Varš
Kad alumīnija-vara sakausējuma alumīnija bagātā daļa ir 548, vara maksimālā šķīdība alumīnijā ir 5,65%. Kad temperatūra pazeminās līdz 302, vara šķīdība ir 0,45%. Varš ir svarīgs sakausējuma elements un tam ir noteikta cieto šķīdumu stiprinoša iedarbība. Turklāt novecošanas rezultātā izgulsnētajam CuAl2 ir acīmredzama novecošanās stiprinoša iedarbība. Vara saturs alumīnija sakausējumos parasti ir no 2,5% līdz 5%, un stiprināšanas efekts ir vislabākais, ja vara saturs ir no 4% līdz 6,8%, tāpēc vara saturs lielākajā daļā duralumīna sakausējumu ir šajā diapazonā. Alumīnija-vara sakausējumi var saturēt mazāk silīcija, magnija, mangāna, hroma, cinka, dzelzs un citu elementu.
Silīcijs
Kad Al-Si sakausējuma sistēmas alumīnija bagātās daļas eitektiskā temperatūra ir 577, silīcija maksimālā šķīdība cietajā šķīdumā ir 1,65%. Lai gan šķīdība samazinās, pazeminoties temperatūrai, šos sakausējumus parasti nevar stiprināt 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. Projektējot Al-Mg-Si sakausējuma sastāvu, magnija un silīcija saturs uz matricas tiek konfigurēts šajā attiecībā. Lai uzlabotu dažu Al-Mg-Si sakausējumu izturību, pievieno atbilstošu vara daudzumu un atbilstošu hroma daudzumu, lai kompensētu vara negatīvo ietekmi uz izturību pret koroziju.
Mg2Si maksimālā šķīdība alumīnijā Al-Mg2Si sakausējuma sistēmas līdzsvara fāzes diagrammas alumīnija bagātajā daļā ir 1,85%, un palēninājums ir neliels, samazinoties temperatūrai. Deformētos alumīnija sakausējumos silīcija pievienošana alumīnijam ir ierobežota ar metināšanas materiāliem, un silīcija pievienošanai alumīnijam ir arī zināma stiprinoša ietekme.
Magnijs
Lai gan šķīdības līkne rāda, ka magnija šķīdība alumīnijā ievērojami samazinās, pazeminoties temperatūrai, magnija saturs vairumā rūpnieciski deformēto alumīnija sakausējumu ir mazāks par 6%. Arī silīcija saturs ir zems. Šāda veida sakausējumu nevar stiprināt ar termisko apstrādi, taču tam ir laba metināmība, laba izturība pret koroziju un vidēja izturība. Magnija iedarbība alumīnija stiprināšanai ir acīmredzama. Ar katru 1% magnija pieaugumu stiepes izturība palielinās par aptuveni 34MPa. Ja pievieno mazāk nekā 1% mangāna, stiprināšanas efektu var papildināt. Tādēļ mangāna pievienošana var samazināt magnija saturu un samazināt karstās plaisāšanas tendenci. Turklāt mangāns var arī vienmērīgi nogulsnēt Mg5Al8 savienojumus, uzlabojot izturību pret koroziju un metināšanas veiktspēju.
Mangāns
Kad Al-Mn sakausējuma sistēmas plakanās līdzsvara fāžu diagrammas eitektiskā temperatūra ir 658, mangāna maksimālā šķīdība cietajā šķīdumā ir 1,82%. Sakausējuma stiprība palielinās, palielinoties šķīdībai. Kad mangāna saturs ir 0,8%, pagarinājums sasniedz maksimālo vērtību. Al-Mn sakausējums ir nenovecojošs sakausējums, tas ir, to nevar stiprināt ar termisko apstrādi. Mangāns var novērst alumīnija sakausējumu pārkristalizācijas procesu, paaugstināt pārkristalizācijas temperatūru un ievērojami rafinēt pārkristalizētos graudus. Pārkristalizēto graudu rafinēšana galvenokārt ir saistīta ar to, ka MnAl6 savienojumu izkliedētās daļiņas kavē pārkristalizēto graudu augšanu. Vēl viena MnAl6 funkcija ir izšķīdināt dzelzs piemaisījumu, veidojot (Fe, Mn)Al6, samazinot dzelzs kaitīgo ietekmi. Mangāns ir svarīgs elements alumīnija sakausējumos. To var pievienot atsevišķi, lai veidotu Al-Mn bināro sakausējumu. Biežāk to pievieno kopā ar citiem leģējošajiem elementiem. Tāpēc lielākā daļa alumīnija sakausējumu satur mangānu.
Cinks
Cinka šķīdība alumīnijā Al-Zn sakausējuma sistēmas līdzsvara fāžu diagrammas alumīnija bagātajā daļā ir 31,6% pie 275 °C, savukārt tā šķīdība samazinās līdz 5,6% pie 125 °C. Pievienojot alumīnijam tikai cinku, deformācijas apstākļos alumīnija sakausējuma izturība uzlabojas ļoti ierobežoti. Vienlaikus pastāv tendence uz sprieguma korozijas plaisāšanu, tādējādi ierobežojot tā pielietojumu. Vienlaikus pievienojot alumīnijam cinku un magniju, veidojas stiprināšanas fāze Mg/Zn2, kam ir ievērojama stiprināšanas ietekme uz sakausējumu. Palielinot Mg/Zn2 saturu no 0,5% līdz 12%, stiepes izturība un tecēšanas robeža var ievērojami palielināties. Supercietos alumīnija sakausējumos, kuros magnija saturs pārsniedz nepieciešamo daudzumu, lai veidotos Mg/Zn2 fāze, ja cinka un magnija attiecība tiek kontrolēta aptuveni 2,7, sprieguma korozijas plaisāšanas izturība ir vislielākā. Piemēram, pievienojot vara elementu Al-Zn-Mg, veidojas Al-Zn-Mg-Cu sērijas sakausējums. Bāzes stiprināšanas efekts ir vislielākais starp visiem alumīnija sakausējumiem. Tas ir arī svarīgs alumīnija sakausējuma materiāls kosmosa, aviācijas un elektroenerģijas nozarē.
Dzelzs un silīcijs
Dzelzs tiek pievienots kā leģējošais elements Al-Cu-Mg-Ni-Fe sērijas kaltajiem alumīnija sakausējumiem, un silīcijs tiek pievienots kā leģējošais elements Al-Mg-Si sērijas kaltajiem alumīnijiem un Al-Si sērijas metināšanas stieņiem un alumīnija-silīcija liešanas sakausējumiem. Bāzes alumīnija sakausējumos silīcijs un dzelzs ir bieži sastopami piemaisījumi, kas būtiski ietekmē sakausējuma īpašības. Tie galvenokārt pastāv kā FeCl3 un brīvais silīcijs. Kad silīcijs ir lielāks par dzelzi, veidojas β-FeSiAl3 (vai Fe2Si2Al9) fāze, un, kad dzelzs ir lielāks par silīciju, veidojas α-Fe2SiAl8 (vai Fe3Si2Al12). Ja dzelzs un silīcija attiecība ir nepareiza, lējumā var rasties plaisas. Ja dzelzs saturs lietā alumīnijā ir pārāk augsts, lējumi kļūst trausli.
Titāns un bors
Titāns ir bieži izmantots piedevas elements alumīnija sakausējumos, ko pievieno Al-Ti vai Al-Ti-B meistarsakausējuma veidā. Titāns un alumīnijs veido TiAl2 fāzi, kas kristalizācijas laikā kļūst par nespontānu kodolu un spēlē lomu liešanas struktūras un metinājuma struktūras uzlabošanā. Kad Al-Ti sakausējumi tiek pakļauti pakošanas reakcijai, kritiskais titāna saturs ir aptuveni 0,15 %. Ja klāt ir bors, palēninājums ir tikai 0,01 %.
Hroms
Hroms ir bieži sastopama piedeva Al-Mg-Si sērijās, Al-Mg-Zn sērijās un Al-Mg sērijas sakausējumos. 600°C temperatūrā hroma šķīdība alumīnijā ir 0,8%, un istabas temperatūrā tas praktiski nešķīst. Hroms alumīnijā veido starpmetāliskus savienojumus, piemēram, (CrFe)Al7 un (CrMn)Al12, kas kavē rekristalizācijas kodolu veidošanās un augšanas procesus un zināmā mērā stiprina sakausējumu. Tas var arī uzlabot sakausējuma izturību un samazināt uzņēmību pret sprieguma korozijas plaisāšanu.
Tomēr šī vieta palielina dzēšanas jutību, padarot anodēto plēvi dzeltenu. Alumīnija sakausējumiem pievienotā hroma daudzums parasti nepārsniedz 0,35% un samazinās, palielinoties pārejas elementu daudzumam sakausējumā.
Stroncijs
Stroncijs ir virsmaktīvs elements, kas kristalogrāfiski var mainīt starpmetālisko savienojumu fāžu uzvedību. Tādēļ modifikācijas apstrāde ar stroncija elementu var uzlabot sakausējuma plastisko apstrādājamību un gatavā produkta kvalitāti. Pateicoties ilgajam efektīvajam modifikācijas laikam, labai iedarbībai un reproducējamībai, stroncijs pēdējos gados ir aizstājis nātrija izmantošanu Al-Si liešanas sakausējumos. Pievienojot alumīnija sakausējumam ekstrūzijai 0,015%~0,03% stroncija, lietņa β-AlFeSi fāze pārvēršas α-AlFeSi fāzē, samazinot lietņa homogenizācijas laiku par 60%~70%, uzlabojot materiālu mehāniskās īpašības un plastisko apstrādājamību; uzlabojot izstrādājumu virsmas raupjumu.
Augsta silīcija satura (10%~13%) deformētiem alumīnija sakausējumiem, pievienojot 0,02%~0,07% stroncija elementu, var līdz minimumam samazināt primāro kristālu daudzumu, kā arī ievērojami uzlabot mehāniskās īpašības. Stiepes izturība bb palielinās no 233 MPa līdz 236 MPa, tecēšanas robeža b0,2 palielinās no 204 MPa līdz 210 MPa, un pagarinājums b5 palielinās no 9% līdz 12%. Stroncija pievienošana hipereitektiskajam 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 pievieno 0,1% ~ 0,3%. Cirkonijs un alumīnijs veido ZrAl3 savienojumus, kas var kavēt rekristalizācijas procesu un precizēt rekristalizētos graudus. Cirkonijs var arī precizēt liešanas struktūru, taču efekts ir mazāks nekā titānam. Cirkonija klātbūtne samazinās titāna un bora graudu precizēšanas efektu. Al-Zn-Mg-Cu sakausējumos, tā kā cirkonijs ietekmē rūdīšanas jutību mazāk nekā hroms un mangāns, ir lietderīgi izmantot cirkoniju hroma un mangāna vietā, lai precizētu rekristalizēto struktūru.
Retzemju elementi
Retzemju elementus alumīnija sakausējumiem pievieno, lai palielinātu komponentu pārdzesēšanu alumīnija sakausējuma liešanas laikā, rafinētu graudus, samazinātu sekundāro kristālu atstarpi, samazinātu gāzu un ieslēgumu daudzumu sakausējumā un veicinātu ieslēgumu fāzes sferoidizāciju. Tie var arī samazināt kausējuma virsmas spraigumu, palielināt plūstamību un atvieglot liešanu lietņos, kas būtiski ietekmē procesa veiktspēju. Vislabāk ir pievienot dažādus retzemju elementus aptuveni 0,1% daudzumā. Jauktu retzemju elementu (jauktu La-Ce-Pr-Nd u.c.) pievienošana samazina kritisko temperatūru novecošanās G?P zonas veidošanai Al-0,65%Mg-0,61%Si sakausējumā. Magniju saturoši alumīnija sakausējumi var stimulēt retzemju elementu metamorfismu.
Piemaisījums
Vanādijs veido alumīnija sakausējumos ugunsizturīgus savienojumus VAl11, kam ir nozīme graudu rafinēšanā kausēšanas un liešanas procesā, taču tā loma ir mazāka nekā titānam un cirkonijam. Vanādijam ir arī rekristalizētās struktūras rafinēšanas un rekristalizācijas temperatūras paaugstināšanas efekts.
Kalcija šķīdība cietā stāvoklī alumīnija sakausējumos ir ārkārtīgi zema, un tas veido CaAl4 savienojumu ar alumīniju. Kalcijs ir alumīnija sakausējumu superplastisks elements. Alumīnija sakausējumam ar aptuveni 5% kalcija un 5% mangāna saturu piemīt superplastiskums. Kalcijs un silīcijs veido CaSi, kas nešķīst alumīnijā. Tā kā cietā šķīduma silīcija daudzums ir samazināts, rūpnieciski tīra alumīnija elektrovadītspēju var nedaudz uzlabot. Kalcijs var uzlabot alumīnija sakausējumu griešanas veiktspēju. CaSi2 nevar stiprināt alumīnija sakausējumus ar termisko apstrādi. Neliels kalcija daudzums ir noderīgs ūdeņraža atdalīšanai no izkausēta alumīnija.
Svins, alva un bismuts ir metāli ar zemu kušanas temperatūru. To cietā šķīdība alumīnijā ir zema, kas nedaudz samazina sakausējuma izturību, bet var uzlabot griešanas veiktspēju. Bismuts sacietēšanas laikā izplešas, kas ir labvēlīgi padevei. Bismuta pievienošana sakausējumiem ar augstu magnija saturu var novērst nātrija trauslumu.
Antimonu galvenokārt izmanto kā modifikatoru liešanas alumīnija sakausējumos, un deformēta alumīnija sakausējumos to reti izmanto. Al-Mg deformētā alumīnija sakausējumā bismuta vietā to lieto tikai nātrija trausluma novēršanai. Dažiem Al-Zn-Mg-Cu sakausējumiem antimona elementu pievieno, lai uzlabotu karstās un aukstās presēšanas procesu veiktspēju.
Berilijs var uzlabot deformētu alumīnija sakausējumu oksīda plēves struktūru un samazināt degšanas zudumus un ieslēgumus kausēšanas un liešanas laikā. Berilijs ir toksisks elements, kas cilvēkiem var izraisīt alerģisku saindēšanos. Tāpēc berilijs nedrīkst būt alumīnija sakausējumos, kas nonāk saskarē ar pārtiku un dzērieniem. Berilija saturs metināšanas materiālos parasti tiek kontrolēts zem 8 μg/ml. Alumīnija sakausējumiem, ko izmanto kā metināšanas substrātus, arī jākontrolē berilija saturs.
Nātrijs gandrīz nešķīst alumīnijā, un maksimālā cietvielu šķīdība ir mazāka par 0,0025%. Nātrija kušanas temperatūra ir zema (97,8 ℃), ja sakausējumā ir nātrijs, tas sacietēšanas laikā adsorbējas uz dendrītu virsmas vai graudu robežas, karstās apstrādes laikā nātrijs uz graudu robežas veido šķidru adsorbcijas slāni, kā rezultātā rodas trauslas plaisas, veidojas NaAlSi savienojumi, brīva nātrija nav un nerodas "nātrija trauslums".
Ja magnija saturs pārsniedz 2%, magnijs atņem silīciju un izgulsnē brīvo nātriju, kā rezultātā rodas "nātrija trauslums". Tāpēc alumīnija sakausējumiem ar augstu magnija saturu nav atļauts izmantot nātrija sāls plūsmu. Metodes "nātrija trausluma" novēršanai ietver hlorēšanu, kuras rezultātā nātrijs veido NaCl un nonāk izdedžos, bismuta pievienošanu, lai veidotu Na2Bi un nonāktu metāla matricā; antimona pievienošanai, lai veidotu Na3Sb, vai retzemju elementu pievienošanai var būt tāda pati ietekme.
Rediģēja Meja Dzjana no MAT Aluminum
Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. augusts
