Bakar
Kada je dio legure aluminija i bakra bogat aluminijem 548, maksimalna topljivost bakra u aluminijumu je 5,65%. Kada temperatura padne na 302 stepeni Celzijusa, topljivost bakra je 0,45%. Bakar je važan element legure i ima određeni učinak jačanja u čvrstom rastvoru. Osim toga, CuAl2 koji se taloži starenjem ima očigledan učinak jačanja starenjem. Sadržaj bakra u legurama aluminija obično je između 2,5% i 5%, a učinak jačanja je najbolji kada je sadržaj bakra između 4% i 6,8%, tako da je sadržaj bakra u većini legura duraluminija unutar ovog raspona. Legure aluminija i bakra mogu sadržavati manje silicija, magnezija, mangana, kroma, cinka, željeza i drugih elemenata.
Silicijum
Kada dio Al-Si legure bogat aluminijem ima eutektičku temperaturu od 577, maksimalna rastvorljivost silicija u čvrstom rastvoru je 1,65%. Iako se rastvorljivost smanjuje sa smanjenjem temperature, ove legure se uglavnom ne mogu ojačati termičkom obradom. Aluminijum-silicijum legura ima odlična svojstva lijevanja i otpornost na koroziju. Ako se magnezijum i silicijum dodaju aluminijumu istovremeno da bi se formirala legura aluminijum-magnezijum-silicijum, faza ojačavanja je MgSi. Maseni odnos magnezijuma i silicija je 1,73:1. Prilikom dizajniranja sastava Al-Mg-Si legure, sadržaj magnezijuma i silicija se konfiguriše u ovom odnosu na matrici. Kako bi se poboljšala čvrstoća nekih Al-Mg-Si legura, dodaje se odgovarajuća količina bakra, a odgovarajuća količina hroma se dodaje kako bi se ublažili negativni efekti bakra na otpornost na koroziju.
Maksimalna rastvorljivost Mg2Si u aluminijumu u dijelu ravnotežnog faznog dijagrama Al-Mg2Si sistema legure bogatom aluminijumom je 1,85%, a usporavanje je malo sa smanjenjem temperature. Kod deformisanih aluminijumskih legura, dodavanje samog silicija aluminijumu ograničeno je na materijale za zavarivanje, a dodavanje silicija aluminijumu ima i određeni efekat ojačavanja.
Magnezij
Iako krivulja topljivosti pokazuje da topljivost magnezija u aluminijumu znatno opada sa smanjenjem temperature, sadržaj magnezija u većini industrijski deformiranih aluminijskih legura je manji od 6%. Sadržaj silicija je također nizak. Ova vrsta legure ne može se ojačati termičkom obradom, ali ima dobru zavarljivost, dobru otpornost na koroziju i srednju čvrstoću. Ojačanje aluminija magnezijem je očigledno. Za svako povećanje magnezija od 1%, zatezna čvrstoća se povećava za približno 34 MPa. Ako se doda manje od 1% mangana, efekat ojačanja se može dopuniti. Stoga, dodavanje mangana može smanjiti sadržaj magnezija i smanjiti sklonost vrućem pucanju. Osim toga, mangan također može ravnomjerno taložiti spojeve Mg5Al8, poboljšavajući otpornost na koroziju i performanse zavarivanja.
Mangan
Kada je eutektička temperatura ravnotežnog faznog dijagrama Al-Mn sistema legure 658, maksimalna rastvorljivost mangana u čvrstom rastvoru je 1,82%. Čvrstoća legure se povećava sa povećanjem rastvorljivosti. Kada je sadržaj mangana 0,8%, izduženje dostiže maksimalnu vrijednost. Al-Mn legura je legura koja se ne očvršćava starenjem, odnosno ne može se ojačati termičkom obradom. Mangan može spriječiti proces rekristalizacije aluminijumskih legura, povećati temperaturu rekristalizacije i značajno pročistiti rekristalizovana zrna. Pročišćavanje rekristalizovanih zrna uglavnom je posljedica činjenice da dispergovane čestice MnAl6 spojeva ometaju rast rekristalizovanih zrna. Druga funkcija MnAl6 je rastvara nečistoće željeza i formira (Fe, Mn)Al6, smanjujući štetne efekte željeza. Mangan je važan element u aluminijumskim legurama. Može se dodati sam da bi se formirala Al-Mn binarna legura. Češće se dodaje zajedno s drugim legirajućim elementima. Stoga većina aluminijumskih legura sadrži mangan.
Cink
Topljivost cinka u aluminijumu iznosi 31,6% na 275°C u dijelu ravnotežnog faznog dijagrama Al-Zn legure bogatom aluminijem, dok njegova topljivost pada na 5,6% na 125°C. Dodavanje samog cinka aluminijumu ima vrlo ograničeno poboljšanje čvrstoće aluminijske legure pod uvjetima deformacije. Istovremeno, postoji tendencija ka pucanju od korozije pod naponom, što ograničava njegovu primjenu. Istovremeno dodavanje cinka i magnezija aluminijumu formira fazu ojačanja Mg/Zn2, koja ima značajan učinak ojačanja na leguru. Kada se sadržaj Mg/Zn2 poveća sa 0,5% na 12%, zatezna čvrstoća i granica tečenja mogu se značajno povećati. Kod supertvrdih aluminijskih legura gdje sadržaj magnezija prelazi potrebnu količinu za formiranje faze Mg/Zn2, kada se odnos cinka i magnezija kontrolira na oko 2,7, otpornost na pucanje od korozije pod naponom je najveća. Na primjer, dodavanje elementa bakra Al-Zn-Mg formira leguru serije Al-Zn-Mg-Cu. Efekat ojačavanja baze je najveći među svim aluminijskim legurama. Također je važan materijal od aluminijskih legura u vazduhoplovnoj, avionskoj industriji i elektroenergetskoj industriji.
Željezo i silicijum
Željezo se dodaje kao legirajući element u kovanim aluminijskim legurama serije Al-Cu-Mg-Ni-Fe, a silicijum se dodaje kao legirajući element u kovanom aluminijumu serije Al-Mg-Si, kao i u šipkama za zavarivanje serije Al-Si i legurama za lijevanje aluminija i silicija. U osnovnim aluminijskim legurama, silicijum i željezo su uobičajeni nečistoće koje značajno utječu na svojstva legure. Uglavnom se nalaze kao FeCl3 i slobodni silicijum. Kada je silicijum veći od željeza, formira se faza β-FeSiAl3 (ili Fe2Si2Al9), a kada je željezo veće od silicija, formira se α-Fe2SiAl8 (ili Fe3Si2Al12). Kada je odnos željeza i silicija nepravilan, to će uzrokovati pukotine u odljevku. Kada je sadržaj željeza u lijevanom aluminijumu previsok, odljevak će postati krhak.
Titan i bor
Titanijum je često korišteni aditivni element u aluminijumskim legurama, koji se dodaje u obliku Al-Ti ili Al-Ti-B glavne legure. Titanijum i aluminijum formiraju TiAl2 fazu, koja postaje nespontano jezgro tokom kristalizacije i igra ulogu u poboljšanju strukture odlivka i strukture zavara. Kada Al-Ti legure prolaze kroz reakciju pakovanja, kritični sadržaj titanija je oko 0,15%. Ako je prisutan bor, usporavanje je samo 0,01%.
Hrom
Hrom je uobičajeni aditivni element u legurama Al-Mg-Si serije, Al-Mg-Zn serije i Al-Mg serije. Na 600°C, rastvorljivost hroma u aluminijumu je 0,8%, a na sobnoj temperaturi je u osnovi nerastvorljiv. Hrom formira intermetalne spojeve kao što su (CrFe)Al7 i (CrMn)Al12 u aluminijumu, što ometa proces nukleacije i rasta rekristalizacije i ima određeni učinak jačanja legure. Također može poboljšati žilavost legure i smanjiti podložnost pucanju usljed korozije pod naponom.
Međutim, to mjesto povećava osjetljivost na gašenje, čineći anodizirani film žutim. Količina kroma dodanog aluminijskim legurama uglavnom ne prelazi 0,35% i smanjuje se s povećanjem prijelaznih elemenata u leguri.
Stroncij
Stroncij je površinski aktivni element koji kristalografski može promijeniti ponašanje intermetalnih spojnih faza. Stoga, modifikacijski tretman stroncijem može poboljšati plastičnu obradivost legure i kvalitet konačnog proizvoda. Zbog dugog efektivnog vremena modifikacije, dobrog efekta i ponovljivosti, stroncij je posljednjih godina zamijenio upotrebu natrija u Al-Si legurama za livenje. Dodavanje 0,015%~0,03% stroncija aluminijskoj leguri za ekstruziju pretvara β-AlFeSi fazu u ingotu u α-AlFeSi fazu, smanjujući vrijeme homogenizacije ingota za 60%~70%, poboljšavajući mehanička svojstva i plastičnu obradivost materijala; poboljšavajući hrapavost površine proizvoda.
Za deformirane legure aluminija s visokim udjelom silicija (10%~13%), dodavanje 0,02%~0,07% stroncija može smanjiti primarne kristale na minimum, a mehanička svojstva su također značajno poboljšana. Zatezna čvrstoća bb je povećana sa 233 MPa na 236 MPa, granica tečenja b0,2 je povećana sa 204 MPa na 210 MPa, a izduženje b5 je povećano sa 9% na 12%. Dodavanje stroncija hipereutektičnoj Al-Si leguri može smanjiti veličinu primarnih čestica silicija, poboljšati svojstva obrade plastike i omogućiti glatko toplo i hladno valjanje.
Cirkonij
Cirkonij je također čest aditiv u legurama aluminija. Općenito, količina koja se dodaje legurama aluminija je 0,1%~0,3%. Cirkonij i aluminij formiraju ZrAl3 spojeve, koji mogu ometati proces rekristalizacije i pročistiti rekristalizirana zrna. Cirkonij također može pročistiti strukturu odljevka, ali je učinak manji od titana. Prisutnost cirkonija smanjit će učinak pročišćavanja zrna titana i bora. U Al-Zn-Mg-Cu legurama, budući da cirkonij ima manji utjecaj na osjetljivost na kaljenje od hroma i mangana, prikladno je koristiti cirkonij umjesto hroma i mangana za pročišćavanje rekristalizirane strukture.
Rijetki zemni elementi
Rijetkozemni elementi se dodaju aluminijskim legurama kako bi se povećalo pothlađenje komponenti tokom lijevanja aluminijskih legura, pročistila zrna, smanjio razmak sekundarnih kristala, smanjio broj plinova i inkluzija u leguri, te kako bi se fazu inkluzija sferoidiziralo. Također se može smanjiti površinska napetost taline, povećati fluidnost i olakšati lijevanje u ingote, što ima značajan utjecaj na performanse procesa. Bolje je dodati različite rijetke zemlje u količini od oko 0,1%. Dodavanje mješovitih rijetkih zemalja (mješoviti La-Ce-Pr-Nd, itd.) smanjuje kritičnu temperaturu za formiranje zone starenja G?P u leguri Al-0,65%Mg-0,61%Si. Aluminijske legure koje sadrže magnezij mogu stimulirati metamorfizam rijetkozemnih elemenata.
Nečistoća
Vanadijum formira vatrostalni spoj VA11 u legurama aluminijuma, koji igra ulogu u pročišćavanju zrna tokom procesa topljenja i livenja, ali je njegova uloga manja od uloge titana i cirkonija. Vanadijum također ima učinak pročišćavanja rekristalizirane strukture i povećanja temperature rekristalizacije.
Topljivost kalcija u čvrstom stanju u aluminijskim legurama je izuzetno niska, te s aluminijem formira spoj CaAl4. Kalcij je superplastični element aluminijskih legura. Legura aluminija s približno 5% kalcija i 5% mangana ima superplastičnost. Kalcij i silicij formiraju CaSi, koji je netopljiv u aluminiju. Budući da je količina silicija u čvrstom rastvoru smanjena, električna provodljivost industrijskog čistog aluminija može se neznatno poboljšati. Kalcij može poboljšati performanse rezanja aluminijskih legura. CaSi2 ne može ojačati aluminijske legure termičkom obradom. Tragovi kalcija su korisni u uklanjanju vodika iz rastopljenog aluminija.
Olovo, kalaj i bizmut su metali niske tačke topljenja. Njihova čvrsta rastvorljivost u aluminijumu je mala, što neznatno smanjuje čvrstoću legure, ali može poboljšati performanse rezanja. Bizmut se širi tokom skrućivanja, što je korisno za dovod. Dodavanje bizmuta legurama s visokim sadržajem magnezijuma može spriječiti krhkost natrijuma.
Antimon se uglavnom koristi kao modifikator u livenim aluminijskim legurama, a rijetko se koristi u deformisanim aluminijskim legurama. Zamjenjuje bizmut samo u deformisanim aluminijskim legurama Al-Mg kako bi se spriječila krhkost uzrokovana natrijumom. Element antimona se dodaje nekim Al-Zn-Mg-Cu legurama kako bi se poboljšale performanse procesa toplog i hladnog prešanja.
Berilijum može poboljšati strukturu oksidnog filma u deformisanim aluminijumskim legurama i smanjiti gubitke pri sagorijevanju i inkluzije tokom topljenja i lijevanja. Berilijum je toksični element koji može izazvati alergijsko trovanje kod ljudi. Stoga, berilijum ne smije biti sadržan u aluminijumskim legurama koje dolaze u kontakt sa hranom i pićima. Sadržaj berilijuma u materijalima za zavarivanje obično se kontroliše ispod 8μg/ml. Aluminijumske legure koje se koriste kao podloge za zavarivanje takođe treba da kontrolišu sadržaj berilijuma.
Natrij je gotovo nerastvorljiv u aluminijumu, a maksimalna rastvorljivost u čvrstom stanju je manja od 0,0025%. Tačka topljenja natrijuma je niska (97,8 ℃). Kada je natrijum prisutan u leguri, on se adsorbuje na površinu dendrita ili granicu zrna tokom skrućivanja. Tokom vruće obrade, natrijum na granici zrna formira tečni adsorpcioni sloj, što rezultira krhkim pucanjem i stvaranjem NaAlSi jedinjenja. Ne postoji slobodan natrijum i ne stvara se "krhki natrijum".
Kada sadržaj magnezijuma prelazi 2%, magnezijum oduzima silicijum i taloži slobodni natrijum, što rezultira "krhkošću natrijuma". Stoga, legure aluminijuma sa visokim sadržajem magnezijuma ne smiju koristiti fluks na bazi natrijumove soli. Metode za sprečavanje "krhkosti natrijuma" uključuju hlorisanje, koje uzrokuje da natrijum formira NaCl i ispušta se u trosku, dodavanje bizmuta da bi se formirao Na2Bi i ušao u metalnu matricu; dodavanje antimona da bi se formirao Na3Sb ili dodavanje rijetkih zemalja također može imati isti efekat.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminum
Vrijeme objave: 08.08.2024.
