為什么鋁合金比純鋁要硬
鋁是現代社會里應用最廣泛的金屬之一,走在路上我們可以看見鋁的應用的很廣泛,人們的窗戶有用到鋁,防護欄也有用到。大家有了解過鋁,知道為什么鋁合金比純鋁要硬嗎?相信許多朋友們都不太了解,下面就小編來給大家解答一下疑惑吧。
鋁的密度(27克/厘米3)約只有鋼密度的1/3, 又不易腐蝕。不過在大多數情況下,我們使用的并不是純鋁,而是將其他金屬按一定的比例混合在一起組成的鋁合金。比如把鋁和銅混合就成了鋁銅合金;和鎂混合,就成了鋁鎂合金。這里說的&ld;混在一起&rd;,并不是像打鐵那樣敲打成一塊,或者把它們都碾碎后摻在一起,而是把它們在高溫中熔融,形成原子尺度下混合均勻的合金。
合金最大的特點,就在于它具備一些原先的純金屬所不具備的物特性。拿鋁合金來說,它的硬度就比純鋁要大得多。我們知道,純鋁是很柔軟的,非常容易彎折或者變形。這在有些情況下當然是好事,可是如果想用它來造飛機輪船,那可就不行了,而鋁合金就沒有這種問題。1906年,德國冶金學家威爾姆首先在鋁中加入少許銅和微量的鎂,制成了一種堅硬的鋁合金,在第一次世界大戰期間被應用到飛機制造上。
鋁合金之所以比純鋁硬,主要原因是其結構發生了改變。合金的結構比純金屬的結構要復雜得多,于合金與單質中的原子排列有很大差異,合金的生成常會改善元素單質的性質,例如,鋼的強度大于其主要組成元素鐵。鋁合金的加入元素主要有鎂、錳、銅、鋅和硅等,把它們和鋁一起通過一定溫度的熱處后快速冷卻,產生的過飽和固溶體放置一段時間后,會逐漸析出金屬化合物,此時所得的鋁合金,其強度將有顯著的提高(這種現象稱為&ld;時效硬化&rd;)。高強度的鋁合金現在已經廣泛應用于工業的各種領域中。 合金是兩種或兩種以上的金屬元素(或金屬和非金屬元素)經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。根據組成元素的數目,可分為二元合金、三元合金和多元合金。大多數合金的組成元素都是金屬,如黃銅是銅和鋅的合金,青銅是錫和銅的合金;但也有的合金中有非金屬元素,例如,鋼就是鐵和碳兩種元素組成的合金。
根據合金中組成元素之間相互作用的情況不同,一般可將合金分為三種結構類型:相互溶解所形成的金屬固溶體;相互起化學作用而形成的金屬化合物;沒有化學作用發生的機械混合物。
一種元素(金屬或非金屬)原子溶解到另一種金屬元素的晶體中,形成均勻的固態溶液,所制成的合金稱為&ld;金屬固溶體&rd;。金屬固溶體在液態時為均勻的液相,轉變為固態后,仍保持組織結構的均勻性,且能保持溶劑元素的原來晶格類型。于溶質原子與溶劑原子的直徑不可能完全相同,因此當溶劑原子格點溶入溶質原子后,會使原來的格點發生畸變,它們能阻礙外力對材料引起的形變,因而使固溶體的強度提高,同時其延展性和導電性將會下降。這種通過溶入溶質元素形成固溶體,使金屬材料的變形抗力增大、強度、硬度升高的現象稱為&ld;固溶強化&rd;,它是金屬材料強化的重要途徑之一。
當合金中加入的溶質原子數量超過了溶劑金屬的溶解度時,除能形成固溶體外,同時還會出現新的相,最常見的是形成金屬化合物。金屬化合物一般具有復雜的晶體結構,熔點高,硬度高,脆性大。當合金中出現金屬化合物時,合金的強度、硬度和耐磨性均提高,而塑性和韌性降低。
此可見,合金的性能是其結構決定的,不同類型的合金具有不同的性能特點。