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27
2025
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02
驰能铝业前沿·Mn 元素对铝合金组织和性能的影响
驰能铝业前沿·Mn 元素对铝合金组织和性能的影响
Al-Mn变形铝合金属于不可热处理强化的铝合金，具备优秀的耐腐蚀性、焊接性以及较高的力学性能，这与其中的合金元素具有紧密的联系。
一、铸态下含Mn合金的组织特点
铸态下的含Mn合金，由于AI、Mn、Fe、Si等元素之间能够强烈作用形成各种成分、形态的第二相，因此各合金在铸造过程中均在组织中存在沿晶界分布的初生相。Fe、Si元素总含量越多，组织中初生相也会越多。合金中的 Fe、Si等杂质元素含量越来越多，初生相数量越多，则存在于析出相中的Mn元素含量越高，将导致固溶于基体中的Mn元素含量越低（下图为3003合金铸态与均质后的组织对比，主要观察固溶前晶界分布的初生相与固溶后析出的弥散体）。
图1，3003合金，铸态，Keller试剂侵蚀，100×
图2，3003合金，铸态，Keller试剂侵蚀，200×
图3，3003合金，均质，Keller试剂侵蚀，200×
图4，3003合金，均质，Keller试剂侵蚀，500×
二、Mn 元素对铝合金组织和性能的影响概要
1、Mn作为3000系铝合金的主要合金元素，对材料的强度、塑性、耐蚀性、加工性等性能具有重要影响。
2、Mn在变形铝合金中的含量范围
变形铝合金中Mn含量一般为1.0~1.6%，过高会影响合金的铸造性能，过低会明显降低合金的力学性能。
3、Mn在变形铝合金中的存在形式
Mn在Al-Mn合金中主要以两种形式存在，一是固溶在 α(Al)基体中，二是在657℃时形成共晶体，反应式如下所示:
L+ Al6Mn→(Al+ Al6Mn)共晶体
4、Mn在变形铝合金中的存在意义是提高强度、细化组织、溶解Fe
Al6Mn 是与 Al-Mn 固溶体相平衡的相，它除了能提高合金的强度，细化再结晶晶粒外，另一重要的作用是溶解杂质Fe，形成Al6(Mn,Fe)，减小铁的有害影响。
5、Mn的添加不影响变形铝合金的耐腐蚀性能
Al6Mn的电极电位与铝的电极电位相等(-0.85V)，故而对抗蚀性没有影响。
6、Mn对变形铝合金再结晶过程的强烈影响
Mn元素不仅对铝合金的铸造性能和力学性能具有一定的影响，对合金的再结晶过程也有强烈的影响。据国外资料研究3103铝合金中固溶Mn元素含量对再结晶过程的影响，通过不同的均质工艺获得了固溶Mn元素含量均不相同的四种合金。发现，固溶Mn元素含量越高，由于过饱和度较大，其析出开始越早，而再结晶则被推迟。随着Mn元素含量的降低，再结晶的阻力逐渐降低，而析出则被推迟。
7、Mn含量对变形铝合金退火温度的影响
Tc温度对Mn元素含量非常敏感。在Mn含量为0.2-0.8%之间，随着固溶Mn含量的增加，合金的Tc温度也是逐渐升高的，由280℃升高到480℃。
三、控制再结晶晶粒大小的基本方法
1、对不同温度下再结晶组织的尺寸统计结果分析来看，若要在450℃以下等温退火获得细小的再结晶组织，必须控制均质处理后合金中固溶Mn元素含量在0.2~0.3%。
2、若需控制再结晶组织为粗大晶粒，Mn元素的固溶量变化范围则很大，对前道次的热处理温度和时间要求将下降。
3、因此可以发现，合金的Mn元素含量不仅仅对铝合金的组织和性能具有重要影响，固溶于合金中的Mn元素对合金冷轧后的等温退火过程也有非常巨大的作用。本文来源：微信公众号@九俞（侵权必删）
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