Baker
Ko je z aluminijem bogat del aluminijevo-bakrove zlitine 548, je največja topnost bakra v aluminiju 5,65 %. Ko temperatura pade na 302 °C, je topnost bakra 0,45 %. Baker je pomemben element zlitine in ima določen učinek krepitve trdne raztopine. Poleg tega ima CuAl2, ki se izloči s staranjem, očiten učinek krepitve staranja. Vsebnost bakra v aluminijevih zlitinah je običajno med 2,5 % in 5 %, učinek utrjevanja pa je najboljši, če je vsebnost bakra med 4 % in 6,8 %, tako da je vsebnost bakra v večini duraluminijskih zlitin v tem območju. Zlitine aluminija in bakra lahko vsebujejo manj silicija, magnezija, mangana, kroma, cinka, železa in drugih elementov.
Silicij
Ko ima z aluminijem bogat del sistema zlitine Al-Si evtektično temperaturo 577, je največja topnost silicija v trdni raztopini 1,65 %. Čeprav se topnost z nižanjem temperature zmanjšuje, teh zlitin na splošno ni mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Aluminij-silicijeva zlitina ima odlične lastnosti litja in odpornost proti koroziji. Če aluminiju hkrati dodamo magnezij in silicij, da nastane zlitina aluminij-magnezij-silicij, je ojačitvena faza MgSi. Masno razmerje med magnezijem in silicijem je 1,73:1. Pri načrtovanju sestave zlitine Al-Mg-Si sta v tem razmerju na matrici konfigurirani vsebnosti magnezija in silicija. Za izboljšanje trdnosti nekaterih zlitin Al-Mg-Si je dodana ustrezna količina bakra in ustrezna količina kroma, da se izravnajo škodljivi učinki bakra na odpornost proti koroziji.
Največja topnost Mg2Si v aluminiju v z aluminijem bogatem delu ravnotežnega faznega diagrama sistema zlitine Al-Mg2Si je 1,85 %, pojemek pa je majhen, ko se temperatura zniža. Pri deformiranih aluminijevih zlitinah je samo dodajanje silicija k aluminiju omejeno na varilne materiale, dodajanje silicija k aluminiju pa ima tudi določen učinek utrjevanja.
magnezij
Čeprav krivulja topnosti kaže, da se topnost magnezija v aluminiju močno zmanjša z nižanjem temperature, je vsebnost magnezija v večini industrijsko deformiranih aluminijevih zlitin manjša od 6 %. Tudi vsebnost silicija je nizka. Te vrste zlitine ni mogoče ojačati s toplotno obdelavo, vendar ima dobro varivost, dobro odpornost proti koroziji in srednjo trdnost. Utrjevanje aluminija z magnezijem je očitno. Za vsak 1 % povečanje magnezija se natezna trdnost poveča za približno 34 MPa. Če dodamo manj kot 1% mangana, lahko krepilni učinek dopolnimo. Zato lahko dodajanje mangana zmanjša vsebnost magnezija in zmanjša nagnjenost k vročim razpokam. Poleg tega lahko mangan tudi enakomerno obarja spojine Mg5Al8, kar izboljša odpornost proti koroziji in učinkovitost varjenja.
Mangan
Ko je evtektična temperatura ravnega ravnotežnega faznega diagrama sistema zlitine Al-Mn 658, je največja topnost mangana v trdni raztopini 1,82 %. Trdnost zlitine se povečuje s povečanjem topnosti. Ko je vsebnost mangana 0,8 %, raztezek doseže največjo vrednost. Al-Mn zlitina je zlitina, ki se ne utrjuje s staranjem, kar pomeni, da je ni mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Mangan lahko prepreči proces rekristalizacije aluminijevih zlitin, poveča temperaturo rekristalizacije in znatno izboljša rekristalizirana zrna. Rafiniranje rekristaliziranih zrn je predvsem posledica dejstva, da razpršeni delci spojin MnAl6 ovirajo rast rekristaliziranih zrn. Druga funkcija MnAl6 je raztapljanje nečistoč železa, da nastane (Fe, Mn)Al6, kar zmanjša škodljive učinke železa. Mangan je pomemben element v aluminijevih zlitinah. Dodamo ga lahko samostojno, da tvorimo binarno zlitino Al-Mn. Pogosteje se dodaja skupaj z drugimi legirnimi elementi. Zato večina aluminijevih zlitin vsebuje mangan.
Cink
Topnost cinka v aluminiju je 31,6 % pri 275 v z aluminijem bogatem delu ravnotežnega faznega diagrama sistema zlitin Al-Zn, medtem ko njegova topnost pade na 5,6 % pri 125. Dodajanje samega cinka k aluminiju ima zelo omejeno izboljšanje trdnost aluminijeve zlitine v pogojih deformacije. Hkrati obstaja težnja po napetostno korozijskem razpokanju, kar omejuje njegovo uporabo. Ob hkratnem dodajanju cinka in magnezija aluminiju nastane ojačitvena faza Mg/Zn2, ki ima pomemben ojačitveni učinek na zlitino. Ko se vsebnost Mg/Zn2 poveča z 0,5 % na 12 %, se lahko znatno povečata natezna trdnost in meja tečenja. V supertrdnih aluminijevih zlitinah, kjer vsebnost magnezija presega zahtevano količino za tvorbo faze Mg/Zn2, ko je razmerje med cinkom in magnezijem nadzorovano na približno 2,7, je odpornost proti korozijskemu razpokanju pod napetostjo največja. Na primer, dodajanje bakrovega elementa Al-Zn-Mg tvori zlitino serije Al-Zn-Mg-Cu. Učinek ojačitve baze je največji med vsemi aluminijevimi zlitinami. Je tudi pomemben material iz aluminijeve zlitine v vesoljski, letalski industriji in elektroenergetski industriji.
Železo in silicij
Železo je dodano kot legirne elemente v seriji kovanih aluminijevih zlitin serije Al-Cu-Mg-Ni-Fe, silicij pa je dodan kot legirne elemente v seriji kovanega aluminija serije Al-Mg-Si in v varilne palice serije Al-Si in aluminij-silicijeve ulitke zlitine. V osnovnih aluminijevih zlitinah sta silicij in železo pogosti primesi, ki pomembno vplivata na lastnosti zlitine. V glavnem obstajajo kot FeCl3 in prosti silicij. Ko je silicij večji od železa, nastane faza β-FeSiAl3 (ali Fe2Si2Al9), ko je železo večje od silicija, pa nastane α-Fe2SiAl8 (ali Fe3Si2Al12). Če je razmerje med železom in silicijem neustrezno, bo to povzročilo razpoke v ulitku. Ko je vsebnost železa v litem aluminiju previsoka, postane ulitek krhek.
Titan in bor
Titan je običajno uporabljen aditivni element v aluminijevih zlitinah, dodan v obliki glavne zlitine Al-Ti ali Al-Ti-B. Titan in aluminij tvorita fazo TiAl2, ki med kristalizacijo postane nespontano jedro in igra vlogo pri rafiniranju strukture ulitka in strukture zvara. Ko so zlitine Al-Ti podvržene paketni reakciji, je kritična vsebnost titana približno 0,15 %. Če je prisoten bor, je upočasnitev le 0,01 %.
Chromium
Krom je običajen aditivni element v serijah Al-Mg-Si, serijah Al-Mg-Zn in zlitinah serije Al-Mg. Pri 600 °C je topnost kroma v aluminiju 0,8 % in je v osnovi netopen pri sobni temperaturi. Krom tvori intermetalne spojine, kot sta (CrFe)Al7 in (CrMn)Al12 v aluminiju, ki ovira nukleacijo in rastni proces rekristalizacije in ima določen ojačitveni učinek na zlitino. Prav tako lahko izboljša žilavost zlitine in zmanjša dovzetnost za napetostno korozijsko razpokanje.
Vendar mesto poveča občutljivost za gašenje, zaradi česar je anodizirani film rumen. Količina kroma, dodanega aluminijevim zlitinam, običajno ne presega 0,35 % in se zmanjšuje s povečanjem prehodnih elementov v zlitini.
Stroncij
Stroncij je površinsko aktiven element, ki lahko kristalografsko spremeni obnašanje faz intermetalnih spojin. Zato lahko modifikacijska obdelava s stroncijevim elementom izboljša plastično obdelavnost zlitine in kakovost končnega izdelka. Zaradi dolgega učinkovitega časa modifikacije, dobrega učinka in ponovljivosti je stroncij v zadnjih letih nadomestil uporabo natrija v zlitinah za ulivanje Al-Si. Dodajanje 0,015 % ~ 0,03 % stroncija aluminijevi zlitini za ekstruzijo spremeni fazo β-AlFeSi v ingotu v fazo α-AlFeSi, kar zmanjša čas homogenizacije ingota za 60 % ~ 70 %, izboljša mehanske lastnosti in plastično obdelavo materialov; izboljšanje površinske hrapavosti izdelkov.
Pri deformiranih aluminijevih zlitinah z visoko vsebnostjo silicija (10 % ~ 13 %) lahko dodajanje 0,02 % ~ 0,07 % elementa stroncija zmanjša primarne kristale na minimum, mehanske lastnosti pa se prav tako znatno izboljšajo. Natezna trdnost bb se poveča z 233MPa na 236MPa, meja tečenja b0,2 pa se poveča z 204MPa na 210MPa, raztezek b5 pa se poveča z 9% na 12%. Dodajanje stroncija hiperevtektični zlitini Al-Si lahko zmanjša velikost primarnih delcev silicija, izboljša lastnosti plastične obdelave in omogoči gladko vroče in hladno valjanje.
Cirkonij
Cirkonij je tudi pogost dodatek v aluminijevih zlitinah. Na splošno je količina, dodana aluminijevim zlitinam, 0,1% ~ 0,3%. Cirkonij in aluminij tvorita spojine ZrAl3, ki lahko ovirajo proces rekristalizacije in prečistijo rekristalizirana zrna. Cirkonij lahko tudi izboljša strukturo ulitka, vendar je učinek manjši od titana. Prisotnost cirkonija bo zmanjšala učinek titana in bora na rafiniranje zrn. Ker ima cirkonij v zlitinah Al-Zn-Mg-Cu manjši učinek na občutljivost za gašenje kot krom in mangan, je primerno uporabiti cirkonij namesto kroma in mangana za izboljšanje rekristalizirane strukture.
Elementi redkih zemelj
Elementi redkih zemelj so dodani aluminijevim zlitinam, da povečajo podhlajenje komponent med litjem aluminijeve zlitine, prečistijo zrna, zmanjšajo razmik sekundarnih kristalov, zmanjšajo pline in vključke v zlitini ter težijo k sferoidizaciji vključkov. Prav tako lahko zmanjša površinsko napetost taline, poveča fluidnost in olajša vlivanje v ingote, kar pomembno vpliva na učinkovitost postopka. Bolje je dodati različne redke zemlje v količini približno 0,1%. Dodatek mešanice redkih zemelj (mešanica La-Ce-Pr-Nd itd.) zmanjša kritično temperaturo za nastanek starajoče se G?P cone v zlitini Al-0,65%Mg-0,61%Si. Aluminijeve zlitine, ki vsebujejo magnezij, lahko spodbudijo metamorfozo elementov redkih zemelj.
Nečistoča
Vanadij tvori ognjevzdržno spojino VAl11 v aluminijevih zlitinah, ki ima vlogo pri rafiniranju zrn med postopkom taljenja in litja, vendar je njegova vloga manjša od vloge titana in cirkonija. Vanadij ima tudi učinek rafiniranja rekristalizirane strukture in zvišanja rekristalizacijske temperature.
Trdna topnost kalcija v aluminijevih zlitinah je izjemno nizka in z aluminijem tvori spojino CaAl4. Kalcij je superplastičen element aluminijevih zlitin. Aluminijeva zlitina s približno 5 % kalcija in 5 % mangana ima superplastičnost. Kalcij in silicij tvorita CaSi, ki je netopen v aluminiju. Ker se količina silicija v trdni raztopini zmanjša, se lahko električna prevodnost industrijskega čistega aluminija nekoliko izboljša. Kalcij lahko izboljša rezalno zmogljivost aluminijevih zlitin. CaSi2 ne more ojačati aluminijevih zlitin s toplotno obdelavo. Količine kalcija v sledovih pomagajo pri odstranjevanju vodika iz staljenega aluminija.
Elementi svinca, kositra in bizmuta so kovine z nizkim tališčem. Njihova trdna topnost v aluminiju je majhna, kar nekoliko zmanjša trdnost zlitine, vendar lahko izboljša rezalno zmogljivost. Bizmut se med strjevanjem razširi, kar je koristno za hranjenje. Dodajanje bizmuta zlitinam z visoko vsebnostjo magnezija lahko prepreči natrijevo krhkost.
Antimon se v glavnem uporablja kot modifikator v litih aluminijevih zlitinah in se redko uporablja v deformiranih aluminijevih zlitinah. Zamenjajte samo bizmut v Al-Mg deformirani aluminijevi zlitini, da preprečite natrijevo krhkost. Element antimon je dodan nekaterim zlitinam Al-Zn-Mg-Cu za izboljšanje učinkovitosti postopkov vročega in hladnega stiskanja.
Berilij lahko izboljša strukturo oksidnega filma v deformiranih aluminijevih zlitinah in zmanjša izgubo pri gorenju in vključke med taljenjem in litjem. Berilij je strupen element, ki lahko pri ljudeh povzroči alergijsko zastrupitev. Zato berilija ne morejo vsebovati aluminijeve zlitine, ki pridejo v stik s hrano in pijačo. Vsebnost berilija v varilnih materialih je običajno nadzorovana pod 8 μg/ml. Aluminijeve zlitine, ki se uporabljajo kot varilni substrati, morajo prav tako nadzorovati vsebnost berilija.
Natrij je skoraj netopen v aluminiju, največja trdna topnost pa je manjša od 0,0025 %. tališče natrija je nizko (97,8 ℃), ko je natrij prisoten v zlitini, se med strjevanjem adsorbira na površini dendrita ali na meji zrn, med vročo obdelavo natrij na meji zrn tvori tekočo adsorpcijsko plast, kar ima za posledico krhko razpokanje, nastanek spojin NaAlSi, prosti natrij ne obstaja in ne proizvaja "natrijevega krhkega".
Ko vsebnost magnezija preseže 2 %, magnezij odvzame silicij in obori prosti natrij, kar povzroči "krhkost natrija". Zato zlitine z visoko vsebnostjo magnezija in aluminija ne smejo uporabljati toka natrijeve soli. Metode za preprečevanje "natrijeve krhkosti" vključujejo kloriranje, ki povzroči, da natrij tvori NaCl in se odvaja v žlindro, dodaja bizmut, da tvori Na2Bi in vstopi v kovinsko matrico; Enak učinek imata lahko tudi dodajanje antimona, da nastane Na3Sb, ali dodajanje redkih zemelj.
Uredil May Jiang iz MAT Aluminium
Čas objave: 8. avgusta 2024
