Réz
Amikor az alumínium-réz ötvözet alumíniumban gazdag része 548, a réz maximális oldhatósága az alumíniumban 5,65%. Amikor a hőmérséklet 302-re csökken, a réz oldhatósága 0,45%. A réz fontos ötvözőelem, és bizonyos szilárd oldaterősítő hatással rendelkezik. Ezenkívül az öregedéssel kicsapódó CuAl2 nyilvánvaló öregedéserősítő hatással bír. Az alumíniumötvözetek réztartalma általában 2,5% és 5% között van, és az erősítő hatás a legjobb, ha a réztartalom 4% és 6,8% között van, így a legtöbb duralumínium ötvözet réztartalma ebbe a tartományba esik. Az alumínium-réz ötvözetek kevesebb szilíciumot, magnéziumot, mangánt, krómot, cinket, vasat és más elemeket tartalmazhatnak.
Szilícium
Amikor az Al-Si ötvözetrendszer alumíniumban gazdag részének eutektikus hőmérséklete 577 °C, a szilícium maximális oldhatósága a szilárd oldatban 1,65%. Bár az oldhatóság a hőmérséklet csökkenésével csökken, ezek az ötvözetek általában nem erősíthetők hőkezeléssel. Az alumínium-szilícium ötvözet kiváló öntési tulajdonságokkal és korrózióállósággal rendelkezik. Ha magnéziumot és szilíciumot adnak az alumíniumhoz egyidejűleg alumínium-magnézium-szilícium ötvözet előállításához, az erősítő fázis MgSi. A magnézium és a szilícium tömegaránya 1,73:1. Az Al-Mg-Si ötvözet összetételének tervezésekor a magnézium és a szilícium tartalmát ebben az arányban konfigurálják a mátrixon. Egyes Al-Mg-Si ötvözetek szilárdságának javítása érdekében megfelelő mennyiségű rezet, valamint megfelelő mennyiségű krómot adnak hozzá a réz korrózióállóságra gyakorolt káros hatásainak ellensúlyozására.
Az Mg2Si maximális oldhatósága az alumíniumban az Al-Mg2Si ötvözetrendszer egyensúlyi fázisdiagramjának alumíniumban gazdag részében 1,85%, és a lassulás kicsi a hőmérséklet csökkenésével. Deformált alumíniumötvözetekben a szilícium önmagában történő hozzáadása az alumíniumhoz a hegesztőanyagokra korlátozódik, és a szilícium alumíniumhoz való hozzáadása bizonyos erősítő hatással is bír.
Magnézium
Bár az oldhatósági görbe azt mutatja, hogy a magnézium alumíniumban való oldhatósága a hőmérséklet csökkenésével jelentősen csökken, a legtöbb ipari deformált alumíniumötvözet magnéziumtartalma kevesebb, mint 6%. A szilíciumtartalom is alacsony. Ez a típusú ötvözet nem erősíthető hőkezeléssel, de jó hegeszthetőséggel, jó korrózióállósággal és közepes szilárdsággal rendelkezik. Az alumínium magnézium általi erősítése nyilvánvaló. Minden 1%-os magnéziumnövekedéssel a szakítószilárdság körülbelül 34 MPa-val nő. Ha kevesebb, mint 1% mangánt adunk hozzá, az erősítő hatás kiegészíthető. Ezért a mangán hozzáadása csökkentheti a magnéziumtartalmat és csökkentheti a meleg repedések hajlamát. Ezenkívül a mangán egyenletesen kicsaphatja az Mg5Al8 vegyületeket, javítva a korrózióállóságot és a hegesztési teljesítményt.
Mangán
Amikor az Al-Mn ötvözetrendszer sík egyensúlyi fázisdiagramjának eutektikus hőmérséklete 658, a mangán maximális oldhatósága a szilárd oldatban 1,82%. Az ötvözet szilárdsága az oldhatóság növekedésével növekszik. Amikor a mangántartalom 0,8%, a nyúlás eléri a maximális értéket. Az Al-Mn ötvözet nem öregedő ötvözet, azaz hőkezeléssel nem erősíthető. A mangán megakadályozhatja az alumíniumötvözetek átkristályosodási folyamatát, növelheti az átkristályosodási hőmérsékletet, és jelentősen finomíthatja az átkristályosodott szemcséket. Az átkristályosodott szemcsék finomodása főként annak köszönhető, hogy az MnAl6 vegyületek diszpergált részecskéi gátolják az átkristályosodott szemcsék növekedését. Az MnAl6 egy másik funkciója a vasszennyeződés feloldása (Fe, Mn)Al6 képződése közben, csökkentve a vas káros hatásait. A mangán fontos elem az alumíniumötvözetekben. Önmagában adagolva Al-Mn bináris ötvözetet képezhet. Gyakrabban más ötvözőelemekkel együtt adagolják. Ezért a legtöbb alumíniumötvözet mangánt tartalmaz.
Cink
Az Al-Zn ötvözetrendszer egyensúlyi fázisdiagramjának alumíniumban gazdag részén a cink alumíniumban való oldhatósága 31,6% 275 °C-on, míg oldhatósága 5,6%-ra csökken 125 °C-on. A cink önmagában történő hozzáadása az alumíniumötvözet szilárdságának deformációs körülmények között történő javulását nagyon korlátozottan okozza. Ugyanakkor fennáll a feszültségkorróziós repedés kialakulásának hajlama, ami korlátozza az alkalmazását. A cink és a magnézium egyidejű hozzáadása az alumíniumhoz Mg/Zn2 erősítő fázist képez, amely jelentős erősítő hatással van az ötvözetre. Amikor az Mg/Zn2 tartalmat 0,5%-ról 12%-ra növeljük, a szakítószilárdság és a folyáshatár jelentősen növelhető. A szuperkemény alumíniumötvözetekben, ahol a magnéziumtartalom meghaladja az Mg/Zn2 fázis kialakításához szükséges mennyiséget, a cink és a magnézium aránya körülbelül 2,7 értéken van szabályozva, a feszültségkorróziós repedéssel szembeni ellenállás a legnagyobb. Például réz elem hozzáadása az Al-Zn-Mg-hez Al-Zn-Mg-Cu sorozatú ötvözetet képez. Az alaperősítő hatás a legnagyobb az összes alumíniumötvözet közül. Fontos alumíniumötvözet anyag a repülőgépiparban, a repülőgépiparban és az elektromosenergia-iparban is.
Vas és szilícium
Az Al-Cu-Mg-Ni-Fe sorozatú kovácsolt alumíniumötvözetekhez vasat, az Al-Mg-Si sorozatú kovácsolt alumíniumhoz, az Al-Si sorozatú hegesztőpálcákhoz és az alumínium-szilícium öntvényötvözetekhez pedig szilíciumot adnak ötvözőelemként. Az alap alumíniumötvözetekben a szilícium és a vas gyakori szennyező elemek, amelyek jelentős hatással vannak az ötvözet tulajdonságaira. Főként FeCl3 és szabad szilícium formájában vannak jelen. Amikor a szilícium nagyobb, mint a vas, β-FeSiAl3 (vagy Fe2Si2Al9) fázis keletkezik, amikor a vas nagyobb, mint a szilícium, α-Fe2SiAl8 (vagy Fe3Si2Al12) fázis keletkezik. Ha a vas és a szilícium aránya nem megfelelő, repedések keletkeznek az öntvényben. Ha az öntött alumínium vastartalma túl magas, az öntvény rideggé válik.
Titán és bór
A titán egy gyakran használt adalékanyag az alumíniumötvözetekben, amelyet Al-Ti vagy Al-Ti-B mesterötvözet formájában adnak hozzá. A titán és az alumínium alkotja a TiAl2 fázist, amely a kristályosodás során nem spontán maggá válik, és szerepet játszik az öntvényszerkezet és a hegesztési szerkezet finomításában. Amikor az Al-Ti ötvözetek csomagolási reakción mennek keresztül, a titán kritikus tartalma körülbelül 0,15%. Bór jelenlétében a lassulás mindössze 0,01%.
Króm
A króm gyakori adalékanyag az Al-Mg-Si, az Al-Mg-Zn és az Al-Mg sorozatú ötvözetekben. 600°C-on a króm oldhatósága az alumíniumban 0,8%, szobahőmérsékleten pedig gyakorlatilag oldhatatlan. A króm fémek közötti vegyületeket képez az alumíniumban, például (CrFe)Al7 és (CrMn)Al12, ami gátolja az átkristályosodás nukleációs és növekedési folyamatát, és bizonyos erősítő hatással van az ötvözetre. Javíthatja az ötvözet szívósságát és csökkentheti a feszültségkorróziós repedésekre való hajlamot.
Azonban a hely növeli a kioltási érzékenységet, így az eloxált film sárgára színeződik. Az alumíniumötvözetekhez hozzáadott króm mennyisége általában nem haladja meg a 0,35%-ot, és az ötvözetben lévő átmeneti elemek növekedésével csökken.
Stroncium
A stroncium egy felületaktív elem, amely kristálytanilag megváltoztathatja az intermetallikus vegyületfázisok viselkedését. Ezért a stroncium elemmel történő módosító kezelés javíthatja az ötvözet képlékeny megmunkálhatóságát és a végtermék minőségét. Hosszú effektív módosítási ideje, jó hatása és reprodukálhatósága miatt a stroncium az elmúlt években felváltotta a nátrium használatát az Al-Si öntvényötvözetekben. 0,015%~0,03% stroncium hozzáadása az alumíniumötvözethez extrudáláshoz a tusban lévő β-AlFeSi fázist α-AlFeSi fázissá alakítja, 60%~70%-kal csökkentve a tuskó homogenizálási idejét, javítva az anyagok mechanikai tulajdonságait és képlékeny feldolgozhatóságát, valamint javítva a termékek felületi érdességét.
Magas szilíciumtartalmú (10%~13%) deformált alumíniumötvözetek esetén 0,02%~0,07% stroncium elem hozzáadása minimálisra csökkentheti az elsődleges kristályok mennyiségét, és a mechanikai tulajdonságok is jelentősen javulnak. A szakítószilárdság (бb) 233 MPa-ról 236 MPa-ra, a folyáshatár (б0,2) 204 MPa-ról 210 MPa-ra, a nyúlás (б5) pedig 9%-ról 12%-ra nőtt. A stroncium hozzáadása a hipereutektikus Al-Si ötvözethez csökkentheti az elsődleges szilíciumrészecskék méretét, javíthatja a műanyagok feldolgozási tulajdonságait, és lehetővé teheti a sima meleg- és hideghengerlést.
Cirkónium
A cirkónium szintén gyakori adalékanyag az alumíniumötvözetekben. Általában 0,1%~0,3% mennyiségben adják az alumíniumötvözetekhez. A cirkónium és az alumínium ZrAl3 vegyületeket alkot, amelyek akadályozhatják az átkristályosodási folyamatot és finomíthatják az átkristályosodott szemcséket. A cirkónium szintén finomíthatja az öntvény szerkezetét, de a hatás kisebb, mint a titán esetében. A cirkónium jelenléte csökkenti a titán és a bór szemcsefinomító hatását. Az Al-Zn-Mg-Cu ötvözetekben, mivel a cirkónium kisebb hatással van a kioltási érzékenységre, mint a króm és a mangán, a króm és a mangán helyett cirkóniumot kell használni az átkristályosodott szerkezet finomításához.
Ritkaföldfémek
A ritkaföldfémeket az alumíniumötvözetekhez adják az alkatrészek túlhűlésének fokozása érdekében az alumíniumötvözet öntése során, a szemcsék finomítására, a másodlagos kristályok közötti távolság csökkentésére, az ötvözetben lévő gázok és zárványok csökkentésére, valamint a zárványfázis szferoidizálódásának elősegítésére. Emellett csökkenthetik az olvadék felületi feszültségét, növelhetik a folyékonyságot és megkönnyíthetik az öntést tuskókká, ami jelentős hatással van a folyamat teljesítményére. Csökkenthető a különböző ritkaföldfémek hozzáadása körülbelül 0,1%-os mennyiségben. A vegyes ritkaföldfémek (kevert La-Ce-Pr-Nd stb.) hozzáadása csökkenti az öregedési G?P zóna kialakulásának kritikus hőmérsékletét az Al-0,65%Mg-0,61%Si ötvözetben. A magnéziumot tartalmazó alumíniumötvözetek serkenthetik a ritkaföldfémek metamorfózisát.
Szennyeződés
A vanádium VAl11 tűzálló vegyületet képez az alumíniumötvözetekben, amely szerepet játszik a szemcsék finomításában az olvasztási és öntési folyamat során, de szerepe kisebb, mint a titán és a cirkóniumé. A vanádiumnak az átkristályosodott szerkezet finomításában és az átkristályosodási hőmérséklet növelésében is van hatása.
A kalcium szilárd halmazállapotú oldhatósága az alumíniumötvözetekben rendkívül alacsony, és CaAl4 vegyületet képez az alumíniummal. A kalcium az alumíniumötvözetek szuperképlékeny eleme. A körülbelül 5% kalciumot és 5% mangánt tartalmazó alumíniumötvözet szuperképlékeny. A kalcium és a szilícium CaSi-t alkot, amely oldhatatlan az alumíniumban. Mivel a szilícium szilárd oldatban lévő mennyisége csökken, az ipari tisztaságú alumínium elektromos vezetőképessége kissé javítható. A kalcium javíthatja az alumíniumötvözetek vágási teljesítményét. A CaSi2 nem képes erősíteni az alumíniumötvözeteket hőkezeléssel. A kalcium nyomokban segít a hidrogén eltávolításában az olvadt alumíniumból.
Az ólom, az ón és a bizmut elemek alacsony olvadáspontú fémek. Szilárd állapotban való oldhatóságuk alumíniumban csekély, ami kissé csökkenti az ötvözet szilárdságát, de javíthatja a vágási teljesítményt. A bizmut a szilárdulás során kitágul, ami előnyös az adagolás szempontjából. A bizmut hozzáadása a magas magnéziumtartalmú ötvözetekhez megakadályozhatja a nátrium okozta ridegedést.
Az antimont főként öntött alumíniumötvözetekben használják módosítószerként, deformált alumíniumötvözetekben ritkán. Az Al-Mg deformált alumíniumötvözetekben a bizmutot csak a nátrium ridegedése megelőzésére használják. Az antimont egyes Al-Zn-Mg-Cu ötvözetekhez a meleg- és hidegsajtolási folyamatok teljesítményének javítása érdekében adják.
A berillium javíthatja az oxidfilm szerkezetét a deformált alumíniumötvözetekben, és csökkentheti az égési veszteséget és a zárványokat az olvasztás és öntés során. A berillium egy mérgező elem, amely allergiás mérgezést okozhat embereknél. Ezért a berillium nem tartalmazhat olyan alumíniumötvözeteket, amelyek érintkezésbe kerülnek élelmiszerekkel és italokkal. A hegesztőanyagok berilliumtartalmát általában 8 μg/ml alatt tartják. A hegesztőalapanyagként használt alumíniumötvözeteknek is szabályozniuk kell a berilliumtartalmat.
A nátrium szinte oldhatatlan az alumíniumban, a maximális szilárd oldhatóság kevesebb, mint 0,0025%. Az olvadáspontja alacsony (97,8 ℃). Amikor nátrium van jelen az ötvözetben, a dendritfelületen vagy a szemcsehatáron adszorbeálódik a megszilárdulás során. Melegítés során a szemcsehatáron lévő nátrium folyékony adszorpciós réteget képez, ami rideg repedést és NaAlSi vegyületeket eredményez, nincs szabad nátrium, és nem keletkezik „nátrium-rideg”.
Amikor a magnéziumtartalom meghaladja a 2%-ot, a magnézium elveszi a szilíciumot és szabad nátriumot csap ki, ami „nátrium-ridegséget” eredményez. Ezért a magas magnéziumtartalmú alumíniumötvözetekhez nem szabad nátriumsó-folyasztószert használni. A „nátrium-ridegedés” megelőzésének módszerei közé tartozik a klórozás, amelynek során a nátrium NaCl-t képez, és a salakba kerül; bizmut hozzáadása Na2Bi képződéséhez és bejutásához a fémmátrixba; antimon hozzáadása Na3Sb képződéséhez vagy ritkaföldfémek hozzáadása is ugyanezt a hatást válthatja ki.
Szerkesztette: May Jiang, a MAT Aluminum oldaláról
Közzététel ideje: 2024. augusztus 8.
