2010秋-輕合金-4-鋁合金相圖及合金相

1、鋁合金相圖鋁合金相圖及及合金相合金相1. 鋁合金相圖鋁合金相圖 v1. 1 鋁合金中重要的二元相圖鋁合金中重要的二元相圖v鋁合金中重要的二元合金相圖主要包括鋁合金中重要的二元合金相圖主要包括Al-Fe、 Al-Cu、 Al-Mn、 Al-Si、 Al-Mg、Al-Zn、Al-Cr、Al-Ti、Al-Zr、Al-La、Al-Ce 等相圖。等相圖。v圖圖1圖圖12是相應的部分二元合金相圖。是相應的部分二元合金相圖。 圖圖1 Al-Cr 二元相圖（二元相圖（AlCr5、AlCr10、AlCr20 ）圖圖2 Al-Cu二元相圖（二元相圖（AlCu40、AlCu50） 圖圖3 Al-Fe 二元相圖二元相

2、圖（AlFe10、AlFe20 ）圖圖4 Al-La 二元相圖（二元相圖（AlLa10、AlLa20） 圖圖5 Al-Li 二元相圖二元相圖圖圖6 Al-Mg 二元相圖（二元相圖（AlMg10、AlMg20、AlMg50 ）圖圖7 Al-Mn 二元相圖（二元相圖（AlMn10、AlMn20 ） 圖圖8 Al-Si 二元相圖二元相圖 （AlSi20、AlSi35、AlSi50 ）圖圖9 Al-Ti 二元相圖（二元相圖（AlTi5、AlTi20 ） 圖圖10 Al-Zn 二元相圖二元相圖 圖圖11 Al-Y 二元相圖（二元相圖（Al-10Y） 圖圖12 Al-Zr 二元相圖（二元相圖（AlZr5、

3、AlZr10 ） v1. 2 鋁合金中重要的三元合金相圖鋁合金中重要的三元合金相圖v鋁合金中重要的三元合金相圖如圖鋁合金中重要的三元合金相圖如圖13圖圖31所所示。示。v其中，富鋁端的其中，富鋁端的Al-Fe-Si三元相圖三元相圖是最重要的三是最重要的三元相圖之一元相圖之一，對各種系列的鋁合金研究和生產(chǎn)都對各種系列的鋁合金研究和生產(chǎn)都有一定參考價值有一定參考價值。 圖圖13 Al-Ti-B 三元相圖三元相圖 圖圖14 Al-Cu-Ce 三元相圖三元相圖 圖圖15 Al-Cu-Fe 三元相圖三元相圖 圖圖16 Al-Cu-Li 三元相圖三元相圖 圖圖17 Al-Cu-Mg 三元相圖三元相圖 圖圖

4、18 Al-Cu-Zn 三元相圖三元相圖 圖圖19 Al-Fe-Mn 三元相圖三元相圖 圖圖20 Al-Fe-Cr 三元相圖三元相圖 圖圖21 Al-Fe-Zn 三元相圖三元相圖 圖圖22 Al-Mn-Mg 三元相圖三元相圖 圖圖23 Al-Si-Mg 三元相圖三元相圖 圖圖24 Al-Zn-Mg 三元相圖三元相圖 圖圖25 Al-Si-Mn 三元相圖三元相圖 圖圖26 Al-Zn-Mn 三元相圖三元相圖 圖圖27 富鋁端富鋁端Al-Fe-Si 系系液相投影圖液相投影圖 圖圖28 富鋁端富鋁端Al-Fe-Si 相圖的相圖的固態(tài)相區(qū)固態(tài)相區(qū) 圖圖29 Al-Fe-Si體系體系550 等溫截面圖等

5、溫截面圖 圖圖30 Al-Fe-Si體系體系450 等溫截面圖等溫截面圖 圖圖31 0.5%(質量質量)Fe成分下成分下Al-Fe-Si系鋁角相圖系鋁角相圖 2. 鋁合金中的化合物鋁合金中的化合物v2. 1 1系和系和 8系中的化合物系中的化合物v1系系合金的純度大于合金的純度大于99.0% (質量質量)，其中其中Si、Fe為主要元素為主要元素。v8系系合金成分為合金成分為Al-Fe-，其中，其中Fe + 1.0% (質量質量)，對鋁箔用合金，對鋁箔用合金，主要是主要是Si元素元素，并且可能含有比并且可能含有比1系合金較高含量的系合金較高含量的Mn、Cu等合金元素，主要合金牌號有等合金元素，主

6、要合金牌號有8111（8011）、）、8079等。等。v由于形態(tài)上的明顯差別，人們最早發(fā)現(xiàn)了由于形態(tài)上的明顯差別，人們最早發(fā)現(xiàn)了兩種兩種Al-Fe-Si相相，被記為被記為 相相 和和 相相。v前者具有明顯的漢字外形前者具有明顯的漢字外形，后者則呈長針狀或盤片狀后者則呈長針狀或盤片狀。v 相中相中Si含量較低，含量較低，F(xiàn)e/Si (質量質量) 比在比在5.52.75； 相中相中Si含量較高，含量較高，F(xiàn)e/Si (質量質量) 比在比在2.251.6。v目前，目前， 相的化學計量式通常被表達為相的化學計量式通常被表達為Fe2SiAl8、Fe3Si2Al12、Fe5Si2Al20，成分組成范圍為，

7、成分組成范圍為30%33%(質質量量)Fe、6%12%(質量質量)Si；v 相的化學計量表達式有相的化學計量表達式有Fe2Si2Al9、FeSiAl5，成分組成范，成分組成范圍為圍為25%30%(質量質量)Fe、12%15%(質量質量)Si。v在平衡態(tài)的在平衡態(tài)的Al-Fe-Si系中系中， 相被認為具有相被認為具有六方六方晶格晶格結構。文獻中，結構。文獻中，六方六方 相被表達為相被表達為 或或 2。 v圖圖32是是DC鑄造鑄造1050合金中合金中六方六方 相的典型相的典型TEM形貌。形貌。v在實際合金中，也存在著具有在實際合金中，也存在著具有立方立方晶系的晶系的 相相。文獻中該相被表達為文獻中

8、該相被表達為 或或 1。圖圖32 DC鑄造鑄造1050合金合金六方六方 相相典型典型TEM形貌及形貌及100晶帶軸選區(qū)電子衍射花樣晶帶軸選區(qū)電子衍射花樣 v立方晶型立方晶型的的 相相并不是熱力學穩(wěn)定相并不是熱力學穩(wěn)定相，但是可以被但是可以被工業(yè)純鋁中少量存在的過渡族元素如工業(yè)純鋁中少量存在的過渡族元素如Mn、Ni、Cu、Cr、V、Mo、W等所穩(wěn)定等所穩(wěn)定。v由于工業(yè)純鋁合金中普遍存在上述少量微量元素，由于工業(yè)純鋁合金中普遍存在上述少量微量元素，所以所以立方立方 相成為工業(yè)純鋁合金中最為常見的相成為工業(yè)純鋁合金中最為常見的 相相。v快冷條件快冷條件下有利于下有利于立方立方 相的生成相的生成。v實

9、際上，快冷和穩(wěn)定性元素對立方實際上，快冷和穩(wěn)定性元素對立方 相生成的促進相生成的促進作用很難區(qū)分開作用很難區(qū)分開。v圖圖33(a)給出了給出了DC鑄造鑄造 Al-0.25 %(質量質量)Fe-0.13%(質量質量)Si 合金中合金中立方立方 相的典型相的典型TEM形貌形貌.v圖圖33(b)是其是其111晶帶軸的選區(qū)電子衍射花樣。晶帶軸的選區(qū)電子衍射花樣。圖圖33 DC鑄造鑄造Al-0.25%(質量質量)Fe-0.13%(質量質量)Si合金合金立方立方 相典型相典型TEM形貌及形貌及111晶帶軸選區(qū)電子衍射花樣晶帶軸選區(qū)電子衍射花樣 vWestengen 在對在對1050合金合金 0.25%(質

10、量質量)Fe，0.13%(質量質量)Si DC鑄錠均勻化前后相的形成和鑄錠均勻化前后相的形成和轉變的研究工作中，轉變的研究工作中，又發(fā)現(xiàn)一新的又發(fā)現(xiàn)一新的 相，相，Westengen 將之表達為將之表達為 相。相。v圖圖34是其典型是其典型TEM形貌及形貌及100晶帶軸的選區(qū)電晶帶軸的選區(qū)電子衍射花樣。子衍射花樣。圖圖34 相典型相典型TEM形貌及形貌及100晶帶軸選區(qū)電子衍射花樣晶帶軸選區(qū)電子衍射花樣 v2. 2 2系中的化合物系中的化合物v2系合金中，系合金中，Cu和和Mg是主要的合金元素是主要的合金元素。v在在2024、2A11等合金中，等合金中，Mn也是主要的合金元素之一也是主要的合金

11、元素之一。v由由Al-Cu-Mg系系相圖可知，在該系合金中除相圖可知，在該系合金中除 和和 二元相二元相外，還有外，還有 S 和和 T(Al6CuMg4) 等兩個三元相等兩個三元相。v工業(yè)工業(yè)Al-Cu-Mg系合金系合金中，中，不出現(xiàn)不出現(xiàn) T 和和 相相，只有，只有 (Al)+ 和和 (Al)+S 兩相共晶兩相共晶 或或 (Al) + + S 三相共晶。三相共晶。v合金中銅含量大于合金中銅含量大于2% 時出現(xiàn)時出現(xiàn) (Al)+ 兩相共晶組織。兩相共晶組織。v鋁銅合金中同時含有鎂，而且鋁銅合金中同時含有鎂，而且Mg0.2%、Si0.6Mg質質量量時，鎂全部生成時，鎂全部生成Mg2Si相。相。v

12、在在Al-Cu-Mg系系合金中除銅和鎂等主要合金元素外，合金中除銅和鎂等主要合金元素外，還有還有錳錳和鈦等少量添加元素以及鐵、硅雜質元素和鈦等少量添加元素以及鐵、硅雜質元素。v鐵、硅分別和主要合金元素形成鐵、硅分別和主要合金元素形成Mg2Si和和N (Al7Cu2Fe)相。相。鈦由于添加量較少，一般見不到含鈦相。鈦由于添加量較少，一般見不到含鈦相。v2A13和和2A01合金中不含或只含很少量錳，合金組織中不合金中不含或只含很少量錳，合金組織中不出現(xiàn)含錳相。鐵、硅雜質可能形成出現(xiàn)含錳相。鐵、硅雜質可能形成 (Al12FeSi) 相。相。v其它合金系均含有其它合金系均含有0.3%1.0%的的Mn，

13、合金組織中出現(xiàn)，合金組織中出現(xiàn)(MnFe)3SiAl12相，偶爾還可能出現(xiàn)相，偶爾還可能出現(xiàn) (FeMn)Al3或或(FeMn)Al6相。相。v雜質鐵和硅在雜質鐵和硅在Al-Cu-Mn系合金中有時還可能形成系合金中有時還可能形成(FeMn)Al6相。相。 v2. 3 3系和系和 4系中的多元化合系中的多元化合物物 v3系合金的主要合金元素是錳系合金的主要合金元素是錳，該系合金中的，該系合金中的錳含量錳含量在在1.0%1.6%，F(xiàn)e、Si是主要雜質元素是主要雜質元素。vFe、Si元素含量對合金相和顯微組織有很大影響，必須嚴格元素含量對合金相和顯微組織有很大影響，必須嚴格控制其含量?？刂破浜?。v

14、可以認為可以認為3系合金是系合金是Al-Mn-Fe-Si基基合金合金。 v3系合金的鑄態(tài)組織除基體系合金的鑄態(tài)組織除基體 (Al) 外，在枝晶間存在外，在枝晶間存在粗大富鐵共晶化合物，化合物有兩種類型粗大富鐵共晶化合物，化合物有兩種類型: 正交正交Al6(FeMn)和立方和立方Al12(FeMn)3Si，其相對數(shù)量取決于合金成分以及冷，其相對數(shù)量取決于合金成分以及冷卻速度。卻速度。v半連續(xù)鑄造的冷速有利于半連續(xù)鑄造的冷速有利于Al6(FeMn) 相的生成，在雙輥鑄造相的生成，在雙輥鑄造較高的冷速下，較高的冷速下，Al12(FeMn)3Si 為主要共晶相為主要共晶相。v在鑄造快速冷卻過程中，錳以

15、過飽和的形式存在于鋁基體中在鑄造快速冷卻過程中，錳以過飽和的形式存在于鋁基體中。v在典型鑄造態(tài)在典型鑄造態(tài) 3003合金中，約有合金中，約有0.7%0.9%(質量質量)的的Mn固固溶在鋁基體中溶在鋁基體中。v在鑄錠加熱過程中，在鑄錠加熱過程中，Al12(FeMn)3Si 和和 Al6(FeMn) 當當Si含含量低于約量低于約0.07%(質量質量)時時 在富錳的枝晶間以細小顆粒狀彌散在富錳的枝晶間以細小顆粒狀彌散析出。析出。vMn在在Al中的擴散很慢。中的擴散很慢。vFe、Si對對Mn的析出動力學有顯著影響的析出動力學有顯著影響。vSi 加速加速Mn的析出，的析出，F(xiàn)e降低降低Mn在在Al中的固

16、溶度因而也加快中的固溶度因而也加快Mn的析出速度的析出速度。v這些細小顆粒的尺寸、分布對再結晶過程有很大影響這些細小顆粒的尺寸、分布對再結晶過程有很大影響。v必須選擇合適的鑄錠均勻化工藝控制析出相的尺寸和分布，必須選擇合適的鑄錠均勻化工藝控制析出相的尺寸和分布，從而有效控制板材再結晶后合金的晶粒度從而有效控制板材再結晶后合金的晶粒度。 v在在4系合金中，系合金中，Si是主要元素是主要元素。v在部分在部分4系合金中，也添加了系合金中，也添加了Cu、Mg、Ni、Mn等等元素元素。v工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)的4A01、4A13和和4A17三個合金均含有三個合金均含有 +Si共共晶晶體和體和 (Al5FeS

17、i)相相。v由于各合金中硅含量不同，其組織中的共晶體量也依次由于各合金中硅含量不同，其組織中的共晶體量也依次(4A01、4A13和和4A17) 遞增。遞增。v在含錳的在含錳的4系合金中，系合金中，AlFeMnSi 相相也是常見的一也是常見的一個多元相。個多元相。 v2. 4 5系合金中的化合物系合金中的化合物v鎂是鎂是5系合金中的主要合金元素。系合金中的主要合金元素。v鎂在鋁中溶解度很大，在共晶溫度鎂在鋁中溶解度很大，在共晶溫度451時鎂的溶解度高時鎂的溶解度高達達14.9%(質量質量)，隨溫度降低，溶解度很快下降，在室溫，隨溫度降低，溶解度很快下降，在室溫時約為時約為1.7%。v但是，但是，

18、含鎂的過飽和固溶體分解速度非常慢，含鎂的過飽和固溶體分解速度非常慢，通常的商用通常的商用5系合金不需特別的淬火處理鎂即能基本上全部固系合金不需特別的淬火處理鎂即能基本上全部固溶在鋁中。溶在鋁中。 v商用商用5系合金的鎂含量在系合金的鎂含量在0.5%6.0%(質量質量)?？赡艽妗？赡艽嬖诘南嚯S具體成分的不同而不同。在的相隨具體成分的不同而不同。v由于由于Mg2Si在鋁中的固溶度極小，在鋁中的固溶度極小，Mg2Si是該系合金中的主是該系合金中的主要存在相要存在相。v5系合金中通常含有一定量的錳系合金中通常含有一定量的錳，錳可以提高合金強，錳可以提高合金強度和耐蝕性，度和耐蝕性，但是當錳含量過高時，

19、會使合金塑性顯著降低，但是當錳含量過高時，會使合金塑性顯著降低，尤其是在有微量鈉存在的情況下，熱軋時會產(chǎn)生尤其是在有微量鈉存在的情況下，熱軋時會產(chǎn)生鈉脆鈉脆。因此，。因此，合金中的錳含量均小于合金中的錳含量均小于1%。v錳以及雜質元素鐵、硅的存在使合金中形成含錳以及雜質元素鐵、硅的存在使合金中形成含F(xiàn)e、Mn、Si的相，如的相，如Al12(FeMn)3Si、Al6(FeMn)或或Al3Fe等。等。v由于硅與鎂結合生成了由于硅與鎂結合生成了Mg2Si，因此在鑄錠均勻化加熱過程因此在鑄錠均勻化加熱過程中，錳傾向于以中，錳傾向于以Al6(FeMn)化合物，而不是化合物，而不是Al12(FeMn)3S

20、i化化合物的形式析出。合物的形式析出。v如前所述，如前所述，5系合金中的鎂通常處于過飽和狀態(tài)，這系合金中的鎂通常處于過飽和狀態(tài)，這種過飽和固溶體在室溫下相當穩(wěn)定種過飽和固溶體在室溫下相當穩(wěn)定。v如果將合金進行一定的變形加工并在一定溫度下加熱，則固如果將合金進行一定的變形加工并在一定溫度下加熱，則固溶體中將析出溶體中將析出 (Al3Mg2)(即即Al8Mg5)平衡相或平衡相或 (Al3Mg2)亞穩(wěn)亞穩(wěn)相。相。v在較低的溫度下，在較低的溫度下， 相相當穩(wěn)定，較長時間的時效也不會發(fā)相相當穩(wěn)定，較長時間的時效也不會發(fā)生向平衡生向平衡 相的轉變。相的轉變。 相或相或 相的時效強化效果不大，而相的時效強化

21、效果不大，而且易于沿晶界或剪切帶析出，惡化合金的抗腐蝕性能。且易于沿晶界或剪切帶析出，惡化合金的抗腐蝕性能。v在在5系合金中添加微量系合金中添加微量Cr可以提高合金的耐蝕性，可以提高合金的耐蝕性，Cr在鋁中的溶解度極小，在含有在鋁中的溶解度極小，在含有Cr和和Mn的合金中，在鑄造和的合金中，在鑄造和鑄錠均勻化加熱過程中還會形成鑄錠均勻化加熱過程中還會形成Al、Mn、Cr三元相三元相。在壓在壓力加工的板材產(chǎn)品中，力加工的板材產(chǎn)品中，Cr經(jīng)常以細小分散的經(jīng)常以細小分散的E(Al12Mg2Cr)相相存在，能抑制晶核形成和晶粒長大存在，能抑制晶核形成和晶粒長大。v2. 5 6系和系和 7系中的化合物系

22、中的化合物v6系合金包括系合金包括Al-Mg-Si和和Al-Mg-Si-Cu系合金。系合金。vAl- Mg-Si-Cu系合金中銅含量在系合金中銅含量在0.4%以下，主要強化相是以下，主要強化相是Mg2Si。vAl-Mg-Si系合金系合金沒有三元化合物沒有三元化合物，只有兩個二元化合物，只有兩個二元化合物 和和Mg2Si相。相。vMg2Si相是該系合金的主要強化相，相是該系合金的主要強化相，Mg2Si的鎂、硅比為的鎂、硅比為1.73: 1。v工業(yè)應用的工業(yè)應用的Al-Mg-Si系合金中鎂、硅比一般系合金中鎂、硅比一般小于小于1.73，按，按相圖應有硅過剩，相圖應有硅過剩，過剩硅在合金中以單質硅形

23、式存在過剩硅在合金中以單質硅形式存在，形，形成成 (Al)+Mg2Si+Si 三相共晶。三相共晶。v由于工業(yè)合金中還含有銅、鐵和錳等組元，硅將和錳形成由于工業(yè)合金中還含有銅、鐵和錳等組元，硅將和錳形成多元復雜化合物多元復雜化合物。v工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)的Al-Mg-Si-Cu系系合金中，合金中，當鎂含量大于當鎂含量大于0.3%0.3%、硅大于硅大于0.2%0.2%時合金組織中出現(xiàn)時合金組織中出現(xiàn)MgMg2 2SiSi相相；硅含量大于鎂、硅含量大于鎂、銅含量大于銅含量大于0.1%，或含有等量的鎂和硅、銅含量大于，或含有等量的鎂和硅、銅含量大于0.3%，即出現(xiàn)，即出現(xiàn)W(Cu2Mg8Si6Al5)相

24、相。v合金中合金中錳或鉻錳或鉻加入量大于加入量大于0.1%，且合金中硅含量等于或，且合金中硅含量等于或大于鎂含量時，還會出現(xiàn)大于鎂含量時，還會出現(xiàn)(FeMn)3Si2Al15或或(CrFe)4SiAl13相相。 v6061和和6063合金半連續(xù)鑄造狀態(tài)主要組成為合金半連續(xù)鑄造狀態(tài)主要組成為 (Al)+Mg2Si二相共晶體，二相共晶體， 6070合金則為合金則為 (Al)+Mg2Si+W三相共晶體。三相共晶體。v此外，由于這些合金中此外，由于這些合金中均含有錳均含有錳，組織中將出現(xiàn)，組織中將出現(xiàn)(FeMn)3 Si12Al15相，相，6083合金中若合金中若以鉻代錳以鉻代錳則生成則生成(CrFe

25、)4Si4Al13相。相。 v7系合金包括系合金包括Al-Zn-Mg系和系和Al-Zn-Mg-Cu系合金系合金。v在在Al-Zn-Mg合金合金中，鋅和鎂除與鋁分別形成中，鋅和鎂除與鋁分別形成 和和 (MgZn2)兩個二元相外，還形成兩個二元相外，還形成T(Al2Mg3Zn3)三元化合物。三元化合物。v在在Al-Zn-Mg-Cu系合金系合金中，鋁和鋅、鎂、銅間形成中，鋁和鋅、鎂、銅間形成 、 (Mg5Al8)、 二元相和二元相和S、T(Al6CuMg4)及及T(Al2Mg3Zn3)等三元相，等三元相，T(Al6CuMg4)和和T(Al2Mg8Zn3)為同晶型，可連為同晶型，可連續(xù)互溶形成續(xù)互溶形

26、成T(AlZnMgCu)相。相。vAl-Zn-Mg-Cu系合金系合金除主要合金組元鋅、鎂和銅外，還有除主要合金組元鋅、鎂和銅外，還有錳、鉻、鈦等微量添加元素以及鐵、硅雜質錳、鉻、鈦等微量添加元素以及鐵、硅雜質。雜質硅與鎂雜質硅與鎂生成生成Mg2Si相，相，鐵和錳生成鐵和錳生成AlFeMnSi相，鈦和鉻除溶入相，鈦和鉻除溶入 (Al)和化合物和化合物AlFeMnSi外，含量不多時，一般不單獨生外，含量不多時，一般不單獨生成鋁化物。成鋁化物。 v工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)的Al-Zn-Mg系合金成分處于系合金成分處于Al-Zn-Mg合金相圖合金相圖的的 +T (MgZn2)相區(qū)內(nèi)，即使在快速冷卻的半連續(xù)鑄

27、相區(qū)內(nèi)，即使在快速冷卻的半連續(xù)鑄造情況下，鎂含量造情況下，鎂含量3%，鋅、鎂比大于，鋅、鎂比大于2.2時，也出現(xiàn)時，也出現(xiàn) 相。相。v7003合金鑄態(tài)組織中，除合金鑄態(tài)組織中，除T外，還有外，還有 相。鐵、硅雜質在相。鐵、硅雜質在7003合金組織中以合金組織中以AlFeMnSi相存在，硅還和鎂生成相存在，硅還和鎂生成Mg2Si相。為改善合金的焊接性能，相。為改善合金的焊接性能，7003合金中還同時加合金中還同時加入鉻、鈦、鋯等過渡元素。這些元素除部分溶入入鉻、鈦、鋯等過渡元素。這些元素除部分溶入 (Al)中外，中外，還會溶入還會溶入AlFeMnSi相中或生成相中或生成ZrAl3初晶。因此，初晶

28、。因此，7003合合金的鑄態(tài)化合物包括金的鑄態(tài)化合物包括 、T、Mg2Si、AlFeMnSi和和ZrAl3初初晶。晶。 v工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)的Al-Zn-Mg-Cu系合金成分常處在系合金成分常處在 +T(AlZnMgCu)、 +T(AlZnMgCu)+S、 (Al)+ +T(AlZnMgCu)和和 (Al)+ +S+T(AlZnMnCu)四個相區(qū)四個相區(qū)的交界附近，因此隨鑄造時的冷卻速度不同，或合金成分的交界附近，因此隨鑄造時的冷卻速度不同，或合金成分的變化，常出現(xiàn)不同的組織。的變化，常出現(xiàn)不同的組織。v當合金中銅含量小于鎂的含量，鋅、鎂比小于當合金中銅含量小于鎂的含量，鋅、鎂比小于2.2時時

29、，在，在半連續(xù)鑄造半連續(xù)鑄造Al-Zn-Mg-Cu系合金組織中只有系合金組織中只有 (Al) +T(AlZnMgCu)共晶體。共晶體。v當鋅含量大于當鋅含量大于3%，銅和鎂含量各大于，銅和鎂含量各大于1%，且銅含量大于，且銅含量大于鎂含量時鎂含量時，則生成，則生成S相；鋅、鎂比大于相；鋅、鎂比大于2.2時，則出現(xiàn)時，則出現(xiàn) 化化合物。合物。v2. 6 鋁合金中的稀土化合物鋁合金中的稀土化合物v近年來，稀土在鋁合金中的應用受到國內(nèi)外的廣泛關注，近年來，稀土在鋁合金中的應用受到國內(nèi)外的廣泛關注，俄羅斯、美國、日本、英國、印度等國家和我國都投入了俄羅斯、美國、日本、英國、印度等國家和我國都投入了較多

30、的人力開發(fā)和研究新型稀土鋁合金較多的人力開發(fā)和研究新型稀土鋁合金。目前，我國已有目前，我國已有一些新型稀土鋁合金成功地投人工業(yè)生產(chǎn)或試生產(chǎn)一些新型稀土鋁合金成功地投人工業(yè)生產(chǎn)或試生產(chǎn)。v鋁合金中稀土化合物是決定稀土鋁合金各種性能好壞的主鋁合金中稀土化合物是決定稀土鋁合金各種性能好壞的主要因素之一要因素之一。v但是，由于工業(yè)鋁合金中存在著大量的雜質元素，實際合但是，由于工業(yè)鋁合金中存在著大量的雜質元素，實際合金中稀土化合物的結構和形成規(guī)律都非常復雜。金中稀土化合物的結構和形成規(guī)律都非常復雜。v經(jīng)過不斷驗證、修改和完善，鋁合金中二元稀土化合物已經(jīng)過不斷驗證、修改和完善，鋁合金中二元稀土化合物已有較

31、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，但三元及四元稀土化合物還只是不完整有較系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，但三元及四元稀土化合物還只是不完整的研究。的研究。v由于鋁合金中合金元素種類很多，加上各種快速凝固技術由于鋁合金中合金元素種類很多，加上各種快速凝固技術等先進工藝的應用，大量的穩(wěn)定和亞穩(wěn)定的稀土化合物還等先進工藝的應用，大量的穩(wěn)定和亞穩(wěn)定的稀土化合物還有待于人們?nèi)パ芯?。有待于人們?nèi)パ芯俊?v2. 6. 1 二元稀土化合物二元稀土化合物v在鋁合金中添加各種稀土元素將會出現(xiàn)在鋁合金中添加各種稀土元素將會出現(xiàn)Al-Ce、Al-La、Al-Y、Al-Yb、Al-Nd、Al-Pr、Al-Sc、Al-Sm、Al-Tm、Al-Tb、Al-MM(混

32、合稀土混合稀土)、Ce-Si、Mg-La、Ce-Fe等多等多種二元稀土化合物。種二元稀土化合物。 v(1) Al-La和和Al-Ce vLa和和Ce是稀土鋁合金中最常用的添加元素是稀土鋁合金中最常用的添加元素。vLa加入鋁中可以形成加入鋁中可以形成La3Al、LaAl、LaAl2、LaAlx、LaAl3、 -La3Al11和和 -La3Al11等二元化合物。等二元化合物。vCe加入鋁中可以形成加入鋁中可以形成 -Ce3Al、 -Ce3Al、CeAl、CeAl2、CeAl3、 -Ce3Al11、 -Ce3Al11等二元化合物。等二元化合物。v在富鋁端最可能出現(xiàn)的二元化合物是在富鋁端最可能出現(xiàn)的二

33、元化合物是Ce3Al11和和La3Al11。 為低溫相，為低溫相， 為高溫相。為高溫相。v過去在文獻中經(jīng)常提到的過去在文獻中經(jīng)常提到的Al4Ce和和Al4La化合物，實際上是化合物，實際上是 -Ce3Al11和和 -La3Al11化合物化合物。在。在Al-RE化合物中，只有化合物中，只有Eu存在著存在著Al4Eu化合物?；衔铩研究證實，研究證實，La和和Ce在鋁中的最大固溶度均為在鋁中的最大固溶度均為0.01%(質量質量)左右。左右。 v(2) Al-Nd、Al-Pr、Al-Sc和和Al-Sm vNd和鋁可以形成和鋁可以形成Nd3Al、Nd2Al、NdAl、NdAl2、NdAl3、 -Ce

34、3Al11、 -Ce3Al11等二元化合物，其中等二元化合物，其中 -Nd3Al11和和NdAl3在鋁合金中最為常見。在鋁合金中最為常見。vNd在在Al中的最大固溶度為中的最大固溶度為0.007%(質量質量)，比，比 Ce和和La在在Al中中的固溶度小的固溶度小。vPr和鋁可以形成和鋁可以形成 -Pr3Al、 -Pr3Al、Pr2Al、 -PrAl、 -PrAl、PrAl2、 -PrAl、 -PrAl、PrAl2、PrAl3、 -Pr3Al、 -Pr3Al11和和 -Pr3Al11等二元化合物，其中等二元化合物，其中PrAl3和和 -Pr3Al11有可能在工業(yè)鋁合金中出現(xiàn)。有可能在工業(yè)鋁合金中

35、出現(xiàn)。vPr在在Al中的最大固溶度為中的最大固溶度為0.009% (質量質量)。vAl-Sc和和Al-Sm系的化合物類型明顯少于系的化合物類型明顯少于Al-Nd和和Al-Pr系。系。vSc加入鋁中形成加入鋁中形成Sc2Al、ScAl、ScAl2和和ScAl3 四種二元化四種二元化合物；合物；vSm加入鋁中形成加入鋁中形成Sm2Al、SmAl、SmAl2、SmAl3和和Sm3Al11 五個化合物。五個化合物。v由于由于Sc的原子半徑較小，的原子半徑較小，Sc在鋁中有較大的固溶度，高溫在鋁中有較大的固溶度，高溫為為0.21%(質量質量)，室溫為室溫為0.15%(質量質量)。v(3) Al-Y、Al

36、-Yb、Al-Tb和和Al-Tm vY在在Al中的行為通常相似于中的行為通常相似于Dy和和Ho，它和，它和Al可以形成可以形成 -YAl3、 -YAl3、YAl2、YAl、Y3Al2、Y2Al六種二元化合物。六種二元化合物。vYAl4的存在有的文獻中曾報道過，認為是一種四方晶格的的存在有的文獻中曾報道過，認為是一種四方晶格的化合物，晶格常數(shù)化合物，晶格常數(shù)a = 0.417 nm，c = 0.977 nm， = 3.823.94 g/cm3。但是，這種化合物在。但是，這種化合物在Al-Y的平衡相圖的平衡相圖中是否存在，目前普遍持否定態(tài)度。中是否存在，目前普遍持否定態(tài)度。vY和和Al中的最大固溶

37、度為中的最大固溶度為0.05%（質量）（質量）。 vYb和和Al只形成二種二元化合物只形成二種二元化合物YbAl2和和YhAl3。vYb在在Al中幾乎不固溶。中幾乎不固溶。vTb和和Al可以形成可以形成Tb2Al、Tb3Al2、TbAl、TbAl2和和TbAl3 五種二元化合物，目前尚無合適的五種二元化合物，目前尚無合適的Al-Tb相圖。相圖。TbAl4是是否存在，還有諸多不同意見。否存在，還有諸多不同意見。v相比之下，人們對相比之下，人們對Al-Tm的研究更少，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的二元化的研究更少，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的二元化合物包括合物包括TmAl、TmAl2和和TmAl3三種化合物。三種化合物。TmAl3具具

38、有立方結構。有立方結構。vTm在在Al中的最大固溶度中的最大固溶度0.016% (質量質量)。v(4) Al-MM ( (混合混合輕輕稀土稀土) ) 化合物化合物 v混合輕稀土作為添加劑在鋁合金中應用已越來越廣泛?；旌陷p稀土作為添加劑在鋁合金中應用已越來越廣泛。v但是，由于它含有但是，由于它含有Ce、La、Nd、Pr等多種稀土元素，其等多種稀土元素，其作用機理的研究要復雜得多。作用機理的研究要復雜得多。v復合的稀土化合物的形成規(guī)律一直受到人們的關注，可采復合的稀土化合物的形成規(guī)律一直受到人們的關注，可采用有關方法進行估算。用有關方法進行估算。v假定混合稀土的含量為假定混合稀土的含量為27%(質

39、量質量)La、48%(質量質量)Ce、5%(質量質量)Pr、16%(質量質量)Nd和和4%(質量質量)其它稀土元素，則其它稀土元素，則計算表明，計算表明，Al-MM可以形成可以形成MM3Al、MMAl、MMAl2、MMAl3、 -MM3Al11和和 -MM3Al11等等6種稀土化合物。種稀土化合物。 v(5) Ce-Si、Ce-Fe、Ce-Mg 和和 La-Mg v由于鋁合金中或多或少存在著由于鋁合金中或多或少存在著Si和和Fe兩種元素，所以，兩種元素，所以，Ce-Fe和和Ce-Si二元化合物同樣可能在鋁及鋁合金中出現(xiàn)。二元化合物同樣可能在鋁及鋁合金中出現(xiàn)。vCe和和Si可以形成可以形成Ce5

40、Si3、Ce3Si2、Ce5Si4、CeSi、Ce3Si5和和CeSi2等六種稀土化合物。等六種稀土化合物。v由于鋁合金中由于鋁合金中Ce和和Si的量都較少，在非平衡凝固中，這些的量都較少，在非平衡凝固中，這些稀土硅化合物都有可能出現(xiàn)，其中尤以稀土硅化合物都有可能出現(xiàn)，其中尤以CeSi2的可能性為的可能性為最大，最大，CeSi2屬四方晶系，屬四方晶系，Ce3Si5為正交晶系，它們的晶為正交晶系，它們的晶格常數(shù)實際上隨化合物中格常數(shù)實際上隨化合物中Si含量的升高而增加。含量的升高而增加。 vCe和和Fe可以形成可以形成CeFe2和和Ce2Fe17兩種兩種平衡平衡化合物?；衔?。v在實際合金中，還

41、可能形成在實際合金中，還可能形成CeFe5稀土化合物，這種稀土化稀土化合物，這種稀土化合物在鋁合金中的存在已有許多文獻報道。它具有簡單六方合物在鋁合金中的存在已有許多文獻報道。它具有簡單六方結構，結構，a = 0.490 nm，c = 0.4136 nm。vMg是鋁合金中的主要元素之一，是鋁合金中的主要元素之一，稀土的加入有可能形成稀土的加入有可能形成Mg-稀土化合物稀土化合物。v有文獻報道有文獻報道Ce和和Mg可以形成可以形成Mg12Ce(I)、Mg12Ce(II)、Mg10Ce、Mg41Ce5、Mg3Ce、Mg2Ce和和MgCe等二元稀土化等二元稀土化合物。合物。v這些稀土化合物常常有較大

42、的固溶度范圍，因此晶格常數(shù)是這些稀土化合物常常有較大的固溶度范圍，因此晶格常數(shù)是變化的。變化的。vLa和和Mg則可以形成則可以形成Mg2La、Mg17La2、Mg3La、Mg2La和和MgLa等五種稀土化合物等五種稀土化合物。 v2. 6. 2 三元稀土化合物三元稀土化合物v鋁合金中出現(xiàn)的三元稀土化合物種類鋁合金中出現(xiàn)的三元稀土化合物種類遠遠大于遠遠大于二元稀土化合二元稀土化合物。物。v但是，由于研究工作很不系統(tǒng)，大量的三元稀土化合物還有但是，由于研究工作很不系統(tǒng)，大量的三元稀土化合物還有待于分析和驗證。待于分析和驗證。 v(1) Al-Cu-La 和和 Al-Cu-Ce vAl-Cu-La系

43、中有多個三元稀土化合物，其中兩個是系中有多個三元稀土化合物，其中兩個是Cu2LaAl10和和La(CuAl)4，它們能和鋁處于平衡。，它們能和鋁處于平衡。vCu2LaAl10屬四方晶系，晶格常數(shù)為屬四方晶系，晶格常數(shù)為a = 0.88nm，c = 0.517nm。 vLa(CuAl)4的成分范圍從的成分范圍從CuLa2Al7到到CuLa2Al3變化，也屬變化，也屬體心四方晶系，體心四方晶系，a = 0.43290.4294 nm，c = 1.081.053nm。vAl-Cu-Ce系中兩個三元稀土化合物是系中兩個三元稀土化合物是CeCu4Al8和和CeCuAl4。vCeCu4Al8屬四方晶系，屬

44、四方晶系，a = 0.8824 nm，c = 0.5158 nm，這是最近的這是最近的JCPDS卡中的晶格常數(shù)，按照過去的文獻，卡中的晶格常數(shù)，按照過去的文獻，a = 0.884 nm，c = 0.517nm，維氏硬度為，維氏硬度為3860 MN/m2。vCeCuAl4是一成分可變的化合物是一成分可變的化合物43%47%(質量質量)Ce和和1%19%(質量質量)Cu，維氏硬度為，維氏硬度為3170 MN/m2，另一個，另一個Al-Cu-Ce化合物為化合物為Ce2Cu7Al10，可看作六方晶系，可看作六方晶系，a = 0.8960.889 nm，c = 4.32041.307 nm，這是一個，這是一個非非平衡化合物。平衡化合物。 v (2) Al-Ce-Si 和和 Al-Ho-Si v在鋁合金中已發(fā)現(xiàn)了在鋁合金中已發(fā)現(xiàn)了Ce2Si2Al3、CeSi2Al2和和