Kobber
Når den aluminiumrige del af aluminium-kobber-legeringen er 548, er den maksimale opløselighed af kobber i aluminium 5,65%. Når temperaturen falder til 302, er opløseligheden af kobber 0,45%. Kobber er et vigtigt legeringselement og har en vis solid opløsningsstyrkende effekt. Derudover har CuAl2 udfældet ved ældning en tydelig ældningsforstærkende effekt. Kobberindholdet i aluminiumslegeringer er normalt mellem 2,5 % og 5 %, og forstærkningseffekten er bedst, når kobberindholdet er mellem 4 % og 6,8 %, så kobberindholdet i de fleste duraluminiumlegeringer ligger inden for dette område. Aluminium-kobberlegeringer kan indeholde mindre silicium, magnesium, mangan, krom, zink, jern og andre grundstoffer.
Silicium
Når den aluminiumrige del af Al-Si legeringssystemet har en eutektisk temperatur på 577, er den maksimale opløselighed af silicium i den faste opløsning 1,65%. Selvom opløseligheden falder med faldende temperatur, kan disse legeringer generelt ikke styrkes ved varmebehandling. Aluminium-siliciumlegering har fremragende støbeegenskaber og korrosionsbestandighed. Hvis magnesium og silicium tilsættes aluminium på samme tid for at danne en aluminium-magnesium-silicium-legering, er forstærkningsfasen MgSi. Masseforholdet mellem magnesium og silicium er 1,73:1. Ved design af sammensætningen af Al-Mg-Si-legeringen konfigureres indholdet af magnesium og silicium i dette forhold på matrixen. For at forbedre styrken af nogle Al-Mg-Si-legeringer tilsættes en passende mængde kobber, og en passende mængde chrom tilsættes for at udligne kobbers negative virkninger på korrosionsbestandigheden.
Den maksimale opløselighed af Mg2Si i aluminium i den aluminiumrige del af ligevægtsfasediagrammet for Al-Mg2Si legeringssystemet er 1,85 %, og decelerationen er lille, når temperaturen falder. I deformerede aluminiumslegeringer er tilsætningen af silicium alene til aluminium begrænset til svejsematerialer, og tilsætningen af silicium til aluminium har også en vis styrkende effekt.
Magnesium
Selvom opløselighedskurven viser, at opløseligheden af magnesium i aluminium falder kraftigt, når temperaturen falder, er magnesiumindholdet i de fleste industrielle deformerede aluminiumslegeringer mindre end 6%. Siliciumindholdet er også lavt. Denne type legering kan ikke styrkes ved varmebehandling, men har god svejsbarhed, god korrosionsbestandighed og medium styrke. Forstærkningen af aluminium med magnesium er indlysende. For hver 1% stigning i magnesium, øges trækstyrken med ca. 34MPa. Hvis der tilsættes mindre end 1 % mangan, kan den styrkende effekt suppleres. Derfor kan tilsætning af mangan reducere magnesiumindholdet og mindske tendensen til varme revner. Derudover kan mangan også ensartet udfælde Mg5Al8-forbindelser, hvilket forbedrer korrosionsbestandighed og svejseydelse.
Mangan
Når den eutektiske temperatur af det flade ligevægtsfasediagram af Al-Mn-legeringssystemet er 658, er den maksimale opløselighed af mangan i den faste opløsning 1,82%. Legeringens styrke stiger med stigningen i opløselighed. Når manganindholdet er 0,8%, når forlængelsen den maksimale værdi. Al-Mn-legering er en ikke-ældningshærdende legering, det vil sige, den kan ikke styrkes ved varmebehandling. Mangan kan forhindre omkrystallisationsprocessen af aluminiumslegeringer, øge omkrystallisationstemperaturen og væsentligt forfine de omkrystalliserede korn. Forfinelsen af omkrystalliserede korn skyldes hovedsageligt, at de dispergerede partikler af MnAl6-forbindelser hindrer væksten af rekrystalliserede korn. En anden funktion af MnAl6 er at opløse urenhedsjern til dannelse af (Fe, Mn)Al6, hvilket reducerer de skadelige virkninger af jern. Mangan er et vigtigt element i aluminiumslegeringer. Det kan tilsættes alene for at danne en Al-Mn binær legering. Oftere tilføjes det sammen med andre legeringselementer. Derfor indeholder de fleste aluminiumslegeringer mangan.
Zink
Opløseligheden af zink i aluminium er 31,6 % ved 275 i den aluminiumrige del af ligevægtsfasediagrammet for Al-Zn legeringssystemet, mens dets opløselighed falder til 5,6 % ved 125. Tilsætning af zink alene til aluminium har meget begrænset forbedring mht. styrken af aluminiumslegeringen under deformationsforhold. Samtidig er der en tendens til spændingskorrosionsrevner, hvilket begrænser dets anvendelse. Tilsætning af zink og magnesium til aluminium på samme tid danner forstærkningsfasen Mg/Zn2, som har en væsentlig styrkende effekt på legeringen. Når Mg/Zn2-indholdet øges fra 0,5 % til 12 %, kan trækstyrken og flydespændingen øges betydeligt. I superhårde aluminiumslegeringer, hvor magnesiumindholdet overstiger den nødvendige mængde for at danne Mg/Zn2-fasen, når forholdet mellem zink og magnesium kontrolleres til omkring 2,7, er modstanden mod spændingskorrosionsrevner størst. For eksempel danner tilsætning af kobberelement til Al-Zn-Mg en Al-Zn-Mg-Cu-legering. Den basisforstærkende effekt er den største blandt alle aluminiumslegeringer. Det er også et vigtigt aluminiumslegeringsmateriale i rumfarts-, luftfarts- og elindustrien.
Jern og silicium
Jern tilsættes som legeringselementer i Al-Cu-Mg-Ni-Fe serien smedede aluminiumslegeringer, og silicium er tilsat som legeringselementer i Al-Mg-Si serien smedede aluminium og i Al-Si serien svejsestænger og aluminium-silicium støbning legeringer. I basisaluminiumslegeringer er silicium og jern almindelige urenhedselementer, som har en væsentlig indflydelse på legeringens egenskaber. De findes hovedsageligt som FeCl3 og frit silicium. Når silicium er større end jern, dannes β-FeSiAl3 (eller Fe2Si2Al9) fase, og når jern er større end silicium, dannes α-Fe2SiAl8 (eller Fe3Si2Al12). Når forholdet mellem jern og silicium er forkert, vil det forårsage revner i støbningen. Når jernindholdet i støbt aluminium er for højt, vil støbningen blive skør.
Titanium og Bor
Titanium er et almindeligt anvendt additivelement i aluminiumslegeringer, tilføjet i form af Al-Ti eller Al-Ti-B masterlegering. Titan og aluminium danner TiAl2-fasen, som bliver en ikke-spontan kerne under krystallisation og spiller en rolle i raffineringen af støbestrukturen og svejsestrukturen. Når Al-Ti-legeringer gennemgår en pakkereaktion, er det kritiske indhold af titanium omkring 0,15%. Hvis bor er til stede, er afmatningen så lille som 0,01%.
Chrom
Chrom er et almindeligt tilsætningsstof i Al-Mg-Si-serien, Al-Mg-Zn-serien og Al-Mg-seriens legeringer. Ved 600°C er opløseligheden af chrom i aluminium 0,8%, og det er stort set uopløseligt ved stuetemperatur. Chrom danner intermetalliske forbindelser som (CrFe)Al7 og (CrMn)Al12 i aluminium, hvilket hindrer kernedannelsen og vækstprocessen ved omkrystallisation og har en vis styrkende effekt på legeringen. Det kan også forbedre legeringens sejhed og reducere modtageligheden for spændingskorrosionsrevner.
Stedet øger imidlertid quenching-følsomheden, hvilket gør den anodiserede film gul. Mængden af chrom tilsat til aluminiumlegeringer overstiger generelt ikke 0,35% og falder med stigningen af overgangselementer i legeringen.
Strontium
Strontium er et overfladeaktivt grundstof, der kan ændre adfærden af intermetalliske sammensatte faser krystallografisk. Derfor kan modifikationsbehandling med strontiumelement forbedre legeringens plastiske bearbejdelighed og kvaliteten af det endelige produkt. På grund af sin lange effektive modifikationstid, gode effekt og reproducerbarhed har strontium erstattet brugen af natrium i Al-Si støbelegeringer i de senere år. Tilsætning af 0,015% ~ 0,03% strontium til aluminiumslegeringen til ekstrudering forvandler β-AlFeSi-fasen i barren til α-AlFeSi-fase, hvilket reducerer blokhomogeniseringstiden med 60% ~ 70%, hvilket forbedrer de mekaniske egenskaber og plastisk bearbejdelighed af materialer; forbedring af produkternes overfladeruhed.
For høj-silicium (10%~13%) deformerede aluminiumslegeringer kan tilføjelse af 0,02%~0,07% strontiumelement reducere primære krystaller til et minimum, og de mekaniske egenskaber er også væsentligt forbedret. Trækstyrken бb øges fra 233MPa til 236MPa, og flydespændingen б0,2 øges fra 204MPa til 210MPa, og forlængelsen б5 øges fra 9% til 12%. Tilføjelse af strontium til hypereutektisk Al-Si-legering kan reducere størrelsen af primære siliciumpartikler, forbedre plastbehandlingsegenskaber og muliggøre jævn varm- og koldvalsning.
Zirkonium
Zirkonium er også et almindeligt tilsætningsstof i aluminiumslegeringer. Generelt er mængden tilsat til aluminiumslegeringer 0,1% ~ 0,3%. Zirconium og aluminium danner ZrAl3-forbindelser, som kan hindre rekrystallisationsprocessen og forfine de omkrystalliserede korn. Zirkonium kan også forfine støbestrukturen, men effekten er mindre end titanium. Tilstedeværelsen af zirconium vil reducere kornraffineringseffekten af titanium og bor. I Al-Zn-Mg-Cu-legeringer, da zirconium har en mindre effekt på quenching-følsomheden end krom og mangan, er det hensigtsmæssigt at bruge zirconium i stedet for krom og mangan til at forfine den omkrystalliserede struktur.
Sjældne jordarters elementer
Sjældne jordarters elementer tilsættes aluminiumslegeringer for at øge komponentunderkøling under støbning af aluminiumlegeringer, forfine korn, reducere sekundær krystalafstand, reducere gasser og indeslutninger i legeringen og har tendens til at sfæroidisere inklusionsfasen. Det kan også reducere smeltens overfladespænding, øge fluiditeten og lette støbning i ingots, hvilket har en betydelig indvirkning på procesydelsen. Det er bedre at tilføje forskellige sjældne jordarter i en mængde på omkring 0,1%. Tilsætningen af blandede sjældne jordarter (blandet La-Ce-Pr-Nd, etc.) reducerer den kritiske temperatur for dannelsen af aldrende G?P-zone i Al-0,65%Mg-0,61%Si-legering. Aluminiumslegeringer indeholdende magnesium kan stimulere metamorfosen af sjældne jordarters grundstoffer.
Urenhed
Vanadium danner VAl11 ildfast forbindelse i aluminiumslegeringer, som spiller en rolle i raffinering af korn under smelte- og støbeprocessen, men dens rolle er mindre end titanium og zirconium. Vanadium har også den virkning, at den forfiner den omkrystalliserede struktur og øger omkrystallisationstemperaturen.
Faststofopløseligheden af calcium i aluminiumlegeringer er ekstremt lav, og det danner en CaAl4-forbindelse med aluminium. Calcium er et superplastisk element af aluminiumslegeringer. En aluminiumslegering med ca. 5% calcium og 5% mangan har superplasticitet. Calcium og silicium danner CaSi, som er uopløseligt i aluminium. Da mængden af silicium i fast opløsning reduceres, kan den elektriske ledningsevne af rent industrielt aluminium forbedres en smule. Calcium kan forbedre skæreydelsen af aluminiumslegeringer. CaSi2 kan ikke styrke aluminiumslegeringer gennem varmebehandling. Spormængder af calcium er nyttige til at fjerne brint fra smeltet aluminium.
Bly-, tin- og vismutelementer er metaller med lavt smeltepunkt. Deres faste opløselighed i aluminium er lille, hvilket reducerer legeringens styrke lidt, men kan forbedre skæreydelsen. Bismuth udvider sig under størkning, hvilket er gavnligt for fodring. Tilføjelse af bismuth til legeringer med højt magnesiumindhold kan forhindre natriumskørhed.
Antimon bruges hovedsageligt som modificeringsmiddel i støbte aluminiumslegeringer, og bruges sjældent i deformerede aluminiumslegeringer. Udskift kun vismut i Al-Mg-deformeret aluminiumslegering for at forhindre natriumskørhed. Antimonelement tilsættes nogle Al-Zn-Mg-Cu-legeringer for at forbedre ydeevnen af varmpresning og koldpresning.
Beryllium kan forbedre strukturen af oxidfilmen i deformerede aluminiumslegeringer og reducere forbrændingstab og indeslutninger under smeltning og støbning. Beryllium er et giftigt element, der kan forårsage allergisk forgiftning hos mennesker. Derfor kan beryllium ikke være indeholdt i aluminiumslegeringer, der kommer i kontakt med fødevarer og drikkevarer. Berylliumindholdet i svejsematerialer er normalt kontrolleret under 8μg/ml. Aluminiumslegeringer, der anvendes som svejsesubstrater, bør også kontrollere berylliumindholdet.
Natrium er næsten uopløseligt i aluminium, og den maksimale faststofopløselighed er mindre end 0,0025%. smeltepunktet for natrium er lavt (97,8 ℃), når natrium er til stede i legeringen, adsorberes det på dendritoverfladen eller korngrænsen under størkning, under varmbehandling danner natriumet på korngrænsen et flydende adsorptionslag, resulterer i sprøde revner, dannelse af NaAlSi-forbindelser, der eksisterer intet frit natrium og producerer ikke "natriumskørt".
Når magnesiumindholdet overstiger 2%, fjerner magnesium silicium og udfælder frit natrium, hvilket resulterer i "natriumskørhed". Derfor er aluminiumslegering med højt magnesium ikke tilladt at bruge natriumsaltflux. Metoder til at forhindre "natriumskørhed" omfatter chlorering, som får natrium til at danne NaCl og udledes i slaggen, tilsætte bismuth for at danne Na2Bi og trænge ind i metalmatrixen; tilsætning af antimon for at danne Na3Sb eller tilføjelse af sjældne jordarter kan også have samme effekt.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminium
Indlægstid: Aug-08-2024
