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 forsterkende effekt i fast løsning. I tillegg har CuAl2 som utfelles ved aldring en tydelig aldringsforsterkende effekt. Kobberinnholdet i aluminiumslegeringer er vanligvis mellom 2,5 % og 5 %, og forsterkende effekt er best når kobberinnholdet er mellom 4 % og 6,8 %, så kobberinnholdet i de fleste duraluminlegeringer 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°C, er den maksimale løseligheten av silisium i den faste løsningen 1,65 %. Selv om løseligheten avtar med synkende temperatur, kan disse legeringene vanligvis ikke styrkes ved varmebehandling. Aluminium-silisiumlegering har utmerkede støpeegenskaper og korrosjonsbestandighet. Hvis magnesium og silisium tilsettes aluminium samtidig for å danne en aluminium-magnesium-silisiumlegering, er forsterkningfasen MgSi. Masseforholdet mellom magnesium og silisium er 1,73:1. Ved utforming av sammensetningen av Al-Mg-Si-legeringen konfigureres innholdet av magnesium og silisium 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 kobberets negative effekter på korrosjonsbestandigheten.
Den maksimale løseligheten 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 forsterkende effekt.
Magnesium
Selv om løselighetskurven viser at løseligheten av magnesium i aluminium avtar kraftig når temperaturen synker, er magnesiuminnholdet i de fleste industrielt deformerte aluminiumslegeringer mindre enn 6 %. Silisiuminnholdet er også lavt. Denne typen legering kan ikke forsterkes ved varmebehandling, men har god sveisbarhet, god korrosjonsbestandighet og middels styrke. Forsterkning av aluminium med magnesium er åpenbar. For hver 1 % økning i magnesium øker strekkfastheten med omtrent 34 MPa. Hvis mindre enn 1 % mangan tilsettes, kan forsterkningeffekten forsterkes. Derfor kan tilsetning av mangan redusere magnesiuminnholdet og redusere tendensen til varmsprekker. I tillegg kan mangan også jevnt utfelle Mg5Al8-forbindelser, noe som forbedrer korrosjonsbestandigheten og sveiseegenskapene.
Mangan
Når den eutektiske temperaturen i det flate likevektsfasediagrammet til Al-Mn-legeringssystemet er 658, er den maksimale løseligheten av mangan i den faste løsningen 1,82 %. Legeringens styrke øker med økende 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 omkrystalliseringsprosessen av aluminiumslegeringer, øke omkrystalliseringstemperaturen og betydelig raffinere de omkrystalliserte kornene. Raffineringen av omkrystalliserte korn skyldes hovedsakelig det faktum at de dispergerte partiklene av MnAl6-forbindelser hindrer veksten av omkrystalliserte korn. En annen funksjon til MnAl6 er å løse opp urent 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 tilsettes det sammen med andre legeringselementer. Derfor inneholder de fleste aluminiumslegeringer mangan.
Sink
Løseligheten av sink i aluminium er 31,6 % ved 275 °C i den aluminiumrike delen av likevektsfasediagrammet til Al-Zn-legeringssystemet, mens løseligheten synker til 5,6 % ved 125 °C. Tilsetning av sink alene til aluminium har svært begrenset forbedring av aluminiumlegeringens styrke under deformasjonsforhold. Samtidig er det en tendens til spenningskorrosjonssprekker, noe som begrenser bruken. Samtidig tilsetning av sink og magnesium til aluminium danner forsterkningfasen Mg/Zn2, som har en betydelig forsterkende effekt på legeringen. Når Mg/Zn2-innholdet økes fra 0,5 % til 12 %, kan strekkfastheten og flytegrensen økes betydelig. I superharde aluminiumlegeringer der magnesiuminnholdet overstiger den nødvendige mengden for å danne Mg/Zn2-fasen, er motstanden mot spenningskorrosjonssprekker størst når forholdet mellom sink og magnesium kontrolleres til rundt 2,7. For eksempel danner tilsetning av kobberelement til Al-Zn-Mg en Al-Zn-Mg-Cu-serielegering. Baseforsterkende effekt er den største blant alle aluminiumslegeringer. Det er også et viktig aluminiumslegeringsmateriale innen romfart, luftfartsindustrien og elkraftindustrien.
Jern og silisium
Jern tilsettes som legeringselementer i Al-Cu-Mg-Ni-Fe-serien av smidde aluminiumslegeringer, og silisium tilsettes som legeringselementer i Al-Mg-Si-serien av smidde aluminiumslegeringer og i Al-Si-serien av sveisetråder og aluminium-silisium støpelegeringer. I basisaluminiumslegeringer er silisium og jern vanlige urenhetselementer, som har en betydelig innvirkning på legeringens egenskaper. De finnes hovedsakelig som FeCl3 og fritt silisium. Når silisium er større enn jern, dannes β-FeSiAl3 (eller Fe2Si2Al9)-fasen, og når jern er større enn silisium, dannes α-Fe2SiAl8 (eller Fe3Si2Al12). Når forholdet mellom jern og silisium er feil, vil det forårsake sprekker i støpegodset. Når jerninnholdet i støpt aluminium er for høyt, vil støpegodset bli sprøtt.
Titan og bor
Titan er et vanlig brukt additivt element 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 raffineringen av støpestrukturen og sveisestrukturen. Når Al-Ti-legeringer gjennomgår en pakkereaksjon, er det kritiske innholdet av titan omtrent 0,15 %. Hvis bor er tilstede, er nedbremsingen så liten som 0,01 %.
Krom
Krom er et vanlig additivt element i Al-Mg-Si-serien, Al-Mg-Zn-serien og Al-Mg-serien legeringer. Ved 600 °C er løseligheten av krom i aluminium 0,8 %, og det er i utgangspunktet uløselig ved romtemperatur. Krom danner intermetalliske forbindelser som (CrFe)Al7 og (CrMn)Al12 i aluminium, noe som hindrer kimdannelses- og vekstprosessen for omkrystallisering og har en viss forsterkende effekt på legeringen. Det kan også forbedre legeringens seighet og redusere mottakeligheten for spenningskorrosjonssprekker.
Stedet øker imidlertid følsomheten for bråkjøling, noe som gjør den anodiserte filmen gul. Mengden krom som tilsettes aluminiumslegeringer overstiger vanligvis ikke 0,35 %, og avtar med økningen av overgangselementer i legeringen.
Strontium
Strontium er et overflateaktivt element som kan endre oppførselen til intermetalliske forbindelsesfaser krystallografisk. Derfor kan modifikasjonsbehandling med strontiumelementet 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 aluminiumlegeringen for ekstrudering gjør β-AlFeSi-fasen i barren om til α-AlFeSi-fasen, noe som reduserer homogeniseringstiden for barren med 60 % ~ 70 %, forbedrer de mekaniske egenskapene og plastiske bearbeidbarheten til materialene og forbedrer overflateruheten til produktene.
For deformerte aluminiumlegeringer med høyt silisiuminnhold (10 %–13 %) kan tilsetning av 0,02 %–0,07 % strontium redusere primærkrystallene til et minimum, og de mekaniske egenskapene forbedres også betydelig. Strekkfastheten бb økes fra 233 MPa til 236 MPa, flytegrensen б0,2 økes fra 204 MPa til 210 MPa, og forlengelsen б5 økes fra 9 % til 12 %. Tilsetning av strontium til hypereutektisk Al-Si-legering kan redusere størrelsen på primære silisiumpartiklene, forbedre plastens prosesseringsegenskaper og muliggjøre jevn varm- og kaldvalsing.
Zirkonium
Zirkonium er også et vanlig tilsetningsstoff i aluminiumslegeringer. Vanligvis er mengden som tilsettes aluminiumslegeringer 0,1 % til 0,3 %. Zirkonium og aluminium danner ZrAl3-forbindelser, som kan hindre omkrystalliseringsprosessen og raffinere de omkrystalliserte kornene. Zirkonium kan også raffinere støpestrukturen, men effekten er mindre enn titan. Tilstedeværelsen av zirkonium vil redusere kornraffineringseffekten til titan og bor. I Al-Zn-Mg-Cu-legeringer, siden zirkonium har en mindre effekt på slokkefølsomheten enn krom og mangan, er det hensiktsmessig å bruke zirkonium i stedet for krom og mangan for å raffinere den omkrystalliserte strukturen.
Sjeldne jordartselementer
Sjeldne jordartsmetaller tilsettes aluminiumslegeringer for å øke underkjølingen av komponentene under støping av aluminiumslegering, raffinere korn, redusere avstanden mellom sekundærkrystaller, redusere gasser og inneslutninger i legeringen, og har en tendens til å sfæroidisere inklusjonsfasen. Det kan også redusere overflatespenningen til smelten, øke fluiditeten og legge til rette for støping til barrer, noe som har en betydelig innvirkning på prosessytelsen. Det er bedre å tilsette forskjellige sjeldne jordartsmetaller i en mengde på omtrent 0,1 %. Tilsetning av blandede sjeldne jordartsmetaller (blandet La-Ce-Pr-Nd, etc.) reduserer den kritiske temperaturen for dannelsen av aldrings-G?P-sonen i Al-0,65 % Mg-0,61 % Si-legering. Aluminiumlegeringer som inneholder magnesium kan stimulere metamorfose av sjeldne jordartsmetaller.
Urenhet
Vanadium danner den ildfaste forbindelsen VAl11 i aluminiumslegeringer, som spiller en rolle i raffinering av korn under smelte- og støpeprosessen, men rollen er mindre enn titan og zirkonium. Vanadium har også effekten av å raffinere den omkrystalliserte strukturen og øke omkrystalliseringstemperaturen.
Kalsiums løselighet i fast form i aluminiumslegeringer er ekstremt lav, og det danner en CaAl4-forbindelse med aluminium. Kalsium er et superplastisk element i aluminiumslegeringer. En aluminiumslegering med omtrent 5 % kalsium og 5 % mangan har superplastisitet. Kalsium og silisium danner CaSi, som er uløselig i aluminium. Siden mengden silisium i fast form reduseres, kan den elektriske ledningsevnen til industrielt rent aluminium forbedres noe. Kalsium kan forbedre skjæreytelsen til aluminiumslegeringer. CaSi2 kan ikke styrke aluminiumslegeringer gjennom varmebehandling. Spormengder av kalsium er nyttige for å fjerne hydrogen fra smeltet aluminium.
Bly, tinn og vismut er metaller med lavt smeltepunkt. Deres løselighet i aluminium er liten, noe som reduserer legeringens styrke noe, men kan forbedre skjæreytelsen. Vismut utvider seg under størkning, noe som er gunstig for tilførsel. Å tilsette vismut til legeringer med høyt magnesiuminnhold kan forhindre natriumforsprøning.
Antimon brukes hovedsakelig som modifiseringsmiddel i støpte aluminiumslegeringer, og brukes sjelden i deformerte aluminiumslegeringer. Vismut skal kun erstattes i Al-Mg-deformert aluminiumslegering for å forhindre natriumforsprøhet. Antimonelementet 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 brenningstap og inneslutninger under smelting og støping. Beryllium er et giftig grunnstoff 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 8 μg/ml. Aluminiumslegeringer som brukes som sveisesubstrater bør også kontrollere berylliuminnholdet.
Natrium er nesten uløselig i aluminium, og den maksimale løseligheten i faste stoffer er mindre enn 0,0025 %. Natriums smeltepunkt er lavt (97,8 ℃). Når natrium er tilstede i legeringen, adsorberes det på dendrittoverflaten eller korngrensen under størkning. Under varm prosessering danner natriumet på korngrensen et flytende adsorpsjonslag, noe som resulterer i sprø sprekker og dannelse av NaAlSi-forbindelser. Det finnes ikke fritt natrium og produserer ikke "natriumsprøtt".
Når magnesiuminnholdet overstiger 2 %, fjerner magnesium silisium og utfeller fritt natrium, noe som resulterer i «natriumsprøhet». Derfor er det ikke tillatt å bruke natriumsaltfluks i aluminiumlegeringer med høyt magnesiuminnhold. Metoder for å forhindre «natriumsprøhet» inkluderer klorering, som fører til at natrium danner NaCl og slippes ut i slaggen, tilsetning av vismut for å danne Na2Bi og komme 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 Aluminum
Publisert: 08.08.2024
