Kobber
Når den aluminiumrige del af aluminium-kobberlegeringen er 548, er kobberets maksimale opløselighed i aluminium 5,65%. Når temperaturen falder til 302, er kobberets opløselighed 0,45%. Kobber er et vigtigt legeringselement og har en vis forstærkende effekt i fast opløsning. Derudover har den CuAl2, der udfældes ved ældning, en tydelig forstærkende effekt. Kobberindholdet i aluminiumlegeringer 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 elementer.
Silicium
Når den aluminiumrige del af Al-Si-legeringssystemet har en eutektisk temperatur på 577°C, er siliciums maksimale opløselighed i den faste opløsning 1,65%. Selvom opløseligheden falder med faldende temperatur, kan disse legeringer generelt ikke forstærkes ved varmebehandling. Aluminium-siliciumlegering har fremragende støbeegenskaber og korrosionsbestandighed. Hvis magnesium og silicium tilsættes aluminium samtidig for at danne en aluminium-magnesium-siliciumlegering, 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 krom tilsættes for at udligne kobberets 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 aluminiumlegeringer er tilsætningen af silicium alene til aluminium begrænset til svejsematerialer, og tilsætningen af silicium til aluminium har også en vis forstærkende effekt.
Magnesium
Selvom opløselighedskurven viser, at magnesiums opløselighed i aluminium falder kraftigt, når temperaturen falder, er magnesiumindholdet i de fleste industrielt deformerede aluminiumlegeringer mindre end 6%. Siliciumindholdet er også lavt. Denne type legering kan ikke forstærkes ved varmebehandling, men har god svejsbarhed, god korrosionsbestandighed og medium styrke. Forstærkningen af aluminium med magnesium er tydelig. For hver 1% stigning i magnesium øges trækstyrken med cirka 34 MPa. Hvis der tilsættes mindre end 1% mangan, kan forstærkningseffekten forstærkes. Derfor kan tilsætning af mangan reducere magnesiumindholdet og reducere tendensen til varme revner. Derudover kan mangan også ensartet udfælde Mg5Al8-forbindelser, hvilket forbedrer korrosionsbestandigheden og svejseevnen.
Mangan
Når den eutektiske temperatur i det flade ligevægtsfasediagram for Al-Mn-legeringssystemet er 658°C, er den maksimale opløselighed af mangan i den faste opløsning 1,82%. Legeringens styrke stiger med stigende opløselighed. Når manganindholdet er 0,8%, når forlængelsen den maksimale værdi. Al-Mn-legering er en ikke-ældningshærdende legering, det vil sige, at den ikke kan forstærkes ved varmebehandling. Mangan kan forhindre omkrystallisationsprocessen af aluminiumlegeringer, øge omkrystallisationstemperaturen og betydeligt forfine de omkrystalliserede korn. Forfinelsen af omkrystalliserede korn skyldes hovedsageligt, at de dispergerede partikler af MnAl6-forbindelser hæmmer væksten af omkrystalliserede korn. En anden funktion af MnAl6 er at opløse urent jern for at danne (Fe, Mn)Al6, hvilket reducerer jernets skadelige virkninger. Mangan er et vigtigt element i aluminiumlegeringer. Det kan tilsættes alene for at danne en binær Al-Mn-legering. Oftere tilsættes det sammen med andre legeringselementer. Derfor indeholder de fleste aluminiumlegeringer mangan.
Zink
Zinks opløselighed i aluminium er 31,6% ved 275°C i den aluminiumrige del af ligevægtsfasediagrammet for Al-Zn-legeringssystemet, mens dens opløselighed falder til 5,6% ved 125°C. Tilsætning af zink alene til aluminium har en meget begrænset forbedring af aluminiumlegeringens styrke under deformationsforhold. Samtidig er der en tendens til spændingskorrosionsrevnedannelse, hvilket begrænser dens anvendelse. Samtidig tilsætning af zink og magnesium til aluminium danner forstærkningsfasen Mg/Zn2, som har en betydelig forstærkende effekt på legeringen. Når Mg/Zn2-indholdet øges fra 0,5% til 12%, kan trækstyrken og flydespændingen øges betydeligt. I superhårde aluminiumlegeringer, hvor magnesiumindholdet overstiger den nødvendige mængde til dannelse af Mg/Zn2-fasen, er modstanden mod spændingskorrosionsrevnedannelse størst, når forholdet mellem zink og magnesium kontrolleres til omkring 2,7. For eksempel danner tilsætning af kobberelement til Al-Zn-Mg en Al-Zn-Mg-Cu-serielegering. Baseforstærkningseffekten er den største blandt alle aluminiumlegeringer. Det er også et vigtigt aluminiumlegeringsmateriale inden for rumfart, luftfartsindustrien og elindustrien.
Jern og silicium
Jern tilsættes som legeringselementer i Al-Cu-Mg-Ni-Fe-serien af smedede aluminiumlegeringer, og silicium tilsættes som legeringselementer i Al-Mg-Si-serien af smedede aluminiumlegeringer og i Al-Si-serien af svejsetråde og aluminium-silicium støbelegeringer. I basisaluminiumlegeringer er silicium og jern almindelige urenheder, som har en betydelig indflydelse på legeringens egenskaber. De findes hovedsageligt som FeCl3 og frit silicium. Når silicium er større end jern, dannes β-FeSiAl3 (eller Fe2Si2Al9)-fasen, 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 støbegodset. Når jernindholdet i støbt aluminium er for højt, vil støbegodset blive sprødt.
Titanium og bor
Titanium er et almindeligt anvendt additivt element i aluminiumlegeringer, der tilsættes i form af Al-Ti- eller Al-Ti-B-masterlegering. Titanium 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 opbremsningen så lille som 0,01%.
Krom
Krom er et almindeligt additivt element i Al-Mg-Si-serien, Al-Mg-Zn-serien og Al-Mg-serien legeringer. Ved 600 °C er kroms opløselighed i aluminium 0,8 %, og det er stort set uopløseligt ved stuetemperatur. Krom danner intermetalliske forbindelser såsom (CrFe)Al7 og (CrMn)Al12 i aluminium, hvilket hæmmer kimdannelses- og vækstprocessen under omkrystallisation og har en vis styrkende effekt på legeringen. Det kan også forbedre legeringens sejhed og reducere modtageligheden for spændingskorrosion.
Stedet øger dog følsomheden for dæmpning, hvilket gør den anodiserede film gul. Mængden af krom tilsat aluminiumlegeringer overstiger generelt ikke 0,35% og falder med stigningen i overgangselementer i legeringen.
Strontium
Strontium er et overfladeaktivt element, der kan ændre opførslen af intermetalliske forbindelsesfaser krystallografisk. Derfor kan modifikationsbehandling med strontiumelementet 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 aluminiumlegeringen til ekstrudering omdanner β-AlFeSi-fasen i barren til α-AlFeSi-fasen, hvilket reducerer homogeniseringstiden for barren med 60%~70%, forbedrer materialernes mekaniske egenskaber og plastiske bearbejdelighed og forbedrer produkternes overfladeruhed.
For deformerede aluminiumlegeringer med højt siliciumindhold (10%~13%) kan tilsætning af 0,02%~0,07% strontium reducere primære krystaller til et minimum, og de mekaniske egenskaber forbedres også betydeligt. Trækstyrken бb øges fra 233 MPa til 236 MPa, og flydespændingen б0,2 øges fra 204 MPa til 210 MPa, og forlængelsen б5 øges fra 9% til 12%. Tilsætning af strontium til hypereutektisk Al-Si-legering kan reducere størrelsen af primære siliciumpartikler, forbedre plastforarbejdningsegenskaberne og muliggøre jævn varm- og koldvalsning.
Zirconium
Zirconium er også et almindeligt additiv i aluminiumlegeringer. Generelt er den mængde, der tilsættes til aluminiumlegeringer, 0,1%~0,3%. Zirconium og aluminium danner ZrAl3-forbindelser, som kan hæmme omkrystallisationsprocessen og forfine de omkrystalliserede korn. Zirconium kan også forfine støbestrukturen, men effekten er mindre end titanium. Tilstedeværelsen af zirconium vil reducere kornforfiningseffekten af titanium og bor. I Al-Zn-Mg-Cu-legeringer er det passende at bruge zirconium i stedet for krom og mangan til at forfine den omkrystalliserede struktur, da zirconium har en mindre effekt på bratkølingsfølsomheden end krom og mangan.
Sjældne jordarter
Sjældne jordarter tilsættes aluminiumlegeringer for at øge underkølingen af komponenterne under støbning af aluminiumlegeringer, forfine korn, reducere afstanden mellem sekundære krystaller, reducere gasser og indeslutninger i legeringen og have en tendens til at sfæroidisere inklusionsfasen. Det kan også reducere smeltens overfladespænding, øge fluiditeten og lette støbning til barrer, hvilket har en betydelig indflydelse på procesydelsen. Det er bedre at tilsætte forskellige sjældne jordarter i en mængde på ca. 0,1%. Tilsætning af blandede sjældne jordarter (blandet La-Ce-Pr-Nd osv.) reducerer den kritiske temperatur for dannelsen af den ældende G-P-zone i Al-0,65%Mg-0,61%Si-legering. Aluminiumlegeringer, der indeholder magnesium, kan stimulere metamorfose af sjældne jordarter.
Urenhed
Vanadium danner den ildfaste VAl11-forbindelse i aluminiumlegeringer, som spiller en rolle i raffineringen af korn under smeltning og støbning, men dens rolle er mindre end titaniums og zirconiums. Vanadium har også den effekt, at det raffinerer den omkrystalliserede struktur og øger omkrystallisationstemperaturen.
Calciums opløselighed i faste stoffer i aluminiumlegeringer er ekstremt lav, og det danner en CaAl4-forbindelse med aluminium. Calcium er et superplastisk element i aluminiumlegeringer. En aluminiumlegering med cirka 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 industrielt rent aluminium forbedres en smule. Calcium kan forbedre skæreevnen af aluminiumlegeringer. CaSi2 kan ikke forstærke aluminiumlegeringer gennem varmebehandling. Spormængder af calcium er nyttige til at fjerne hydrogen fra smeltet aluminium.
Bly, tin og vismut er metaller med lavt smeltepunkt. Deres opløselighed i aluminium er lille, hvilket reducerer legeringens styrke en smule, men kan forbedre skæreevnen. Vismut udvider sig under størkning, hvilket er gavnligt for tilsætning. Tilsætning af vismut til legeringer med højt magnesiumindhold kan forhindre natriumforsprødning.
Antimon bruges hovedsageligt som modifikator i støbte aluminiumlegeringer og sjældent i deformerede aluminiumlegeringer. Erstat kun vismut i Al-Mg-deformeret aluminiumlegering for at forhindre natriumforsprødning. Antimon tilsættes nogle Al-Zn-Mg-Cu-legeringer for at forbedre ydeevnen ved varm- og koldpresningsprocesser.
Beryllium kan forbedre strukturen af oxidfilmen i deformerede aluminiumlegeringer og reducere brændtab og indeslutninger under smeltning og støbning. Beryllium er et giftigt element, der kan forårsage allergisk forgiftning hos mennesker. Derfor må beryllium ikke indeholdes i aluminiumlegeringer, der kommer i kontakt med fødevarer og drikkevarer. Berylliumindholdet i svejsematerialer kontrolleres normalt til under 8 μg/ml. Aluminiumlegeringer, der anvendes som svejsesubstrater, bør også kontrollere berylliumindholdet.
Natrium er næsten uopløseligt i aluminium, og den maksimale opløselighed i faste stoffer er mindre end 0,0025%. Natriums smeltepunkt er lavt (97,8 ℃). Når natrium er til stede i legeringen, adsorberes det på dendritoverfladen eller korngrænsen under størkning. Under varm bearbejdning danner natriumet på korngrænsen et flydende adsorptionslag, hvilket resulterer i sprød revnedannelse og dannelse af NaAlSi-forbindelser. Der findes ikke frit natrium og producerer ikke "natriumsprødhed".
Når magnesiumindholdet overstiger 2%, fjerner magnesium silicium og udfælder frit natrium, hvilket resulterer i "natriumskørhed". Derfor er det ikke tilladt at bruge natriumsaltflussmiddel i aluminiumlegeringer med højt magnesiumindhold. Metoder til at forhindre "natriumskørhed" omfatter klorering, som får natrium til at danne NaCl og udledes i slaggen, tilsætning af vismut for at danne Na2Bi og trænge ind i metalmatrixen; tilsætning af antimon for at danne Na3Sb eller tilsætning af sjældne jordarter kan også have samme effekt.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminum
Opslagstidspunkt: 8. august 2024
