Varš
Ja alumīnija-vara sakausējuma ar alumīniju bagātā daļa ir 548, vara maksimālā šķīdība alumīnijā ir 5,65%. Kad temperatūra nokrītas līdz 302, vara šķīdība ir 0,45%. Varš ir svarīgs sakausējuma elements, un tam ir noteikta cieto šķīdumu stiprinoša iedarbība. Turklāt novecošanās rezultātā izgulsnētajam CuAl2 ir acīmredzama novecošanās stiprinoša iedarbība. Vara saturs alumīnija sakausējumos parasti ir no 2,5% līdz 5%, un stiprinošais efekts ir vislabākais, ja vara saturs ir no 4% līdz 6,8%, tāpēc vara saturs lielākajā daļā duralumīnija sakausējumu ir šajā diapazonā. Alumīnija-vara sakausējumos var būt mazāk silīcija, magnija, mangāna, hroma, cinka, dzelzs un citu elementu.
Silīcijs
Ja Al-Si sakausējuma sistēmas ar alumīniju bagātās daļas eitektiskā temperatūra ir 577, maksimālā silīcija šķīdība cietajā šķīdumā ir 1,65%. Lai gan šķīdība samazinās, pazeminoties temperatūrai, šos sakausējumus parasti nevar nostiprināt ar termisko apstrādi. Alumīnija-silīcija sakausējumam ir lieliskas liešanas īpašības un izturība pret koroziju. Ja alumīnijam vienlaikus pievieno magniju un silīciju, veidojot alumīnija-magnija-silīcija sakausējumu, stiprināšanas fāze ir MgSi. Magnija un silīcija masas attiecība ir 1,73:1. Izstrādājot Al-Mg-Si sakausējuma sastāvu, magnija un silīcija saturs uz matricas tiek konfigurēts šādā attiecībā. Lai uzlabotu dažu Al-Mg-Si sakausējumu stiprību, tiek pievienots atbilstošs vara daudzums un atbilstošs daudzums hroma, lai kompensētu vara nelabvēlīgo ietekmi uz izturību pret koroziju.
Maksimālā Mg2Si šķīdība alumīnijā Al-Mg2Si sakausējuma sistēmas līdzsvara fāzes diagrammas ar alumīniju bagātajā daļā ir 1,85%, un palēninājums ir neliels, temperatūrai pazeminoties. Deformētos alumīnija sakausējumos tikai silīcija pievienošana alumīnijam ir ierobežota līdz metināšanas materiāliem, un silīcija pievienošanai alumīnijam ir arī zināms stiprinošs efekts.
Magnijs
Lai gan šķīdības līkne parāda, ka magnija šķīdība alumīnijā ievērojami samazinās, pazeminoties temperatūrai, magnija saturs lielākajā daļā rūpniecisko deformēto alumīnija sakausējumu ir mazāks par 6%. Arī silīcija saturs ir zems. Šāda veida sakausējumu nevar stiprināt ar termisko apstrādi, bet tam ir laba metināmība, laba izturība pret koroziju un vidēja izturība. Alumīnija stiprināšana ar magniju ir acīmredzama. Par katru magnija pieaugumu par 1% stiepes izturība palielinās par aptuveni 34 MPa. Ja pievienots mazāk par 1% mangāna, stiprinošo efektu var papildināt. Tāpēc mangāna pievienošana var samazināt magnija saturu un samazināt karstās plaisāšanas tendenci. Turklāt mangāns var arī vienmērīgi izgulsnēt Mg5Al8 savienojumus, uzlabojot izturību pret koroziju un metināšanas veiktspēju.
Mangāns
Ja Al-Mn sakausējuma sistēmas plakanās līdzsvara fāzes diagrammas eitektiskā temperatūra ir 658, maksimālā mangāna šķīdība cietajā šķīdumā ir 1,82%. Sakausējuma stiprība palielinās, palielinoties šķīdībai. Ja mangāna saturs ir 0,8%, pagarinājums sasniedz maksimālo vērtību. Al-Mn sakausējums ir nesacietošs sakausējums, tas ir, to nevar stiprināt ar termisko apstrādi. Mangāns var novērst alumīnija sakausējumu pārkristalizācijas procesu, paaugstināt pārkristalizācijas temperatūru un ievērojami uzlabot pārkristalizētos graudus. Pārkristalizēto graudu pilnveidošana galvenokārt ir saistīta ar to, ka MnAl6 savienojumu izkliedētās daļiņas kavē pārkristalizēto graudu augšanu. Vēl viena MnAl6 funkcija ir izšķīdināt piemaisījumu dzelzi, veidojot (Fe, Mn)Al6, samazinot dzelzs kaitīgo ietekmi. Mangāns ir svarīgs alumīnija sakausējumu elements. To var pievienot vienu pašu, lai izveidotu Al-Mn bināro sakausējumu. Biežāk to pievieno kopā ar citiem leģējošiem elementiem. Tāpēc lielākā daļa alumīnija sakausējumu satur mangānu.
Cinks
Cinka šķīdība alumīnijā ir 31,6% pie 275 Al-Zn sakausējuma sistēmas līdzsvara fāzes diagrammas ar alumīniju bagātajā daļā, savukārt tā šķīdība samazinās līdz 5,6% pie 125. Cinka pievienošana alumīnijam ir ļoti ierobežota. alumīnija sakausējuma stiprība deformācijas apstākļos. Tajā pašā laikā ir tendence uz sprieguma korozijas plaisāšanu, tādējādi ierobežojot tā pielietojumu. Cinka un magnija pievienošana alumīnijam vienlaikus veido stiprināšanas fāzi Mg/Zn2, kam ir būtiska sakausējuma stiprinoša iedarbība. Palielinot Mg/Zn2 saturu no 0,5% līdz 12%, var ievērojami palielināt stiepes izturību un tecēšanas robežu. Supercietos alumīnija sakausējumos, kur magnija saturs pārsniedz nepieciešamo daudzumu, lai veidotu Mg/Zn2 fāzi, kad cinka un magnija attiecība tiek kontrolēta aptuveni 2,7, sprieguma korozijas plaisāšanas izturība ir vislielākā. Piemēram, vara elementa pievienošana Al-Zn-Mg veido Al-Zn-Mg-Cu sērijas sakausējumu. Bāzes stiprināšanas efekts ir lielākais starp visiem alumīnija sakausējumiem. Tas ir arī svarīgs alumīnija sakausējuma materiāls kosmosa, aviācijas un elektroenerģijas nozarē.
Dzelzs un silīcijs
Dzelzs tiek pievienots kā leģējošie elementi Al-Cu-Mg-Ni-Fe sērijas kaltajiem alumīnija sakausējumiem, un silīcijs tiek pievienots kā sakausējuma elementi Al-Mg-Si sērijas kaltā alumīnija un Al-Si sērijas metināšanas stieņos un alumīnija-silīcija lējumos. sakausējumi. Pamata alumīnija sakausējumos silīcijs un dzelzs ir bieži sastopami piemaisījumu elementi, kas būtiski ietekmē sakausējuma īpašības. Tie galvenokārt pastāv kā FeCl3 un brīvais silīcijs. Ja silīcijs ir lielāks par dzelzi, veidojas β-FeSiAl3 (vai Fe2Si2Al9) fāze, un, ja dzelzs ir lielāka par silīciju, veidojas α-Fe2SiAl8 (vai Fe3Si2Al12). Ja dzelzs un silīcija attiecība ir nepareiza, tas radīs plaisas lējumā. Ja dzelzs saturs lietajā alumīnijā ir pārāk augsts, lējums kļūs trausls.
Titāns un bors
Titāns ir plaši izmantots alumīnija sakausējumu piedevu elements, ko pievieno Al-Ti vai Al-Ti-B galvenā sakausējuma veidā. Titāns un alumīnijs veido TiAl2 fāzi, kas kristalizācijas laikā kļūst par spontānu kodolu un spēlē lomu liešanas struktūras un metināšanas struktūras uzlabošanā. Kad Al-Ti sakausējumi pakļaujas reakcijai, kritiskais titāna saturs ir aptuveni 0,15%. Ja ir bors, palēninājums ir tikai 0,01%.
Chromium
Hroms ir izplatīts piedevu elements Al-Mg-Si sērijā, Al-Mg-Zn sērijā un Al-Mg sērijas sakausējumos. 600°C temperatūrā hroma šķīdība alumīnijā ir 0,8%, un tas būtībā nešķīst istabas temperatūrā. Hroms alumīnijā veido tādus intermetāliskus savienojumus kā (CrFe)Al7 un (CrMn)Al12, kas kavē pārkristalizācijas kodolu veidošanās un augšanas procesu un zināmā mērā stiprina sakausējumu. Tas var arī uzlabot sakausējuma stingrību un samazināt uzņēmību pret sprieguma korozijas plaisāšanu.
Tomēr vieta palielina dzēšanas jutību, padarot anodēto plēvi dzeltenu. Hroma daudzums, ko pievieno alumīnija sakausējumiem, parasti nepārsniedz 0,35%, un samazinās, palielinoties pārejas elementiem sakausējumā.
Stroncijs
Stroncijs ir virsmas aktīvs elements, kas kristalogrāfiski var mainīt intermetālisko savienojumu fāžu uzvedību. Tāpēc modifikācijas apstrāde ar stroncija elementu var uzlabot sakausējuma plastisko apstrādājamību un galaprodukta kvalitāti. Pateicoties tā ilgajam efektīvajam modifikācijas laikam, labam efektam un reproducējamībai, stroncijs pēdējos gados ir aizstājis nātrija izmantošanu Al-Si liešanas sakausējumos. Pievienojot 0,015%~0,03% stroncija alumīnija sakausējumam ekstrūzijai, β-AlFeSi fāze lietņos pārvēršas par α-AlFeSi fāzi, samazinot lietņu homogenizācijas laiku par 60%~70%, uzlabojot materiālu mehāniskās īpašības un plastisko apstrādājamību; produktu virsmas raupjuma uzlabošana.
Augsta silīcija (10% ~ 13%) deformētiem alumīnija sakausējumiem, pievienojot 0,02% ~ 0,07% stroncija elementu, primāros kristālus var samazināt līdz minimumam, un arī mehāniskās īpašības ir ievērojami uzlabotas. Stiepes izturība бb ir palielināta no 233 MPa līdz 236 MPa, un tecēšanas robeža б0.2 ir palielināta no 204 MPa līdz 210 MPa, un pagarinājums б5 ir palielināts no 9% līdz 12%. Stroncija pievienošana hipereutektiskajam Al-Si sakausējumam var samazināt primāro silīcija daļiņu izmēru, uzlabot plastmasas apstrādes īpašības un nodrošināt vienmērīgu karsto un auksto velmēšanu.
Cirkonijs
Cirkonijs ir arī izplatīta piedeva alumīnija sakausējumos. Parasti alumīnija sakausējumiem pievienotais daudzums ir 0,1–0,3%. Cirkonijs un alumīnijs veido ZrAl3 savienojumus, kas var kavēt pārkristalizācijas procesu un attīrīt pārkristalizētos graudus. Cirkonijs var arī uzlabot liešanas struktūru, taču efekts ir mazāks nekā titānam. Cirkonija klātbūtne samazinās titāna un bora graudu rafinēšanas efektu. Al-Zn-Mg-Cu sakausējumos, tā kā cirkonim ir mazāka ietekme uz dzēšanas jutību nekā hromam un mangānam, hroma un mangāna vietā ir lietderīgi izmantot cirkoniju, lai uzlabotu pārkristalizēto struktūru.
Retzemju elementi
Retzemju elementi tiek pievienoti alumīnija sakausējumiem, lai palielinātu komponentu pārdzesēšanu alumīnija sakausējuma liešanas laikā, rafinētu graudus, samazinātu sekundāro kristālu atstatumu, samazinātu gāzes un ieslēgumus sakausējumā un ir tendence sferoidizēt iekļaušanas fāzi. Tas var arī samazināt kausējuma virsmas spraigumu, palielināt plūstamību un atvieglot liešanu lietņos, kas būtiski ietekmē procesa veiktspēju. Labāk ir pievienot dažādus retzemju metālus apmēram 0,1% apmērā. Jauktu retzemju metālu pievienošana (jaukts La-Ce-Pr-Nd utt.) samazina kritisko temperatūru novecojošas G?P zonas veidošanai Al-0,65%Mg-0,61%Si sakausējumā. Alumīnija sakausējumi, kas satur magniju, var stimulēt retzemju elementu metamorfismu.
Piemaisījums
Vanādijs alumīnija sakausējumos veido VAl11 ugunsizturīgu savienojumu, kam ir nozīme graudu attīrīšanā kausēšanas un liešanas procesā, taču tā loma ir mazāka nekā titānam un cirkonim. Vanādijs arī uzlabo pārkristalizēto struktūru un paaugstina pārkristalizācijas temperatūru.
Kalcija cietā šķīdība alumīnija sakausējumos ir ārkārtīgi zema, un tas veido CaAl4 savienojumu ar alumīniju. Kalcijs ir alumīnija sakausējumu superplastisks elements. Alumīnija sakausējums ar aptuveni 5% kalcija un 5% mangāna ir superplastisks. Kalcijs un silīcijs veido CaSi, kas nešķīst alumīnijā. Tā kā silīcija cietā šķīduma daudzums ir samazināts, rūpnieciskā tīra alumīnija elektrovadītspēju var nedaudz uzlabot. Kalcijs var uzlabot alumīnija sakausējumu griešanas veiktspēju. CaSi2 nevar stiprināt alumīnija sakausējumus ar termisko apstrādi. Nelieli kalcija daudzumi palīdz atdalīt ūdeņradi no kausēta alumīnija.
Svina, alvas un bismuta elementi ir metāli ar zemu kušanas temperatūru. To cietā šķīdība alumīnijā ir maza, kas nedaudz samazina sakausējuma izturību, bet var uzlabot griešanas veiktspēju. Bismuts izplešas cietēšanas laikā, kas ir labvēlīgs barošanai. Bismuta pievienošana sakausējumiem ar augstu magnija saturu var novērst nātrija trauslumu.
Antimonu galvenokārt izmanto kā modifikatoru alumīnija sakausējumos, un to reti izmanto deformētos alumīnija sakausējumos. Nomainiet bismutu tikai Al-Mg deformētā alumīnija sakausējumā, lai novērstu nātrija trauslumu. Antimona elements tiek pievienots dažiem Al-Zn-Mg-Cu sakausējumiem, lai uzlabotu karstās presēšanas un aukstās presēšanas procesu veiktspēju.
Berilijs var uzlabot oksīda plēves struktūru deformētos alumīnija sakausējumos un samazināt degšanas zudumus un ieslēgumus kausēšanas un liešanas laikā. Berilijs ir toksisks elements, kas cilvēkiem var izraisīt alerģisku saindēšanos. Tāpēc berilija nevar būt alumīnija sakausējumos, kas nonāk saskarē ar pārtiku un dzērieniem. Berilija saturu metināšanas materiālos parasti kontrolē zem 8 μg/ml. Alumīnija sakausējumiem, ko izmanto kā metināšanas substrātus, arī jākontrolē berilija saturs.
Nātrijs gandrīz nešķīst alumīnijā, un maksimālā cietā šķīdība ir mazāka par 0,0025%. nātrija kušanas temperatūra ir zema (97,8℃), ja sakausējumā ir nātrijs, tas sacietēšanas laikā adsorbējas uz dendrīta virsmas vai graudu robežas, karstās apstrādes laikā nātrijs uz graudu robežas veido šķidru adsorbcijas slāni, izraisot trauslu plaisāšanu, NaAlSi savienojumu veidošanos, brīvs nātrijs nepastāv un nerada "nātrija trauslu".
Ja magnija saturs pārsniedz 2%, magnijs atņem silīciju un izgulsnē brīvo nātriju, kā rezultātā rodas “nātrija trauslums”. Tāpēc augsta magnija alumīnija sakausējumam nav atļauts izmantot nātrija sāls plūsmu. Metodes, lai novērstu “nātrija trauslumu”, ietver hlorēšanu, kuras rezultātā nātrijs veido NaCl un tiek novadīts sārņos, pievienojot bismutu, veidojot Na2Bi, un nokļūstot metāla matricā; antimona pievienošana, lai izveidotu Na3Sb, vai retzemju metālu pievienošana arī var radīt tādu pašu efektu.
Rediģēja May Jiang no MAT Aluminium
Publicēšanas laiks: 08.08.2024
