铝和镁的熔炼，你了解吗？

铝合金是以铝(Al)为基材，加入合金元素的一种合金。这些金属充分融化并充分混合。在混合的过程中，一些其他元素溶解在铝中，而另一些则反应生成金属晶体。当熔化的合金冷却下来时，金属晶体形成，在新金属中凝固，并重新分布。

铝的基体被称为铝混合型晶体。它相当软并且不容易被腐蚀。在室温下，这种混合型晶体只能溶解很少量的合金元素，而这些元素几乎会完全形成金属晶体。纯金属晶体具有与混合型晶体不同的特性。

金属晶体分布▼

当合金从液态冷却到固态时，各种金属晶体依次凝固。在硅含量为12.5%时，硅与铝形成一种金属盐，这被称为共晶体，这是一种重要的金属盐，使铝更适合铸造。

在硅含量低于12.5%的合金中，铝混合型晶体首先凝固，并在剩余的熔体中留下共晶体。当这些熔体冷却到一定程度后，共晶也会凝固。根据熔体冷却的速度不同，金属晶体的形成也不同。

一些晶体形态比其他的好，冷却速度对此形态优劣有很大影响。此外，为了帮助形成所需的金属晶体，还需添加一些合金元素。金属晶体结构影响着合金的硬度、脆性、可加工性，以及工件合适的选材。

对于铝合金制造商来说,仅仅保证各项元素的比例是不够的；熔炼过程中金属盐的分布方式对合金质量有重大影响。

命名法则▼

对铝使用DIN/EN命名法(例如AlMgSi1)有助于快速理解合金，因为它给出了化学成分的指示。这个命名法体现了合金属性和其中含的主要元素。

合金成分种类▼

硅（Si）是铝合金中常用的合金元素。将12.5%的硅添加到纯铝中会变成AlSi，称为共晶合金。铝混合型晶体被耗完，取而代之的是AlSi共晶。硅含量低于12.5%的铝合金称为亚共晶铝合金，而含量高于12.5%的称为过共晶铝合金。

当将硅添加到铝中时，熔融的合金变得不那么粘稠，这使其适合铸造。所得到的合金比铝混合晶体更强，并且更容易加工，不会在切削刀具上形成积屑瘤，积屑瘤会导致工件表面粗糙。

在含铝超过12.5%（过共晶）的铝合金中，有纯硅晶体散布在AlSi共晶体中。没有剩余的铝混合晶体。硅沉积物坚硬且具有磨蚀性。这在加工时会磨损切削刀具，但会使工件具有良好的耐磨性。

铜（Cu）经常被添加到亚共晶AlSi（12.5%Si）合金中。形成的AlSiCu合金更易于加工，并增加了金属的强度。因为Al2Cu或Al2CuMg晶体的形成，AlCu合金可以被硬化。

镁（Mg）是另一个常见的合金元素。它很容易与硅反应生成Mg2Si，这使得合金可以被硬化。在铝能够形成共晶之前，镁（Mg）会先与硅发生反应。

锰（Mn）

这类合金的强度较低，但具有很高的耐腐蚀性。这些合金也用作饮料罐。当锰被添加到AlMgSi1中时，它会在合金中形成圆形金属晶体颗粒，这些晶体能更好的在合金中分布。

锌（Zn）

锌增加了合金的强度。它与镁一起，产生了易于硬化的合金。是最强的铝合金。

这些是用于铝合金熔炼的更常见合金元素。通过对铝合金成分的了解，我们就有了一个框架，通过这个框架我们可以来查找各种合金的性能。

铝合金的选择▼

AlSi8Cu3

AlSi8Cu3(含8%硅和3%铜的铝)可被硬化，耐腐蚀。这种合金是用来铸造的选材。它通常是由回收铝制成，因为回收铝成本低。

AlSi12

这类合金主要是AlSi共晶体。这类材料适合铸造，但是不能被进一步硬化。

AlSi12Mg

如果将镁加入AISi12铝硅晶体（Mg2Si），合金就能被硬化了。

AlSi25CuMgNi和AlSi18CuMgNi

这些是过共晶铝合金。超过12.5%含量的那部分硅大部分形成了硅颗粒，分布在AlSi共晶组织中。基本上没有铝混合晶体。纯硅颗粒坚硬，在加工时会迅速磨损切削刀具。这些合金用于制造发动机活塞，因为当AlSi共晶被磨损时，硅晶体还能保持稳定。这为在硅颗粒之间的空间上形成机油膜提供了空间，这层油膜能保持发动机被润滑。

AlMgSi1

AlMgSi1是一种常见的合金，基本上是铝混合晶体，其中含有Mg2Si颗粒，这使得这种软合金能够硬化。这种合金在加工时仍然很软，需要使用像MaxStrong这样具有高润滑性的乳化剂，得以避免在金属加工刀具上形成积屑瘤，进而获得光洁的加工面。

(硬铝或硬铝)

早在1909年，硬铝就开始被生产了。在1914年开始的飞机生产中，它作为最重要的铝合金被使用，因为它是第一种被用于商业用途的，坚固且轻质的金属(类似于软钢，大约比钢轻3倍)。它对腐蚀很敏感，但不会被MaxStrong腐蚀。类似的合金仍在飞机和汽车工业中使用，也在有色金属工业建筑中应用。在铝混合晶体中形成的CuAl2晶体提供高硬度，特别是CuAl2晶体分布在合金中更是如此。

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这种合金可以被视为硬铝的升级版，该材料具有高耐磨性，硬度如钢但重量如铝，具有较高的抗拉强度，但是相对容易被腐蚀。这是最硬的铝合金。它常用于航空工业和各种其他领域，如建筑行业。MaxStrong属于少数不会污染或腐蚀这种合金的乳化剂之一，同时，其高润滑性有助于获得优异的表面加工质量。

这种合金本⾝具有一定硬度，接近钢的硬度，这硬度是通过加入一定量的镁来实现的。没有金属晶体提供硬度。因此，它适合焊接，由于金属盐在合金中分布不均，不会出现硬点和软点。同样的原因，它也非常适合成型加工。它对污渍的抵抗力也很好，包括盐水中表现依然出色。

被用于做船舶、汽车和铁路车辆制造中的结构铝，以及用于容器的构造中（也适用于高温和低温或有压力的工况环境中），另外它还适用于模型和模具制造。在加工时，一些镁会析出到乳化液中，这在镁含量较低的铝合金中不会发生。

镁合金和乳化液▼

镁合金比铝还要轻（约33%），同时具有良好的金属强度，当重量是首要考虑因素的时候，镁会被使用。在选用乳化液时，我们需要了解一些重要的事项。

和镁合金（如AZ91（MgAl9Zn1））的共同点在于:镁会与乳化液中的水反应，并溶解为Mg2+（计入水的硬度）和OH-（碱性）。当这种情况发生时，乳化液的PH值会上升到超过10，这可能会导致机床操作人员出现⽪肤问题。

析出的镁首先会导致水硬度上升，最高可达并超过5,000ppm。在某个时间点，析出的镁开始以坚硬的⽩色晶体形式沉淀出来。这些晶体也会覆盖在数控机床夹具和切削刀具之间的界面上。当镁的晶体积累足够多，更换刀具时，刀具会从夹具中脱落，导致数控机床停机。

与此同时，水硬度过高会破坏乳化剂的稳定性，乳化液会分层，形成浮在液面上的油相。这种分层现象在加工时发生的速度比加工AZ91时慢，在使用乳化液过程中这些变化可能会相对不引人注意。

基于镁的合金，如AZ91，构成了更大的威胁（这不适用于）。镁的混合型晶体是易燃的，当镁开始燃烧时，不需要氧气就可以继续燃烧。它在足以熔化钢铁的高温下持续燃烧。热的镁还会与水（例如乳化液中的水）发生强烈的放热反应，产生氧化镁和氢气。

氢气与空气中的氧气发生反应，能产生爆炸，产生热蒸汽。已经发生过几起事故，即镁在加工过程中因火花而起火，并继续燃烧直到机床熔化成一滩铁水。

当加工镁合金，如AZ91时，我们建议使用纯油性加工液，让纯油在加工过程中充分对需冷却部分进行冲刷，并且调低进给率，切削速度调到中速，以避免加工过程中的热量达到峰值而产生不良后果。

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