Koppar
När den aluminiumrika delen av aluminium-kopparlegeringen är 548, är den maximala lösligheten av koppar i aluminium 5,65 %. När temperaturen sjunker till 302, är kopparns löslighet 0,45 %. Koppar är ett viktigt legeringselement och har en viss solid lösningsförstärkande effekt. Dessutom har CuAl2 som fälls ut genom åldrandet en uppenbar åldringsförstärkande effekt. Kopparhalten i aluminiumlegeringar är vanligtvis mellan 2,5 % och 5 %, och förstärkningseffekten är bäst när kopparhalten är mellan 4 % och 6,8 %, så kopparhalten i de flesta duraluminlegeringar ligger inom detta intervall. Aluminium-kopparlegeringar kan innehålla mindre kisel, magnesium, mangan, krom, zink, järn och andra grundämnen.
Kisel
När den aluminiumrika delen av Al-Si-legeringssystemet har en eutektisk temperatur på 577, är den maximala lösligheten av kisel i den fasta lösningen 1,65 %. Även om lösligheten minskar med sjunkande temperatur, kan dessa legeringar i allmänhet inte förstärkas genom värmebehandling. Aluminium-kisellegering har utmärkta gjutegenskaper och korrosionsbeständighet. Om magnesium och kisel tillsätts till aluminium samtidigt för att bilda en aluminium-magnesium-kisellegering, är förstärkningsfasen MgSi. Massförhållandet mellan magnesium och kisel är 1,73:1. Vid utformningen av sammansättningen av Al-Mg-Si-legeringen konfigureras innehållet av magnesium och kisel i detta förhållande på matrisen. För att förbättra hållfastheten hos vissa Al-Mg-Si-legeringar tillsätts en lämplig mängd koppar och en lämplig mängd krom för att kompensera för koppars negativa effekter på korrosionsbeständigheten.
Den maximala lösligheten för Mg2Si i aluminium i den aluminiumrika delen av jämviktsfasdiagrammet för Al-Mg2Si-legeringssystemet är 1,85 %, och retardationen är liten när temperaturen sjunker. I deformerade aluminiumlegeringar är tillsatsen av enbart kisel till aluminium begränsad till svetsmaterial, och tillsatsen av kisel till aluminium har också en viss stärkande effekt.
Magnesium
Även om löslighetskurvan visar att lösligheten av magnesium i aluminium minskar kraftigt när temperaturen sjunker, är magnesiumhalten i de flesta industriella deformerade aluminiumlegeringar mindre än 6 %. Kiselhalten är också låg. Denna typ av legering kan inte förstärkas genom värmebehandling, men har god svetsbarhet, bra korrosionsbeständighet och medelhög styrka. Förstärkningen av aluminium med magnesium är uppenbar. För varje 1% ökning av magnesium ökar draghållfastheten med cirka 34 MPa. Om mindre än 1 % mangan tillsätts kan den förstärkande effekten kompletteras. Därför kan tillsats av mangan minska magnesiumhalten och minska tendensen till hetsprickbildning. Dessutom kan mangan också jämnt fälla ut Mg5Al8-föreningar, vilket förbättrar korrosionsbeständigheten och svetsprestanda.
Mangan
När den eutektiska temperaturen för det platta jämviktsfasdiagrammet för Al-Mn-legeringssystemet är 658, är den maximala lösligheten för mangan i den fasta lösningen 1,82 %. Legeringens styrka ökar med ökad löslighet. När manganhalten är 0,8 % når töjningen maxvärdet. Al-Mn-legering är en icke-åldershärdande legering, det vill säga den kan inte förstärkas genom värmebehandling. Mangan kan förhindra omkristalliseringsprocessen av aluminiumlegeringar, öka omkristalliseringstemperaturen och avsevärt förfina de omkristalliserade kornen. Förfiningen av omkristalliserade korn beror främst på det faktum att de dispergerade partiklarna av MnAl6-föreningar hindrar tillväxten av omkristalliserade korn. En annan funktion hos MnAl6 är att lösa upp föroreningsjärn för att bilda (Fe, Mn)Al6, vilket minskar de skadliga effekterna av järn. Mangan är ett viktigt element i aluminiumlegeringar. Den kan tillsättas ensam för att bilda en binär Al-Mn-legering. Oftare tillsätts det tillsammans med andra legeringselement. Därför innehåller de flesta aluminiumlegeringar mangan.
Zink
Lösligheten för zink i aluminium är 31,6 % vid 275 i den aluminiumrika delen av jämviktsfasdiagrammet för Al-Zn-legeringssystemet, medan dess löslighet sjunker till 5,6 % vid 125. Att tillsätta enbart zink till aluminium har mycket begränsad förbättring i styrkan hos aluminiumlegeringen under deformationsförhållanden. Samtidigt finns det en tendens till spänningskorrosionssprickor, vilket begränsar dess tillämpning. Att samtidigt tillsätta zink och magnesium till aluminium bildar förstärkningsfasen Mg/Zn2, vilket har en betydande förstärkande effekt på legeringen. När Mg/Zn2-halten ökas från 0,5 % till 12 % kan draghållfastheten och sträckgränsen ökas avsevärt. I superhårda aluminiumlegeringar där magnesiumhalten överstiger den mängd som krävs för att bilda Mg/Zn2-fasen, när förhållandet mellan zink och magnesium kontrolleras till cirka 2,7, är motståndet mot spänningskorrosionssprickbildning störst. Till exempel, tillsats av kopparelement till Al-Zn-Mg bildar en Al-Zn-Mg-Cu-serielegering. Den basförstärkande effekten är den största bland alla aluminiumlegeringar. Det är också ett viktigt aluminiumlegeringsmaterial inom flyg-, flyg- och elkraftsindustrin.
Järn och kisel
Järn tillsätts som legeringselement i Al-Cu-Mg-Ni-Fe-serien smides-aluminiumlegeringar, och kisel tillsätts som legeringselement i Al-Mg-Si-seriens bearbetade aluminium och i Al-Si-serien svetsstänger och aluminium-kiselgjutning legeringar. I basaluminiumlegeringar är kisel och järn vanliga föroreningselement, som har en betydande inverkan på legeringens egenskaper. De finns främst som FeCl3 och fritt kisel. När kisel är större än järn bildas β-FeSiAl3 (eller Fe2Si2Al9) fas, och när järn är större än kisel bildas α-Fe2SiAl8 (eller Fe3Si2Al12). När förhållandet mellan järn och kisel är felaktigt kommer det att orsaka sprickor i gjutgodset. När järnhalten i gjuten aluminium är för hög blir gjutgodset skört.
Titan och bor
Titan är ett vanligt använt tillsatselement i aluminiumlegeringar, tillsatt i form av Al-Ti eller Al-Ti-B masterlegering. Titan och aluminium bildar TiAl2-fasen, som blir en icke-spontan kärna under kristalliseringen och spelar en roll för att förfina gjutstrukturen och svetsstrukturen. När Al-Ti-legeringar genomgår en förpackningsreaktion är det kritiska innehållet av titan cirka 0,15 %. Om bor är närvarande är nedgången så liten som 0,01 %.
Krom
Krom är ett vanligt tillsatselement i Al-Mg-Si-serien, Al-Mg-Zn-serien och Al-Mg-seriens legeringar. Vid 600°C är lösligheten av krom i aluminium 0,8 %, och det är i princip olösligt vid rumstemperatur. Krom bildar intermetalliska föreningar som (CrFe)Al7 och (CrMn)Al12 i aluminium, vilket hindrar kärnbildning och tillväxtprocess vid omkristallisation och har en viss stärkande effekt på legeringen. Det kan också förbättra legeringens seghet och minska känsligheten för spänningskorrosionssprickor.
Stället ökar dock släckningskänsligheten, vilket gör den anodiserade filmen gul. Mängden krom som tillsätts till aluminiumlegeringar överstiger i allmänhet inte 0,35 % och minskar med ökningen av övergångselement i legeringen.
Strontium
Strontium är ett ytaktivt grundämne som kan förändra beteendet hos intermetalliska sammansatta faser kristallografiskt. Därför kan modifieringsbehandling med strontiumelement förbättra legeringens plastiska bearbetbarhet och kvaliteten på slutprodukten. På grund av sin långa effektiva modifieringstid, goda effekt och reproducerbarhet har strontium ersatt användningen av natrium i Al-Si gjutlegeringar de senaste åren. Tillsats av 0,015% ~ 0,03% strontium till aluminiumlegeringen för extrudering förvandlar β-AlFeSi-fasen i götet till α-AlFeSi-fas, vilket minskar göthomogeniseringstiden med 60% ~ 70%, vilket förbättrar de mekaniska egenskaperna och plastisk bearbetningsförmåga hos material; förbättra ytjämnheten hos produkter.
För högkiselhaltiga (10%~13%) deformerade aluminiumlegeringar kan tillsats av 0,02%~0,07% strontiumelement reducera primära kristaller till ett minimum, och de mekaniska egenskaperna förbättras också avsevärt. Draghållfastheten бb ökas från 233MPa till 236MPa, och sträckgränsen б0,2 ökas från 204MPa till 210MPa, och töjningen б5 ökade från 9% till 12%. Att tillsätta strontium till hypereutektisk Al-Si-legering kan minska storleken på primära kiselpartiklar, förbättra plastbearbetningsegenskaperna och möjliggöra smidig varm- och kallvalsning.
Zirkonium
Zirkonium är också en vanlig tillsats i aluminiumlegeringar. I allmänhet är mängden tillsatt till aluminiumlegeringar 0,1% ~ 0,3%. Zirkonium och aluminium bildar ZrAl3-föreningar, vilket kan hindra omkristallisationsprocessen och förfina de omkristalliserade kornen. Zirkonium kan också förfina gjutstrukturen, men effekten är mindre än titan. Närvaron av zirkonium kommer att minska kornförädlingseffekten av titan och bor. I Al-Zn-Mg-Cu-legeringar, eftersom zirkonium har en mindre effekt på härdningskänsligheten än krom och mangan, är det lämpligt att använda zirkonium istället för krom och mangan för att förfina den omkristalliserade strukturen.
Sällsynta jordartselement
Sällsynta jordartsmetaller läggs till aluminiumlegeringar för att öka komponentunderkylningen under gjutning av aluminiumlegeringar, förfina korn, minska sekundärt kristallavstånd, minska gaser och inneslutningar i legeringen och tenderar att sfäroidisera inneslutningsfasen. Det kan också minska smältans ytspänning, öka flytbarheten och underlätta gjutning till göt, vilket har en betydande inverkan på processprestanda. Det är bättre att lägga till olika sällsynta jordartsmetaller i en mängd av cirka 0,1%. Tillsatsen av blandade sällsynta jordartsmetaller (blandade La-Ce-Pr-Nd, etc.) minskar den kritiska temperaturen för bildandet av åldrande G?P-zon i Al-0,65%Mg-0,61%Si-legering. Aluminiumlegeringar som innehåller magnesium kan stimulera metamorfosen av sällsynta jordartsmetaller.
Förorening
Vanadin bildar VAl11 eldfast förening i aluminiumlegeringar, som spelar en roll vid raffinering av korn under smält- och gjutningsprocessen, men dess roll är mindre än titan och zirkonium. Vanadin har också effekten att förfina den omkristalliserade strukturen och öka omkristallisationstemperaturen.
Den fasta lösligheten av kalcium i aluminiumlegeringar är extremt låg, och det bildar en CaAl4-förening med aluminium. Kalcium är ett superplastiskt element av aluminiumlegeringar. En aluminiumlegering med cirka 5 % kalcium och 5 % mangan har superplasticitet. Kalcium och kisel bildar CaSi, som är olösligt i aluminium. Eftersom mängden kisel i fast lösning minskar, kan den elektriska ledningsförmågan hos industriellt rent aluminium förbättras något. Kalcium kan förbättra skärprestandan hos aluminiumlegeringar. CaSi2 kan inte stärka aluminiumlegeringar genom värmebehandling. Spårmängder av kalcium är till hjälp för att ta bort väte från smält aluminium.
Bly, tenn och vismutelement är metaller med låg smältpunkt. Deras fasta löslighet i aluminium är liten, vilket minskar legeringens styrka något, men kan förbättra skärprestandan. Vismut expanderar under stelningen, vilket är fördelaktigt för utfodringen. Tillsats av vismut till legeringar med hög magnesiumhalt kan förhindra natriumförsprödning.
Antimon används främst som modifieringsmedel i gjutna aluminiumlegeringar, och används sällan i deformerade aluminiumlegeringar. Byt endast ut vismut i Al-Mg-deformerad aluminiumlegering för att förhindra natriumförsprödning. Antimonelement läggs till vissa Al-Zn-Mg-Cu-legeringar för att förbättra prestandan för varmpressnings- och kallpressningsprocesser.
Beryllium kan förbättra strukturen hos oxidfilmen i deformerade aluminiumlegeringar och minska förbränningsförluster och inneslutningar under smältning och gjutning. Beryllium är ett giftigt element som kan orsaka allergisk förgiftning hos människor. Därför kan beryllium inte finnas i aluminiumlegeringar som kommer i kontakt med mat och dryck. Berylliumhalten i svetsmaterial kontrolleras vanligtvis under 8μg/ml. Aluminiumlegeringar som används som svetssubstrat bör också kontrollera berylliumhalten.
Natrium är nästan olösligt i aluminium och den maximala fasta lösligheten är mindre än 0,0025 %. smältpunkten för natrium är låg (97,8 ℃), när natrium finns i legeringen, adsorberas det på dendritytan eller korngränsen under stelning, under varmbearbetning bildar natriumet på korngränsen ett flytande adsorptionsskikt, vilket resulterar i spröda sprickor, bildandet av NaAlSi-föreningar, inget fritt natrium existerar och producerar inte "natriumsprött".
När magnesiumhalten överstiger 2 % tar magnesium bort kisel och fäller ut fritt natrium, vilket resulterar i "natriumsprödhet". Därför är aluminiumlegering med hög magnesium inte tillåten att använda natriumsaltflöde. Metoder för att förhindra "natriumförsprödning" inkluderar klorering, vilket gör att natrium bildar NaCl och släpps ut i slaggen, tillsätter vismut för att bilda Na2Bi och kommer in i metallmatrisen; tillsats av antimon för att bilda Na3Sb eller tillsats av sällsynta jordartsmetaller kan också ha samma effekt.
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminium
Posttid: Aug-08-2024
