Bakar
Kada je dio legure aluminija i bakra bogat aluminijem 548, maksimalna topljivost bakra u aluminiju je 5,65%. Kada temperatura padne na 302, topljivost bakra je 0,45%. Bakar je važan element legure i ima određeni učinak ojačavanja čvrste otopine. Osim toga, CuAl2 taložen starenjem ima očigledan učinak jačanja starenja. Sadržaj bakra u aluminijskim legurama obično je između 2,5% i 5%, a učinak ojačanja je najbolji kada je sadržaj bakra između 4% i 6,8%, tako da je sadržaj bakra u većini duraluminijskih legura unutar ovog raspona. Legure aluminija i bakra mogu sadržavati manje silicija, magnezija, mangana, kroma, cinka, željeza i drugih elemenata.
Silicij
Kada dio sustava legura Al-Si bogat aluminijem ima eutektičku temperaturu od 577, maksimalna topljivost silicija u čvrstoj otopini je 1,65%. Iako se topljivost smanjuje s padom temperature, te se legure općenito ne mogu ojačati toplinskom obradom. Legura aluminija i silicija ima izvrsna svojstva lijevanja i otpornost na koroziju. Ako se magnezij i silicij dodaju aluminiju u isto vrijeme kako bi nastala legura aluminij-magnezij-silicij, faza ojačanja je MgSi. Maseni omjer magnezija i silicija je 1,73:1. Pri projektiranju sastava legure Al-Mg-Si sadržaji magnezija i silicija konfigurirani su u ovom omjeru na matrici. Kako bi se poboljšala čvrstoća nekih legura Al-Mg-Si, dodaje se odgovarajuća količina bakra, a dodaje se i odgovarajuća količina kroma kako bi se neutralizirali štetni učinci bakra na otpornost na koroziju.
Maksimalna topljivost Mg2Si u aluminiju u aluminijem bogatom dijelu ravnotežnog faznog dijagrama sustava legura Al-Mg2Si je 1,85%, a usporavanje je malo kako se temperatura smanjuje. Kod deformiranih aluminijskih legura, samo dodavanje silicija aluminiju ograničeno je na materijale za zavarivanje, a dodavanje silicija aluminiju također ima određeni učinak ojačanja.
Magnezij
Iako krivulja topljivosti pokazuje da topljivost magnezija u aluminiju jako opada s padom temperature, sadržaj magnezija u većini industrijskih deformiranih aluminijskih legura manji je od 6%. Sadržaj silicija je također nizak. Ova vrsta legure ne može se ojačati toplinskom obradom, ali ima dobru zavarljivost, dobru otpornost na koroziju i srednju čvrstoću. Jačanje aluminija magnezijem je očito. Za svakih 1% povećanja magnezija, vlačna čvrstoća se povećava za približno 34MPa. Ako se doda manje od 1% mangana, učinak jačanja može se nadopuniti. Stoga dodavanje mangana može smanjiti sadržaj magnezija i smanjiti tendenciju vrućeg pucanja. Osim toga, mangan također može ravnomjerno istaložiti spojeve Mg5Al8, poboljšavajući otpornost na koroziju i učinkovitost zavarivanja.
Mangan
Kada je eutektička temperatura ravnotežnog faznog dijagrama sustava legura Al-Mn 658, maksimalna topljivost mangana u čvrstoj otopini je 1,82%. Čvrstoća legure raste s povećanjem topljivosti. Kada je sadržaj mangana 0,8%, istezanje doseže najveću vrijednost. Al-Mn legura je legura koja ne otvrdnjava starenjem, odnosno ne može se ojačati toplinskom obradom. Mangan može spriječiti proces rekristalizacije aluminijskih legura, povećati temperaturu rekristalizacije i značajno pročistiti rekristalizirana zrna. Pročišćavanje rekristaliziranih zrna uglavnom je posljedica činjenice da dispergirane čestice spojeva MnAl6 ometaju rast rekristaliziranih zrna. Još jedna funkcija MnAl6 je otapanje nečistoće željeza u obliku (Fe, Mn)Al6, čime se smanjuju štetni učinci željeza. Mangan je važan element u aluminijskim legurama. Može se dodati sam da bi se dobila binarna legura Al-Mn. Češće se dodaje zajedno s drugim legirajućim elementima. Stoga većina aluminijskih legura sadrži mangan.
Cinkov
Topivost cinka u aluminiju je 31,6% na 275 u dijelu ravnotežnog faznog dijagrama sustava legura Al-Zn koji je bogat aluminijem, dok njegova topljivost pada na 5,6% na 125. Dodavanje samog cinka aluminiju ima vrlo ograničeno poboljšanje u čvrstoća aluminijske legure u uvjetima deformacije. Istodobno postoji tendencija pucanja od korozije na napon, što ograničava njegovu primjenu. Dodavanje cinka i magnezija aluminiju istovremeno stvara fazu ojačanja Mg/Zn2, koja ima značajan učinak ojačanja na leguru. Kada se sadržaj Mg/Zn2 poveća s 0,5% na 12%, vlačna čvrstoća i granica razvlačenja mogu se značajno povećati. U supertvrdim aluminijskim legurama gdje sadržaj magnezija premašuje potrebnu količinu za stvaranje Mg/Zn2 faze, kada se omjer cinka i magnezija kontrolira na oko 2,7, otpornost na pucanje od korozije pod naponom je najveća. Na primjer, dodavanjem elementa bakra u Al-Zn-Mg formira se legura serije Al-Zn-Mg-Cu. Učinak ojačanja baze je najveći među svim aluminijskim legurama. Također je važan materijal od aluminijske legure u zrakoplovnoj, zrakoplovnoj industriji i elektroenergetskoj industriji.
Željezo i silicij
Željezo se dodaje kao legirajući elementi u kovanim aluminijskim legurama serije Al-Cu-Mg-Ni-Fe, a silicij se dodaje kao legirajući elementi u kovanom aluminiju serije Al-Mg-Si i u šipkama za zavarivanje serije Al-Si i odljevcima od aluminija i silicija legure. U baznim aluminijskim legurama, silicij i željezo su uobičajeni elementi nečistoća, koji imaju značajan utjecaj na svojstva legure. Uglavnom postoje kao FeCl3 i slobodni silicij. Kada je silicij veći od željeza, nastaje β-FeSiAl3 (ili Fe2Si2Al9) faza, a kada je željezo veće od silicija, nastaje α-Fe2SiAl8 (ili Fe3Si2Al12). Kada je omjer željeza i silicija neodgovarajući, to će uzrokovati pukotine u odljevku. Kada je sadržaj željeza u lijevanom aluminiju previsok, odljev će postati krt.
Titan i bor
Titan je često korišteni aditivni element u aluminijskim legurama, dodan u obliku Al-Ti ili Al-Ti-B glavne legure. Titan i aluminij tvore TiAl2 fazu, koja postaje nespontana jezgra tijekom kristalizacije i igra ulogu u rafiniranju strukture odljevka i strukture zavara. Kada Al-Ti legure prolaze reakciju pakiranja, kritični sadržaj titana je oko 0,15%. Ako je bor prisutan, usporavanje je samo 0,01%.
Krom
Krom je uobičajeni aditivni element u Al-Mg-Si seriji, Al-Mg-Zn seriji i Al-Mg seriji legura. Na 600°C, topljivost kroma u aluminiju je 0,8%, a na sobnoj temperaturi je u osnovi netopljiv. Krom stvara intermetalne spojeve kao što su (CrFe)Al7 i (CrMn)Al12 u aluminiju, koji ometaju proces nukleacije i rasta rekristalizacije i imaju određeni učinak ojačanja na leguru. Također može poboljšati žilavost legure i smanjiti osjetljivost na pucanje od korozije pod naponom.
Međutim, mjesto povećava osjetljivost na gašenje, čineći anodizirani film žutim. Količina kroma dodana aluminijskim legurama općenito ne prelazi 0,35%, a smanjuje se s povećanjem prijelaznih elemenata u leguri.
Stroncij
Stroncij je površinski aktivan element koji može kristalografski promijeniti ponašanje faza intermetalnih spojeva. Stoga modifikacijska obrada elementom stroncija može poboljšati plastičnu obradivost legure i kvalitetu konačnog proizvoda. Zbog dugog efektivnog vremena modifikacije, dobrog učinka i ponovljivosti, stroncij je posljednjih godina zamijenio upotrebu natrija u Al-Si legurama za lijevanje. Dodavanje 0,015%~0,03% stroncija aluminijskoj leguri za ekstruziju pretvara β-AlFeSi fazu u ingotu u α-AlFeSi fazu, smanjujući vrijeme homogenizacije ingota za 60%~70%, poboljšavajući mehanička svojstva i mogućnost plastične obrade materijala; poboljšanje površinske hrapavosti proizvoda.
Za deformirane aluminijske legure s visokim sadržajem silicija (10%~13%), dodavanje elementa stroncija od 0,02%~0,07% može smanjiti primarne kristale na minimum, a mehanička svojstva su također značajno poboljšana. Vlačna čvrstoća bb je povećana sa 233MPa na 236MPa, a granica razvlačenja Ь0.2 povećana je sa 204MPa na 210MPa, a istezanje b5 povećano je sa 9% na 12%. Dodavanje stroncija hipereutektičkoj Al-Si leguri može smanjiti veličinu čestica primarnog silicija, poboljšati svojstva plastične obrade i omogućiti glatko toplo i hladno valjanje.
Cirkonij
Cirkonij je također uobičajeni aditiv u aluminijskim legurama. Općenito, količina dodana aluminijskim legurama je 0,1% ~ 0,3%. Cirkonij i aluminij tvore spojeve ZrAl3, koji mogu spriječiti proces rekristalizacije i pročistiti rekristalizirana zrna. Cirkonij također može poboljšati strukturu odljevka, ali učinak je manji od titana. Prisutnost cirkonija smanjit će učinak titana i bora na pročišćavanje zrna. U legurama Al-Zn-Mg-Cu, budući da cirkonij ima manji učinak na osjetljivost kaljenja od kroma i mangana, prikladno je koristiti cirkonij umjesto kroma i mangana za pročišćavanje rekristalizirane strukture.
Elementi rijetke zemlje
Elementi rijetkih zemalja dodaju se aluminijskim legurama kako bi se povećalo superhlađenje komponenti tijekom lijevanja aluminijske legure, pročistila zrna, smanjio razmak sekundarnih kristala, smanjili plinovi i inkluzije u leguri, te težilo sferoidizaciji inkluzijske faze. Također može smanjiti površinsku napetost taline, povećati fluidnost i olakšati lijevanje u ingote, što ima značajan utjecaj na performanse procesa. Bolje je dodati razne rijetke zemlje u količini od oko 0,1%. Dodatak miješanih rijetkih zemalja (mješoviti La-Ce-Pr-Nd, itd.) smanjuje kritičnu temperaturu za stvaranje G?P zone starenja u Al-0,65%Mg-0,61%Si leguri. Aluminijske legure koje sadrže magnezij mogu potaknuti metamorfizam elemenata rijetke zemlje.
Nečistoća
Vanadij tvori vatrostalni spoj VAl11 u aluminijskim legurama, koji ima ulogu u rafiniranju zrna tijekom procesa taljenja i lijevanja, ali njegova je uloga manja od uloge titana i cirkonija. Vanadij također ima učinak pročišćavanja rekristalizirane strukture i povećanja temperature rekristalizacije.
Čvrsta topljivost kalcija u aluminijskim legurama izuzetno je niska, a s aluminijem tvori spoj CaAl4. Kalcij je superplastični element aluminijskih legura. Aluminijska legura s približno 5% kalcija i 5% mangana ima superplastičnost. Kalcij i silicij tvore CaSi, koji je netopljiv u aluminiju. Budući da je količina silicija u čvrstoj otopini smanjena, električna vodljivost industrijskog čistog aluminija može se malo poboljšati. Kalcij može poboljšati učinak rezanja aluminijskih legura. CaSi2 ne može ojačati aluminijske legure toplinskom obradom. Količine kalcija u tragovima korisne su u uklanjanju vodika iz rastaljenog aluminija.
Elementi olova, kositra i bizmuta su metali niskog tališta. Njihova čvrsta topljivost u aluminiju je mala, što malo smanjuje čvrstoću legure, ali može poboljšati učinak rezanja. Bizmut se širi tijekom skrućivanja, što je korisno za hranjenje. Dodavanje bizmuta legurama s visokim udjelom magnezija može spriječiti natrijevu krtost.
Antimon se uglavnom koristi kao modifikator u lijevanim aluminijskim legurama, a rijetko se koristi u deformiranim aluminijskim legurama. Zamijenite bizmut samo u Al-Mg deformiranoj aluminijskoj leguri kako biste spriječili natrijevu krtost. Element antimona dodaje se nekim legurama Al-Zn-Mg-Cu kako bi se poboljšala učinkovitost procesa toplog i hladnog prešanja.
Berilij može poboljšati strukturu oksidnog filma u deformiranim aluminijskim legurama i smanjiti gubitke prilikom gorenja i inkluzije tijekom taljenja i lijevanja. Berilij je otrovni element koji kod ljudi može izazvati alergijsko trovanje. Stoga se berilij ne može sadržavati u aluminijskim legurama koje dolaze u dodir s hranom i pićem. Sadržaj berilija u materijalima za zavarivanje obično se kontrolira ispod 8 μg/ml. Aluminijske legure koje se koriste kao podloge za zavarivanje također trebaju kontrolirati sadržaj berilija.
Natrij je gotovo netopljiv u aluminiju, a maksimalna topljivost u krutom stanju je manja od 0,0025%. talište natrija je nisko (97,8 ℃), kada je natrij prisutan u leguri, adsorbira se na površini dendrita ili granici zrna tijekom skrućivanja, tijekom vruće obrade natrij na granici zrna tvori tekući adsorpcijski sloj, što rezultira krtim pucanjem, stvaranjem spojeva NaAlSi, nema slobodnog natrija i ne stvara "krti natrij".
Kada sadržaj magnezija premaši 2%, magnezij oduzima silicij i taloži slobodni natrij, što rezultira "natrijevom krtošću". Stoga legure s visokim sadržajem magnezija i aluminija ne smiju koristiti fluks natrijeve soli. Metode za sprječavanje "natrijeve krtosti" uključuju kloriranje, koje uzrokuje da natrij stvara NaCl i ispušta se u trosku, dodavanjem bizmuta da se formira Na2Bi i ulazi u metalnu matricu; dodavanje antimona da se dobije Na3Sb ili dodavanje rijetkih zemalja također može imati isti učinak.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminiuma
Vrijeme objave: 8. kolovoza 2024
