Meď
Ak je časť zliatiny hliníka a medi bohatá na hliník číslo 548, maximálna rozpustnosť medi v hliníku je 5,65 %. Keď teplota klesne na 302 °C, rozpustnosť medi je 0,45 %. Meď je dôležitým prvkom zliatiny a má určitý účinok na spevňovanie tuhého roztoku. Okrem toho má CuAl2 vyzrážaný starnutím zjavný účinok na spevňovanie starnutím. Obsah medi v hliníkových zliatinách je zvyčajne medzi 2,5 % a 5 % a účinok spevňovania je najlepší, keď je obsah medi medzi 4 % a 6,8 %, takže obsah medi vo väčšine duralových zliatin je v tomto rozmedzí. Zliatiny hliníka a medi môžu obsahovať menej kremíka, horčíka, mangánu, chrómu, zinku, železa a ďalších prvkov.
Kremík
Keď má časť zliatiny Al-Si bohatá na hliník eutektickú teplotu 577, maximálna rozpustnosť kremíka v tuhom roztoku je 1,65 %. Hoci rozpustnosť klesá so znižujúcou sa teplotou, tieto zliatiny sa vo všeobecnosti nedajú spevniť tepelným spracovaním. Zliatina hliníka a kremíka má vynikajúce zlievarnecké vlastnosti a odolnosť proti korózii. Ak sa k hliníku súčasne pridá horčík a kremík za vzniku zliatiny hliníka, horčíka a kremíka, spevňujúcou fázou je MgSi. Hmotnostný pomer horčíka ku kremíku je 1,73:1. Pri navrhovaní zloženia zliatiny Al-Mg-Si sa obsah horčíka a kremíka v matrici konfiguruje v tomto pomere. Na zlepšenie pevnosti niektorých zliatin Al-Mg-Si sa pridáva vhodné množstvo medi a na kompenzáciu nepriaznivých účinkov medi na odolnosť proti korózii sa pridáva vhodné množstvo chrómu.
Maximálna rozpustnosť Mg2Si v hliníku v časti rovnovážneho fázového diagramu systému zliatiny Al-Mg2Si bohatej na hliník je 1,85 % a spomalenie je malé s klesajúcou teplotou. V deformovaných hliníkových zliatinách je pridanie samotného kremíka do hliníka obmedzené na zváracie materiály a pridanie kremíka do hliníka má tiež určitý spevňujúci účinok.
Horčík
Hoci krivka rozpustnosti ukazuje, že rozpustnosť horčíka v hliníku s klesajúcou teplotou výrazne klesá, obsah horčíka vo väčšine priemyselne deformovaných hliníkových zliatin je menej ako 6 %. Obsah kremíka je tiež nízky. Tento typ zliatiny sa nedá spevniť tepelným spracovaním, ale má dobrú zvárateľnosť, dobrú odolnosť proti korózii a strednú pevnosť. Spevnenie hliníka horčíkom je zrejmé. Pri každom 1 % zvýšení horčíka sa pevnosť v ťahu zvýši približne o 34 MPa. Ak sa pridá menej ako 1 % mangánu, účinok spevnenia sa môže doplniť. Pridanie mangánu preto môže znížiť obsah horčíka a znížiť tendenciu k praskaniu za tepla. Okrem toho môže mangán rovnomerne vyzrážať zlúčeniny Mg5Al8, čím sa zlepšuje odolnosť proti korózii a zvárací výkon.
Mangán
Keď je eutektická teplota fázového diagramu rovnováhy v rovine systému zliatiny Al-Mn 658 °C, maximálna rozpustnosť mangánu v tuhom roztoku je 1,82 %. Pevnosť zliatiny sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rozpustnosťou. Keď je obsah mangánu 0,8 %, predĺženie dosahuje maximálnu hodnotu. Zliatina Al-Mn je zliatina, ktorá nepodlieha starnutiu, 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 tým, že dispergované častice zlúčenín MnAl6 bránia rastu rekryštalizovaných zŕn. Ďalšou funkciou MnAl6 je rozpúšťanie nečistôt v železe za vzniku (Fe, Mn)Al6, čím sa znižuje škodlivé účinky železa. Mangán je dôležitým prvkom v hliníkových zliatinách. Môže sa pridať samostatne za vzniku binárnej zliatiny Al-Mn. Častejšie sa pridáva spolu s inými legujúcimi prvkami. Preto väčšina hliníkových zliatin obsahuje mangán.
Zinok
Rozpustnosť zinku v hliníku je pri 275 °C v časti rovnovážneho fázového diagramu systému zliatiny Al-Zn bohatej na hliník 31,6 %, zatiaľ čo jeho rozpustnosť klesá na 5,6 % pri 125 °C. Pridanie samotného zinku do hliníka má veľmi obmedzené zlepšenie pevnosti hliníkovej zliatiny za deformačných podmienok. Zároveň existuje tendencia k praskaniu koróziou pod napätím, čo obmedzuje jeho použitie. Súčasné pridanie zinku a horčíka do hliníka vytvára spevňujúcu fázu Mg/Zn2, ktorá má významný spevňujúci účinok na zliatinu. Keď sa obsah Mg/Zn2 zvýši z 0,5 % na 12 %, je možné výrazne zvýšiť pevnosť v ťahu a medzu klzu. V supertvrdých hliníkových zliatinách, kde obsah horčíka presahuje požadované množstvo na vytvorenie fázy Mg/Zn2, keď je pomer zinku k horčíku kontrolovaný na úrovni okolo 2,7, je odolnosť proti praskaniu koróziou pod napätím najväčšia. Napríklad pridanie medi do Al-Zn-Mg vytvára zliatinu radu Al-Zn-Mg-Cu. Účinok spevňovania základne je najväčší spomedzi všetkých hliníkových zliatin. Je tiež dôležitým materiálom hliníkovej zliatiny v leteckom a kozmickom priemysle a elektroenergetickom priemysle.
Železo a kremík
Železo sa pridáva ako legujúci prvok do kovaných hliníkových zliatin série Al-Cu-Mg-Ni-Fe a kremík sa pridáva ako legujúci prvok do kovaných hliníkových zliatin série Al-Mg-Si a do zváracích tyčí série Al-Si a zliatin hliníka a kremíka na odlievanie. V základných hliníkových zliatinách sú kremík a železo bežnými nečistotami, ktoré majú významný vplyv na vlastnosti zliatiny. Vyskytujú sa hlavne ako FeCl3 a voľný kremík. Keď je kremík väčší ako železo, tvorí sa fáza β-FeSiAl3 (alebo Fe2Si2Al9) a keď je železo väčšie ako kremík, tvorí sa α-Fe2SiAl8 (alebo Fe3Si2Al12). Ak je pomer železa a kremíka nesprávny, spôsobí to praskliny v odliatku. Ak je obsah železa v odliatku príliš vysoký, odliatok sa stane krehkým.
Titán a bór
Titán je bežne používaný prísadný prvok v hliníkových zliatinách, pridávaný vo forme predzliatiny Al-Ti alebo Al-Ti-B. Titán a hliník tvoria fázu TiAl2, ktorá sa počas kryštalizácie stáva nespontánnym jadrom a hrá úlohu pri zjemňovaní štruktúry odliatku a štruktúry zvaru. Keď zliatiny Al-Ti prechádzajú reakciou balenia, kritický obsah titánu je približne 0,15 %. Ak je prítomný bór, spomalenie je len 0,01 %.
Chróm
Chróm je bežným prísadovým prvkom v zliatinách radu Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn a Al-Mg. Pri teplote 600 °C je rozpustnosť chrómu v hliníku 0,8 % a pri izbovej teplote je v podstate nerozpustný. Chróm tvorí v hliníku intermetalické zlúčeniny, ako napríklad (CrFe)Al7 a (CrMn)Al12, ktoré bránia nukleácii a rastu rekryštalizácie a majú určitý spevňujúci účinok na zliatinu. Môže tiež zlepšiť húževnatosť zliatiny a znížiť náchylnosť na praskanie pod napätím.
Toto miesto však zvyšuje citlivosť na kalenie, čím sa eloxovaný film sfarbí do žlta. Množstvo chrómu pridaného do hliníkových zliatin zvyčajne nepresahuje 0,35 % a klesá so zvyšujúcim sa obsahom prechodných prvkov v zliatine.
Stroncium
Stroncium je povrchovo aktívny prvok, ktorý môže kryštalograficky meniť správanie intermetalických zlúčenín. Modifikácia stronciom preto môže zlepšiť plastickú spracovateľnosť zliatiny a kvalitu konečného produktu. Vďaka dlhému efektívnemu času modifikácie, dobrému účinku a reprodukovateľnosti stroncium v posledných rokoch nahradilo použitie sodíka v zliatinách Al-Si. Pridanie 0,015 % až 0,03 % stroncia do hliníkovej zliatiny na extrúziu premení fázu β-AlFeSi v ingote na fázu α-AlFeSi, čím sa skracuje čas homogenizácie ingotu o 60 % až 70 %, zlepšujú sa mechanické vlastnosti a plastická spracovateľnosť materiálov a zlepšuje sa drsnosť povrchu výrobkov.
V prípade deformovaných hliníkových zliatin s vysokým obsahom kremíka (10 % až 13 %) môže pridanie 0,02 % až 0,07 % stroncia minimalizovať počet primárnych kryštálov a výrazne sa zlepšia aj mechanické vlastnosti. Pevnosť v ťahu bb sa zvýši z 233 MPa na 236 MPa, medza klzu b0,2 sa zvýši z 204 MPa na 210 MPa a predĺženie b5 sa zvýši z 9 % na 12 %. Pridanie stroncia do hypereutektickej zliatiny Al-Si môže zmenšiť veľkosť primárnych kremíkových častíc, zlepšiť vlastnosti pri spracovaní plastov a umožniť plynulé valcovanie za tepla aj za studena.
Zirkónium
Zirkónium je tiež bežnou prísadou v hliníkových zliatinách. Vo všeobecnosti sa do hliníkových zliatin pridáva v množstve 0,1 % až 0,3 %. Zirkónium a hliník tvoria zlúčeniny ZrAl3, ktoré môžu brániť procesu rekryštalizácie a zjemňovať rekryštalizované zrná. Zirkónium môže tiež zjemňovať štruktúru odliatku, ale jeho účinok je menší ako pri titáne. Prítomnosť zirkónia znižuje účinok titánu a bóru na zjemňovanie zŕn. V zliatinách Al-Zn-Mg-Cu má zirkónium menší vplyv na citlivosť na kalenie ako chróm a mangán, preto je vhodné použiť zirkónium namiesto chrómu a mangánu na zjemnenie rekryštalizovanej štruktúry.
Prvky vzácnych zemín
Prvky vzácnych zemín sa pridávajú do hliníkových zliatin na zvýšenie podchladenia komponentov počas odlievania hliníkových zliatin, zjemnenie zŕn, zníženie rozostupov sekundárnych kryštálov, zníženie množstva plynov a inklúzií v zliatine a tendenciu sferoidizovať inklúznu fázu. Môže tiež znížiť povrchové napätie taveniny, zvýšiť tekutosť a uľahčiť odlievanie do ingotov, čo má významný vplyv na výkon procesu. Je lepšie pridať rôzne vzácne zeminy v množstve približne 0,1 %. Pridanie zmesi vzácnych zemín (zmes La-Ce-Pr-Nd atď.) znižuje kritickú teplotu pre vznik starnúcej zóny G⁻P v zliatine Al-0,65%Mg-0,61%Si. Hliníkové zliatiny obsahujúce horčík môžu stimulovať metamorfózu prvkov vzácnych zemín.
Nečistota
Vanád tvorí v hliníkových zliatinách žiaruvzdornú zlúčeninu VA11, ktorá zohráva úlohu pri zjemňovaní zŕn počas procesu tavenia a odlievania, ale jej úloha je menšia ako v prípade titánu a zirkónia. Vanád má tiež vplyv na zjemňovanie rekryštalizovanej štruktúry a zvyšovanie teploty rekryštalizácie.
Rozpustnosť vápnika v hliníkových zliatinách v tuhom stave je extrémne nízka a s hliníkom tvorí zlúčeninu CaAl4. Vápnik je superplastický prvok hliníkových zliatin. Hliníková zliatina s približne 5 % vápnika a 5 % mangánu má superplasticitu. Vápnik a kremík tvoria CaSi, ktorý je v hliníku nerozpustný. Keďže množstvo kremíka v tuhom roztoku je znížené, je možné mierne zlepšiť elektrickú vodivosť priemyselného čistého hliníka. Vápnik môže zlepšiť rezný výkon hliníkových zliatin. CaSi2 nedokáže hliníkové zliatiny spevniť tepelným spracovaním. Stopové množstvá vápnika sú užitočné pri odstraňovaní vodíka z roztaveného hliníka.
Olovo, cín a bizmut sú kovy s nízkou teplotou topenia. Ich rozpustnosť v hliníku v pevnom stave je malá, čo mierne znižuje pevnosť zliatiny, ale môže zlepšiť rezný výkon. Bizmut sa počas tuhnutia rozpína, čo je prospešné pre podávanie. Pridanie bizmutu do zliatin s vysokým obsahom horčíka môže zabrániť krehnutiu sodíka.
Antimón sa používa hlavne ako modifikátor v liatych hliníkových zliatinách a zriedkavo sa používa v deformovaných hliníkových zliatinách. V deformovaných hliníkových zliatinách Al-Mg nahrádza bizmut iba preto, aby sa zabránilo krehnutiu sodíka. Do niektorých zliatin Al-Zn-Mg-Cu sa pridáva antimón na zlepšenie výkonu pri lisovaní za tepla a lisovaní za studena.
Berýlium môže zlepšiť štruktúru oxidového filmu v deformovaných hliníkových zliatinách a znížiť straty pri horení a inklúzie počas tavenia a odlievania. Berýlium je toxický prvok, ktorý môže u ľudí spôsobiť alergickú otravu. Preto sa berýlium nemôže nachádzať v hliníkových zliatinách, ktoré prichádzajú do kontaktu s potravinami a nápojmi. Obsah berýlia vo zváracích materiáloch sa zvyčajne kontroluje pod 8 μg/ml. Hliníkové zliatiny používané ako zváracie substráty by mali tiež kontrolovať obsah berýlia.
Sodík je v hliníku takmer nerozpustný a maximálna rozpustnosť v tuhej látke je menšia ako 0,0025 %. Teplota topenia sodíka je nízka (97,8 ℃). Ak je sodík prítomný v zliatine, adsorbuje sa na povrchu dendritov alebo na hraniciach zŕn počas tuhnutia. Počas spracovania za tepla sodík na hraniciach zŕn vytvára adsorpčnú vrstvu kvapaliny, čo vedie k krehkému praskaniu a tvorbe zlúčenín NaAlSi. Neexistuje žiadny voľný sodík a nevznikajú „krehké sodíkové štruktúry“.
Keď obsah horčíka prekročí 2 %, horčík odoberá kremík a vyzráža voľný sodík, čo vedie ku „krehkosti sodíka“. Preto sa pri zliatinách hliníka s vysokým obsahom horčíka nesmie používať tavidlo so sodnou soľou. Medzi metódy na zabránenie „krehkosti sodíka“ patrí chlorácia, ktorá spôsobuje, že sodík tvorí NaCl a uvoľňuje sa do trosky, pridanie bizmutu za vzniku Na2Bi a jeho vstup do kovovej matrice; rovnaký účinok môže mať aj pridanie antimónu za vzniku Na3Sb alebo pridanie kovov vzácnych zemín.
Upravené May Jiang z MAT Aluminum
Čas uverejnenia: 8. augusta 2024
