铝的合金化与强化方法有哪些？

铝在合金化时常加入的合金元素有铜、镁、锌、锰、镍、钴、钛及锶等，稀土元素在某些铝合金中也有适量加入。在加入的合金元素中大多是熔点很高的元素，直接加入铝液中是极其困难的，通常将高熔点的合金元素先制成中间合金，如Al-Si、Al-Cr、Al-Cu、Al-Ti、Al-Sr等，中间合金的成分接近共晶合金，它们的熔点与铝合金的熔化温度相近，可以顺利地配制各种铝合金。这些元素对铝的强化作用主要通过以下几方面实现： （1）固溶强化 合金元素加入纯铝中形成铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高。根据合金化的一般规律，形成有限固溶体或有限固溶体型合金时，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。一般铝的合金化都形成有限固溶体，如Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn、Al-Si、Al-Mn等二元合金均形成有限固溶体，并且都有较大的极限溶解度，能起较大的固溶强化效果。在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等元素。 （2）时效强化 合金元素对铝的另一强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没有同素异构转变，故铝合金的热处理强化方法与钢不同。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度且随温度的降低而急剧减少的特点，故铝合金经加热到某一温度后水中淬火，可以得到饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性降低，这个过程称时效，在室温下放置生产时效称为自然时效，加热时产生的时效称为人工时效。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。淬火加时效处理是铝合金强化的一种重要手段。 （3）过剩相强化 当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现，称之为过剩相。在铝合金过剩相多数为硬而脆的金属间化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。合金过程中过剩相的数量越多，其强化效果越好，但过剩相过多时，由于合金变脆而导致强度、塑性急剧降低。 （4）细化组织强化及变质处理 在铝合金中添加微量合金元素细化组织是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。细化组织包括细化铝合金固溶体基体和过剩相组织。 变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土等元素，它们能形成难熔化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。 铸造铝合金中常加入微量元素作变质剂进行变质处理来细化合金组织，提高强度和塑性。变质处理对不能热处理强化或强化效果不大的铸造铝合金和变形铝合金具有特点重要的意义。如在铝硅铸造铝合金中加入微量钠或钠盐或锑作变质剂进行变质处理，细化组织可以显著地提高塑性和强度。同样在铸造铝合金中加入少量锰、铬、钴等元素能使杂质铁形成的板块状或针状化合物AlFeSi细化，提高塑性。 （5）冷变形强化 冷变形强化亦称冷作硬化，即金属材料在再结晶温度以下的冷变形。冷变形后材料即被强化，强化的程度随变形度、变形温度及材料本身的性质而不同。同一种材料在同一温度下冷变形时，变形度越大则强度越高。但塑性随变形程度的增加而降低。 冷变形强化是金属材料常用的强化方法之一，不能热处理强化的纯铝、防锈铝合金主要采用冷变形强化。冷变形时，金属内部位错密度增大，且相互缠结并形成胞状结构，阻碍位错运动。变形度越大位错缠结越严重，变形抗力越大，强度越高。