Cupru
Când partea bogată în aluminiu a aliajului de aluminiu-cupru este de 548°F (548°F), solubilitatea maximă a cuprului în aluminiu este de 5,65%. Când temperatura scade la 302°F (302°F), solubilitatea cuprului este de 0,45%. Cuprul este un element important al aliajului și are un anumit efect de întărire în soluție solidă. În plus, CuAl2 precipitat prin îmbătrânire are un efect evident de întărire prin îmbătrânire. Conținutul de cupru din aliajele de aluminiu este de obicei între 2,5% și 5%, iar efectul de întărire este cel mai bun atunci când conținutul de cupru este între 4% și 6,8%, astfel încât conținutul de cupru al majorității aliajelor de duraluminiu se încadrează în acest interval. Aliajele de aluminiu-cupru pot conține mai puțin siliciu, magneziu, mangan, crom, zinc, fier și alte elemente.
Siliciu
Când partea bogată în aluminiu a sistemului de aliaje Al-Si are o temperatură eutectică de 577°F (577°F), solubilitatea maximă a siliciului în soluția solidă este de 1,65%. Deși solubilitatea scade odată cu scăderea temperaturii, aceste aliaje nu pot fi în general întărite prin tratament termic. Aliajul de aluminiu-siliciu are proprietăți excelente de turnare și rezistență la coroziune. Dacă se adaugă magneziu și siliciu în aluminiu în același timp pentru a forma un aliaj de aluminiu-magneziu-siliciu, faza de întărire este MgSi. Raportul masic dintre magneziu și siliciu este de 1,73:1. La proiectarea compoziției aliajului Al-Mg-Si, conținutul de magneziu și siliciu este configurat în acest raport pe matrice. Pentru a îmbunătăți rezistența unor aliaje Al-Mg-Si, se adaugă o cantitate adecvată de cupru și o cantitate adecvată de crom pentru a compensa efectele adverse ale cuprului asupra rezistenței la coroziune.
Solubilitatea maximă a Mg2Si în aluminiu în partea bogată în aluminiu a diagramei de fază de echilibru a sistemului de aliaje Al-Mg2Si este de 1,85%, iar decelerația este mică pe măsură ce temperatura scade. În aliajele de aluminiu deformate, adăugarea de siliciu singur la aluminiu este limitată la materialele de sudură, iar adăugarea de siliciu la aluminiu are, de asemenea, un anumit efect de întărire.
Magneziu
Deși curba de solubilitate arată că solubilitatea magneziului în aluminiu scade considerabil odată cu scăderea temperaturii, conținutul de magneziu din majoritatea aliajelor de aluminiu deformate industrial este mai mic de 6%. Conținutul de siliciu este, de asemenea, scăzut. Acest tip de aliaj nu poate fi întărit prin tratament termic, dar are o sudabilitate bună, o bună rezistență la coroziune și o rezistență medie. Întărirea aluminiului cu magneziu este evidentă. Pentru fiecare creștere de 1% a magneziului, rezistența la tracțiune crește cu aproximativ 34 MPa. Dacă se adaugă mai puțin de 1% mangan, efectul de întărire poate fi suplimentat. Prin urmare, adăugarea de mangan poate reduce conținutul de magneziu și poate reduce tendința de fisurare la cald. În plus, manganul poate, de asemenea, precipita uniform compușii Mg5Al8, îmbunătățind rezistența la coroziune și performanța de sudare.
Mangan
Când temperatura eutectică a diagramei de fază de echilibru plat a sistemului de aliaje Al-Mn este de 658°F, solubilitatea maximă a manganului în soluția solidă este de 1,82%. Rezistența aliajului crește odată cu creșterea solubilității. Când conținutul de mangan este de 0,8%, alungirea atinge valoarea maximă. Aliajul Al-Mn este un aliaj care nu se întărește prin îmbătrânire, adică nu poate fi întărit prin tratament termic. Manganul poate preveni procesul de recristalizare a aliajelor de aluminiu, poate crește temperatura de recristalizare și poate rafina semnificativ granulele recristalizate. Rafinarea granulelor recristalizate se datorează în principal faptului că particulele dispersate ale compușilor MnAl6 împiedică creșterea granulelor recristalizate. O altă funcție a MnAl6 este de a dizolva impuritățile de fier pentru a forma (Fe, Mn)Al6, reducând efectele nocive ale fierului. Manganul este un element important în aliajele de aluminiu. Poate fi adăugat singur pentru a forma un aliaj binar Al-Mn. Cel mai adesea, este adăugat împreună cu alte elemente de aliere. Prin urmare, majoritatea aliajelor de aluminiu conțin mangan.
Zinc
Solubilitatea zincului în aluminiu este de 31,6% la 275°C în partea bogată în aluminiu a diagramei de fază de echilibru a sistemului de aliaje Al-Zn, în timp ce solubilitatea sa scade la 5,6% la 125°C. Adăugarea de zinc singur la aluminiu are o îmbunătățire foarte limitată a rezistenței aliajului de aluminiu în condiții de deformare. În același timp, există o tendință de fisurare prin coroziune sub tensiune, limitând astfel aplicarea sa. Adăugarea simultană de zinc și magneziu la aluminiu formează faza de întărire Mg/Zn2, care are un efect semnificativ de întărire asupra aliajului. Când conținutul de Mg/Zn2 este crescut de la 0,5% la 12%, rezistența la tracțiune și limita de curgere pot fi crescute semnificativ. În aliajele de aluminiu superdure, unde conținutul de magneziu depășește cantitatea necesară pentru a forma faza Mg/Zn2, când raportul zinc/magneziu este controlat la aproximativ 2,7, rezistența la fisurare prin coroziune sub tensiune este cea mai mare. De exemplu, adăugarea elementului de cupru la Al-Zn-Mg formează un aliaj din seria Al-Zn-Mg-Cu. Efectul de întărire a bazei este cel mai mare dintre toate aliajele de aluminiu. De asemenea, este un material important din aliajul de aluminiu în industria aerospațială, aviatică și energetică.
Fier și siliciu
Fierul este adăugat ca element de aliere în aliajele de aluminiu forjat din seria Al-Cu-Mg-Ni-Fe, iar siliciul este adăugat ca element de aliere în aluminiul forjat din seria Al-Mg-Si și în barele de sudură din seria Al-Si și în aliajele de turnare aluminiu-siliciu. În aliajele de aluminiu de bază, siliciul și fierul sunt elemente de impuritate comune, care au un impact semnificativ asupra proprietăților aliajului. Acestea există în principal sub formă de FeCl3 și siliciu liber. Când siliciul este mai mare decât fierul, se formează faza β-FeSiAl3 (sau Fe2Si2Al9), iar când fierul este mai mare decât siliciul, se formează faza α-Fe2SiAl8 (sau Fe3Si2Al12). Atunci când raportul dintre fier și siliciu este necorespunzător, va provoca fisuri în turnare. Când conținutul de fier din aluminiul turnat este prea mare, turnarea va deveni fragilă.
Titan și bor
Titanul este un element aditiv utilizat în mod obișnuit în aliajele de aluminiu, adăugat sub formă de aliaj principal Al-Ti sau Al-Ti-B. Titanul și aluminiul formează faza TiAl2, care devine un miez nespontan în timpul cristalizării și joacă un rol în rafinarea structurii turnării și a structurii sudurii. Când aliajele Al-Ti suferă o reacție de tip pachet, conținutul critic de titan este de aproximativ 0,15%. Dacă este prezent bor, încetinirea este de doar 0,01%.
Crom
Cromul este un element aditiv comun în aliajele din seria Al-Mg-Si, seria Al-Mg-Zn și seria Al-Mg. La 600°C, solubilitatea cromului în aluminiu este de 0,8% și este practic insolubil la temperatura camerei. Cromul formează compuși intermetalici precum (CrFe)Al7 și (CrMn)Al12 în aluminiu, care împiedică procesul de nucleație și creștere a recristalizării și au un anumit efect de întărire asupra aliajului. De asemenea, poate îmbunătăți rezistența aliajului și reduce susceptibilitatea la fisurare prin coroziune sub stres.
Totuși, situsul crește sensibilitatea la călire, îngălbenind pelicula anodizată. Cantitatea de crom adăugată aliajelor de aluminiu nu depășește, în general, 0,35% și scade odată cu creșterea elementelor de tranziție din aliaj.
Stronţiu
Stronțiul este un element tensioactiv care poate modifica cristalografic comportamentul fazelor compușilor intermetalici. Prin urmare, tratamentul de modificare cu element de stronțiu poate îmbunătăți prelucrabilitatea plastică a aliajului și calitatea produsului final. Datorită timpului său lung de modificare efectivă, efectului bun și reproductibilității, stronțiul a înlocuit utilizarea sodiului în aliajele de turnare Al-Si în ultimii ani. Adăugarea a 0,015%~0,03% stronțiu la aliajul de aluminiu pentru extrudare transformă faza β-AlFeSi din lingou în fază α-AlFeSi, reducând timpul de omogenizare a lingoului cu 60%~70%, îmbunătățind proprietățile mecanice și prelucrabilitatea plastică a materialelor; îmbunătățind rugozitatea suprafeței produselor.
Pentru aliajele de aluminiu deformate cu conținut ridicat de siliciu (10%~13%), adăugarea a 0,02%~0,07% element de stronțiu poate reduce la minimum cristalele primare, iar proprietățile mecanice sunt, de asemenea, îmbunătățite semnificativ. Rezistența la tracțiune бb a crescut de la 233MPa la 236MPa, iar rezistența la curgere б0,2 a crescut de la 204MPa la 210MPa, iar alungirea б5 a crescut de la 9% la 12%. Adăugarea de stronțiu la aliajul hipereutectic Al-Si poate reduce dimensiunea particulelor de siliciu primar, poate îmbunătăți proprietățile de prelucrare a plasticului și poate permite o laminare lină la cald și la rece.
Zirconiu
Zirconiul este, de asemenea, un aditiv comun în aliajele de aluminiu. În general, cantitatea adăugată la aliajele de aluminiu este de 0,1%~0,3%. Zirconiul și aluminiul formează compuși ZrAl3, care pot împiedica procesul de recristalizare și pot rafina granulele recristalizate. Zirconiul poate, de asemenea, rafina structura turnată, dar efectul este mai mic decât cel al titanului. Prezența zirconiului va reduce efectul de rafinare a granulelor titanului și borului. În aliajele Al-Zn-Mg-Cu, deoarece zirconiul are un efect mai mic asupra sensibilității la călire decât cromul și manganul, este potrivit să se utilizeze zirconiu în loc de crom și mangan pentru a rafina structura recristalizată.
Elemente de pământuri rare
Elementele de pământuri rare sunt adăugate în aliajele de aluminiu pentru a crește superrăcirea componentelor în timpul turnării aliajului de aluminiu, pentru a rafina granulele, a reduce distanța dintre cristalele secundare, a reduce gazele și incluziunile din aliaj și au tendința de a sferoidiza faza de incluziune. De asemenea, pot reduce tensiunea superficială a topiturii, pot crește fluiditatea și pot facilita turnarea în lingouri, ceea ce are un impact semnificativ asupra performanței procesului. Este mai bine să se adauge diverse pământuri rare într-o cantitate de aproximativ 0,1%. Adăugarea de pământuri rare mixte (amestecat La-Ce-Pr-Nd etc.) reduce temperatura critică pentru formarea zonei G?P de îmbătrânire în aliajul Al-0,65%Mg-0,61%Si. Aliajele de aluminiu care conțin magneziu pot stimula metamorfismul elementelor de pământuri rare.
Impuritate
Vanadiul formează compusul refractar VAl11 în aliajele de aluminiu, care joacă un rol în rafinarea granulelor în timpul procesului de topire și turnare, dar rolul său este mai mic decât cel al titanului și zirconiului. Vanadiul are, de asemenea, efectul de rafinare a structurii recristalizate și de creștere a temperaturii de recristalizare.
Solubilitatea solidă a calciului în aliajele de aluminiu este extrem de scăzută și formează un compus CaAl4 cu aluminiul. Calciul este un element superplastic al aliajelor de aluminiu. Un aliaj de aluminiu cu aproximativ 5% calciu și 5% mangan are superplasticitate. Calciul și siliciul formează CaSi, care este insolubil în aluminiu. Deoarece cantitatea de siliciu din soluția solidă este redusă, conductivitatea electrică a aluminiului pur industrial poate fi ușor îmbunătățită. Calciul poate îmbunătăți performanța de tăiere a aliajelor de aluminiu. CaSi2 nu poate întări aliajele de aluminiu prin tratament termic. Urmele de calciu sunt utile în îndepărtarea hidrogenului din aluminiul topit.
Plumbul, staniul și bismutul sunt metale cu punct de topire scăzut. Solubilitatea lor solidă în aluminiu este mică, ceea ce reduce ușor rezistența aliajului, dar poate îmbunătăți performanța de tăiere. Bismutul se dilată în timpul solidificării, ceea ce este benefic pentru alimentare. Adăugarea de bismut la aliajele cu conținut ridicat de magneziu poate preveni fragilizarea sodiului.
Antimoniul este utilizat în principal ca modificator în aliajele de aluminiu turnat și este rar utilizat în aliajele de aluminiu deformate. Bismutul se înlocuiește doar în aliajele de aluminiu deformate Al-Mg pentru a preveni fragilizarea cu sodiu. Elementul de antimoniu este adăugat la unele aliaje Al-Zn-Mg-Cu pentru a îmbunătăți performanța proceselor de presare la cald și la rece.
Beriliul poate îmbunătăți structura peliculei de oxid din aliajele de aluminiu deformate și poate reduce pierderile prin ardere și incluziunile în timpul topirii și turnării. Beriliul este un element toxic care poate provoca intoxicații alergice la oameni. Prin urmare, beriliul nu poate fi conținut în aliajele de aluminiu care intră în contact cu alimente și băuturi. Conținutul de beriliu din materialele de sudură este de obicei controlat sub 8 μg/ml. Aliajele de aluminiu utilizate ca substraturi de sudură ar trebui, de asemenea, să controleze conținutul de beriliu.
Sodiul este aproape insolubil în aluminiu, iar solubilitatea maximă în stare solidă este mai mică de 0,0025%. Punctul de topire al sodiului este scăzut (97,8 ℃). Când sodiul este prezent în aliaj, acesta este adsorbit pe suprafața dendritelor sau pe limita granulelor în timpul solidificării. În timpul prelucrării la cald, sodiul de pe limita granulelor formează un strat de adsorbție lichidă, rezultând fisuri fragile, formarea de compuși NaAlSi. Nu există sodiu liber și nu se produce „fragilitate sodică”.
Când conținutul de magneziu depășește 2%, magneziul îndepărtează siliciul și precipită sodiul liber, rezultând „fragilitate sodică”. Prin urmare, aliajele de aluminiu cu conținut ridicat de magneziu nu permit utilizarea fluxului de sare de sodiu. Metodele de prevenire a „fragilizării sodiului” includ clorinarea, care face ca sodiul să formeze NaCl și este descărcat în zgură, adăugarea de bismut pentru a forma Na2Bi și a pătrunde în matricea metalică; adăugarea de antimoniu pentru a forma Na3Sb sau adăugarea de pământuri rare pot avea, de asemenea, același efect.
Editat de May Jiang de la MAT Aluminum
Data publicării: 08 august 2024
