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为什么铝合金比纯铝要硬

书之意 2015-05-13 10:47:11 手机版

  铝是现代社会里应用最广泛的金属之一,走在路上我们可以看见铝的应用整的很广泛,人们的窗户有用到铝,防护栏也有用到。大家有了解过铝,知道为什么铝合金比纯铝要硬吗?相信许多朋友们都不太了解,下面就由小编来给大家解答一下疑惑吧。

  铝的密度(2.7克/厘米3)约只有钢密度的1/3, 又不易腐蚀。不过在大多数情况下,我们使用的并不是纯铝,而是将其他金属按一定的比例混合在一起组成的铝合金。比如把铝和铜混合就成了铝铜合金;和镁混合,就成了铝镁合金。这里说的“混在一起”,并不是像打铁那样敲打成一块,或者把它们都碾碎后掺在一起,而是把它们在高温中熔融,形成原子尺度下混合均匀的合金。

  合金最大的特点,就在于它具备一些原先的纯金属所不具备的物理特性。拿铝合金来说,它的硬度就比纯铝要大得多。我们知道,纯铝是很柔软的,非常容易弯折或者变形。这在有些情况下当然是好事,可是如果想用它来造飞机轮船,那可就不行了,而铝合金就没有这种问题。1906年,德国冶金学家威尔姆首先在铝中加入少许铜和微量的镁,制成了一种坚硬的铝合金,在第一次世界大战期间被应用到飞机制造上。

  铝合金之所以比纯铝硬,主要原因是其结构发生了改变。合金的结构比纯金属的结构要复杂得多,由于合金与单质中的原子排列有很大差异,合金的生成常会改善元素单质的性质,例如,钢的强度大于其主要组成元素铁。铝合金的加入元素主要有镁、锰、铜、锌和硅等,把它们和铝一起通过一定温度的热处理后快速冷却,产生的过饱和固溶体放置一段时间后,会逐渐析出金属化合物,此时所得的铝合金,其强度将有显著的提高(这种现象称为“时效硬化”)。高强度的铝合金现在已经广泛应用于工业的各种领域中。 合金是由两种或两种以上的金属元素(或金属和非金属元素)经一定方法所合成的具有金属特性的物质。根据组成元素的数目,可分为二元合金、三元合金和多元合金。大多数合金的组成元素都是金属,如黄铜是由铜和锌的合金,青铜是锡和铜的合金;但也有的合金中有非金属元素,例如,钢就是由铁和碳两种元素组成的合金。

  根据合金中组成元素之间相互作用的情况不同,一般可将合金分为三种结构类型:相互溶解所形成的金属固溶体;相互起化学作用而形成的金属化合物;没有化学作用发生的机械混合物。

  一种元素(金属或非金属)原子溶解到另一种金属元素的晶体中,形成均匀的固态溶液,所制成的合金称为“金属固溶体”。金属固溶体在液态时为均匀的液相,转变为固态后,仍保持组织结构的均匀性,且能保持溶剂元素的原来晶格类型。由于溶质原子与溶剂原子的直径不可能完全相同,因此当溶剂原子格点溶入溶质原子后,会使原来的格点发生畸变,它们能阻碍外力对材料引起的形变,因而使固溶体的强度提高,同时其延展性和导电性将会下降。这种通过溶入溶质元素形成固溶体,使金属材料的变形抗力增大、强度、硬度升高的现象称为“固溶强化”,它是金属材料强化的重要途径之一。

  当合金中加入的溶质原子数量超过了溶剂金属的溶解度时,除能形成固溶体外,同时还会出现新的相,最常见的是形成金属化合物。金属化合物一般具有复杂的晶体结构,熔点高,硬度高,脆性大。当合金中出现金属化合物时,合金的强度、硬度和耐磨性均提高,而塑性和韧性降低。

  由此可见,合金的性能是由其结构决定的,不同类型的合金具有不同的性能特点。