铝合金：理想铸造性与多元系列的探索与应用

1905年至1925年，欧美国家在研究铝合金相图的基础上，对工业铝合金进行了研究。最初研究的是铝镍合金，但其铸造性能较差，镍未能成为主要强化元素。后来研究在铝中添加铜、镁、锰、硅等元素，获得了更为理想的性能，并开发了一些二元和多元铸造铝合金，其中著名的硅铝合金于1920年前后开始在工业上使用。

现代铸造铝合金按所添加的主要元素不同可分为四个系列，即：铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系。对这四个系列，各国都有相应的合金及合金牌号标记。我国采用zL+3位数字的标记方式，第一位数字代表合金系列，其中：1代表铝硅合金系列，2代表铝铜合金系列，3代表铝镁合金系列，4代表铝锌合金系列，第二、三位数字代表合金序列号。表中给出了我国几种典型的铸造铝合金。按合金的使用特点可分为：耐热铸铝合金、气密铸铝合金、耐腐蚀铸铝合金和可焊接铸铝合金。

铸造——铝硅合金通常含硅量为4%～13%，又称“硅铝”合金。它具有最好的铸造性能铸造铝合金，极低的裂纹倾向，低收缩率，良好的耐蚀性和气密性，以及足够的力学性能和焊接性能。该系列合金的工业应用虽然晚于铝铜合金，但1920年发现它可以改性，改善了该系列合金的组织和性能，拓宽了使用范围，约占铸造铝合金用量的50%。铝硅合金可分为共晶、亚共晶、过共晶和加入铜、镁、锰等的复杂共晶合金。ZL102合金是典型的二元共晶合金，共晶温度为577℃，共晶成分为12.6%Si。 在共晶温度下，α固溶体中溶解有1.6%Si，室温下约溶解0.05%Si；β相是铝溶于硅的固溶体，其溶解度极小，故共晶组织由α+Si两相组成。在多元合金的组织中，除α和硅外，还有θ（CuAl2）和w（）等相（见铝合金的相）。含铜的铝硅合金可用热处理获得强化，但耐蚀性差。合金中硅相的形状对强度和塑性有显著的影响。通过变质处理（在熔体中添加钠或锑），使硅相球化，改善合金的组织和性能。过共晶合金中粗大的初生硅对力学性能和切削性能是有害的，常加入磷，形成AlP化合物，以细化初生硅，减少其有害影响。

铝铜合金是最早的工业铸造铝合金。这种合金强度高，热稳定性好，但铸造性和耐蚀性较差。铜含量一般低于铜在铝中的溶解度极限（5.85%），平衡组织中无共晶，非平衡条件下可出现少量共晶。经固溶处理后，固溶体过饱和，可获得时效强化效果。合金中添加锰、钛，可细化晶粒，补充强化，提高耐蚀性。

铝镁合金 此合金强度高，耐蚀性最好，密度小，气密性好。铝镁二元铸造合金，镁含量高达11.5%，多组分合金中镁含量一般在5%左右。合金组织为α+β（）相组成，热处理强化作用不明显，以固溶强化为主。当β（）相沿晶界呈网状析出时，耐蚀性和力学性能变坏。为防止β（）相沿晶界析出，多以固溶状态使用。在合金中添加硅、锰，可改善合金的流动性。 铝锌合金 此合金在铸造状态下具有淬火组织的特点，不需热处理即可获得较高的强度，但合金密度大，不宜制作飞机零件。此合金是在硅铝合金中添加锌制成的，所以又称“锌硅铝”合金。