部分呈片状的Mg2Al3相（见图1d、e、f），并且随 着Mg加入量的增加而变的越来越多（见图1g、h、
i）。
此外，在5182铝合金中，Mg原子还会与合金
中少量的Si形成Mg2Si相（见图2中的A和C）。由 Mg-Si二元合金相图可以得知，Mg2Si相的形成温 度为637.6℃而Mg2Al3的形成温度为450℃。因而， 在铝合金凝固的过程中，铝熔体中就会最先形成
[3] 陆书荪，顾开道，郑来苏. 有色合金及其熔炼[M]. 北 京：机械工业出版社，1978
[4] 尉海军，张磊. 改善铝中富铁相形貌对电磁净化的影响 [J]. 铸造，2005，54（4）：363-366
（编辑：张为宾）
Research on Optimization of 5182 Alloy Composition
1 试验方法
试验原材料采用工业纯铝、Al-10%Mn、Al7%Si、Al-50%Cu、Al-10%Ti、Al-5%Cr、Al10%Zn、Al-20%Fe以及AZ91D镁合金。采用正
交试验设计的化学成分见表1。采用井式炉进行
熔炼。化学成分分析取尺寸为35mm×25mm的小
试样并对表面进行抛光，通过能谱分析仪确定其
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《铝加工》
2015 年第 3 期总第 224 期
技术工程
相主要以连续或间断的黑色网络状分布在晶界附
近（见图1a、c、g）。由于Si含量基本没有变
化，因此Mg2Si相的数量也基本不变。（FeMn）Al6 相在5182铝合金中主要是以黑色颗粒状存在于晶
粒中（见图1a、c、f），当溶质元素含量增加时，
3 结论
（1）通过正交试验可以得知，在5182铝合金 中Mg添加4.5%、Fe添加0.35%、Mn也添加0.35%时
的铝合金性能最佳。 （2）在5182铝合金中主要存在有Mg2Si、
Mg2Al3和（FeMn）Al6三种析出相。其中Mg2Al3 相主要以灰色絮状存在于晶粒中，Mg2Si相主要 以连续或间断的黑色网络状分布在晶界附近， （FeMn）Al6相主要是以黑色颗粒状存在于晶粒 中。
0.35
0.2
0.5
0.35
2 试验结果与分析
2.1 不同成分对组织的影响 上述正交试验确定的9种合金成分的实测值见
表2。对比表1和表2，可见试样的实测成分与预先 设定的化学成分基本吻合。
表2 正交试验中5182铝合金化学成分实测（质量分数/%）
试样编号 Mg Mn Fe Si Zn Cu Cr Ti Al
Mg2Si相。通过对Mg2Si和Mg2Al3相结构的比对， 两者晶格常数相差10%左右（Mg2Si的晶格常数为 a=b=0.573nm，c=0.954nm；Mg2Al3的晶格常数为 a=b=c=0.635nm）。虽然两者一种属于体心立方结
构，另一种属于密排六方结构，但是当Mg2Al3中的 （420）面与Mg2Si中的（221）面平行的时候，两 种相之间从理论上讲应该具有一定的共格关系。
40.91
图2 Mg元素析出相的SEM照片
2.1.2 不同Mn和Fe含量对5182铝合金组织的影响 在5182铝合金中，当Mn含量为0.2%时，晶
粒中有明显的（FeMn）Al6析出相（见图1c、 e、g），当Mn含量为0.35%时，晶粒中黑色的 （FeMn）Al6相明显增多（见图1b、d、i），而当 Mn含量为0.5%时，晶界处的（FeMn）Al6相数目又 明显减少（见图1a、f、h）。
作者简介：孟繁平（1972-），男，黑龙江哈尔滨人，工程师。 收稿日期：2015-01-12
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孟繁平，5182合金成分优化研究
1 4.12 0.48 0.35 0.19 0.25 0.15 0.1 0.08 2 4.14 0.37 0.23 0.21 0.20 0.14 0.09 0.13 3 4.03 0.20 0.17 0.20 0.22 0.14 0.11 0.10 4 4.57 0.35 0.34 0.22 0.26 0.15 0.10 0.11 5 4.55 0.19 0.20 0.19 0.22 0.15 0.10 0.10 余量 6 4.48 0.50 0.16 0.17 0.23 0.15 0.12 0.13 7 4.98 0.22 0.33 0.20 0.22 0.14 0.09 0.12 8 5.02 0.51 0.20 0.19 0.24 0.11 0.10 0.11 9 5.00 0.38 0.16 0.20 0.25 0.15 0.12 0.10
技术工程/专利荟萃
抗拉强度/MPa
210 205 200 195 190 185 180 175
0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 含量/%
（c） Mn 图5 不同元素对5182铝合金拉伸强度的影响
由图5可以直观的看出，Mg含量在4.5%时 （图5a），Fe含量在0.35%时（图5b），Mn含量在 0.35%（图5c）时铝合金的拉伸强度最大，性能最 好。
280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150
0
12
σb 10 δ
8
6
4
2
4
6
8
10
合金试样号
图4 不同成分5182合金的常温力学性能
由图4可见，随着合金元素的增加（由水平 一增加到水平二）强度随之增加，当合金元素含 量继续增加（水平三），合金的强度出现下降趋 势。结合由正交分析软件分析得出的各个元素对 性能的影响曲线，见图5。
210
205
抗拉强度/MPa
200
195
190
185
180
175
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
含量/%
（a） Mg
210
205
200
抗拉强度/MPa
195
190
185
180
175
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
含量/%
（b）Fe
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《铝加工》
2015 年第 3 期总第 224 期
成分。不同成分的金相试样经表面抛光、腐蚀液
（5%HF）腐蚀后，在光学显微镜下进行组织形貌
观察。拉伸试样按GB/T1173加工成标准短比例拉
伸试样，在SHT4605微机控制电液伺服万能试验机
上完成拉伸试验。
表1 正交试验化学成分设计表（质量分数/%）
Mg
水平1
4
水平2
4.5
水平3
5
Mn
Fe
0.2
0.15
关键词：5182铝合金；成分优化；Mg2Al3；性能改善；减重
中图分类号：TG146.21
文献标识码：A
文章编号：1005-4898（2015）03-0030-05
doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2015.03.07
0 前言
作为轻质结构材料，铝合金以其独特的性 能越来越受到人们的青睐。目前国内外对汽车车 身铝合金的研究主要集中在Al-Cu-Mg（2××× 系）、Al-Mg（5×××系）和Al-Mg-Si（6××× 系）三大系列上[1]。热处理不可强化的5××× 系铝合金由于其强度、成型性和抗腐蚀性等方面 具有与钢板相近的优点，能用于汽车内板等形状 复杂的部位。5182铝合金作为工业生产中广泛应 用的一种铝合金主要用于加工易拉罐盖、汽车车 身板、操纵盘、加强件、托架等零部件。因此， 深入研究5182铝合金，对原有5182铝合金进行成 分优化，进一步改善合金的力学性能和塑性成型 性能对减轻车体重量和减少环境污染具有重要意 义。
（FeMn）Al6相还会以夹角为90°的四边形状的黑 色相析出（见图1g）。
2.1.1 不同Mg含量对5182铝合金组织的影响
在5182铝合金中，Mg作为添加量最多的合金
元素，其析出相也最多。当含量为4%时（见图
1a、b、c），灰色的Mg2Al3相主要集中在晶界，呈 絮状分布，而随着含量的增加，在晶粒中会出现
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孟繁平，5182合金成分优化研究
技术工程
情况下才会形成颗粒状的（FeMn）Al6相。通过对 Fe3Al与（FeMn）Al6相结构的比较，两者同属于立 方晶系，晶格常数相差不到10%（Al3Fe的晶格常 数为a=b=c=0.579nm；（FeMn）Al6的晶格常数为 a=b=c=0.631nm）。当Al3Fe中的（400）、（440） 和（444）面分别与（FeMn）Al6中的（331）、 （611）和（544）面平行的时候，从理论上讲两 者具有一定的共格关系。因此，当Mn含量不足 时，多余的Fe原子就会与基体铝形成Al3Fe相并且 包裹在先形成的（FeMn）Al6相的周围（见图3中 的B和C），析出相的EDX测量结果见表4。
参考文献
[1] 白木，周洁. 铝材在汽车制造技术中的应用[J]. 有色设 备，2002 （2） ：17-19
[2] Badia F A. Effect of composition and heat treatment on the tensile properties of an Al-11.5Si-5Ni Casting Alloy [J]. Modern Castings，1996，50：104-115
因此，为了使得铝液中自由能达到最低，就会形
成以Mg2Si相为核心外面包裹着Mg2Al3和Mg5Al8的组 织（见图2中的B和C），析出相的EDX测量结果示
于表3。
表3 图2中析出相的EDX测量结果（质量分数/%）
测试点
Mg
A
5.54
B
7.07
C
5.76
Al 91.09 92.93 53.55