Kopper
Når den aluminiumrike delen av aluminium-kobberlegeringen er 548, er den maksimale løseligheten av kobber i aluminium 5,65%. Når temperaturen synker til 302, er løseligheten av kobber 0,45%. Kobber er et viktig legeringselement og har en viss solid løsningsforsterkende effekt. I tillegg har CuAl2 utfelt ved aldring en åpenbar aldringsforsterkende effekt. Kobberinnholdet i aluminiumslegeringer er vanligvis mellom 2,5 % og 5 %, og styrkingseffekten er best når kobberinnholdet er mellom 4 % og 6,8 %, så kobberinnholdet i de fleste duraluminiumlegeringer er innenfor dette området. Aluminium-kobberlegeringer kan inneholde mindre silisium, magnesium, mangan, krom, sink, jern og andre elementer.
Silisium
Når den aluminiumrike delen av Al-Si-legeringssystemet har en eutektisk temperatur på 577, er den maksimale løseligheten av silisium i den faste løsningen 1,65 %. Selv om løseligheten avtar med synkende temperatur, kan disse legeringene generelt ikke styrkes ved varmebehandling. Aluminium-silisiumlegering har utmerkede støpeegenskaper og korrosjonsbestandighet. Hvis magnesium og silisium tilsettes aluminium samtidig for å danne en aluminium-magnesium-silisium-legering, er forsterkningsfasen MgSi. Masseforholdet mellom magnesium og silisium er 1,73:1. Ved utforming av sammensetningen av Al-Mg-Si-legeringen, er innholdet av magnesium og silisium konfigurert i dette forholdet på matrisen. For å forbedre styrken til noen Al-Mg-Si-legeringer, tilsettes en passende mengde kobber, og en passende mengde krom tilsettes for å oppveie de negative effektene av kobber på korrosjonsmotstanden.
Maksimal løselighet av Mg2Si i aluminium i den aluminiumrike delen av likevektsfasediagrammet til Al-Mg2Si-legeringssystemet er 1,85 %, og retardasjonen er liten når temperaturen synker. I deformerte aluminiumslegeringer er tilsetningen av silisium alene til aluminium begrenset til sveisematerialer, og tilsetningen av silisium til aluminium har også en viss styrkende effekt.
Magnesium
Selv om løselighetskurven viser at løseligheten av magnesium i aluminium synker kraftig når temperaturen synker, er magnesiuminnholdet i de fleste industrielle deformerte aluminiumslegeringer mindre enn 6 %. Silisiuminnholdet er også lavt. Denne typen legeringer kan ikke styrkes ved varmebehandling, men har god sveisbarhet, god korrosjonsbestandighet og middels styrke. Styrkingen av aluminium med magnesium er åpenbar. For hver 1 % økning i magnesium, øker strekkstyrken med ca. 34 MPa. Hvis mindre enn 1 % mangan tilsettes, kan den styrkende effekten suppleres. Derfor kan tilsetning av mangan redusere magnesiuminnholdet og redusere tendensen til varmsprekking. I tillegg kan mangan også jevnt utfelle Mg5Al8-forbindelser, noe som forbedrer korrosjonsmotstanden og sveiseytelsen.
Mangan
Når den eutektiske temperaturen til det flate likevektsfasediagrammet til Al-Mn-legeringssystemet er 658, er den maksimale løseligheten av mangan i den faste løsningen 1,82 %. Styrken til legeringen øker med økningen i løselighet. Når manganinnholdet er 0,8 %, når forlengelsen maksimalverdien. Al-Mn-legering er en ikke-aldringsherdende legering, det vil si at den ikke kan styrkes ved varmebehandling. Mangan kan forhindre rekrystalliseringsprosessen av aluminiumslegeringer, øke rekrystalliseringstemperaturen og betydelig foredle de rekrystalliserte kornene. Forfiningen av rekrystalliserte korn skyldes hovedsakelig det faktum at de dispergerte partiklene av MnAl6-forbindelser hindrer veksten av rekrystalliserte korn. En annen funksjon av MnAl6 er å løse opp urenheter av jern for å danne (Fe, Mn)Al6, noe som reduserer de skadelige effektene av jern. Mangan er et viktig element i aluminiumslegeringer. Det kan tilsettes alene for å danne en Al-Mn binær legering. Oftere legges det sammen med andre legeringselementer. Derfor inneholder de fleste aluminiumslegeringer mangan.
Sink
Løseligheten til sink i aluminium er 31,6 % ved 275 i den aluminiumrike delen av likevektsfasediagrammet til Al-Zn-legeringssystemet, mens løseligheten synker til 5,6 % ved 125. Tilsetning av sink alene til aluminium har svært begrenset forbedring i styrken til aluminiumslegeringen under deformasjonsforhold. Samtidig er det en tendens til spenningskorrosjonssprekker, noe som begrenser bruken. Å tilsette sink og magnesium til aluminium samtidig danner forsterkningsfasen Mg/Zn2, som har en betydelig styrkende effekt på legeringen. Når Mg/Zn2-innholdet økes fra 0,5 % til 12 %, kan strekkfastheten og flytegrensen økes betydelig. I superharde aluminiumslegeringer hvor magnesiuminnholdet overstiger nødvendig mengde for å danne Mg/Zn2-fasen, når forholdet mellom sink og magnesium er kontrollert til rundt 2,7, er motstanden mot spenningskorrosjon størst. For eksempel, tilsetning av kobberelement til Al-Zn-Mg danner en Al-Zn-Mg-Cu-legering. Baseforsterkende effekt er den største blant alle aluminiumslegeringer. Det er også et viktig aluminiumslegeringsmateriale i romfart, luftfartsindustrien og elektrisk kraftindustri.
Jern og silisium
Jern er tilsatt som legeringselementer i Al-Cu-Mg-Ni-Fe serien smide aluminiumslegeringer, og silisium er tilsatt som legeringselementer i Al-Mg-Si serien smide aluminium og i Al-Si serien sveisestaver og aluminium-silisium støping legeringer. I basisaluminiumslegeringer er silisium og jern vanlige urenhetselementer, som har en betydelig innvirkning på legeringens egenskaper. De eksisterer hovedsakelig som FeCl3 og fritt silisium. Når silisium er større enn jern, dannes β-FeSiAl3 (eller Fe2Si2Al9) fase, og når jern er større enn silisium, dannes α-Fe2SiAl8 (eller Fe3Si2Al12). Når forholdet mellom jern og silisium er feil, vil det føre til sprekker i støpingen. Når jerninnholdet i støpt aluminium er for høyt, vil støpingen bli sprø.
Titan og bor
Titan er et vanlig brukt additivelement i aluminiumslegeringer, tilsatt i form av Al-Ti eller Al-Ti-B masterlegering. Titan og aluminium danner TiAl2-fasen, som blir en ikke-spontan kjerne under krystallisering og spiller en rolle i å foredle støpestrukturen og sveisestrukturen. Når Al-Ti-legeringer gjennomgår en pakkereaksjon, er det kritiske innholdet av titan omtrent 0,15 %. Hvis bor er tilstede, er nedgangen så liten som 0,01 %.
Krom
Krom er et vanlig additivelement i Al-Mg-Si-serien, Al-Mg-Zn-serien og Al-Mg-seriens legeringer. Ved 600°C er oppløseligheten av krom i aluminium 0,8 %, og det er i utgangspunktet uoppløselig ved romtemperatur. Krom danner intermetalliske forbindelser som (CrFe)Al7 og (CrMn)Al12 i aluminium, noe som hindrer kjernedannelse og vekstprosessen ved rekrystallisering og har en viss styrkende effekt på legeringen. Det kan også forbedre legeringens seighet og redusere følsomheten for spenningskorrosjonssprekker.
Imidlertid øker stedet avkjølingsfølsomheten, noe som gjør den anodiserte filmen gul. Mengden krom tilsatt aluminiumslegeringer overstiger generelt ikke 0,35 %, og avtar med økningen av overgangselementer i legeringen.
Strontium
Strontium er et overflateaktivt grunnstoff som kan endre oppførselen til intermetalliske sammensatte faser krystallografisk. Derfor kan modifikasjonsbehandling med strontiumelement forbedre legeringens plastiske bearbeidbarhet og kvaliteten på sluttproduktet. På grunn av sin lange effektive modifikasjonstid, gode effekt og reproduserbarhet, har strontium erstattet bruken av natrium i Al-Si støpelegeringer de siste årene. Tilsetning av 0,015% ~ 0,03% strontium til aluminiumslegeringen for ekstrudering gjør β-AlFeSi-fasen i barren til α-AlFeSi-fase, reduserer homogeniseringstiden for blokken med 60% ~ 70%, og forbedrer de mekaniske egenskapene og plastisk bearbeidbarhet av materialer; forbedrer overflateruheten til produktene.
For høysilisium (10%~13%) deformerte aluminiumslegeringer, kan tilsetning av 0,02%~0,07% strontiumelement redusere primærkrystaller til et minimum, og de mekaniske egenskapene er også betydelig forbedret. Strekkfastheten бb økes fra 233MPa til 236MPa, og flytegrensen б0.2 økes fra 204MPa til 210MPa, og forlengelsen б5 økte fra 9% til 12%. Tilsetning av strontium til hypereutektisk Al-Si-legering kan redusere størrelsen på primære silisiumpartikler, forbedre plastbehandlingsegenskapene og muliggjøre jevn varm- og kaldvalsing.
Zirkonium
Zirkonium er også et vanlig tilsetningsstoff i aluminiumslegeringer. Generelt er mengden tilsatt til aluminiumslegeringer 0,1% ~ 0,3%. Zirkonium og aluminium danner ZrAl3-forbindelser, som kan hindre rekrystalliseringsprosessen og foredle de omkrystalliserte kornene. Zirkonium kan også foredle støpestrukturen, men effekten er mindre enn titan. Tilstedeværelsen av zirkonium vil redusere kornraffineringseffekten av titan og bor. I Al-Zn-Mg-Cu-legeringer, siden zirkonium har en mindre effekt på bråkjølingsfølsomheten enn krom og mangan, er det hensiktsmessig å bruke zirkonium i stedet for krom og mangan for å foredle den omkrystalliserte strukturen.
Sjeldne jordelementer
Sjeldne jordartselementer tilsettes aluminiumslegeringer for å øke komponentunderkjøling under støping av aluminiumlegeringer, foredle korn, redusere sekundær krystallavstand, redusere gasser og inneslutninger i legeringen, og har en tendens til å sfæroidisere inklusjonsfasen. Det kan også redusere overflatespenningen til smelten, øke fluiditeten og lette støpingen til ingots, noe som har en betydelig innvirkning på prosessytelsen. Det er bedre å tilsette forskjellige sjeldne jordarter i en mengde på omtrent 0,1%. Tilsetning av blandede sjeldne jordarter (blandet La-Ce-Pr-Nd, etc.) reduserer den kritiske temperaturen for dannelsen av aldrende G?P-sone i Al-0,65%Mg-0,61%Si-legering. Aluminiumslegeringer som inneholder magnesium kan stimulere metamorfosen til sjeldne jordartsmetaller.
Urenhet
Vanadium danner VAl11 ildfast forbindelse i aluminiumslegeringer, som spiller en rolle i raffinering av korn under smelte- og støpeprosessen, men dens rolle er mindre enn titan og zirkonium. Vanadium har også effekten av å raffinere den rekrystalliserte strukturen og øke rekrystalliseringstemperaturen.
Den faste løseligheten av kalsium i aluminiumslegeringer er ekstremt lav, og den danner en CaAl4-forbindelse med aluminium. Kalsium er et superplastisk element av aluminiumslegeringer. En aluminiumslegering med ca. 5 % kalsium og 5 % mangan har superplastisitet. Kalsium og silisium danner CaSi, som er uløselig i aluminium. Siden mengden av silisium i fast løsning reduseres, kan den elektriske ledningsevnen til industrielt rent aluminium forbedres noe. Kalsium kan forbedre kutteytelsen til aluminiumslegeringer. CaSi2 kan ikke styrke aluminiumslegeringer gjennom varmebehandling. Spormengder av kalsium er nyttige for å fjerne hydrogen fra smeltet aluminium.
Bly-, tinn- og vismutelementer er metaller med lavt smeltepunkt. Deres faste løselighet i aluminium er liten, noe som reduserer legeringens styrke, men kan forbedre kutteytelsen. Vismut utvider seg under størkning, noe som er gunstig for fôring. Tilsetning av vismut til legeringer med høyt magnesiuminnhold kan forhindre skjørhet av natrium.
Antimon brukes hovedsakelig som modifiseringsmiddel i støpte aluminiumslegeringer, og brukes sjelden i deformerte aluminiumslegeringer. Bytt kun ut vismut i Al-Mg-deformert aluminiumslegering for å forhindre sprøhet av natrium. Antimonelement tilsettes noen Al-Zn-Mg-Cu-legeringer for å forbedre ytelsen til varmpressing og kaldpressing.
Beryllium kan forbedre strukturen til oksidfilmen i deformerte aluminiumslegeringer og redusere forbrenningstap og inneslutninger under smelting og støping. Beryllium er et giftig element som kan forårsake allergisk forgiftning hos mennesker. Derfor kan ikke beryllium finnes i aluminiumslegeringer som kommer i kontakt med mat og drikke. Berylliuminnholdet i sveisematerialer kontrolleres vanligvis under 8μg/ml. Aluminiumslegeringer som brukes som sveiseunderlag bør også kontrollere berylliuminnholdet.
Natrium er nesten uløselig i aluminium, og maksimal fast løselighet er mindre enn 0,0025%. smeltepunktet for natrium er lavt (97,8 ℃), når natrium er tilstede i legeringen, blir det adsorbert på dendrittoverflaten eller korngrensen under størkning, under varmbehandling, danner natriumet på korngrensen et flytende adsorpsjonslag, resulterer i sprø sprekkdannelse, dannelse av NaAlSi-forbindelser, det finnes ikke noe fritt natrium, og produserer ikke "skjørt natrium".
Når magnesiuminnholdet overstiger 2 %, tar magnesium bort silisium og utfeller fritt natrium, noe som resulterer i "natriumskjørhet". Derfor er aluminiumslegering med høyt magnesium ikke tillatt å bruke natriumsaltfluks. Metoder for å forhindre "natriumsprøhet" inkluderer klorering, som får natrium til å danne NaCl og slippes ut i slagget, tilsette vismut for å danne Na2Bi og gå inn i metallmatrisen; tilsetning av antimon for å danne Na3Sb eller tilsetning av sjeldne jordarter kan også ha samme effekt.
Redigert av May Jiang fra MAT Aluminium
Innleggstid: Aug-08-2024
