Coure
Quan la part rica en alumini de l'aliatge d'alumini-coure és de 548, la solubilitat màxima del coure en alumini és del 5,65%. Quan la temperatura baixa a 302, la solubilitat del coure és del 0,45%. El coure és un element d'aliatge important i té un cert efecte d'enfortiment de la solució sòlida. A més, el CuAl2 precipitat per l'envelliment té un efecte d'enfortiment evident de l'envelliment. El contingut de coure en els aliatges d'alumini sol estar entre el 2,5% i el 5%, i l'efecte d'enfortiment és millor quan el contingut de coure està entre el 4% i el 6,8%, de manera que el contingut de coure de la majoria dels aliatges de duralumini es troba dins d'aquest rang. Els aliatges d'alumini-coure poden contenir menys silici, magnesi, manganès, crom, zinc, ferro i altres elements.
Silici
Quan la part rica en alumini del sistema d'aliatge Al-Si té una temperatura eutèctica de 577, la solubilitat màxima del silici en la solució sòlida és de l'1,65%. Tot i que la solubilitat disminueix amb la disminució de la temperatura, aquests aliatges generalment no es poden enfortir mitjançant tractament tèrmic. L'aliatge d'alumini-silici té excel·lents propietats de fosa i resistència a la corrosió. Si s'afegeix magnesi i silici a l'alumini alhora per formar un aliatge d'alumini-magnesi-silici, la fase d'enfortiment és MgSi. La relació de massa de magnesi a silici és d'1,73:1. En dissenyar la composició de l'aliatge Al-Mg-Si, el contingut de magnesi i silici es configura en aquesta relació a la matriu. Per tal de millorar la resistència d'alguns aliatges Al-Mg-Si, s'afegeix una quantitat adequada de coure i una quantitat adequada de crom per compensar els efectes adversos del coure sobre la resistència a la corrosió.
La solubilitat màxima del Mg2Si en alumini a la part rica en alumini del diagrama de fases d'equilibri del sistema d'aliatge Al-Mg2Si és de l'1,85%, i la desacceleració és petita a mesura que disminueix la temperatura. En els aliatges d'alumini deformats, l'addició de silici sol a l'alumini es limita als materials de soldadura, i l'addició de silici a l'alumini també té un cert efecte de reforç.
Magnesi
Tot i que la corba de solubilitat mostra que la solubilitat del magnesi en l'alumini disminueix considerablement a mesura que disminueix la temperatura, el contingut de magnesi en la majoria dels aliatges d'alumini deformats industrials és inferior al 6%. El contingut de silici també és baix. Aquest tipus d'aliatge no es pot reforçar mitjançant tractament tèrmic, però té una bona soldabilitat, una bona resistència a la corrosió i una resistència mitjana. L'enfortiment de l'alumini pel magnesi és evident. Per cada augment de l'1% de magnesi, la resistència a la tracció augmenta aproximadament 34 MPa. Si s'afegeix menys de l'1% de manganès, l'efecte d'enfortiment es pot complementar. Per tant, afegir manganès pot reduir el contingut de magnesi i reduir la tendència a l'esquerdament en calent. A més, el manganès també pot precipitar uniformement els compostos de Mg5Al8, millorant la resistència a la corrosió i el rendiment de la soldadura.
Manganès
Quan la temperatura eutèctica del diagrama de fase d'equilibri pla del sistema d'aliatge Al-Mn és de 658, la solubilitat màxima del manganès en la solució sòlida és de l'1,82%. La resistència de l'aliatge augmenta amb l'augment de la solubilitat. Quan el contingut de manganès és del 0,8%, l'elongació arriba al valor màxim. L'aliatge Al-Mn és un aliatge que no s'endureix per envelliment, és a dir, no es pot enfortir mitjançant tractament tèrmic. El manganès pot prevenir el procés de recristal·lització dels aliatges d'alumini, augmentar la temperatura de recristal·lització i refinar significativament els grans recristal·litzats. El refinament dels grans recristal·litzats es deu principalment al fet que les partícules disperses dels compostos de MnAl6 dificulten el creixement dels grans recristal·litzats. Una altra funció del MnAl6 és dissoldre la impuresa del ferro per formar (Fe, Mn)Al6, reduint els efectes nocius del ferro. El manganès és un element important en els aliatges d'alumini. Es pot afegir sol per formar un aliatge binari Al-Mn. Més sovint, s'afegeix juntament amb altres elements d'aliatge. Per tant, la majoria dels aliatges d'alumini contenen manganès.
Zinc
La solubilitat del zinc en alumini és del 31,6% a 275 a la part rica en alumini del diagrama de fases d'equilibri del sistema d'aliatge Al-Zn, mentre que la seva solubilitat baixa al 5,6% a 125. L'addició de zinc sol a l'alumini té una millora molt limitada en la resistència de l'aliatge d'alumini en condicions de deformació. Al mateix temps, hi ha una tendència a l'esquerdament per corrosió sota tensió, cosa que limita la seva aplicació. L'addició simultània de zinc i magnesi a l'alumini forma la fase d'enfortiment Mg/Zn2, que té un efecte d'enfortiment significatiu sobre l'aliatge. Quan el contingut de Mg/Zn2 augmenta del 0,5% al 12%, la resistència a la tracció i el límit elàstic es poden augmentar significativament. En els aliatges d'alumini superdurs on el contingut de magnesi supera la quantitat necessària per formar la fase Mg/Zn2, quan la relació de zinc a magnesi es controla al voltant de 2,7, la resistència a l'esquerdament per corrosió sota tensió és més gran. Per exemple, l'addició d'elements de coure a Al-Zn-Mg forma un aliatge de la sèrie Al-Zn-Mg-Cu. L'efecte d'enfortiment de la base és el més gran entre tots els aliatges d'alumini. També és un material important d'aliatge d'alumini en la indústria aeroespacial, aeronàutica i elèctrica.
Ferro i silici
El ferro s'afegeix com a elements d'aliatge en els aliatges d'alumini forjat de la sèrie Al-Cu-Mg-Ni-Fe, i el silici s'afegeix com a elements d'aliatge en l'alumini forjat de la sèrie Al-Mg-Si i en les varetes de soldadura de la sèrie Al-Si i els aliatges de fosa d'alumini-silici. En els aliatges d'alumini base, el silici i el ferro són elements d'impuresa comuns, que tenen un impacte significatiu en les propietats de l'aliatge. Existeixen principalment com a FeCl3 i silici lliure. Quan el silici és més gran que el ferro, es forma la fase β-FeSiAl3 (o Fe2Si2Al9), i quan el ferro és més gran que el silici, es forma α-Fe2SiAl8 (o Fe3Si2Al12). Quan la proporció de ferro i silici és inadequada, es produiran esquerdes a la fosa. Quan el contingut de ferro a l'alumini fos és massa alt, la fosa es tornarà fràgil.
Titani i bor
El titani és un element additiu d'ús comú en els aliatges d'alumini, afegit en forma d'aliatge mestre Al-Ti o Al-Ti-B. El titani i l'alumini formen la fase TiAl2, que es converteix en un nucli no espontani durant la cristal·lització i juga un paper en el refinament de l'estructura de la fosa i l'estructura de la soldadura. Quan els aliatges d'Al-Ti experimenten una reacció de paquet, el contingut crític de titani és d'aproximadament el 0,15%. Si hi ha bor present, la desacceleració és tan petita com el 0,01%.
Crom
El crom és un element additiu comú en els aliatges de les sèries Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn i Al-Mg. A 600 °C, la solubilitat del crom en alumini és del 0,8% i és bàsicament insoluble a temperatura ambient. El crom forma compostos intermetàl·lics com ara (CrFe)Al7 i (CrMn)Al12 en alumini, cosa que dificulta el procés de nucleació i creixement de la recristal·lització i té un cert efecte d'enfortiment de l'aliatge. També pot millorar la tenacitat de l'aliatge i reduir la susceptibilitat a la corrosió per tensió.
Tanmateix, el lloc augmenta la sensibilitat al tremp, fent que la pel·lícula anoditzada es torni groga. La quantitat de crom afegida als aliatges d'alumini generalment no supera el 0,35% i disminueix amb l'augment dels elements de transició a l'aliatge.
Estronci
L'estronci és un element tensioactiu que pot canviar cristal·logràficament el comportament de les fases de compostos intermetàl·lics. Per tant, el tractament de modificació amb element estronci pot millorar la treballabilitat plàstica de l'aliatge i la qualitat del producte final. A causa del seu llarg temps de modificació efectiva, bon efecte i reproductibilitat, l'estronci ha substituït l'ús del sodi en els aliatges de fosa Al-Si en els darrers anys. L'addició d'un 0,015% a un 0,03% d'estronci a l'aliatge d'alumini per a l'extrusió converteix la fase β-AlFeSi del lingot en una fase α-AlFeSi, reduint el temps d'homogeneïtzació del lingot en un 60% a un 70%, millorant les propietats mecàniques i la processabilitat plàstica dels materials; millorant la rugositat superficial dels productes.
Per a aliatges d'alumini deformats amb alt contingut de silici (10%~13%), afegir un 0,02%~0,07% d'element d'estronci pot reduir els cristalls primaris al mínim, i les propietats mecàniques també milloren significativament. La resistència a la tracció бb augmenta de 233MPa a 236MPa, i el límit elàstic б0,2 augmenta de 204MPa a 210MPa, i l'allargament б5 augmenta del 9% al 12%. Afegir estronci a l'aliatge hipereutèctic Al-Si pot reduir la mida de les partícules de silici primàries, millorar les propietats de processament del plàstic i permetre una laminació suau en calent i en fred.
Zirconi
El zirconi també és un additiu comú en els aliatges d'alumini. Generalment, la quantitat afegida als aliatges d'alumini és del 0,1% al 0,3%. El zirconi i l'alumini formen compostos de ZrAl3, que poden dificultar el procés de recristal·lització i refinar els grans recristal·litzats. El zirconi també pot refinar l'estructura de la fosa, però l'efecte és menor que el del titani. La presència de zirconi reduirà l'efecte de refinació del gra del titani i el bor. En els aliatges Al-Zn-Mg-Cu, com que el zirconi té un efecte menor sobre la sensibilitat al tremp que el crom i el manganès, és convenient utilitzar zirconi en lloc de crom i manganès per refinar l'estructura recristal·litzada.
Elements de terres rares
Els elements de terres rares s'afegeixen als aliatges d'alumini per augmentar el superrefredament dels components durant la fosa d'aliatges d'alumini, refinar els grans, reduir l'espaiat dels cristalls secundaris, reduir els gasos i les inclusions a l'aliatge i tendeixen a esferoiditzar la fase d'inclusió. També pot reduir la tensió superficial de la fosa, augmentar la fluïdesa i facilitar la fosa en lingots, cosa que té un impacte significatiu en el rendiment del procés. És millor afegir diverses terres rares en una quantitat d'aproximadament el 0,1%. L'addició de terres rares mixtes (barreja de La-Ce-Pr-Nd, etc.) redueix la temperatura crítica per a la formació de la zona G?P d'envelliment en l'aliatge Al-0,65%Mg-0,61%Si. Els aliatges d'alumini que contenen magnesi poden estimular el metamorfisme dels elements de terres rares.
Impuresa
El vanadi forma el compost refractari VAl11 en els aliatges d'alumini, que juga un paper en el refinament dels grans durant el procés de fusió i colada, però el seu paper és menor que el del titani i el zirconi. El vanadi també té l'efecte de refinar l'estructura recristal·litzada i augmentar la temperatura de recristal·lització.
La solubilitat sòlida del calci en aliatges d'alumini és extremadament baixa i forma un compost CaAl4 amb l'alumini. El calci és un element superplàstic dels aliatges d'alumini. Un aliatge d'alumini amb aproximadament un 5% de calci i un 5% de manganès té superplasticitat. El calci i el silici formen CaSi, que és insoluble en alumini. Com que la quantitat de silici en solució sòlida es redueix, la conductivitat elèctrica de l'alumini pur industrial es pot millorar lleugerament. El calci pot millorar el rendiment de tall dels aliatges d'alumini. El CaSi2 no pot enfortir els aliatges d'alumini mitjançant tractament tèrmic. Les traces de calci són útils per eliminar l'hidrogen de l'alumini fos.
Els elements de plom, estany i bismut són metalls de baix punt de fusió. La seva solubilitat sòlida en alumini és petita, cosa que redueix lleugerament la resistència de l'aliatge, però pot millorar el rendiment de tall. El bismut s'expandeix durant la solidificació, cosa que és beneficiosa per a l'alimentació. Afegir bismut a aliatges amb alt contingut de magnesi pot prevenir la fragilització del sodi.
L'antimoni s'utilitza principalment com a modificador en aliatges d'alumini fos, i rarament s'utilitza en aliatges d'alumini deformats. Només cal substituir el bismut en els aliatges d'alumini deformats Al-Mg per evitar la fragilització per sodi. L'element d'antimoni s'afegeix a alguns aliatges Al-Zn-Mg-Cu per millorar el rendiment dels processos de premsat en calent i premsat en fred.
El beril·li pot millorar l'estructura de la pel·lícula d'òxid en aliatges d'alumini deformats i reduir les pèrdues per combustió i les inclusions durant la fusió i la colada. El beril·li és un element tòxic que pot causar intoxicació al·lèrgica en humans. Per tant, el beril·li no es pot contenir en aliatges d'alumini que entrin en contacte amb aliments i begudes. El contingut de beril·li en materials de soldadura normalment es controla per sota de 8 μg/ml. Els aliatges d'alumini utilitzats com a substrats de soldadura també han de controlar el contingut de beril·li.
El sodi és gairebé insoluble en alumini, i la solubilitat sòlida màxima és inferior al 0,0025%. El punt de fusió del sodi és baix (97,8 ℃), quan el sodi és present a l'aliatge, s'adsorbeix a la superfície de la dendrita o al límit del gra durant la solidificació, durant el processament en calent, el sodi al límit del gra forma una capa d'adsorció líquida, donant lloc a esquerdes fràgils, la formació de compostos de NaAlSi, no hi ha sodi lliure i no produeix "fràgil sodi".
Quan el contingut de magnesi supera el 2%, el magnesi elimina el silici i precipita el sodi lliure, cosa que provoca una "fragilitat de sodi". Per tant, no es permet l'ús de flux de sals de sodi en aliatges d'alumini amb alt contingut de magnesi. Els mètodes per prevenir la "fragilitat de sodi" inclouen la cloració, que fa que el sodi formi NaCl i es descarrega a l'escòria, afegint bismut per formar Na2Bi i entrant a la matriu metàl·lica; afegint antimoni per formar Na3Sb o afegint terres rares també pot tenir el mateix efecte.
Editat per May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicació: 08-08-2024
