Bakar
Kada je dio aluminijsko-bakrene legure 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 jačanja čvrste otopine. Osim toga, CuAl2 koji se istaloži starenjem ima očit učinak jačanja starenjem. Sadržaj bakra u aluminijskim legurama obično je između 2,5% i 5%, a učinak jačanja je najbolji kada je sadržaj bakra između 4% i 6,8%, tako da je sadržaj bakra u većini duraluminijskih legura unutar ovog raspona. Aluminijsko-bakrene legure mogu sadržavati manje silicija, magnezija, mangana, kroma, cinka, željeza i drugih elemenata.
Silicij
Kada dio Al-Si legure bogat aluminijem ima eutektičku temperaturu od 577, maksimalna topljivost silicija u krutoj otopini je 1,65%. Iako se topljivost smanjuje snižavanjem temperature, ove se legure općenito ne mogu ojačati toplinskom obradom. Aluminijsko-silicijska legura ima izvrsna svojstva lijevanja i otpornost na koroziju. Ako se magnezij i silicij dodaju aluminiju istovremeno kako bi se formirala aluminijsko-magnezijsko-silicijska legura, faza ojačanja je MgSi. Maseni omjer magnezija i silicija je 1,73:1. Prilikom projektiranja sastava Al-Mg-Si legure, sadržaj magnezija i silicija konfigurira se u ovom omjeru na matrici. Kako bi se poboljšala čvrstoća nekih Al-Mg-Si legura, dodaje se odgovarajuća količina bakra i odgovarajuća količina kroma kako bi se ublažili štetni učinci bakra na otpornost na koroziju.
Maksimalna topljivost Mg2Si u aluminiju u dijelu ravnotežnog faznog dijagrama Al-Mg2Si sustava legure bogatom aluminijem iznosi 1,85%, a usporavanje je malo s padom temperature. Kod deformiranih aluminijevih legura, dodavanje samog 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 znatno opada s padom temperature, sadržaj magnezija u većini industrijski deformiranih aluminijevih legura je manji 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. Ojačanje aluminija magnezijem je očito. Za svako povećanje magnezija od 1%, vlačna čvrstoća se povećava za približno 34 MPa. Ako se doda manje od 1% mangana, učinak ojačanja može se nadopuniti. Stoga, dodavanje mangana može smanjiti sadržaj magnezija i smanjiti sklonost vrućem pucanju. Osim toga, mangan također može jednoliko taložiti spojeve Mg5Al8, poboljšavajući otpornost na koroziju i performanse zavarivanja.
Mangan
Kada je eutektička temperatura ravnotežnog faznog dijagrama Al-Mn sustava legure 658, maksimalna topljivost mangana u krutoj otopini je 1,82%. Čvrstoća legure raste s povećanjem topljivosti. Kada je sadržaj mangana 0,8%, istezanje doseže maksimalnu vrijednost. Al-Mn legura je legura koja se ne stvrdnjava starenjem, odnosno ne može se ojačati toplinskom obradom. Mangan može spriječiti proces rekristalizacije aluminijevih 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. Druga funkcija MnAl6 je otapanje nečistoća željeza kako bi se formirao (Fe, Mn)Al6, smanjujući štetne učinke željeza. Mangan je važan element u aluminijskim legurama. Može se dodati sam kako bi se formirala binarna legura Al-Mn. Češće se dodaje zajedno s drugim legirajućim elementima. Stoga većina aluminijevih legura sadrži mangan.
Cinkov
Topljivost cinka u aluminiju iznosi 31,6% pri 275°C u dijelu ravnotežnog faznog dijagrama Al-Zn legure bogatom aluminijem, dok njegova topljivost pada na 5,6% pri 125°C. Dodavanje samog cinka aluminiju ima vrlo ograničeno poboljšanje čvrstoće aluminijske legure u uvjetima deformacije. Istovremeno, postoji tendencija pucanja od korozije pod naponom, što ograničava njegovu primjenu. Istovremeno dodavanje cinka i magnezija aluminiju formira 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 prelazi potrebnu količinu za stvaranje faze Mg/Zn2, kada se omjer cinka i magnezija kontrolira na oko 2,7, otpornost na pucanje od korozije pod naponom je najveća. Na primjer, dodavanje bakra Al-Zn-Mg formira leguru serije Al-Zn-Mg-Cu. Učinak ojačanja baze je najveći među svim aluminijskim legurama. Također je važan aluminijski legirani materijal u zrakoplovnoj industriji, zrakoplovnoj industriji i elektroenergetskoj industriji.
Željezo i silicij
Željezo se dodaje kao legirajući element u kovane aluminijske legure serije Al-Cu-Mg-Ni-Fe, a silicij se dodaje kao legirajući element u kovane aluminijske legure serije Al-Mg-Si te u šipke za zavarivanje serije Al-Si i legure za lijevanje aluminija i silicija. U osnovnim aluminijskim legurama, silicij i željezo su uobičajeni nečistoće koje značajno utječu na svojstva legure. Uglavnom postoje kao FeCl3 i slobodni silicij. Kada je silicij veći od željeza, formira se faza β-FeSiAl3 (ili Fe2Si2Al9), a kada je željezo veće od silicija, formira se α-Fe2SiAl8 (ili Fe3Si2Al12). Kada je omjer željeza i silicija nepravilan, to će uzrokovati pukotine u odljevku. Kada je sadržaj željeza u lijevanom aluminiju previsok, odljevak će postati krhak.
Titan i bor
Titan je često korišteni aditivni element u aluminijskim legurama, dodaje se 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 poboljšanju strukture lijeva i strukture zavara. Kada Al-Ti legure prolaze kroz reakciju pakiranja, kritični sadržaj titana je oko 0,15%. Ako je prisutan bor, usporavanje je samo 0,01%.
Krom
Krom je uobičajeni aditivni element u legurama Al-Mg-Si serije, Al-Mg-Zn serije i Al-Mg serije. Na 600°C, topljivost kroma u aluminiju je 0,8%, a na sobnoj temperaturi je u osnovi netopljiv. Krom u aluminiju tvori intermetalne spojeve poput (CrFe)Al7 i (CrMn)Al12, što sprječava nukleaciju i proces rasta rekristalizacije te ima određeni učinak jačanja legure. Također može poboljšati žilavost legure i smanjiti osjetljivost na pucanje od korozije uslijed naprezanja.
Međutim, to mjesto povećava osjetljivost na gašenje, čineći anodizirani film žutim. Količina kroma dodanog aluminijskim legurama općenito ne prelazi 0,35% i smanjuje se s povećanjem prijelaznih elemenata u leguri.
Stroncij
Stroncij je površinski aktivni element koji kristalografski može promijeniti ponašanje intermetalnih spojnih faza. Stoga modifikacijska obrada stroncijem 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 lijevajućim legurama. 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 plastičnu obradivost materijala; poboljšavajući hrapavost površine proizvoda.
Za deformirane aluminijske legure s visokim udjelom silicija (10%~13%), dodavanje 0,02%~0,07% stroncija može smanjiti primarne kristale na minimum, a mehanička svojstva su također značajno poboljšana. Vlačna čvrstoća bb povećana je s 233 MPa na 236 MPa, granica razvlačenja b0,2 povećana je s 204 MPa na 210 MPa, a istezanje b5 povećano je s 9% na 12%. Dodavanje stroncija hipereutektičnoj Al-Si leguri može smanjiti veličinu primarnih čestica silicija, poboljšati svojstva plastične obrade i omogućiti glatko toplo i hladno valjanje.
Cirkonij
Cirkonij je također čest aditiv u aluminijskim legurama. Općenito, količina koja se dodaje aluminijskim legurama je 0,1%~0,3%. Cirkonij i aluminij tvore spojeve ZrAl3, koji mogu ometati proces rekristalizacije i pročistiti rekristalizirana zrna. Cirkonij također može pročistiti strukturu odljevka, ali je učinak manji od titana. Prisutnost cirkonija smanjit će učinak pročišćavanja zrna titana i bora. U Al-Zn-Mg-Cu legurama, budući da cirkonij ima manji utjecaj na osjetljivost na gašenje od kroma i mangana, prikladno je koristiti cirkonij umjesto kroma i mangana za pročišćavanje rekristalizirane strukture.
Rijetki zemni elementi
Rijetkozemni elementi dodaju se aluminijskim legurama kako bi se povećalo pothlađenje komponenti tijekom lijevanja aluminijskih legura, pročistila zrna, smanjio razmak sekundarnih kristala, smanjili plinovi i inkluzije u leguri te kako bi se sferoidizirala faza inkluzije. Također se može smanjiti površinska 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 (miješani La-Ce-Pr-Nd, itd.) smanjuje kritičnu temperaturu za stvaranje zone starenja G?P u leguri Al-0,65%Mg-0,61%Si. Aluminijske legure koje sadrže magnezij mogu potaknuti metamorfizam rijetkozemnih elemenata.
Nečistoća
Vanadij u aluminijskim legurama tvori vatrostalni spoj VA11, koji igra ulogu u pročišćavanju 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.
Topljivost kalcija u aluminijskim legurama je izuzetno niska, te 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 performanse rezanja aluminijskih legura. CaSi2 ne može ojačati aluminijske legure toplinskom obradom. Tragovi kalcija korisni su u uklanjanju vodika iz rastaljenog aluminija.
Olovo, kositar i bizmut su metali s niskim talištem. Njihova topljivost u aluminiju je mala, što neznatno smanjuje čvrstoću legure, ali može poboljšati performanse rezanja. Bizmut se širi tijekom skrućivanja, što je korisno za dovod. Dodavanje bizmuta legurama s visokim udjelom magnezija može spriječiti krhkost uzrokovanu natrijem.
Antimon se uglavnom koristi kao modifikator u lijevani aluminijski legurama, a rijetko se koristi u deformiranim aluminijskim legurama. Zamjenjuje bizmut samo u deformiranoj aluminijskoj leguri Al-Mg kako bi se spriječila natrijeva krhkost. Element antimona dodaje se nekim Al-Zn-Mg-Cu legurama kako bi se poboljšale performanse procesa vrućeg i hladnog prešanja.
Berilij može poboljšati strukturu oksidnog filma u deformiranim aluminijskim legurama i smanjiti gubitke pri gorenju i inkluzije tijekom taljenja i lijevanja. Berilij je otrovni element koji može uzrokovati alergijsko trovanje kod ljudi. Stoga se berilij ne smije nalaziti u aluminijskim legurama koje dolaze u kontakt s hranom i pićima. Sadržaj berilija u materijalima za zavarivanje obično se kontrolira ispod 8μg/ml. Aluminijske legure koje se koriste kao podloge za zavarivanje također bi trebale 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 površinu dendrita ili granicu zrna tijekom skrućivanja. Tijekom vruće obrade, natrij na granici zrna stvara tekući adsorpcijski sloj, što rezultira krhkim pucanjem i stvaranjem spojeva NaAlSi. Ne postoji slobodni natrij i ne stvara se „krhki natrij“.
Kada sadržaj magnezija prelazi 2%, magnezij oduzima silicij i taloži slobodni natrij, što rezultira „krhkošću natrija“. Stoga se za legure aluminija s visokim udjelom magnezija ne smije koristiti fluks na bazi natrijeve soli. Metode za sprječavanje „krhkosti natrija“ uključuju kloriranje, koje uzrokuje stvaranje NaCl-a u troski, dodavanje bizmuta za stvaranje Na2Bi i ulazak u metalnu matricu; dodavanje antimona za stvaranje Na3Sb ili dodavanje rijetkih zemalja također može imati isti učinak.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminuma
Vrijeme objave: 08.08.2024.
