Meď
Keď je časť zliatiny hliníka a medi bohatá na hliník 548, maximálna rozpustnosť medi v hliníku je 5,65 %. Keď teplota klesne na 302 °C, je rozpustnosť medi 0,45 %. Meď je dôležitým zliatinovým prvkom a má určitý účinok na spevnenie tuhého roztoku. Okrem toho, CuAl2 vyzrážaný starnutím má zjavný účinok zosilňujúci starnutie. Obsah medi v hliníkových zliatinách je zvyčajne medzi 2,5% a 5% a spevňujúci účinok je najlepší, keď je obsah medi medzi 4% a 6,8%, takže obsah medi vo väčšine duralových zliatin je v tomto rozsahu. Zliatiny hliníka a medi môžu obsahovať menej kremíka, horčíka, mangánu, chrómu, zinku, železa a ďalších prvkov.
kremík
Keď má časť systému zliatiny Al-Si bohatá na hliník eutektickú teplotu 577, maximálna rozpustnosť kremíka v tuhom roztoku je 1,65 %. Hoci rozpustnosť klesá s klesajúcou teplotou, tieto zliatiny sa vo všeobecnosti nedajú spevniť tepelným spracovaním. Zliatina hliníka a kremíka má vynikajúce odlievacie vlastnosti a odolnosť proti korózii. Ak sa k hliníku pridajú súčasne horčík a kremík, čím vznikne zliatina hliník-horčík-kremík, spevňujúca fáza je MgSi. Hmotnostný pomer horčíka a kremíka je 1,73:1. Pri návrhu zloženia zliatiny Al-Mg-Si sú obsahy horčíka a kremíka na matrici konfigurované v tomto pomere. Na zlepšenie pevnosti niektorých zliatin Al-Mg-Si sa pridáva primerané množstvo medi a vhodné množstvo chrómu, aby sa vyrovnali nepriaznivé účinky medi na odolnosť proti korózii.
Maximálna rozpustnosť Mg2Si v hliníku v časti rovnovážneho fázového diagramu systému zliatiny Al-Mg2Si bohatej na hliník je 1,85 % a spomalenie je malé, keď teplota klesá. V deformovaných hliníkových zliatinách je pridávanie samotného kremíka k hliníku obmedzené na zváracie materiály a pridanie kremíka k hliníku má tiež určitý spevňovací účinok.
magnézium
Aj keď krivka rozpustnosti ukazuje, že rozpustnosť horčíka v hliníku s poklesom teploty výrazne klesá, obsah horčíka vo väčšine priemyselných deformovaných hliníkových zliatin je nižší ako 6 %. Nízky je aj obsah kremíka. Tento typ zliatiny nemožno spevniť tepelným spracovaním, ale má dobrú zvárateľnosť, dobrú odolnosť proti korózii a strednú pevnosť. Posilnenie hliníka horčíkom je zrejmé. Pri každom zvýšení horčíka o 1 % sa pevnosť v ťahu zvýši približne o 34 MPa. Ak sa pridá menej ako 1% mangánu, posilňujúci účinok sa môže doplniť. Preto pridanie mangánu môže znížiť obsah horčíka a znížiť tendenciu praskania za tepla. Okrem toho môže mangán rovnomerne zrážať zlúčeniny Mg5Al8, čím sa zlepšuje odolnosť proti korózii a zvárací výkon.
mangán
Keď je eutektická teplota plochého rovnovážneho fázového diagramu systému zliatiny Al-Mn 658, maximálna rozpustnosť mangánu v tuhom roztoku je 1,82 %. Pevnosť zliatiny sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rozpustnosťou. Keď je obsah mangánu 0,8 %, predĺženie dosiahne maximálnu hodnotu. Zliatina Al-Mn je zliatina nevytvrdzujúca starnutím, to znamená, že ju nemožno spevniť tepelným spracovaním. Mangán môže zabrániť procesu rekryštalizácie hliníkových zliatin, zvýšiť teplotu rekryštalizácie a výrazne zjemniť rekryštalizované zrná. Zjemnenie rekryštalizovaných zŕn je spôsobené najmä skutočnosťou, že rozptýlené častice zlúčenín MnAl6 bránia rastu rekryštalizovaných zŕn. Ďalšou funkciou MnAl6 je rozpúšťať nečistoty železa za vzniku (Fe, Mn)Al6, čím sa znižujú škodlivé účinky železa. Mangán je dôležitým prvkom v zliatinách hliníka. Môže sa pridať samostatne, aby sa vytvorila binárna zliatina Al-Mn. Častejšie sa pridáva spolu s inými legovacími prvkami. Preto väčšina hliníkových zliatin obsahuje mangán.
Zinok
Rozpustnosť zinku v hliníku je 31,6 % pri 275 v časti bohatej na hliník rovnovážneho fázového diagramu systému zliatiny Al-Zn, zatiaľ čo jeho rozpustnosť klesá na 5,6 % pri 125. Pridanie samotného zinku k hliníku má veľmi obmedzené zlepšenie v pevnosť hliníkovej zliatiny v podmienkach deformácie. Súčasne existuje tendencia korózneho praskania pod napätím, čím sa obmedzuje jeho použitie. Súčasným pridaním zinku a horčíka k hliníku vzniká fáza spevňovania Mg/Zn2, ktorá má na zliatinu výrazný spevňujúci účinok. Keď sa obsah Mg/Zn2 zvýši z 0,5 % na 12 %, pevnosť v ťahu a medza klzu sa môžu výrazne zvýšiť. V supertvrdých hliníkových zliatinách, kde obsah horčíka presahuje požadované množstvo na vytvorenie fázy Mg/Zn2, keď je pomer zinku k horčíku kontrolovaný na približne 2,7, je odolnosť proti praskaniu koróziou pod napätím najväčšia. Napríklad pridaním medeného prvku k Al-Zn-Mg sa vytvorí sériová zliatina Al-Zn-Mg-Cu. Efekt spevnenia základne je najväčší spomedzi všetkých hliníkových zliatin. Je tiež dôležitým materiálom z hliníkovej zliatiny v leteckom, leteckom priemysle a elektroenergetike.
Železo a kremík
Železo sa pridáva ako legujúce prvky do tvárnených hliníkových zliatin série Al-Cu-Mg-Ni-Fe a kremík sa pridáva ako legujúce prvky do tvárneného hliníka série Al-Mg-Si a do zváracích tyčí série Al-Si a hliníkovo-kremíkového odliatku zliatin. V základných hliníkových zliatinách sú kremík a železo bežnými nečistotami, ktoré majú významný vplyv na vlastnosti zliatiny. Existujú hlavne ako FeCl3 a voľný kremík. Keď je kremík väčší ako železo, vytvorí sa fáza β-FeSiAl3 (alebo Fe2Si2Al9) a keď je železo väčšie ako kremík, vytvorí sa α-Fe2SiAl8 (alebo Fe3Si2Al12). Ak je pomer železa a kremíka nevhodný, spôsobí to praskliny v odliatku. Keď je obsah železa v hliníkovom odliatku príliš vysoký, odliatok sa stane krehkým.
Titán a bór
Titán je bežne používaný aditívny prvok v hliníkových zliatinách, pridávaný vo forme Al-Ti alebo Al-Ti-B predzliatiny. Titán a hliník tvoria fázu TiAl2, ktorá sa počas kryštalizácie stáva nespontánnym jadrom a zohráva úlohu pri zušľachťovaní štruktúry odliatku a štruktúry zvaru. Keď zliatiny Al-Ti prechádzajú obalovou reakciou, kritický obsah titánu je asi 0,15 %. Ak je prítomný bór, spomalenie je len 0,01 %.
Chromium
Chróm je bežným aditívnym prvkom v zliatinách radu Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn a Al-Mg. Pri 600 °C je rozpustnosť chrómu v hliníku 0,8 % a pri izbovej teplote je v podstate nerozpustný. Chróm tvorí v hliníku intermetalické zlúčeniny ako (CrFe)Al7 a (CrMn)Al12, ktoré bránia nukleácii a rastovému procesu rekryštalizácie a majú určitý spevňujúci účinok na zliatinu. Môže tiež zlepšiť húževnatosť zliatiny a znížiť náchylnosť k praskaniu koróziou pod napätím.
Toto miesto však zvyšuje citlivosť na zhášanie, čím sa anodizovaný film stáva žltým. Množstvo chrómu pridávaného do hliníkových zliatin vo všeobecnosti nepresahuje 0,35 % a znižuje sa s nárastom prechodných prvkov v zliatine.
stroncium
Stroncium je povrchovo aktívny prvok, ktorý môže kryštalograficky meniť správanie fáz intermetalických zlúčenín. Modifikačná úprava prvkom stroncia môže preto zlepšiť plastickú spracovateľnosť zliatiny a kvalitu konečného produktu. Stroncium vďaka svojej dlhej efektívnej dobe modifikácie, dobrému účinku a reprodukovateľnosti nahradilo v posledných rokoch používanie sodíka v zliatinách Al-Si. Pridaním 0,015 % ~ 0,03 % stroncia do hliníkovej zliatiny na extrúziu sa fáza β-AlFeSi v ingote zmení na fázu α-AlFeSi, čím sa skráti čas homogenizácie ingotu o 60 % ~ 70 %, čím sa zlepšia mechanické vlastnosti a plastická spracovateľnosť materiálov; zlepšenie drsnosti povrchu výrobkov.
V prípade hliníkových zliatin s vysokým obsahom kremíka (10%~13%) môže pridanie 0,02%~0,07% prvku stroncia znížiť primárne kryštály na minimum a tiež sa výrazne zlepšili mechanické vlastnosti. Pevnosť v ťahu бb sa zvýšila z 233 MPa na 236 MPa a medza klzu б0,2 sa zvýšila z 204 MPa na 210 MPa a predĺženie б5 sa zvýšilo z 9 % na 12 %. Pridanie stroncia do hypereutektickej zliatiny Al-Si môže znížiť veľkosť častíc primárneho kremíka, zlepšiť vlastnosti spracovania plastov a umožniť hladké valcovanie za tepla a za studena.
Zirkónium
Zirkónium je tiež bežnou prísadou do hliníkových zliatin. Vo všeobecnosti je množstvo pridávané do hliníkových zliatin 0,1 % až 0,3 %. Zirkónium a hliník tvoria zlúčeniny ZrAl3, ktoré môžu brániť procesu rekryštalizácie a zjemňovať rekryštalizované zrná. Zirkón môže tiež zjemniť štruktúru odliatku, ale účinok je menší ako titán. Prítomnosť zirkónu zníži účinok titánu a bóru na rafináciu zrna. V zliatinách Al-Zn-Mg-Cu, keďže zirkónium má menší vplyv na citlivosť kalenia ako chróm a mangán, je vhodné na zjemnenie rekryštalizovanej štruktúry použiť namiesto chrómu a mangánu zirkónium.
Prvky vzácnych zemín
Prvky vzácnych zemín sa pridávajú do hliníkových zliatin na zvýšenie podchladenia komponentov počas odlievania hliníkovej zliatiny, zjemnenie zŕn, zmenšenie vzdialenosti sekundárnych kryštálov, zníženie plynov a inklúzií v zliatine a sklon k sféroidizácii fázy inklúzií. Môže tiež znížiť povrchové napätie taveniny, zvýšiť tekutosť a uľahčiť odlievanie do ingotov, čo má významný vplyv na výkonnosť procesu. Je lepšie pridať rôzne vzácne zeminy v množstve asi 0,1%. Prídavok zmiešaných vzácnych zemín (zmes La-Ce-Pr-Nd, atď.) znižuje kritickú teplotu pre vznik zóny starnutia G?P v zliatine Al-0,65%Mg-0,61%Si. Zliatiny hliníka obsahujúce horčík môžu stimulovať metamorfózu prvkov vzácnych zemín.
Nečistota
Vanád tvorí žiaruvzdornú zlúčeninu VAl11 v hliníkových zliatinách, ktorá hrá úlohu pri rafinácii zŕn počas procesu tavenia a odlievania, ale jej úloha je menšia ako úloha titánu a zirkónu. Vanád má tiež vplyv na zjemnenie rekryštalizovanej štruktúry a zvýšenie teploty rekryštalizácie.
Pevná rozpustnosť vápnika v hliníkových zliatinách je extrémne nízka a tvorí zlúčeninu CaAl4 s hliníkom. Vápnik je superplastický prvok hliníkových zliatin. Zliatina hliníka s približne 5 % vápnika a 5 % mangánu má superplasticitu. Vápnik a kremík tvoria CaSi, ktorý je nerozpustný v hliníku. Keďže množstvo kremíka v pevnom roztoku je znížené, elektrická vodivosť priemyselného čistého hliníka sa môže mierne zlepšiť. Vápnik môže zlepšiť rezný výkon hliníkových zliatin. CaSi2 nedokáže spevniť hliníkové zliatiny tepelným spracovaním. Stopové množstvá vápnika sú užitočné pri odstraňovaní vodíka z roztaveného hliníka.
Prvky olova, cínu a bizmutu sú kovy s nízkou teplotou topenia. Ich tuhá rozpustnosť v hliníku je malá, čo mierne znižuje pevnosť zliatiny, ale môže zlepšiť rezný výkon. Bizmut sa počas tuhnutia rozširuje, čo je prospešné pre kŕmenie. Pridanie bizmutu do zliatin s vysokým obsahom horčíka môže zabrániť krehnutiu sodíka.
Antimón sa používa hlavne ako modifikátor v hliníkových zliatinách a zriedkavo sa používa v deformovaných hliníkových zliatinách. Bizmut vymieňajte iba v hliníkovej zliatine deformovanej Al-Mg, aby ste zabránili krehnutiu sodíka. Antimónový prvok sa pridáva do niektorých zliatin Al-Zn-Mg-Cu na zlepšenie výkonnosti procesov lisovania za tepla a lisovania za studena.
Berýlium môže zlepšiť štruktúru oxidového filmu v deformovaných hliníkových zliatinách a znížiť straty horením a inklúzie počas tavenia a odlievania. Berýlium je toxický prvok, ktorý môže u ľudí spôsobiť alergickú otravu. Preto berýlium nemôže byť obsiahnuté v hliníkových zliatinách, ktoré prichádzajú do styku s potravinami a nápojmi. Obsah berýlia v zváracích materiáloch je zvyčajne kontrolovaný pod 8 μg/ml. Zliatiny hliníka používané ako zváracie substráty by tiež mali kontrolovať obsah berýlia.
Sodík je takmer nerozpustný v hliníku a maximálna rozpustnosť v tuhom stave je menšia ako 0,0025 %. teplota topenia sodíka je nízka (97,8 ℃), ak je v zliatine prítomný sodík, adsorbuje sa na povrchu dendritu alebo na hranici zŕn počas tuhnutia, počas spracovania za tepla sodík na hranici zŕn vytvára kvapalinovú adsorpčnú vrstvu, výsledkom je krehké praskanie, tvorba zlúčenín NaAlSi, neexistuje žiadny voľný sodík a nevytvára „krehký sodík“.
Keď obsah horčíka presiahne 2 %, horčík odoberie kremík a vyzráža voľný sodík, čo vedie k „krehkosti sodíka“. Zliatina hliníka s vysokým obsahom horčíka preto nesmie používať tavidlo sodnej soli. Metódy na zabránenie „krehnutiu sodíka“ zahŕňajú chloráciu, ktorá spôsobí, že sodík vytvára NaCl a vypúšťa sa do trosky, pričom sa pridáva bizmut za vzniku Na2Bi a vstupuje do kovovej matrice; pridanie antimónu za vzniku Na3Sb alebo pridanie vzácnych zemín môže mať tiež rovnaký účinok.
Editoval May Jiang z MAT Aluminium
Čas odoslania: august-08-2024
