アルミニウム合金の性能に影響する8大合金元素

 

1、銅

 

銅は重要な合金元素であり、一定の固溶強化効果があり、また時効析出したCuAl 2は顕著な時効強化効果がある。アルミニウム板中の銅含有量は通常2.5%〜5%であり、銅含有量は4%〜6.8%で強化効果が最も高いため、大部門のジュラルミン合金の銅含有量はこの範囲にある。

 

2、シリコン

 

Al−Mg 2 Si合金系合金平衡相図アルミニウム富化部門Mg 2 Siのアルミニウム中での最大溶解度は1.85%であり、温度の低下に伴って減速が小さく、変形アルミニウム合金の中で、シリコンがアルミニウム板に単独で添加されるのは溶接材料に限られ、シリコンがアルミニウムに添加されるのにも一定の強化作用がある。

 

3、マグネシウム

 

マグネシウムのアルミニウム強化は顕著であり、マグネシウムを1%増加するごとに、引張強度は約34 MPa上昇した。1%以下のマンガンを添加すると、強化作用を増補する可能性がある。そのため、マンガン添加後はマグネシウム含有量を低下させることができ、同時に熱割れ傾向を低下させることができ、またマンガンはMg 5 Al 8化合物を平均的に沈殿させ、レジスト性と溶接機能を改善することができる。

 

4、マンガン

 

固溶体中のマンガンの最大溶解度は1.82%であった。合金強度は溶解度の増加に伴い増加し続け、マンガン含有量が0.8%の場合、伸び率は最大値に達した。Al−Mn合金は、長さが短い時効硬化合金、すなわち熱処理強化不可能である。

 

5、亜鉛

 

Al−Zn合金系平衡相図アルミニウムリッチ部門275ではアルミニウム中の亜鉛の溶解度は31.6%であったが、125では5.6%に低下した。亜鉛はアルミニウムに単独で添加され、変形を前提としたアルミニウム合金強度の進歩は非常に限られているが、同時に応力浸食による亀裂、傾向が存在しているため、その応用を制限している。

 

6、鉄とシリコン

 

鉄はAl-Cu-Mg-Ni-Fe系鍛造アルミニウム合金中、シリコンはAl-Mg-Si系鍛造アルミニウム中とAl-Si系溶接棒及びアルミニウムシリコン鍛造合金中で、いずれも合金元素として添加され、基本アルミニウム合金中で、シリコンと鉄は一般的な不純物元素であり、合金機能に顕著な影響を与える。それらは主にFeCl 3と遊離シリコンで存在する。シリコンが鉄よりも大きい場合には、β-FeSiAl 3（またはFe 2 Si 2 Al 9）相は、鉄がシリコンよりも大きい場合に形成されるα-Fe 2 SiAl 8（またはFe 3 Si 2 Al 12）。鉄とシリコンの比率がその時でないと、鋳物に亀裂が発生し、鋳造アルミニウム中の鉄の含有量が高すぎると鋳物に脆性が発生する。

 

7、チタンとホウ素

 

チタンはアルミニウム合金によく使われる添加元素であり、Al−TiまたはAl−Ti−B中間合金の形で添加される。チタンとアルミニウムはTiAl 2相を形成し、結晶化時の非自発コアとなり、鍛造組織と溶接組織を精密化する役割を果たす。Al−Ti系合金が包反応を起こした場合、チタンの臨界含有量は約0.15%であり、ホウ素が存在すると0.01%まで減速する。

 

8、クロムとストロンチウム

 

クロムはアルミニウム板の中で（CrFe）Al 7と（CrMn）Al 12などの金属間化合物を形成し、再結晶の核形成と成長過程を阻害し、合金に対して一定の強化作用があり、また合金の靭性を改善し、応力浸食割れ感受性を低下させることができる。しかし、会場は焼入れ感受性を増加し、陽極酸化膜を黄色にし、アルミニウム合金中のクロムの添加量は一般的に0.35%を超えず、合金中の遷移元素の増加に伴って低下し、ストロンチウムは押出用アルミニウム合金中に0.015%~ 0.03%ストロンチウムを添加し、インゴット中にβ-AlFeSi相が漢字形に変化α-AlFeSi相は、インゴット平均化時間を60%~ 70%減少させ、材料力学機能と塑性加工性を進歩させた、製品の表面粗さを改善する。高シリコン（10%〜13%）変形アルミニウム合金に0.02%〜0.07%ストロンチウム元素を添加することにより、初結晶を最小限に抑えることができ、力学機能も明らかに進歩し、引張強度бbは233 MPaから236 MPaに進歩し、降伏強度б0.2は204 MPaから210 MPaに向上し、伸び率б5は9%から12%に増加した。過共晶Al−Si合金にストロンチウムを添加することで、初結晶シリコン粒子のサイズを小さくし、塑性加工機能を改善し、熱間圧延と冷間圧延をスムーズに行うことができる。