Réz
Ha az alumínium-réz ötvözet alumíniumban gazdag része 548, akkor a réz alumíniumban való maximális oldhatósága 5,65%. Amikor a hőmérséklet 302 °C-ra csökken, a réz oldhatósága 0,45%. A réz fontos ötvözetelem, és bizonyos szilárd oldaterősítő hatása van. Emellett az öregedés által kivált CuAl2-nek nyilvánvaló öregedéserősítő hatása van. Az alumíniumötvözetek réztartalma általában 2,5% és 5% között van, és az erősítő hatás akkor a legjobb, ha a réztartalom 4% és 6,8% között van, tehát a legtöbb duralumíniumötvözet réztartalma ezen a tartományon belül van. Az alumínium-réz ötvözetek kevesebb szilíciumot, magnéziumot, mangánt, krómot, cinket, vasat és egyéb elemeket tartalmazhatnak.
Szilícium
Ha az Al-Si ötvözetrendszer alumíniumban gazdag részének eutektikus hőmérséklete 577 °C, a szilícium maximális oldhatósága a szilárd oldatban 1,65%. Bár az oldhatóság csökken a hőmérséklet csökkenésével, ezek az ötvözetek általában nem erősíthetők hőkezeléssel. Az alumínium-szilícium ötvözet kiváló öntési tulajdonságokkal és korrózióállósággal rendelkezik. Ha magnéziumot és szilíciumot egyszerre adunk az alumíniumhoz, hogy alumínium-magnézium-szilícium ötvözetet kapjunk, 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 tartalma ebben az arányban van konfigurálva a mátrixon. Egyes Al-Mg-Si ötvözetek szilárdságának javítása érdekében megfelelő mennyiségű rezet és megfelelő mennyiségű krómot adnak hozzá a réz korrózióállóságra gyakorolt káros hatásainak ellensúlyozására.
Az Al-Mg2Si ötvözetrendszer egyensúlyi fázisdiagramjának alumíniumban gazdag részében a Mg2Si maximális oldhatósága alumíniumban 1,85%, a hőmérséklet csökkenésével a lassulás kicsi. A deformált alumíniumötvözetek esetében a szilícium alumíniumhoz adagolása csak hegesztőanyagokra korlátozódik, és a szilícium alumíniumhoz való hozzáadása is bizonyos erősítő hatással bír.
Magnézium
Bár az oldhatósági görbe azt mutatja, hogy a magnézium oldhatósága alumíniumban nagymértékben csökken a hőmérséklet csökkenésével, a legtöbb ipari deformált alumíniumötvözetben a magnéziumtartalom kevesebb, mint 6%. A szilíciumtartalom is alacsony. Ezt az ötvözettípust nem lehet hőkezeléssel megerősíteni, de jó hegeszthetősége, jó korrózióállósága és közepes szilárdsága van. Az alumínium magnézium általi megerősítése nyilvánvaló. A magnézium minden 1%-os növekedésével 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 forró repedések hajlamát. Ezenkívül a mangán egyenletesen képes kicsapni a Mg5Al8 vegyületeket, javítva a korrózióállóságot és a hegesztési teljesítményt.
Mangán
Ha az Al-Mn ötvözetrendszer lapos egyensúlyi fázisdiagramjának eutektikus hőmérséklete 658 °C, a mangán maximális oldhatósága a szilárd oldatban 1,82%. Az ötvözet szilárdsága az oldhatóság növekedésével nő. Amikor a mangántartalom 0,8%, a nyúlás eléri a maximális értéket. Az Al-Mn ötvözet nem öregedésálló ötvözet, vagyis hőkezeléssel nem erősíthető. A mangán megakadályozhatja az alumíniumötvözetek átkristályosítási folyamatát, növelheti az átkristályosítási hőmérsékletet, és jelentősen finomíthatja az átkristályosodott szemcséket. Az átkristályosodott szemcsék finomítása elsősorban annak köszönhető, hogy a MnAl6 vegyületek diszpergált részecskéi gátolják az átkristályosodott szemcsék növekedését. Az MnAl6 másik funkciója a szennyező vas feloldása, így (Fe, Mn)Al6 képződik, csökkentve a vas káros hatásait. A mangán az alumíniumötvözetek fontos eleme. Önmagában hozzáadható Al-Mn bináris ötvözet kialakításához. Gyakrabban más ötvözőelemekkel együtt adják hozzá. Ezért a legtöbb alumíniumötvözet mangánt tartalmaz.
Cink
A cink alumíniumban való oldhatósága 31,6% 275 °C-on az Al-Zn ötvözetrendszer egyensúlyi fázisdiagramjának alumíniumban gazdag részében, míg oldhatósága 125 °C-on 5,6% -ra csökken. Ha csak cinket adunk az alumíniumhoz, az csak nagyon korlátozott mértékben javítja az alumíniumötvözet szilárdsága deformációs körülmények között. Ugyanakkor hajlamos a feszültségkorróziós repedésekre, ami korlátozza az alkalmazását. A cink és a magnézium egyidejű hozzáadása az alumíniumhoz a Mg/Zn2 erősítő fázist képezi, amely jelentős erősítő hatással bír az ötvözetre. A Mg/Zn2 tartalom 0,5%-ról 12%-ra emelésével a szakítószilárdság és a folyáshatár jelentősen növelhető. Azokban a szuperkemény alumíniumötvözetekben, ahol a magnéziumtartalom meghaladja a Mg/Zn2 fázis kialakításához szükséges mennyiséget, amikor a cink és a magnézium arányát 2,7 körülire szabályozzuk, a feszültségkorróziós repedésállóság a legnagyobb. Például, ha rézelemet adunk az Al-Zn-Mg-hez, Al-Zn-Mg-Cu sorozatú ötvözet keletkezik. Az alaperősítő hatás az összes alumíniumötvözet közül a legnagyobb. Ezenkívül fontos alumíniumötvözet anyag a repülőgépiparban, a légi közlekedésben és az elektromos energiaiparban.
Vas és szilícium
A vas ötvözőelemként kerül hozzáadásra az Al-Cu-Mg-Ni-Fe sorozatú kovácsolt alumíniumötvözetekhez, és szilíciumot adnak hozzá ötvözőelemként az Al-Mg-Si sorozatú kovácsolt alumíniumhoz és az Al-Si sorozatú hegesztőrudakhoz és alumínium-szilícium öntvényekhez ötvözetek. Az alap alumíniumötvözetekben a szilícium és a vas gyakori szennyező elemek, amelyek jelentős hatással vannak az ötvözet tulajdonságaira. Főleg FeCl3 és szabad szilícium formájában léteznek. Ha a szilícium nagyobb, mint a vas, β-FeSiAl3 (vagy Fe2Si2Al9) fázis képződik, és ha a vas nagyobb, mint a szilícium, α-Fe2SiAl8 (vagy Fe3Si2Al12) képződik. Ha a vas és a szilícium aránya nem megfelelő, az öntvény repedéseit okozza. Ha az öntött alumínium vastartalma túl magas, az öntvény törékennyé válik.
Titán és bór
A titán az alumíniumötvözetek általánosan használt adalékanyaga, 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 az öntvényszerkezet és a hegesztési szerkezet finomításában játszik szerepet. Amikor az Al-Ti ötvözetek csomagolási reakción mennek keresztül, a kritikus titántartalom körülbelül 0,15%. Ha bór van jelen, a lassulás mindössze 0,01%.
Króm
A króm az Al-Mg-Si sorozat, az Al-Mg-Zn sorozat és az Al-Mg sorozatú ötvözetek gyakori adalékanyaga. 600°C-on a króm alumíniumban való oldhatósága 0,8%, szobahőmérsékleten alapvetően oldhatatlan. A króm intermetallikus vegyületeket képez az alumíniumban, mint például a (CrFe)Al7 és (CrMn)Al12, ami gátolja az átkristályosodás gócképződési és növekedési folyamatát, és bizonyos erősítő hatással bír az ötvözetre. Ezenkívül javíthatja az ötvözet szívósságát, és csökkentheti a feszültségkorróziós repedésekre való hajlamot.
A hely azonban növeli a kioltási érzékenységet, így az eloxált film sárgává válik. 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 képes krisztallográfiailag megváltoztatni az intermetallikus vegyületfázisok viselkedését. Ezért a stronciummal végzett módosítási kezelés javíthatja az ötvözet plasztikus megmunkálhatóságát és a végtermék minőségét. Hosszú hatásos módosítási ideje, jó hatása és reprodukálhatósága miatt a stroncium az elmúlt években felváltotta a nátrium használatát az Al-Si öntvényötvözetekben. Ha 0,015-0,03% stronciumot adunk az alumíniumötvözethez extrudálás céljából, a tuskában lévő β-AlFeSi fázis α-AlFeSi fázissá válik, ami 60-70%-kal csökkenti a tuskó homogenizálási idejét, javítja az anyagok mechanikai tulajdonságait és képlékeny feldolgozhatóságát; a termékek felületi érdességének javítása.
A magas szilíciumtartalmú (10-13%) deformált alumíniumötvözetek esetében 0,02-0,07% stroncium elem hozzáadásával minimálisra csökkenthető az elsődleges kristályok mennyisége, és a mechanikai tulajdonságok is jelentősen javulnak. A бb szakítószilárdság 233 MPa-ról 236 MPa-ra, a б0,2 folyáshatár 204 MPa-ról 210 MPa-ra, a б5 nyúlás 9%-ról 12%-ra nőtt. Stroncium hozzáadása a hipereutektikus Al-Si ötvözethez csökkentheti az elsődleges szilícium részecskék méretét, javíthatja a műanyag feldolgozási tulajdonságait, és lehetővé teszi a sima meleg és hideg hengerlést.
Cirkónium
A cirkónium szintén gyakori adalékanyag az alumíniumötvözetekben. Általában az alumíniumötvözetekhez hozzáadott mennyiség 0,1–0,3%. A cirkónium és az alumínium ZrAl3 vegyületeket képez, amelyek akadályozhatják az átkristályosodási folyamatot és finomíthatják az átkristályosodott szemcséket. A cirkónium az öntvényszerkezetet is finomítani tudja, de a hatás kisebb, mint a titáné. A cirkónium jelenléte csökkenti a titán és a bór szemcsefinomító hatását. Az Al-Zn-Mg-Cu ötvözetekben, mivel a cirkónium kisebb hatással van az oltási érzékenységre, mint a króm és a mangán, célszerű króm és mangán helyett cirkóniumot használni az átkristályosodott szerkezet finomításához.
Ritkaföldfém elemek
Ritkaföldfém elemeket adnak az alumíniumötvözetekhez, hogy fokozzák az alkatrészek túlhűtését az alumíniumötvözet öntése során, finomítsák a szemcséket, csökkentsék a másodlagos kristályok távolságát, csökkentsék a gázok és zárványok mennyiségét az ötvözetben, és hajlamosak a zárványfázis szferoidizálására. Csökkentheti az olvadék felületi feszültségét, növelheti a folyékonyságot, és megkönnyítheti a tuskóba öntést, ami jelentős hatással van a folyamat teljesítményére. Jobb, ha különféle ritkaföldfémeket adunk hozzá körülbelül 0,1% mennyiségben. A kevert ritkaföldfémek (kevert La-Ce-Pr-Nd stb.) hozzáadása csökkenti a kritikus hőmérsékletet az öregedő G?P zóna kialakulásához Al-0,65%Mg-0,61%Si ötvözetben. A magnéziumot tartalmazó alumíniumötvözetek serkenthetik a ritkaföldfémek metamorfózisát.
Szennyeződés
A vanádium alumíniumötvözetekben VAl11 tűzálló vegyületet képez, amely az olvasztási és öntési folyamat során a szemcsék finomításában játszik szerepet, de szerepe kisebb, mint a titáné és a cirkóniumé. A vanádium emellett finomítja az átkristályosodott szerkezetet és növeli az átkristályosodási hőmérsékletet.
A kalcium szilárd oldhatósága alumíniumötvözetekben rendkívül alacsony, és az alumíniummal CaAl4 vegyületet képez. A kalcium az alumíniumötvözetek szuperplasztikus eleme. Egy körülbelül 5% kalciumot és 5% mangánt tartalmazó alumíniumötvözet szuperplasztikus. A kalcium és a szilícium CaSi-t képez, amely alumíniumban oldhatatlan. Mivel a szilícium szilárd oldatának mennyisége csökken, az ipari tiszta alumínium elektromos vezetőképessége kissé javítható. A kalcium javíthatja az alumíniumötvözetek vágási teljesítményét. A CaSi2 nem tudja megerősíteni az alumíniumötvözeteket hőkezeléssel. Nyomnyi mennyiségű kalcium segít a hidrogén eltávolításában az olvadt alumíniumból.
Az ólom, az ón és a bizmut elemek alacsony olvadáspontú fémek. Az alumíniumban való szilárd oldhatóságuk kicsi, ami kissé csökkenti az ötvözet szilárdságát, de javíthatja a vágási teljesítményt. A bizmut a megszilárdulás során kitágul, ami a táplálkozás szempontjából előnyös. Ha bizmutot adunk a magas magnéziumötvözetekhez, megakadályozhatjuk a nátrium ridegségét.
Az antimont főként az öntött alumíniumötvözetek módosítójaként használják, deformált alumíniumötvözetekben ritkán használják. Csak Al-Mg deformált alumíniumötvözetben cserélje ki a bizmutot a nátrium ridegségének megelőzése érdekében. Antimon elemet adnak egyes Al-Zn-Mg-Cu ötvözetekhez a melegsajtolási és hidegsajtolási folyamatok teljesítményének javítása érdekében.
A berillium javíthatja az oxidfilm szerkezetét deformált alumíniumötvözetekben, és csökkentheti az égési veszteséget és a zárványokat az olvasztás és öntés során. A berillium egy mérgező elem, amely allergiás mérgezést okozhat az emberben. Ezért a berillium nem tartalmazhat olyan alumíniumötvözeteket, amelyek élelmiszerekkel és italokkal érintkeznek. A hegesztőanyagok berilliumtartalmát általában 8 μg/ml alá szabályozzák. A hegesztőfelületként használt alumíniumötvözetek szabályozzák a berilliumtartalmat is.
A nátrium szinte oldhatatlan alumíniumban, és a maximális szilárd anyag oldhatósága kevesebb, mint 0,0025%. a nátrium olvadáspontja alacsony (97,8℃), ha nátrium van az ötvözetben, megszilárdulva a dendritfelületen vagy a szemcsehatáron adszorbeálódik, meleg feldolgozás során a szemcsehatáron lévő nátrium folyékony adszorpciós réteget képez, ami rideg repedést, NaAlSi vegyületek képződését eredményezi, nincs szabad nátrium, és nem keletkezik „nátriumtörékeny”.
Ha a magnéziumtartalom meghaladja a 2%-ot, a magnézium elvonja a szilíciumot, és kicsapja a szabad nátriumot, ami „nátriumtörékességet” eredményez. Ezért a magas magnézium-alumíniumötvözetben nem szabad nátriumsó-folyasztószert használni. A „nátrium ridegségének” megelőzésére szolgáló módszerek közé tartozik a klórozás, amely a nátriumot NaCl-képződéshez vezet, amely a salakba kerül, bizmut hozzáadásával Na2Bi-t képez, és belép a fémmátrixba; az antimon hozzáadásával Na3Sb vagy ritkaföldfémek hozzáadása szintén ugyanazt a hatást érheti el.
Szerkesztette: May Jiang a MAT Aluminiumtól
Feladás időpontja: 2024.08.08
