铸造AL-SI 铝硅合金的应用
变质元素对铸造Al_Si合金共晶结晶的作用及机制
twin re-entrant groove
共晶团以松散的共生模式呈辐射状生长[6]，这既可 以自型壁向内发展，也可以按内生方式，见图3。因非 规则共晶生长界面参差不齐且为非等温面，各个Si片 端部领先于α-Al相深入到液体中。最终形成的共晶团 是α-A1和板片状Si紊乱排列的两相混合体，其共晶Si 为源自相同核心经有限分枝所形成。这与灰铸铁共晶 团的情形很相似，只是因为石墨及硅分别形成旋转孪
关键词：Al-Si合金；共晶结晶；变质处理；硅晶体形貌；生长动力学 中图分类号：TG146.2+1 文献标识码：A 文章编号：1001-4977 （2011） 11-1073-07
Function of Modification Element on Eutectic Solidification of
Al-Si共晶符合非小平面-小平面非规则共晶的一般 特征，以“偏离”及“汇聚”交替方式生长[1]。在普通 铸造条件下，未经变质处理的Al-Si合金液凝固后Si晶 体的形貌如图 1a、c[2]所示。其共晶 Si为粗大 板片状 （金相磨面上看似针状或条状），呈无方向性非规则分 布，对共晶及近共晶成分的铝硅合金还常有少量初晶 Si。这样的组织致使Al-Si合金的力学性能较低。为此， 铸造生产中通常以含Na及Sr等变质剂对Al-Si合金液进 行变质处理，以实现共晶Si“片状-纤维状”的形态转 变，且消除初晶Si，凝固后共晶Si转变为细小的纤维 状，见图1b、d[3]，亦或伴有少量细片状。这一组织改 变对铸造Al-Si合金性能的提高极具意义，其抗拉强度 可升高50%左右，塑性甚至可升高3倍左右。
根据Al-Si合金变质的IIT机制，从晶体几何的角度 推 算 出 变 质 元 素 对 Si 的 理 想 原 子 半 径 比 （r/rS）i 为 1.646。据此，人们采用接近这一理想比值的其他元素 对Al-Si合金的变质效果 进行 了 广 泛 探 索 ，包 括 Ca、 Ba、Sb等，以及Y、Eu、Yb等一些稀土元素。结果显 示，这些元素的确具有不同的变质效果，其中，Na、 Sr、 Ba、 Ca、 Eu 等 变 质 元 素 将 共 晶 Si 转 变 为 纤 维 状 ， 而Y、Sb、Yb等元素可将共晶Si转变为短小片状或块 状，见图5[12]。但受多方面其他因素制约，目前国内外 实际应用的仍然以Sr和Na为主。鉴于工艺稳定性及环 境因素，Na变质在一些国家也已逐步被淘汰。
铝合金的分类
铝合金的分类目前应用于压铸方面的合金以铝合金数量占多。
取其具有质轻和良好的耐蚀性与机械性能、以及良好的热传导等物理性质。
铝合金可以分为加工材和铸造材，在加工材中又可分为热处理型铝合金材料和非热处理型铝合金材料两大类。
压铸铝合金是属于铸造材，而一般惯常用的铝合金因为是透过压铸工艺加工成产品，所以并不适合再作热处理。
1.铝－硅（Al-Si）系列一般的铝硅合金如ADC1适用于大型、薄壁及形状复杂的制品。
其硅（Si）元素含量在共晶点附近，使铸件熔液流动性变好，具有优良的铸造性，耐蚀性佳，热传导率高，热膨胀和比重少（2.65g/cm3）等优点。
但耐热脆性不佳，易生脆相，阳极氧化性也不好，若铸造条件不适当，则熔液流动性缓慢。
2.铝－硅－铜（Al-Si-Cu）系列ADC12合金是在Al-Si合金添加铜（Cu）合金元素，属最广泛使用的代表性压铸铝合金，其铸造性和机械性能优良，但耐腐蚀性较差。
3.铝－硅－镁（Al-Si-Mg）系列ADC3铝合金是在Al-Si合金内添加Mg、Fe等合金元素，具优良的机械性能，耐蚀性及铸造性良好，但当铁（Fe）含量少于1.0％时易与金属模粘合，是普遍使用的合金。
另外ADC5及ADC6合金，又称为铝－镁（Al-Mg）合金，具有更加强度、耐蚀性及切削性，是铝合金之中效果最优良的。
但由于其凝固收缩量及热膨胀系数大，故此类合金铸造性欠佳。
另外由于流动性也欠佳，容易产生粘模现象及研磨后失去金属光泽，故较适合于阳极氧化处理，另不纯物如铁（Fe）、硅（Si）等皆会影响其表面外观。
不同国家对压铸铝合金都有不同的称呼，例如Axxx是美国型号，ADCxx是日本型号，LMxx是英国型号，YLxxx是中国型号。
铝合金的成份Si（硅）为压铸合金的主要成分，也是显著改善其流动性的重要元素。
随着Si含量的增加，抗拉强度及硬度会增加但延伸率则下降。
Cu（铜）铝合金内固相溶铜量，使机械性质变佳，最高强度是在4～6％铜含量，切削性也佳，但会影响压铸铝合金的抗耐蚀能力。
各种铸造铝合金牌号的主要特点及应用
各种铸造铝合金牌号的主要特点及应用Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998各种铸造铝合金牌号的主要特点及用途ZL101的特点是成分简单，容易熔炼和铸造，铸造性能好，气密性好、焊接和切削加工性能也比较好，但力学性能不高。
适合铸造薄壁、大面积和形状复杂的、强度要求不高的各种零件，如泵的壳体、齿轮箱、仪表壳（框架）及家电产品上的零件等。
主要采用砂型铸造和金属型铸造。
Zl101A由于是在ZL101的基础上加了微量Ti，细化了晶粒，强化了合金的组织，其综合性能高于Zl101、ZL102，并有较好的抗蚀性能，可用作一般载荷的工程结构件和摩托车、汽车及家电、仪表产品上的各种结构件的优质铸件。
其使用量目前仅次于ZL102。
多采用砂型和金属型铸造。
（ZL101A合金是以ZL101合金为基础严格控制杂质含量，改进铸造技术可以获得更高的力学性能。
铸造性能，耐腐蚀性能和焊接性良好。
用于铸造各种壳体零件，飞机的泵体、汽车变速箱、燃油箱的弯管等）Zl102这种合金的最大特点是流动性好，其它性能与ZL101差不多，但气密性比ZL101要好，可用来铸造各种形状复杂、薄壁的压铸件和强度要求不高的薄壁、大面积、形状复杂的金属或砂型铸件。
不论是压铸件还是金属型、砂型铸件，都是民用产品上用得最多的一个铸造铝合金品种。
Zl104因其工晶体量多，又加入了Mn，抵消了材料中混入的Fe有害作用，有较好的铸造性能和优良的气密性、耐蚀性，焊接和切削加工性能也比较好，但耐热性能较差，适合制作形状复杂、尺寸较大的有较大负荷的动力结构件，如增压器壳体、气缸盖，气缸套等零件，主要用压铸，也多采用砂型和金属型铸造。
Zl105、ZL105A由于加入了Cu，降低了Si的含量，其铸造性能和焊接性能都比ZL104差，但室温和高温强度、切削加工性能都比ZL104要好，塑性稍低，抗蚀性能较差。
适合用作形状复杂、尺寸较大、有重大负荷的动力结构件。
铝硅合金介绍
硅的颗粒含量高达14.5%～25%时，
再加入一定量的Ni，CU，Mg等元 素能改善其综合力学性能。
介绍
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第二部分
可用于汽车发动机中代替铸 铁汽缸而明显减轻重量。用 作汽缸的铝硅合金，可经过 电化学处理以浸蚀表层铝而 在缸内壁保留镶嵌于基体的 初生硅质点，其抗擦伤能力 和抗磨损性以明显改善。其 中含硅量11%～13%的合金以 其质轻、低膨胀系数和高耐 蚀性能等特点而成为最佳的 活塞材料之一。
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8
第二部分 第三部分
应用
工艺
工作展望 工艺1：高硅铝合金，按重量百分比，其组 成如下：铝69.5～73.5％、硅19.0～21.0％、 铜4.5～5.5％、镁0.5～0.7％、铁0.8～1.0 ％、锌0.8～1.2％、锰0.2～0.4％、镍 0.03～0.08％、钛0.1～0.2％、铋0.2～0.4 ％、杂质0.1～0.15％。制备方法：将回收 的废铝经检测后进行配料，将配好的料投 入熔炼炉中，熔炼温度控制在900～950℃， 熔炼时间为4～6小时；再经调整炉料、变 质处理、精炼、扒渣及浇铸。本发明可以 降低电能消耗、降低成本，减少环境污染、 制备工艺简单。 电热法生产铝硅合金的冶金温度大约在 2000℃左右；在冶金过程中，氧化铝和氧化 硅呈液态，一般用炭质还原剂进行还原；矿 热炉一般能达到的最高温度大约在 1350~2200℃左右。
介绍
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Al-Si合金的应用
Al-Si合金是铸造铝合金中品种最多，用途最广的一类合金。
在这类合金中 Si是主要合金化元素 ,Si改善合金的流动性 ,降低热裂倾向 ,减少疏松 ,Si改善合金的流动性 ,降低热裂倾向 ,减少疏松 ,分为亚共晶铝硅合金、共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金。
随着硅量的增加 ,结晶温度区间变小 ,共晶体增加 ,流动性随之提高 ,虽然铸造性能获得改善 ,但组织中出现针状或片状的共晶 Si ,甚至出现粗大的多角形块状或板状初晶 Si ,严重地割裂了 Al基体 ;在Si相的尖端和棱角处引起应力集中 ,容易沿晶粒边界处或板状 Si本身开裂而形成裂纹 ,使合金变脆 ,力学性能特别是伸长率显著降低 ,切削加工性能也变差，硅的收缩率很小，合金的线收缩率也随之降低 ,热裂倾向相应减少 ;硅的结晶潜热大 ,直至20%Si 处,流动性仍比共晶成分的合金高 ,含16%～18%Si处有流动性峰值。
随硅量增加 ,铝硅二元合金的磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降。
一合金牌号和化学成分国内外三类Al-Si系活塞合金的牌号和化学成分见表1。
据资料报道 :发达国家普遍以钛作为细化合金元素 ,尤其是铸造铝合金中 ,几乎全部进行钛合金化处理。
在变形铝合金中 ,美国近250多种牌号有70%要求或允许含有适量的钛 (大部分要求≤0.15%Ti)。
电解法生产低钛铝合金具有成本低、工艺简便、晶粒细化、性能提高幅度大等优点 ,为提高我国铝合金的质量和性能提供了新的加钛工艺和方法。
用电解法制备的低钛铝合金所配制的几种铸造铝合金如A356、ZL108、ZL111等具有晶粒细小 ,合金的强度、韧性、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性等均有所提高。
由于电解法生产低钛铝合金基本不需要改变电解设备及工艺 ,生产成本基本不增加 ,实现了电解铝硅活塞合金加钛提供了便利 ,在我国具有广泛应用前景。
二提高合金综合性能的途径为了既保持铝硅合金的固有优点 ,又使力学性能有大幅度的提高 ,应用更广泛 ,近几十年来 ,世界各国铸造工作者研究并采用了不少行之有效的措施。
铸造铝硅合金特性和分类
2.3．1 铸造铝合金的一般特性为了获得各种形状与规格的优质精密铸件．用于铸造的铝合金必须具备以下特性，其中最为关键的是流动性和可填充性。
(1) 有填充狭槽窄缝部分的良好流动性；(2) 有适应其他许多金属所要求的低熔点：(3)导热性能好，熔融铝的热量能快速向铸模传递，铸造周期较短；(4) 熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制；(5)铝合金铸造时，没有热脆开裂和撕裂的倾向：(6)化学稳定性好，有高的抗蚀性能；(7)不易产生表面缺陷，铸件表面有良好的光泽和低的表面粗糙度，而且易于进行表面处理；(8)铸造铝合金的加工性能好，可用压模、硬(永久)模、生砂和干砂模、熔模、石膏型祷造模进行铸造生产，也可用真空铸造、低压和高压铸造、挤压铸造、半固态铸造、离心铸造等方法成形，生产不同用途、不同品种规格、不同性能的各种铸件。
2.3．2铸造铝合金的牌号与状态表示方法铸造铝合金可分为热处理强化型和非热处理强化型两大类。
目前，世界各国已开发出了大量洪铸造的铝合金，但目前基本的合金只有以下6类：(1)A1-Cu铸造铝合金；(2)Al-Cu-Si铸造铝合金；(3)Al-Si铸造铝合金；(4)Al-Mg铸造铝合金；(5)A1-zn-Mg铸造铝合金；(6)Al-Sn铸造铝合金：铸造铝合金系目前国际上无统一标准，各国(公司)都有自己的合金命名及术语，下面分别简述如下。
2．3．2．1 中国铸造铝合金的牌号与状态表示方法(1)按GB8063规定，铸造铝合金牌号用化学元素及数字表示，数字表示该元素的平均含量。
在牌号的最前面用“z”表示铸造，例如ZAISi7Mg，表示铸造铝合金，平均含硅量为7％，平均含镁量小于1％。
另外还有用合金代号表示法，合金代号由字母“z”、“L”(分别是“铸”、“铝”的汉语拼音第一个字母)及其后的三位数字组成。
zL后面第一个数字表示台金系列．其中1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜，铝镁．铝锌系列合金，ZL舌面第二位、第三位两个数字表示顺字号。
几种铸造铝合金的铸造性能及力学性能分析
几种铸造铝合金的铸造性能及力学性能分析罗佳;孙亮【摘要】主要对3种铸造铝合金的铸造性能和力学性能进行研究对比.第一种是铝硅系的铸造铝合金,假设为A(ZL101,Al-7.1%Si-0.3%Mg);第二种是铝镁系的铸造铝合金,假设为B(ZL301,Al-10.0%Mg-0.09%Ti);第三种是最近新研制调配出的低镁低硅铝合金,假设为C(Al-2.5%Si-2.1%Mg-0.8%Mn-0.2%Cr).通过试验及结果对比可知,这3种铝合金的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率都表现出极好的强度,即具有很好的力学性能.其中,合金A的铸造性能良好;合金B的铸造性能、抗应力能力较差;低镁低硅的铝合金C的性能比较均衡,表现出很高的综合性能.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】2页(P30,32)【关键词】铝合金;铸造性能;力学性能【作者】罗佳;孙亮【作者单位】池州职业技术学院,池州 247000;池州职业技术学院,池州 247000【正文语种】中文就传统制造行业来说，普遍用到的铸造铝合金分为两大类。
一类是铝硅合金（如ZL101），可使用热处理强化后提高强度，延伸塑性[1]。
该合金的铸造性能优良，流动性好，较小的线收缩率，较低的热裂倾向，较高的气密性，但有产生缩孔的隐患，广泛应用于我国船舰雷达天线底座、泵外壳、齿轮箱、仪表壳等地方。
铝硅合金对海水腐蚀抗性较差，即便涂了防腐漆，也容易产生不规律的点片腐蚀。
另一类则是铝镁合金（如ZL301）对海水具有较强的抗腐蚀性能，铸造性能相对较差，且存在应力腐蚀倾向。
这两类铸造铝合金均不能满足舰船某些构件的应用需要。
因此，研制一种新型铸造铝合金，使其铸造工艺性能、力学性能及耐蚀性（包括抗应力腐蚀性能）等综合性能良好，满足舰船用铸造合金的要求，具有重大的国防意义[2]。
试验材料为A（ZL101，Al-7.1%Si-0.3%Mg）、B（ZL301，Al-10.0%Mg-0.09%Ti）及新近研制开发的低镁低硅铝合金C（Al-2.5%Si-2.1%Mg-0.8%Mn-0.2%Cr），均为砂型铸造[3]，分别通过细砂铸件铸造铝合金板试验，浇注温度为750℃。
铝合金材料
Al-Si10Mg Al-Cu10Si2Mg Al-Si12Cu/Al-Si12CuFe Al-Si5Cu1Mg Al-Si12Cu/Al-Si12CuFe
Al-Si6Cu4 Al-Si5Cu3 Al-Si8Cu3Fe
1706-1998 -
1.5
A04130 11.0-13.0
2
A14130 11.0-13.0
1.3
A34430
4.5-6.0
2
518 360 A360.0 380 A380.0 383 384 390 B390.0
序号 1 2 3 4 5 6 7
合金系列 Al-Si 系
Al-Si-Mg 系
Al-Si-Cu 系
Al-Mg 系
日本 美国 俄罗斯 德国 中国
ADC3
9.0-10.0
360 9.0-10.0
AJ14
8.0-10.5
AlSi10Mg 9.0-11.0
YL112
7.5-9.5
<0.60 <0.60 <0.10 <0.10 3.0-4.0
日本
美国
俄罗斯 德国 中国
YL113
9.6-12.0
ADC10
7.5-9.5
ADC12
性能
微弧氧化膜
硬质阳极氧 化膜
最大厚度μm ～300
50～80
显微硬度HV 1500～2500 300～500
击穿电压 高
低
均匀性 孔隙率
内外表面均 尖位表面均
匀
匀性较低
低
高
耐磨性
高
低
盐雾测试 一般
铝硅合金介绍
第二部分
应用
可用于汽车发动机中代替铸 铁汽缸而明显减轻重量。用 作汽缸的铝硅合金，可经过 电化学处理以浸蚀表层铝而 在缸内壁保留镶嵌于基体的 初生硅质点，其抗擦伤能力 和抗磨损性以明显改善。其 中含硅量11%～13%的合金以 其质轻、低膨胀系数和高耐 蚀性能等特点而成为最佳的 活塞材料之一。
第二部分
谢谢大家！
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8
第二部分
应用
第三部分
工艺
第三部分
制作工艺
工作展望
工艺1：高硅铝合金，按重量百分比，其组 成如下：铝69.5～73.5％、硅19.0～21.0％、 铜4.5～5.5％、镁0.5～0.7％、铁0.8～1.0 ％、锌0.8～1.2％、锰0.2～0.4％、镍 0.03～0.08％、钛0.1～0.2％、铋0.2～0.4 ％、杂质0.1～0.15％。制备方法：将回收 的废铝经检测后进行配料，将配好的料投 入熔炼炉中，熔炼温度控制在900～950℃， 熔炼时间为4～6小时；再经调整炉料、变 质处理、精炼、扒渣及浇铸。本发明可以 降低电能消耗、降低成本，减少环境污染、 制备工艺简单。
铝硅合金介绍 张磊
介绍
目
应用
录
工艺
3
目 录 第一部分
自我介绍
介绍 应用 工艺
总体概况
铝硅合金 aluminium silicon
介绍
alloy 一种以铝、硅为主成分
的锻造和铸造合金。 一般含
硅11%。同时加入少量铜、铁、
镍以提高强度。密度2.6～
Байду номын сангаас
2.7g/cm3。导热系数101～
126W/(m·℃)。杨氏模量
71.0GPa。冲击值7～8.5J。疲
如何提升Al-Si铸造合金的力学性能
作业1：请采用分析与综合的方法，谈谈如何提高近共晶Al-Si铸造合金的力学性能？答：先从以下几个方面进行分析（1）Al的性能。
铝是一种银白色轻金属，它的密度很小，仅为2.7 g/cm3；铝比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等；铝有较好的延展性，它的延展性仅次于金和银；耐低温，铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性；铝的弹性模量为70Gpa，泊松比为0.33。
（2）Si的性能。
硅硬而有金属光泽，它的密度为2.32-2.34 g/cm3；单晶硅（100）的弹性模量为140～150GPa；高纯的单晶硅是重要的半导体材料，在单晶硅中掺入微量的第IIIA 族元素，可形成p型硅半导体，掺入微量的第VA族元素，可形成n型半导体；硅有机化合物是一种多功能材料，被广泛运用。
（3）铸造合金的概念。
适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的合金称为铸造合金，因此这种合金需要一定的铸造性能——较好流动性，较小收缩性、偏析和吸气性。
（4）优良铸造性能对铸造合金的力学性能的影响。
在铸造过程中，流动性好的合金有利于液态金属中的夹杂物和气体上浮排除，并且能够使铸件的凝固收缩部分及时得到液态合金的补充，从而减少产生缩孔。
收缩性小的合金能减少铸件产生缩孔、铸造内应力、变形、裂纹等缺陷。
吸气性小的合金可以减少铸件的气孔，而偏析较大的铸件化学成分不均匀，降低力学性能，易热裂和疲劳。
（5）近共晶合金的概念。
在共晶温度下，液相通过共晶凝固同时结晶出两个固相，这样的两相的混合物称为共晶组织或共晶体。
接近共晶点成分，凝固组织大部分由共晶体组成的合金就称为共晶合金。
（6）共晶合金的优良铸造性能。
共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，结晶过程从表面开始向中心逐层推进。
由于凝固层的内表面比较平滑，对尚未凝固的液态合金流动的阻力小，有利于合金充填型腔。
此外，在相同的浇注温度下，共晶成分合金凝固温度最低，相对来说液态合金的过热度大，推迟液态合金的凝固，因此合金的流动性最好。
铸造铝合金的化学成分和力学性能表
铸造铝合金的化学成分和力学性能表引言铝合金是一种常用的材料，具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，在航空航天、汽车制造、建筑等领域有广泛的应用。
本文将介绍铸造铝合金的一些常见化学成分以及其对力学性能的影响。
化学成分铸造铝合金的化学成分多样，其中主要包括以下几种元素：1. 铝（Al）：是铸造铝合金的主要成分，具有良好的可铸性和良好的机械性能。
2. 硅（Si）：是常见的铸造铝合金成分，能够提高合金的铸造性能和强度。
3. 铜（Cu）：是常用的合金添加元素，能够提高合金的抗腐蚀性和机械性能。
4. 镁（Mg）：是一种轻质元素，能够增加合金的强度和韧性。
5. 锌（Zn）：能够提高合金的强度和耐腐蚀性。
6. 锰（Mn）：能够提高合金的抗腐蚀性和机械性能。
力学性能铸造铝合金的力学性能与其化学成分密切相关。
以下是一些常见铸造铝合金的力学性能指标：1. 抗拉强度（Ultimate tensile strength，UTS）：是指材料在拉伸加载下破坏的最大应力。
铸造铝合金的抗拉强度通常在100MPa 至500MPa之间。
2. 屈服强度（Yield strength）：是指材料在拉伸加载下开始发生可观的塑性形变的应力点。
铸造铝合金的屈服强度通常在50MPa 至400MPa之间。
3. 延伸率（Elongation）：是指材料在断裂前的拉伸变形百分比。
铸造铝合金的延伸率通常在2%至20%之间，高强度合金则较低。
4. 冲击韧性（Impact toughness）：是指材料抵抗冲击载荷的能力。
铸造铝合金具有较高的冲击韧性，通常在10kJ/m2至50kJ/m2之间。
5. 硬度（Hardness）：是指材料抵抗局部压缩的能力。
铸造铝合金的硬度通常在50HB至150HB之间。
结论铸造铝合金的化学成分与力学性能之间存在着密切的关系。
了解合金的成分以及相关的力学性能，对于选择合适的铸造铝合金材料具有重要意义。
在实际应用中，需根据具体要求选择合适的铸造铝合金，以获得最佳的力学性能。
变形铝合金和铸造铝合金的分类和用途
变形铝合金和铸造铝合金的分类和用途在纯铝中加人合金元素，如硅、铜、镁、猛、铸、铬、钛、镍、锶、钴以及稀土元素等可配制成铝合金，改变其组织结构与性能，使之适宜制造各种铝合金制品，以满足各行各业的使用。
根据加工工艺的特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。
铸造招合金铸造铝合金是直接用铸造方法浇注或压铸成零件或毛坯的铝合金。
铸造铝合金（ZL)按成分中主要合金元素可分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系合金四类，代号编码分别为100、200、300、400.(1)铝硅系合金铝硅系合金也叫“硅铝明”或“矽铝明”，有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中是品种最多，用量最大的合金，含硅量在10%〜25%。
有时添加0.2%〜0.6%镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。
有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。
此类合金广泛用于制造活塞等部件，如ZL108、ZL109是我国目前常用的铸造铝活塞的材料。
铝铜铸造合金的强化相是θ(Al2Cu)，有较高的强度和热稳定性，是所有铸造铝合金中耐热性最高的一类合金。
随铜含量的增加，耐蚀性降低，铸造性能变差。
为了改善铸造性能，提高流动性，减少铸后热裂倾向，常加入一定量的硅。
含铜4.5%〜5.3%合金强化效果最佳，适当加人锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。
常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4)等，铝铜系合金主要用于制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。
(3)铝镁系合金它们是密度最小(2.55g/cm3)，强度最高（355MPa左右）的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最佳。
但由于结晶温度范围宽，故流动性差，形成疏松趋向大、其铸造性能不如铝硅合金好，为改善铸造性能加人适量硅及微量钛等，合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，用于造船、食品及化学工业。
常用代号有ZL301(ZAlMg10)、ZL303(ZAlMg5Sil)等，用于制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用栗体等。
铸态亚共晶Al-Si合金中初生Si的生长机制
铸态亚共晶Al-Si合金中初生Si的生长机制摘要：采用光学显微镜和背散色衍射仪对亚共晶铝硅合金进行观察。
结果显示初生硅颗粒出现在亚共晶合金中。
因此，也研究了熔融的亚共晶铝硅合金中先析出的初生硅的形核和生长机制。
观察发现Si原子很容易分离形成Si-Si簇，它源于初生硅的形成，在共晶和过共晶Al-Si合金中同样存在。
此外，由化学势和溶质的原子堆积或显微偏析在初生Si 的形成中，起到重要的作用，溶质再分配的方程式源于Jakson-Chalmers等式。
一旦Si的溶质浓度超过共晶成分，初晶硅就在液固界面形成了。
1.介绍铝硅合金由于其低的热膨胀系数、高的耐磨性和较好的铸造性能，广泛的应用于航天和汽车的结构中。
根据铝硅合金中硅的成分，可分为亚共晶、共晶、过共晶合金。
每一类相应的硅成分为少于百分之十，11%～13，和大于14%。
根据Al-Si合金的二元相图，共晶反应发生在共晶温度。
两种固相（共晶Si和α-Al）在Si含量为12.6%的共晶成分点，发生L Si E+α(Al) ，同时从液相析出。
过共晶Al-Si合金首先析出初生硅，然后再发生共晶反应。
过共晶反应通常伴随相的转变L L+Si p （Si E+α(Al)）+Si p 。
其中Si p是初生硅。
根据Al-Si合金的二元相图，初生硅颗粒只从过共晶Al-Si合金中析出。
很多的初生硅颗粒，然而是在过共晶合金中观察到。
其一系列的相反应源于亚共晶铝硅合金LL+Si p L+（Si E+α(Al)）（Si E+α(Al)）+α(Al) +Si p 。
初生硅平面面特征边缘锋利、较厚。
初生硅尺寸不同，形貌趋向于晶面﹛111﹜。
尽管许多的文献采用晶体生长理论来分析和预测初生硅，但是很少获得亚共晶Al-Si合金的形核和生长特征。
现在的研究讨论了初生硅在亚共晶合金中产生的原因。
同时也提出了初生硅的形核和生长机制。
2.实验快速凝固的实验如下：首先，铝硅合金锭放在感应炉中熔化；炉的温度设置在715℃，保持这个温度2分钟，使合金均匀熔化。
al合金分类
al合金分类以al合金分类为标题，我们来探讨一下关于al合金的相关知识。
一、铝合金的定义和特点铝合金，又称铝基合金，是指以铝为主要合金元素，加入其他合金元素形成的合金。
铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性好、导热性好等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
二、铝合金的分类根据铝合金中其他合金元素的不同，铝合金可以分为多种类型。
以下是常见的几种分类：1.按主合金元素分类：(1) Al-Cu系列：以铜为主要合金元素，具有高强度和优良的耐腐蚀性，常用于航空航天和汽车零部件制造。
(2) Al-Si系列：以硅为主要合金元素，具有良好的铸造性能和耐热性，常用于汽车发动机零部件制造。
(3) Al-Mg系列：以镁为主要合金元素，具有较高的强度和耐蚀性，常用于船舶和航空器制造。
(4) Al-Zn系列：以锌为主要合金元素，具有良好的机械性能和耐腐蚀性，常用于飞机结构和汽车零部件制造。
2.按合金强化方式分类：(1) 固溶强化型铝合金：通过加入合金元素，使其溶解在铝基体中，形成固溶体，提高合金的强度和硬度。
(2) 冷变形强化型铝合金：通过冷加工变形，改变合金的晶体结构，增加晶界和位错，从而提高合金的强度和硬度。
(3) 细晶粒强化型铝合金：通过控制合金的热处理工艺，使晶粒细化，提高合金的强度和塑性。
3.按应用领域分类：(1) 航空航天用铝合金：要求具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，常用于飞机、导弹等航空器的制造。
(2) 汽车用铝合金：要求具有良好的成形性、焊接性和耐腐蚀性，常用于汽车车身和发动机部件的制造。
(3) 建筑用铝合金：要求具有良好的耐候性、耐腐蚀性和装饰性，常用于建筑门窗、幕墙等装饰材料的制造。
三、铝合金的应用举例1. 6061铝合金：属于Al-Mg-Si系列，具有良好的焊接性、加工性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域。
2. 2024铝合金：属于Al-Cu-Mg系列，具有高强度和良好的耐磨性，常用于航空航天领域的结构件制造。
硅等元素在铝合金中的作用
硅、镁、锰、铜、锌、镍、钛等元素在铝合金中的作用硅，镁，锰，铜，锌，镍，钛等元素在铝合金（包括：铸铝与变形铝）中的作用？纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。
向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。
根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和特殊铝等五种.铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。
铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。
铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。
2A80，原先叫LD-8，化学成分如下：Si:0.5-1.2 Fe:1.0-1.6 Cu:1.9-2.5 Mn:0.2Mg:1.4-1.8 Ni:0.9-1.5 Zn:0.3 Ti:0.15 其他单个0.05合计0.15 Al:余量铝合金各元素的含量要看合金的性质的，如上面例子牌号化学成分（质量分数） /%AL 不小于杂质不大于Fe Si Cu Ga Mg Zn 其他每种总和AL99.90 99.90 0.07 0.05 0.005 0.020 0.01 0.025 0.016 0.10AL99.85 99.85 0.12 0.08 0.005 0.030 0.02 0.030 0.015 0.15AL99.7A 99.70 0.20 0.10 0.01 0.03 0.02 0.03 0.03 0.30AL99.70 99.70 0.20 0.12 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.30AL99.60 99.60 0.25 0.16 0.01 0.03 0.03 0.03 0.03 0.49AL99.50 99.50 0.30 0.22 0.02 0.03 0.05 0.05 0.03 0.50AL99.00 99.00 0.50 0.42 0.02 0.05 0.05 0.05 0.05 1.00鋁合金基本常識一、分類：展伸材料分非熱處理合金及熱處理合金1.1 非熱處理合金：純鋁─1000系，鋁錳系合金─3000系，鋁矽系合金─4000系，鋁鎂系合金─5000系。
压铸基础知识之压铸铝合金化学成分作用与影响_机械
2、压铸的特点
2）、压铸与其他铸造方法想比较的三大方面优点： 1. 产品质量好 铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级；表面光洁
度好，一般相当于5~8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型 铸造提高25~30％，但延伸率降低约70％；尺寸稳定，互换性 好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁 厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm ；最小螺距为0.75mm。 2.生产效率高 机器生产率高，例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可 压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸 3000~7000次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿 命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。 3.经济效果优良 由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加 工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又 减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合 压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。
铁能减少产品粘模倾向，易于压铸，在1.0%～ 1.5%是有益的，低于0.7%则使铝合金液易与模 具粘合而拉伤，以致铸件表面多肉或崩缺，特别 是当铁含量在0.6％以下时尤为强烈； 铝硅系、铝硅铜系合金若含过量铁，则会生成金 属化合物，从而使产品局部硬点，产品易产生裂 纹 故含铁量一般应控制在0.7～1.5％范围。但最高不 能超过 1.5％。
能提高耐蚀性和强度，但含量过多会产生 硬化和脆性，在适量锰的作用下，可减少 产品粘模倾向；
7）. 镍（Ni）
镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度， 降低耐蚀性。镍与铁的作用一样，能减少 合金对模具的熔蚀，同时又能中和铁的有 害影响，提高合金的焊接性能。当镍含量 在1～1.5％时，铸件经抛光能获得光洁的表 面。由于镍的来源缺乏，应尽量少采用含 镍的铝合金。
铸造铝合金的性能定性分析
铸造铝合金的性能定性分析第一节、铸造Al-Si合金的性能第二节、铸造Al-Cu合金性能一，物理性能部分铸造铝合金物理性能如下表所示合金代号密度ρ/g·cm-3熔化温度范围/℃20～100℃时平均线膨胀系数α/μm·(m·K)-1100℃时比热容с/J·(kg·K)-125℃时热导率λ/W·(m·K)-120℃时电导率κ(%IACS)20℃时电阻率ρ/nΩ·m铝合金性能性能特点(物理、化学、力学和工艺性能)ZAlSi7Mg （ZL101）是Al-Si-Mg系铸造铝合金，可热处理强化，具有自然时效能力，强度较高，塑性较好。
该合金的铸造性能优良，流动性好，线收缩小，热裂倾向低，气密性高，但稍有产生气孔和缩孔的倾向。
耐腐蚀性高，焊接性能好，切削加工性一般。
ZAlSi12 （ZL102）是Al-Si系共晶型铸造铝合金，不可热处理强化。
该合金的铸造性能优良，无热裂及疏松倾向，气密性较高。
密度小，耐腐蚀性好，可在受大气，海水腐蚀的环境中使用，可承受工业气氛的环境中的浓硝、过氧化氢等得腐蚀作用；焊接性能好。
但该合金的力学性能低，耐热性和切削加工性差。
ZAlSi9Mg （ZL104）为Al-Si系铸造铝合金，可热处理强化，其强度高于ZL101,ZL102等合金。
该合金的铸造性能好，无热裂倾向，气密性高，线收缩小；形成针孔的倾向较大，熔炼工艺复杂。
耐腐蚀性好，切削加工性能和焊接性能一般。
ZAlSi5Cu 1Mg（ZL105）为Al-Si-Cu-Mg系铸造铝合金，经热处理强化后具有较高强度，其高温力学性能优于ZL101和ZL104等铸造铝合金。
优于合金中铜的存在，塑性和耐腐蚀性降低。
该合金具有良好的铸造性能和较高的气密性，切削加工性和焊接性均良好，耐腐蚀性一般。
ZAlSi7Cu 4（ZL107）为Al-Si-Cu系铸造铝合金，可热处理强化。
各种牌号铸造铝合金的主要特点及用途
各种牌号铸造铝合金的主要特点及用途ZL101的特点是成分简单，容易熔炼和铸造,铸造性能好，气密性好、焊接和切削加工性能也比较好，但力学性能不高。
适合铸造薄壁、大面积和形状复杂的、强度要求不高的各种零件，如泵的壳体、齿轮箱、仪表壳（框架）及家电产品上的零件等。
主要采用砂型铸造和金属型铸造。
Zl101A由于是在ZL101的基础上加了微量Ti,细化了晶粒，强化了合金的组织,其综合性能高于Zl101、ZL102，并有较好的抗蚀性能，可用作一般载荷的工程结构件和摩托车、汽车及家电、仪表产品上的各种结构件的优质铸件。
其使用量目前仅次于ZL102。
多采用砂型和金属型铸造.Zl102这种合金的最大特点是流动性好，其它性能与ZL101差不多,但气密性比ZL101要好，可用来铸造各种形状复杂、薄壁的压铸件和强度要求不高的薄壁、大面积、形状复杂的金属或砂型铸件。
不论是压铸件还是金属型、砂型铸件，都是民用产品上用得最多的一个铸造铝合金品种。
Zl104因其工晶体量多,又加入了Mn,抵消了材料中混入的Fe有害作用,有较好的铸造性能和优良的气密性、耐蚀性，焊接和切削加工性能也比较好，但耐热性能较差，适合制作形状复杂、尺寸较大的有较大负荷的动力结构件，如增压器壳体、气缸盖，气缸套等零件，主要用压铸,也多采用砂型和金属型铸造.Zl105、ZL105A由于加入了Cu，降低了Si的含量，其铸造性能和焊接性能都比ZL104差，但室温和高温强度、切削加工性能都比ZL104要好，塑性稍低，抗蚀性能较差.适合用作形状复杂、尺寸较大、有重大负荷的动力结构件。
如增压器壳体、气缸盖、气缸套等零件.Zl105A是降低了ZL105的杂质元素Fe的含量，提高了合金的强度,具有比ZL105更好的力学性能，多采用铸造优质铸件。
ZL106由于提高了Si的含量，又加入了微量的Ti、Mn,使合金的铸造性能和高温性能优于ZL105气密性、耐蚀性也较好，可用作一般负荷的结构件及要求气密性较好和在较高温度下工作的零件，主要采用砂型和金属型铸造.ZL107ZL107有优良的铸造性能和气密性能，力学性能也较好，焊接和切削加工性能一般,抗蚀性能稍差，适合制作承受一般动负荷或静负荷的结构件及有气密性要求的零件。
铸造铝合金的分类
铸造铝合金的分类2007-11-03 10:44铸造铝合金一般分为以下 4 个系列 :Al-Si 合金该系合金又称为硅铝明 , 一般 Si 的质量分数为 4%-22%。
Al-Si 合金具有优良的铸造性能 , 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后 , 具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等的机加工性能 , 是铸造铝合金中品种最多 , 用途最广的一类合金。
Al-Cu 合金该系合金中 Cu 的质量分数为 3%-11% , 加人其他元素使室温和高温力学性能大幅度提高 , 如 ZL205A (T6) 合金的标准性能σb 为 490MPa, 是目前世界上强度最高的铸造铝合金之一 ,ZL206 、 ZL207 和 ZL208 合金具有很高的耐热性能。
ZL207 中添加了混合稀土 , 提高了合金的高温强度和热稳定性 , 可用于 350-400 ℃ 下工作的零件 , 缺点是室温力学性能较差 , 特别是伸长率很低。
Al-Cu 合金具有良好的切削加工和焊接性能 , 但铸造性能和耐腐蚀性能较差。
这类合金在航空产品上应用较广 , 主要用作承受大载荷的结构件和耐热零件。
Al-Mg 合金该系合金中 Mg 的质量分数为 4%-11% , 密度小 , 具有较高的力学性能 , 优异的耐腐蚀性能 , 良好的切削加工性能 , 加工表面光亮美观。
该类合金熔炼和铸造工艺较复杂 , 除用作耐蚀合金外 , 也用作装饰用合金。
Al-Zn 合金 Zn 在 Al 中的溶解度大 , 当 Al 中加人 Zn 的质量分数大于 10% 时 , 能显著提高合金的强度 , 该类合金自然时效倾向大 , 不需要热处理就能得到较高的强度。
这类合金的缺点是耐腐蚀性能差 , 密度大 , 铸造时容易产生热裂 , 主要用做压铸仪表壳体类零件。
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来源：我的铝锭网日期:2013-4-07
铝硅(Al-Si)合金，一般Si的质量分数为4%~22%.由于Al-Si合金具有优良的铸造性能，如流动性好、气密性好、收缩率小和热烈倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等的机加工性能，是铸造铝合金中品种最多、用途最广的一类合金。常见铸造Al-Si合金的特点及应用情况如下：
（4）ZL105合金ZL105合金的力学性能高，铸造性能和焊接性能令人满意，切削加工性能和耐热强度比ZL104合金好，但塑性低，腐蚀稳定性不高，适合于各种铸造方法。目前，该类合金主要被用于生产承受大负荷的飞机、发动机砂型和金属型铸造零件，如传动机匣、汽缸体、液压泵壳体和仪器零件，也可做轴承支座和其他机器零件。此外，在ZL105合金基础上降低Fe等杂质含量发展起来的ZL105A合金，由于具有更高的强度和断后伸长率，目前也已被制造用于承受大负荷的优质铸件，例如飞机的曲轴箱、阀门壳体、叶轮、冷却水套、罩子、轴承支座及发动机和机器的其他零件。
（11）YL112合金YL112是压铸合金，具有好的铸造性能和力学性能，很好的流动性、气密性的抗热裂性，常用作齿轮箱、空冷汽缸头、无线电发报机的机座、割草机罩子及气动刹车铸件。
（12）YL113合金YL113合金具有极好的流动性，很好的气密性和抗热裂性，主要用于压铸。典型用途是做带轮、活塞和汽缸头等。还可用于汽车发动机壳体、摩托车发动机壳体、园林工具壳体等配件的压铸。国际牌号等同于日标ADC12.是压铸行业应用最为广泛的再生铝锭.
（7）ZL108合金ZL108合金的铸造性能良好，强度高，热膨胀系数小及耐磨性能好。此外，其高温性能令人满意，一般用于金属型铸造。目前，该类合金主要用作内燃机活塞及起重滑轮等零部件.
（8）ZL109合金ZL109合金适合于金属型铸造，具有极好的流动性，很好的气密性和抗热裂性能，好的高温强度和低温膨胀系数。其典型用途是做皮带轮、轴套和汽车活塞及柴油机活塞，也可做起重滑轮等。
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（9）ZL110合金ZL110合金具有中等的力学性能和好的耐热性能，适用于砂型和金属型铸造，合金密度大，线胀系数大，用于制造内燃机活塞、油嘴、油泵等零件。但需要注意的是，由于合金热膨胀系数大，当用于制造活塞时有可能会产生“冷敲热拉”现象.
（10）ZL111合金ZL111合金具有很好的气密性和抗热裂性及极好的流动性，高的强度，好的疲劳性能和承载能力，容易焊接并且耐腐蚀性好，适于砂型、金属型的压力铸造。目前，该类合金主要用于制造复杂、承受高载荷的零件，如用于飞机和导弹的铸件等。
（13）ZL114A合金ZL114A合金有很高的力学性能和很好的铸造性能，即很高的强度，好的韧性和很好的流动性、气密性和抗热裂性，能铸造复杂形状的高强度铸件，适合于各种铸造方法，用于高强度优质铸件，制造飞机和导弹仓体等承受高载荷的零件。
（14）ZL115合金ZL115合金适合于砂型和金属型铸造，具有很好的铸造性能和较高的力学性能，如高的强度和硬度及很好的伸长率，主要用作波导管、高压阀门、液压管路、飞机挂架和高速转子叶片等。
（2）ZL102合金ZL102合金具有最好的抗热裂性能和很好的气密性，以及很好的流动性，不能热处理强化，抗拉强度低，适于浇铸大的薄壁复杂零件，主要适合于压铸。目前，该类合金主要被用于承受低负荷形状复杂的薄壁铸件，如各种仪表壳体、汽车机ห้องสมุดไป่ตู้、牙科设备、活塞等。
（3）ZL104合金ZL104合金具有良好的气密性、流动性和抗热裂性能，强度高，耐腐蚀性能、焊接性能和切削加工性能良好，但耐热强度低，易产生细小的气孔，铸造工艺较复杂。因此其目前主要被用于制造承受高负荷的大尺寸的砂型金属型铸件，如传动机匣、汽缸体、汽缸盖阀门、带轮、盖板工具箱等飞机、船舶和汽车零件。
（5）ZL106合金ZL106合金具有中等的力学性能，很好的流动性能，满意的抗热裂性能，适于砂型铸造和金属型铸造。目前，该类合金主要被用于形状复杂、承受静载荷的零件，要求气密性高和在较高温度下工作的零件，如泵体和水冷汽缸头等。
（6）ZL107合金ZL107合金适用于砂型铸造和金属型铸造，具有很好的气密性、流动性和抗热裂性能，以及好的力学性能和切削加工性能。其主要被用于柴油机发动机的曲轴箱、钢琴用板片和框架、油盖和活门把手、汽缸头及打字机框架等零件的生产。
（1）ZL101(A)合金ZL101合金具有较好的气密性、流动性和抗热裂性能，有中等的力学性能、焊接性能和耐腐蚀性能，成份简单，容易铸造，适合于各种铸造方法。目前ZL101合金已被用于承受中等负荷的复杂零件，如飞机零件、仪器、仪器壳体、发动机零件、汽车及船舶零件、汽缸体、泵体、刹车鼓和电气零件等。此外以ZL101合金为基础严格控制杂质含量，并通过改进铸造技术而得到的具有更高的力学性能的ZL101A合金，目前已被用于铸造各种壳体零件、飞机的泵体、汽车变速箱、燃油箱的弯管、飞机配件及其他承受载荷的零件。
（15）ZL116合金ZL116合金适合于砂型和金属型铸造，具有很好的气密性、流动性和抗热裂性，还具有高的力学性能，属于高强度铸造铝合金。典型的应用包括波导管、高压阀门、液压管路、飞机挂架和高速转子叶片等.
（16）ZL117合金ZL117是过共晶Al-Si合金，具有很好的耐磨性、低的热膨胀系数和好的高温性能，同时还具有好的铸造性能，适合于金属型铸造，常用作发动机活塞、刹车块、带轮、泵和其他要求耐磨的部件。
（17）YL117合金YL117合金相当于美国的B390.0合金，是美国应用较广的过共晶Al-Si压铸合金，具有良好的流动性，中等的气密性和好的抗热裂性，特别是具有高的耐磨性和低的热膨胀系数，主要用作发动机机体、刹车块、带轮、泵和其他要求耐磨的零件.
附表:以上提到的合金成份表：
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