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鋁的密度小,塑性高,具有優良的電性能和熱性能,表面有致密的氧化膜保護,抗腐蝕性能好。鋁在地殼中的蘊藏量大,據統計,地殼中鐵占4.7%(質量分數,下同),鋁占7.5%。目前鋁已經成為非鐵金屬中生產量最大的金屬。
鑄造鋁合金是在純鋁的基礎上加入其他金屬或非金屬元素,不僅能保持純鋁的基本性能,而且由于合金化及熱處理的作用,使鋁合金具有良好的綜合性能。鋁及鋁合金在工業上占有重要的地位,大量用于軍事、工業、農業和交通運輸等領域,也廣泛用作建筑結構材料、家庭生活用具和體育用品等。
在這類合金中Si是主要合金化元素,Si改善合金的流動性,降低熱裂傾向,減少疏松,提高氣密性。這類合金具有好的耐腐蝕性能和中等的機加工性能,具有中等的強度和硬度,但塑性較低。按合金中的Si含量多少,該系合金可分為共晶鋁硅合金(ZL102、YL102、ZL108、YL108和ZL109)、過共晶鋁硅合金(ZL1l7和YL1l7)和亞共晶鋁硅合金(其余合金)。
ZLI02是典型的二元共晶鋁硅合金,合金中Si的質量分數為10%-13%,該合金具有優良的鑄造性能,但力學性能和切削加工性能較差。為了改善ZL102合金的室溫和高溫力學性能,加入一定量的Mg,Cu和Mn,成為ZL108合金,使熱膨脹系數小,耐磨性能提高。ZL109也是共晶鋁硅合金,與ZL108合金相比,降低了Cu含量,提高了Mg含量,并且用Ni代替Mn,合金具有更好的耐熱性。ZL108和ZL109合金廣泛地用做內燃機的活塞。YL102和YL108主要用作壓鑄合金。
亞共晶鋁硅合金中屬Al-Si-Mg系的合金有ZL101、ZL101A、ZL104、YL104、ZL114A、ZLl15和ZL1l6。這類合金在成分上的主要區別是:ZL104合金加入了Mn,ZL115合金加入了Zn和他,ZL1l6合金加入了Ti和Be,ZL101A和ZL114A合金是用高純度的精鋁作原材料,減少雜質含量。這類合金具有良好的鑄造性能,中等的力學性能和良好的抗腐蝕性能,在工業中應用廣泛。屬于Al-Si-Cu系的合金有ZL105、ZL105A、ZL106、ZL11O、ZL111、ZL107、YL112和YL113。前五個合金含有Mg,后三個合金無Mg,但Cu含量偏高。此外在ZLI06和ZL111合金中還加入了少量的Mn和TicZL110合金的Cu含量高,Mg含量低。Al-Si-Cu系合金具有良好的鑄造性能,中等的力學性能,抗腐蝕性能與Al-Si-Mg系合金相比較差,YL112和YL113合金主要用作壓鑄合金,其他合金用于砂型鑄造、金屬型鑄造和精密鑄造等。
過共晶鋁硅合金中Si的質量分數一般超過15%。美國的390.0合金、德國的KS281合金和我國的YL117合金中Si的質量分數為18%左右;我國的ZL117合金、德國的KS280合金中Si的質量分數為21%左右;德國的KS282合金中Si的質量分數為24%左右。這類合金隨著Si含量的增加,密度減小,熱膨脹系數降低,硬度、耐磨性和體積穩定性相應提高,主要用作活塞材料,其主要缺點是難于機加工,對刀具的要求嚴格。
