Cupru
Când partea bogată în aluminiu a aliajului aluminiu-cupru este 548, solubilitatea maximă a cuprului în aluminiu este de 5,65%. Când temperatura scade la 302, solubilitatea cuprului este de 0,45%. Cuprul este un element important de aliaj și are un anumit efect de întărire a soluției solide. În plus, CuAl2 precipitat de îmbătrânire are un efect evident de întărire a îmbătrânirii. 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 află în acest interval. Aliajele 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, solubilitatea maximă a siliciului în soluția solidă este de 1,65%. Deși solubilitatea scade odată cu scăderea temperaturii, aceste aliaje în general nu pot fi întărite prin tratament termic. Aliajul aluminiu-siliciu are proprietăți excelente de turnare și rezistență la coroziune. Dacă magneziu și siliciu sunt adăugate la aluminiu în același timp pentru a forma un aliaj aluminiu-magneziu-siliciu, faza de întărire este MgSi. Raportul de masă 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 se adaugă 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 mult pe măsură ce temperatura scade, conținutul de magneziu în majoritatea aliajelor de aluminiu deformate industriale este mai mic de 6%. Conținutul de siliciu este, de asemenea, scăzut. Acest tip de aliaj nu poate fi consolidat prin tratament termic, dar are o sudabilitate bună, o rezistență bună la coroziune și o rezistență medie. Întărirea aluminiului de către 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 precipita uniform compușii Mg5Al8, îmbunătățind rezistența la coroziune și performanța de sudare.
Mangan
Când temperatura eutectică a diagramei de fază plată de echilibru a sistemului de aliaje Al-Mn este 658, 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, 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 boabele recristalizate. Rafinarea boabelor recristalizate se datorează în principal faptului că particulele dispersate de compuși MnAl6 împiedică creșterea boabelor 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. Mai des, se adaugă 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 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. Adăugarea de zinc singur la aluminiu are o îmbunătățire foarte limitată în rezistența aliajului de aluminiu în condiții de deformare. În același timp, există o tendință de fisurare prin coroziune sub tensiune, limitând astfel aplicarea acesteia. Adăugarea de zinc și magneziu la aluminiu în același timp formează faza de întărire Mg/Zn2, care are un efect de întărire semnificativ asupra aliajului. Când conținutul de Mg/Zn2 este crescut de la 0,5% la 12%, rezistența la tracțiune și rezistența la curgere pot fi crescute semnificativ. În aliajele de aluminiu superdur, în care conținutul de magneziu depășește cantitatea necesară pentru a forma faza Mg/Zn2, când raportul dintre zinc și magneziu este controlat la aproximativ 2,7, rezistența la fisurare la coroziune este cea mai mare. De exemplu, adăugarea unui element 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. Este, de asemenea, un material de aliaj de aluminiu important în industria aerospațială, aviație și în industria energiei electrice.
Fier și silicon
Fierul este adăugat ca elemente de aliere în aliajele de aluminiu forjat din seria Al-Cu-Mg-Ni-Fe, iar siliciul este adăugat ca elemente de aliere în aluminiul forjat din seria Al-Mg-Si și în barele de sudură din seria Al-Si și turnarea aluminiu-siliciu aliaje. În aliajele de aluminiu de bază, siliciul și fierul sunt elemente comune de impurități, care au un impact semnificativ asupra proprietăților aliajului. Ele există în principal ca 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 α-Fe2SiAl8 (sau Fe3Si2Al12). Când raportul dintre fier și siliciu este necorespunzător, va cauza fisuri în turnare. Când conținutul de fier din aluminiu turnat este prea mare, turnarea va deveni casantă.
Titan și Bor
Titanul este un element aditiv folosit în mod obișnuit în aliajele de aluminiu, adăugat sub formă de aliaj 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 de turnare și a structurii de sudură. Când aliajele Al-Ti suferă o reacție de pachet, conținutul critic de titan este de aproximativ 0,15%. Dacă borul este prezent, încetinirea este de până la 0,01%.
Crom
Cromul este un element aditiv comun în seria Al-Mg-Si, seria Al-Mg-Zn și aliajele din seria Al-Mg. La 600°C, solubilitatea cromului în aluminiu este de 0,8% și practic este insolubil la temperatura camerei. Cromul formează compuși intermetalici precum (CrFe)Al7 și (CrMn)Al12 în aluminiu, care împiedică procesul de nucleare și creștere de recristalizare și are un anumit efect de întărire asupra aliajului. De asemenea, poate îmbunătăți duritatea aliajului și poate reduce susceptibilitatea la fisurarea prin coroziune sub tensiune.
Totuși, locul crește sensibilitatea la stingere, făcând filmul anodizat galben. 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 activ de suprafață care poate modifica comportamentul fazelor compuse intermetalice din punct de vedere cristalografic. Prin urmare, tratamentul de modificare cu element de stronțiu poate îmbunătăți lucrabilitatea 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 faza α-AlFeSi, reducând timpul de omogenizare a lingoului cu 60%~70%, îmbunătățind proprietățile mecanice și procesabilitatea plastică a materialelor; îmbunătățirea rugozității suprafeței produselor.
Pentru aliajele de aluminiu deformate cu conținut ridicat de siliciu (10% ~ 13%), adăugarea de 0,02% ~ 0,07% element de stronțiu poate reduce cristalele primare la minim, iar proprietățile mecanice sunt, de asemenea, îmbunătățite semnificativ. Rezistența la tracțiune бb este crescută de la 233MPa la 236MPa, iar limita de 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 primare de siliciu, poate îmbunătăți proprietățile de prelucrare a plasticului și poate permite laminarea lină la cald și la rece.
zirconiu
Zirconiul este, de asemenea, un aditiv comun în aliajele de aluminiu. În general, cantitatea adăugată aliajelor de aluminiu este de 0,1% ~ 0,3%. Zirconiul și aluminiul formează compuși ZrAl3, care pot împiedica procesul de recristalizare și pot rafina boabele recristalizate. De asemenea, zirconiul poate rafina structura de turnare, dar efectul este mai mic decât titanul. Prezența zirconiului va reduce efectul de rafinare a cerealelor al titanului și borului. În aliajele Al-Zn-Mg-Cu, deoarece zirconiul are un efect mai mic asupra sensibilității la stingere decât cromul și manganul, este adecvat să se utilizeze zirconiu în loc de crom și mangan pentru a rafina structura recristalizată.
Elemente de pământ rare
Elementele de pământ rare sunt adăugate aliajelor de aluminiu pentru a crește suprarăcirea componentelor în timpul turnării aliajului de aluminiu, pentru a rafina boabele, pentru a reduce distanța dintre cristale secundare, pentru a reduce gazele și incluziunile din aliaj și au tendința de a sferoidiza faza de incluziune. De asemenea, poate reduce tensiunea superficială a topiturii, poate crește fluiditatea și poate facilita turnarea în lingouri, ceea ce are un impact semnificativ asupra performanței procesului. Este mai bine să adăugați diverse pământuri rare într-o cantitate de aproximativ 0,1%. Adăugarea de pământuri rare amestecate (mixte La-Ce-Pr-Nd etc.) reduce temperatura critică pentru formarea zonei de îmbătrânire G?P în aliajul Al-0,65%Mg-0,61%Si. Aliajele de aluminiu care conțin magneziu pot stimula metamorfismul elementelor pământurilor rare.
Impuritate
Vanadiul formează compus refractar VAl11 în aliajele de aluminiu, care joacă un rol în rafinarea cerealelor în timpul procesului de topire și turnare, dar rolul său este mai mic decât cel al titanului și zirconiului. Vanadiul are, de asemenea, ca efect rafinarea structurii recristalizate și creșterea temperaturii de recristalizare.
Solubilitatea solidă a calciului în aliajele de aluminiu este extrem de scăzută și formează un compus CaAl4 cu aluminiu. 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 soluție solidă de siliciu 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.
Elementele de plumb, staniu și bismut 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 extinde în timpul solidificării, ceea ce este benefic pentru hrănire. Adăugarea de bismut la aliajele bogate în magneziu poate preveni fragilizarea sodiului.
Antimoniul este folosit în principal ca modificator în aliajele de aluminiu turnat și este rar folosit în aliajele de aluminiu deformate. Înlocuiți bismutul numai în aliajul de aluminiu deformat Al-Mg pentru a preveni fragilizarea sodiului. Elementul de antimoniu este adăugat unor aliaje Al-Zn-Mg-Cu pentru a îmbunătăți performanța proceselor de presare la cald și la rece.
Beriliul poate îmbunătăți structura peliculei de oxid în aliajele de aluminiu deformate și poate reduce pierderile de 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 vin în contact cu alimente și băuturi. Conținutul de beriliu din materialele de sudură este de obicei controlat sub 8μg/ml. Aliajele de aluminiu utilizate ca substraturi de sudare ar trebui, de asemenea, să controleze conținutul de beriliu.
Sodiul este aproape insolubil în aluminiu, iar solubilitatea maximă a solidului 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 dendritei sau pe granița granulelor în timpul solidificării, în timpul procesării la cald, sodiul de pe granița granulelor formează un strat de adsorbție lichid, rezultând crăparea fragilă, formarea de compuși NaAlSi, nu există sodiu liber și nu produce „sodiu fragil”.
Când conținutul de magneziu depășește 2%, magneziul îndepărtează siliciul și precipită sodiul liber, rezultând „slăbirea sodiului”. Prin urmare, aliajul de aluminiu cu un conținut ridicat de magneziu nu este permis să utilizeze flux de sare de sodiu. Metodele de prevenire a „fragilării sodiului” includ clorarea, care face ca sodiul să formeze NaCl și este descărcat în zgură, adăugând bismut pentru a forma Na2Bi și pătrunzând în matricea metalică; Același efect poate avea și adăugarea de antimoniu pentru a forma Na3Sb sau adăugarea de pământuri rare.
Editat de May Jiang de la MAT Aluminium
Ora postării: 08-aug-2024
