Bakar
Kada je dio legure aluminijum-bakar bogat aluminijumom 548, maksimalna rastvorljivost bakra u aluminijumu je 5,65%. Kada temperatura padne na 302, rastvorljivost bakra je 0,45%. Bakar je važan element legure i ima određeni efekat jačanja čvrstog rastvora. Osim toga, CuAl2 istaložen starenjem ima očigledan efekat jačanja starenja. Sadržaj bakra u aluminijskim legurama 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 duraluminiju unutar ovog raspona. Legure aluminijum-bakar mogu sadržati manje silicijuma, magnezijuma, mangana, hroma, cinka, gvožđa i drugih elemenata.
Silicijum
Kada aluminijumom bogat dio sistema legure Al-Si ima eutektičku temperaturu od 577, maksimalna rastvorljivost silicijuma u čvrstom rastvoru je 1,65%. Iako se topljivost smanjuje sa smanjenjem temperature, ove legure općenito se ne mogu ojačati toplinskom obradom. Legura aluminijum-silicijum ima odlične karakteristike livenja i otpornost na koroziju. Ako se magnezijum i silicijum dodaju aluminijumu u isto vreme kako bi se formirala legura aluminijum-magnezijum-silicijum, faza ojačanja je MgSi. Maseni odnos magnezijuma i silicijuma je 1,73:1. Prilikom projektovanja sastava legure Al-Mg-Si, sadržaj magnezijuma i silicijuma je konfigurisan u ovom omjeru na matrici. Kako bi se poboljšala čvrstoća nekih Al-Mg-Si legura, dodaje se odgovarajuća količina bakra i odgovarajuća količina hroma kako bi se ublažili štetni efekti bakra na otpornost na koroziju.
Maksimalna rastvorljivost Mg2Si u aluminijumu u aluminijumom bogatom delu ravnotežnog faznog dijagrama sistema legure Al-Mg2Si iznosi 1,85%, a usporavanje je malo kako temperatura pada. Kod deformiranih aluminijskih legura, dodavanje samo silicija aluminiju ograničeno je na materijale za zavarivanje, a dodatak silicija aluminiju također ima određeni učinak jačanja.
Magnezijum
Iako kriva rastvorljivosti pokazuje da se rastvorljivost magnezijuma u aluminijumu uveliko smanjuje kako temperatura pada, sadržaj magnezijuma u većini industrijskih deformisanih legura aluminijuma je manji od 6%. Sadržaj silicijuma je takođe nizak. Ova vrsta legure ne može se ojačati termičkom obradom, ali ima dobru zavarljivost, dobru otpornost na koroziju i srednju čvrstoću. Jačanje aluminijuma magnezijumom je očigledno. Za svaki 1% povećanja magnezijuma, vlačna čvrstoća se povećava za približno 34MPa. Ako se doda manje od 1% mangana, učinak jačanja se može dopuniti. Stoga, dodavanje mangana može smanjiti sadržaj magnezija i smanjiti sklonost vrućem pucanju. Osim toga, mangan također može ravnomjerno istaložiti jedinjenja Mg5Al8, poboljšavajući otpornost na koroziju i performanse zavarivanja.
Mangan
Kada je eutektička temperatura ravnog ravnotežnog faznog dijagrama sistema legure Al-Mn 658, maksimalna rastvorljivost mangana u čvrstom rastvoru je 1,82%. Čvrstoća legure raste sa povećanjem rastvorljivosti. Kada je sadržaj mangana 0,8%, istezanje dostiže maksimalnu vrijednost. Al-Mn legura je legura koja ne očvršćava zbog starenja, odnosno ne može se ojačati termičkom obradom. Mangan može spriječiti proces rekristalizacije aluminijskih legura, povećati temperaturu rekristalizacije i značajno oplemeniti rekristalizirana zrna. Rafiniranje rekristalizovanih zrna je uglavnom zbog činjenice da dispergovane čestice jedinjenja MnAl6 ometaju rast rekristalizovanih zrna. Druga funkcija MnAl6 je da rastvara nečistoće gvožđa da formira (Fe, Mn)Al6, smanjujući štetne efekte gvožđa. Mangan je važan element u aluminijskim legurama. Može se dodati sam da bi se formirala Al-Mn binarna legura. Češće se dodaje zajedno s drugim legirajućim elementima. Stoga većina aluminijskih legura sadrži mangan.
Cink
Rastvorljivost cinka u aluminijumu je 31,6% na 275 u delu ravnotežnog faznog dijagrama sistema legure Al-Zn koji je bogat aluminijumom, dok njegova rastvorljivost pada na 5,6% na 125. Dodavanje samog cinka aluminijumu ima veoma ograničeno poboljšanje u čvrstoća legure aluminijuma u uslovima deformacije. Istovremeno, postoji tendencija pucanja od korozije pod naponom, čime se ograničava njena primjena. Dodavanje cinka i magnezijuma aluminijumu istovremeno formira fazu ojačanja Mg/Zn2, koja ima značajan efekat jačanja legure. Kada se sadržaj Mg/Zn2 poveća sa 0,5% na 12%, vlačna čvrstoća i granica popuštanja mogu se značajno povećati. U supertvrdim aluminijskim legurama gdje sadržaj magnezija premašuje potrebnu količinu za formiranje Mg/Zn2 faze, kada se omjer cinka i magnezija kontrolira na oko 2,7, otpornost na pucanje korozijom pod naponom je najveća. Na primjer, dodavanjem bakrenog elementa u Al-Zn-Mg formira se seriju Al-Zn-Mg-Cu legure. Učinak jačanja baze je najveći među svim aluminijskim legurama. Takođe je važan materijal od legure aluminijuma u vazduhoplovstvu, vazduhoplovnoj industriji i elektroenergetskoj industriji.
Gvožđe i silicijum
Gvožđe se dodaje kao legirajući elementi u seriji kovanih aluminijumskih legura Al-Cu-Mg-Ni-Fe, a silicijum se dodaje kao legirajući elementi u Al-Mg-Si seriji kovanog aluminijuma i u seriji Al-Si zavarivačke šipke i aluminijum-silicijumsko livenje legure. U osnovnim aluminijumskim legurama, silicijum i gvožđe su uobičajeni elementi nečistoće, koji imaju značajan uticaj na svojstva legure. Uglavnom postoje kao FeCl3 i slobodni silicijum. Kada je silicijum veći od gvožđa, formira se β-FeSiAl3 (ili Fe2Si2Al9) faza, a kada je gvožđe veće od silicijuma, formira se α-Fe2SiAl8 (ili Fe3Si2Al12). Kada je omjer gvožđa i silicijuma nepravilan, to će uzrokovati pukotine u odljevku. Kada je sadržaj gvožđa u livenom aluminijumu previsok, odliv će postati lomljiv.
Titanijum i bor
Titan je često korišteni aditivni element u aluminijskim legurama, koji se dodaje u obliku Al-Ti ili Al-Ti-B matične legure. Titan i aluminijum formiraju TiAl2 fazu, koja postaje ne-spontano jezgro tokom kristalizacije i igra ulogu u rafiniranju strukture livenja i strukture zavara. Kada se Al-Ti legure podvrgnu reakciji pakovanja, kritični sadržaj titana je oko 0,15%. Ako je prisutan bor, usporavanje je samo 0,01%.
Chromium
Krom je uobičajen aditivni element u Al-Mg-Si seriji, Al-Mg-Zn seriji i Al-Mg seriji legura. Na 600°C, rastvorljivost hroma u aluminijumu je 0,8%, a u osnovi je nerastvorljiv na sobnoj temperaturi. Krom formira intermetalna jedinjenja kao što su (CrFe)Al7 i (CrMn)Al12 u aluminijumu, što otežava proces nukleacije i rasta pri rekristalizaciji i ima određeni efekat jačanja legure. Takođe može poboljšati žilavost legure i smanjiti podložnost pucanju od korozije pod naprezanjem.
Međutim, mjesto povećava osjetljivost na gašenje, čineći anodizirani film žutim. Količina hroma dodanog aluminijumskim legurama uglavnom ne prelazi 0,35%, a smanjuje se sa povećanjem prelaznih elemenata u leguri.
Stroncijum
Stroncijum je površinski aktivan element koji može kristalografski promijeniti ponašanje faza intermetalnog jedinjenja. Stoga, modifikacioni tretman sa elementom stroncijuma može poboljšati plastičnu obradivost legure i kvalitetu finalnog proizvoda. Zbog dugog efektivnog vremena modifikacije, dobrog efekta i ponovljivosti, stroncij je posljednjih godina zamijenio upotrebu natrijuma u Al-Si legurama za livenje. Dodavanje 0,015%~0,03% stroncijuma leguri aluminijuma za ekstruziju pretvara β-AlFeSi fazu u ingotu u α-AlFeSi fazu, smanjujući vreme homogenizacije ingota za 60%~70%, poboljšavajući mehanička svojstva i plastičnu obradivost materijala; poboljšanje hrapavosti površine proizvoda.
Za legure aluminijuma sa visokim sadržajem silicijuma (10%~13%), dodavanje 0,02%~0,07% elementa stroncijuma može smanjiti primarne kristale na minimum, a mehanička svojstva su takođe značajno poboljšana. Vlačna čvrstoća bb je povećana sa 233MPa na 236MPa, a granica tečenja b0,2 je povećana sa 204MPa na 210MPa, a istezanje b5 je povećano sa 9% na 12%. Dodavanje stroncijuma hipereutektičnoj Al-Si leguri može smanjiti veličinu primarnih čestica silicijuma, poboljšati svojstva obrade plastike i omogućiti glatko toplo i hladno valjanje.
Cirkonijum
Cirkonijum je takođe uobičajen aditiv u aluminijumskim legurama. Generalno, količina koja se dodaje legurama aluminijuma je 0,1%~0,3%. Cirkonijum i aluminijum formiraju jedinjenja ZrAl3, koja mogu ometati proces rekristalizacije i rafinirati rekristalizovana zrna. Cirkonijum takođe može poboljšati strukturu livenja, ali efekat je manji od titanijuma. Prisustvo cirkonija će smanjiti efekat rafiniranja zrna titana i bora. U legurama Al-Zn-Mg-Cu, budući da cirkonijum ima manji učinak na osjetljivost na gašenje od kroma i mangana, prikladno je koristiti cirkonij umjesto hroma i mangana za pročišćavanje rekristalizirane strukture.
Rijetki zemljani elementi
Elementi retkih zemalja se dodaju legurama aluminijuma kako bi se povećalo prehlađenje komponenti tokom livenja aluminijumske legure, rafinisala zrna, smanjila sekundarni razmak između kristala, smanjila gasove i inkluzije u leguri, i imaju tendenciju da sferoidizuju fazu uključivanja. Takođe može smanjiti površinsku napetost taline, povećati fluidnost i olakšati livenje u ingote, što ima značajan uticaj na performanse procesa. Bolje je dodati razne rijetke zemlje u količini od oko 0,1%. Dodatak miješanih rijetkih zemalja (mješoviti La-Ce-Pr-Nd, itd.) smanjuje kritičnu temperaturu za formiranje stare G?P zone u leguri Al-0,65%Mg-0,61%Si. Aluminijske legure koje sadrže magnezij mogu stimulirati metamorfizam rijetkih zemnih elemenata.
Nečistoća
Vanadijum formira VAL11 vatrostalno jedinjenje u legurama aluminijuma, koje igra ulogu u rafiniranju zrna tokom procesa topljenja i livenja, ali je njegova uloga manja od uloge titana i cirkonija. Vanadijum takođe ima efekat rafinisanja rekristalizovane strukture i povećanja temperature rekristalizacije.
Čvrsta rastvorljivost kalcijuma u legurama aluminijuma je izuzetno niska i sa aluminijumom formira spoj CaAl4. Kalcijum je superplastični element aluminijumskih legura. Aluminijska legura sa otprilike 5% kalcija i 5% mangana ima superplastičnost. Kalcijum i silicijum formiraju CaSi, koji je nerastvorljiv u aluminijumu. Pošto je količina čvrstog rastvora silicijuma smanjena, električna provodljivost industrijskog čistog aluminijuma može se malo poboljšati. Kalcijum može poboljšati performanse rezanja aluminijskih legura. CaSi2 ne može ojačati legure aluminijuma kroz termičku obradu. Količine kalcijuma u tragovima su korisne u uklanjanju vodonika iz rastopljenog aluminijuma.
Elementi olova, kalaja i bizmuta su metali niske tačke topljenja. Njihova čvrsta rastvorljivost u aluminijumu je mala, što malo smanjuje čvrstoću legure, ali može poboljšati performanse rezanja. Bizmut se širi tokom skrućivanja, što je korisno za hranjenje. Dodavanje bizmuta legurama s visokim sadržajem magnezijuma može spriječiti krtost natrijuma.
Antimon se uglavnom koristi kao modifikator u livenim aluminijumskim legurama, a retko se koristi u deformisanim legurama aluminijuma. Zamijenite bizmut samo u Al-Mg deformiranoj aluminijskoj leguri kako biste spriječili krtost natrijuma. Element antimona se dodaje nekim legurama Al-Zn-Mg-Cu radi poboljšanja performansi procesa vrućeg i hladnog presovanja.
Berilijum može poboljšati strukturu oksidnog filma u deformisanim aluminijumskim legurama i smanjiti gubitak pri sagorevanju i inkluzije tokom topljenja i livenja. Berilijum je otrovan element koji može izazvati alergijsko trovanje kod ljudi. Stoga berilij ne može biti sadržan u aluminijskim legurama koje dolaze u kontakt sa hranom i pićima. Sadržaj berilija u materijalima za zavarivanje obično je kontroliran ispod 8 μg/ml. Legure aluminijuma koje se koriste kao podloge za zavarivanje takođe treba da kontrolišu sadržaj berilija.
Natrijum je skoro nerastvorljiv u aluminijumu, a maksimalna rastvorljivost čvrste supstance je manja od 0,0025%. tačka topljenja natrijuma je niska (97,8 ℃), kada je natrijum prisutan u leguri, on se adsorbuje na površini dendrita ili na granici zrna tokom skrućivanja, tokom vruće obrade, natrijum na granici zrna formira tečni adsorpcioni sloj, što rezultira krhkim pucanjem, stvaranjem jedinjenja NaAlSi, nema slobodnog natrijuma i ne proizvodi „natrijum lomljiv“.
Kada sadržaj magnezijuma prelazi 2%, magnezijum oduzima silicijum i taloži slobodni natrijum, što dovodi do „natrijumove krhkosti“. Zbog toga legure aluminijuma sa visokim sadržajem magnezijuma ne smeju koristiti fluks natrijumove soli. Metode za sprečavanje “natrijumove krhkosti” uključuju hloriranje, koje uzrokuje natrijum da formira NaCl i ispušta se u šljaku, dodajući bizmut kako bi se formirao Na2Bi i ulazi u metalnu matricu; dodavanje antimona za stvaranje Na3Sb ili dodavanje rijetkih zemalja također može imati isti efekat.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminium
Vrijeme objave: 08.08.2024
