慢，已形成的氫氣泡來得及逸出焊縫溶池時，也不會形成氣孔；當結晶速度正好使氣泡能夠形成而來不及逸出時便產生氣孔。其次鋁鎂合金的導熱性強，在同樣的工藝條件下其熔合區的冷卻速度是鋼的4~7倍，不利於氣泡的浮出，實際冷卻條件下是非平衡狀態。實際生產中發現鋁鎂合金對氫的溶解度較大，對氣孔的敏感性比純鋁低，出現的氣孔比較少。
主要是鋁合金在凝固是氫的溶解度發生急劇變化，加上鋁合金的導熱系數大，冷卻速度快，所以易產生氫氣氣孔。

8. 有哪些金屬元素影響能鋁合金的性能

影響了鋁合金性能的八大元素有：釩、鈣、鉛、錫、鉍、銻、鈹及鈉等金屬元素，由於根據成品鋁卷材的用途不一樣在加工過程中所加入的元素這些雜質元素由於熔點高低不一，結構不同與鋁形成的化合物也不同，因而對於鋁合金性能的影響也不一樣。

9. 鋁合金材料存在哪三大性質有哪些因素會影響到這些性質

純鋁的密度小（ρ=2.7g/cm3），大約是鐵的 1/3，熔點低（660℃），鋁是面心立方結構，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易於加工，可製成各種型材、板材，抗腐蝕性能好；但是純鋁的強度很低，退火狀態 σb 值約為8kgf/mm2，故不宜作結構材料。

1060 鋁板帶，含鋁量達到99.6%以上又被稱為純鋁板，在鋁板帶家族中屬於一款常用的系列。此系列鋁板的上風：最為常用的系列，出產過程比較單一，技術相對於比較成熟，價格相對於其它高檔合金鋁板有巨大上風。有良好的延伸率以及抗拉強度，完全能夠知足常規的加工要求（沖壓，拉伸）成型性高。為產業純鋁，具有高的可塑性、耐蝕性、導電性和導熱性，但強度低,熱處理不能強化可切削性不好；可氣焊、氫原子焊和接觸焊,不易釺焊；易承受各種壓力加工和引伸、彎曲
鋁合金材料存在哪三大性質？有哪些因素會影響到這些性質
這樣的提問感覺沒有意義