1.3.3 3×××系铝合金

(1)合金的性质和用途

3×××系铝合金是以锰为主要合金元素的铝合金, 属于热处理不可强化铝合金。它的塑性高, 焊接性能好, 强度比1×××系铝合金高, 而耐蚀性能与1×××系铝合金接近, 是一种耐腐蚀性能良好的中等强度铝合金。3×××系铝合金用途广, 可加工成板材、 管材、 型材和线材。对于那些承受负荷较小, 但要求较好的抗蚀性和焊接性能的零件, 可用3×××系铝合金制造。

(2)各合金元素及杂质的作用

锰: 锰是3×××系铝合金中的主要合金元素。锰含量在1.0%~1.6%范围内时, 合金具有较高的强度、 良好的塑性和工艺性能。当锰含量高于1.6%时, 合金强度随之提高, 但由于形成大量脆性化合物MnAl6, 合金变形时容易开裂。锰与铝可以生成MnAl6相。合金的强度随锰含量的增加而提高。随着锰含量的增加, 合金的再结晶温度也相应地提高。该系合金具有很大的过冷能力, 因此在快速冷却结晶时, 产生很大的晶内偏析, 锰的浓度在枝晶的中心部位低, 而在边缘部位高。当冷加工产品存在明显的锰偏析时, 其在退火后易形成粗大晶粒。

铁: 适量的铁既能减少晶内偏析, 又起细化晶粒的作用。铁可溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6化合物, 从而降低锰在铝中的溶解度。但Fe+Mn含量高时, 容易产生大量的粗大片状(FeMn)Al6化合物, 该粗大化合物性脆, 呈粗大片状组织, 降低合金的力学性能和工艺性能。因此控制合金中铁含量在 0.4%~0.7%之间, 并保证Fe+Mn总量不大于1.8%。

硅: 硅是有害杂质, 硅和锰形成复杂三元相T(Al12Mn3Si2), 该相也溶解于铁, 形成(Al 、 Fe、 Mn、 Si)四元相。若合金中铁、 硅同时存在, 则先形成α(Al12Fe3Si2)或β(Al9Fe2Si2)相, 破坏铁的有利影响。故合金中的硅应控制在0.6%以下。硅也能降低锰在铝中的溶解度。硅能降低合金的塑性, 使制品裂纹的倾向性增加。

铁和硅: 铁和硅都能降低锰在铝中的溶解度, 但硅比铁的影响大。铁和硅可以加速锰在热变形时从过饱和固溶体中的分解过程, 也可以提高一些力学性能。当铁和硅同时存在时, w(Fe)≥0.2%、 且w(Fe)>w(Si)的情况下, Al-1.25%Mn合金的裂纹倾向性急剧下降。

镁: 少量的镁(约为0.30%)能显著地降低该系合金退火后的晶粒, 并稍许提高其抗拉强度, 但同时也损害了退火材料的表面光泽。镁也可以是Al-Mn合金中的合金化元素, 添加0.3%~1.3%的Mg, 合金强度提高, 伸长率(退火状态)降低。

铜: 合金中含有0.05%~0.5%Cu可以显著提高其抗拉强度, 但少量的铜(0.10%)便能使合金的耐蚀性能降低, 故合金中铜应控制在0.2%以下。

锌: 锌含量低于0.5%时对合金的力学性能和耐蚀性能无明显影响。考虑到合金的焊接性能, 锌的含量限制在0.2%以下。

(3)部分合金的过烧温度

3×××系部分合金的过烧温度见表1-4。

表1-4 3×××系铝合金的过烧温度