Cobre
Cando a parte rica en aluminio da aliaxe de aluminio-cobre é de 548, a solubilidade máxima do cobre no aluminio é do 5,65 %. Cando a temperatura baixa a 302, a solubilidade do cobre é do 0,45 %. O cobre é un elemento importante da aliaxe e ten un certo efecto de fortalecemento en solución sólida. Ademais, o CuAl2 precipitado polo envellecemento ten un efecto de fortalecemento do envellecemento evidente. O contido de cobre nas aliaxes de aluminio adoita estar entre o 2,5 % e o 5 %, e o efecto de fortalecemento é mellor cando o contido de cobre está entre o 4 % e o 6,8 %, polo que o contido de cobre da maioría das aliaxes de duraluminio está dentro deste rango. As aliaxes de aluminio-cobre poden conter menos silicio, magnesio, manganeso, cromo, zinc, ferro e outros elementos.
Silicio
Cando a parte rica en aluminio do sistema de aliaxe Al-Si ten unha temperatura eutéctica de 577 °F, a solubilidade máxima do silicio na solución sólida é do 1,65 %. Aínda que a solubilidade diminúe ao diminuír a temperatura, estas aliaxes xeralmente non se poden fortalecer mediante tratamento térmico. A aliaxe de aluminio-silicio ten excelentes propiedades de fundición e resistencia á corrosión. Se se engaden magnesio e silicio ao aluminio ao mesmo tempo para formar unha aliaxe de aluminio-magnesio-silicio, a fase de fortalecemento é MgSi. A proporción de masa de magnesio a silicio é de 1,73:1. Ao deseñar a composición da aliaxe Al-Mg-Si, os contidos de magnesio e silicio configúranse nesta proporción na matriz. Para mellorar a resistencia dalgunhas aliaxes Al-Mg-Si, engádese unha cantidade axeitada de cobre e unha cantidade axeitada de cromo para compensar os efectos adversos do cobre sobre a resistencia á corrosión.
A solubilidade máxima de Mg2Si en aluminio na parte rica en aluminio do diagrama de fases de equilibrio do sistema de aliaxe Al-Mg2Si é do 1,85 %, e a desaceleración é pequena a medida que diminúe a temperatura. Nas aliaxes de aluminio deformadas, a adición de silicio só ao aluminio limítase aos materiais de soldadura, e a adición de silicio ao aluminio tamén ten un certo efecto de fortalecemento.
Magnesio
Aínda que a curva de solubilidade mostra que a solubilidade do magnesio no aluminio diminúe considerablemente a medida que diminúe a temperatura, o contido de magnesio na maioría das aliaxes de aluminio deformadas industriais é inferior ao 6 %. O contido de silicio tamén é baixo. Este tipo de aliaxe non se pode reforzar mediante tratamento térmico, pero ten boa soldabilidade, boa resistencia á corrosión e resistencia media. O reforzo do aluminio polo magnesio é obvio. Por cada aumento do 1 % no magnesio, a resistencia á tracción aumenta aproximadamente en 34 MPa. Se se engade menos do 1 % de manganeso, o efecto de reforzo pode complementarse. Polo tanto, engadir manganeso pode reducir o contido de magnesio e reducir a tendencia á formación de fisuras en quente. Ademais, o manganeso tamén pode precipitar uniformemente compostos de Mg5Al8, mellorando a resistencia á corrosión e o rendemento da soldadura.
Manganeso
Cando a temperatura eutéctica do diagrama de fase de equilibrio plano do sistema de aliaxe Al-Mn é de 658, a solubilidade máxima do manganeso na solución sólida é do 1,82 %. A resistencia da aliaxe aumenta co aumento da solubilidade. Cando o contido de manganeso é do 0,8 %, o alongamento alcanza o valor máximo. A aliaxe Al-Mn é unha aliaxe que non se endurece por envellecemento, é dicir, non se pode fortalecer mediante tratamento térmico. O manganeso pode impedir o proceso de recristalización das aliaxes de aluminio, aumentar a temperatura de recristalización e refinar significativamente os grans recristalizados. O refinamento dos grans recristalizados débese principalmente ao feito de que as partículas dispersas dos compostos de MnAl6 dificultan o crecemento dos grans recristalizados. Outra función do MnAl6 é disolver o ferro impuro para formar (Fe, Mn)Al6, o que reduce os efectos nocivos do ferro. O manganeso é un elemento importante nas aliaxes de aluminio. Pódese engadir só para formar unha aliaxe binaria Al-Mn. Con máis frecuencia, engádese xunto con outros elementos de aliaxe. Polo tanto, a maioría das aliaxes de aluminio conteñen manganeso.
Zinc
A solubilidade do zinc no aluminio é do 31,6 % a 275 na parte rica en aluminio do diagrama de fases de equilibrio do sistema de aliaxe Al-Zn, mentres que a súa solubilidade baixa ao 5,6 % a 125. Engadir zinc só ao aluminio ten unha mellora moi limitada na resistencia da aliaxe de aluminio en condicións de deformación. Ao mesmo tempo, existe unha tendencia á formación de fisuras por corrosión baixo tensión, o que limita a súa aplicación. Engadir zinc e magnesio ao aluminio ao mesmo tempo forma a fase de fortalecemento Mg/Zn2, que ten un efecto de fortalecemento significativo na aliaxe. Cando o contido de Mg/Zn2 aumenta do 0,5 % ao 12 %, a resistencia á tracción e o límite elástico poden aumentar significativamente. Nas aliaxes de aluminio superduras onde o contido de magnesio supera a cantidade necesaria para formar a fase Mg/Zn2, cando a proporción de zinc e magnesio se controla en torno a 2,7, a resistencia á fisura por corrosión baixo tensión é maior. Por exemplo, engadir elemento de cobre a Al-Zn-Mg forma unha aliaxe da serie Al-Zn-Mg-Cu. O efecto de reforzo da base é o maior entre todas as aliaxes de aluminio. Tamén é un importante material de aliaxe de aluminio na industria aeroespacial, aeronáutica e da enerxía eléctrica.
Ferro e silicio
O ferro engádese como elemento de aliaxe nas aliaxes de aluminio forxado da serie Al-Cu-Mg-Ni-Fe, e o silicio engádese como elemento de aliaxe no aluminio forxado da serie Al-Mg-Si e nas varillas de soldadura da serie Al-Si e nas aliaxes de fundición de aluminio-silicio. Nas aliaxes de aluminio base, o silicio e o ferro son elementos de impureza comúns, que teñen un impacto significativo nas propiedades da aliaxe. Existen principalmente como FeCl3 e silicio libre. Cando o silicio é maior que o ferro, fórmase a fase β-FeSiAl3 (ou Fe2Si2Al9), e cando o ferro é maior que o silicio, fórmase α-Fe2SiAl8 (ou Fe3Si2Al12). Cando a proporción de ferro e silicio é inadecuada, provocará gretas na fundición. Cando o contido de ferro no aluminio fundido é demasiado alto, a fundición volverase fráxil.
Titanio e boro
O titanio é un elemento aditivo de uso común nas aliaxes de aluminio, engadido en forma de aliaxe mestra Al-Ti ou Al-Ti-B. O titanio e o aluminio forman a fase TiAl2, que se converte nun núcleo non espontáneo durante a cristalización e desempeña un papel no refinamento da estrutura da fundición e da estrutura da soldadura. Cando as aliaxes de Al-Ti se someten a unha reacción de empaquetado, o contido crítico de titanio é de aproximadamente o 0,15 %. Se hai boro presente, a desaceleración é tan pequena como o 0,01 %.
Cromo
O cromo é un elemento aditivo común nas aliaxes das series Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn e Al-Mg. A 600 °C, a solubilidade do cromo no aluminio é do 0,8 % e é basicamente insoluble á temperatura ambiente. O cromo forma compostos intermetálicos como (CrFe)Al7 e (CrMn)Al12 no aluminio, o que dificulta o proceso de nucleación e crecemento da recristalización e ten un certo efecto de fortalecemento na aliaxe. Tamén pode mellorar a tenacidade da aliaxe e reducir a susceptibilidade á corrosión por tensión.
Non obstante, o sitio aumenta a sensibilidade ao temple, facendo que a película anodizada se torne amarela. A cantidade de cromo engadida ás aliaxes de aluminio xeralmente non supera o 0,35 % e diminúe co aumento dos elementos de transición na aliaxe.
Estroncio
O estroncio é un elemento tensioactivo que pode cambiar cristalograficamente o comportamento das fases dos compostos intermetálicos. Polo tanto, o tratamento de modificación con elemento estroncio pode mellorar a traballabilidade plástica da aliaxe e a calidade do produto final. Debido ao seu longo tempo de modificación efectivo, bo efecto e reproducibilidade, o estroncio substituíu o uso de sodio nas aliaxes de fundición de Al-Si nos últimos anos. Engadir un 0,015 % ~ 0,03 % de estroncio á aliaxe de aluminio para a extrusión converte a fase β-AlFeSi do lingote en fase α-AlFeSi, o que reduce o tempo de homoxeneización do lingote nun 60 % ~ 70 %, mellorando as propiedades mecánicas e a procesabilidade plástica dos materiais; mellorando a rugosidade superficial dos produtos.
Para aliaxes de aluminio deformadas con alto contido en silicio (10 %~13 %), engadir un 0,02 %~0,07 % de elemento de estroncio pode reducir os cristais primarios ao mínimo e as propiedades mecánicas tamén melloran significativamente. A resistencia á tracción бb aumenta de 233 MPa a 236 MPa, o límite elástico б0,2 aumenta de 204 MPa a 210 MPa e o alongamento б5 aumenta do 9 % ao 12 %. Engadir estroncio á aliaxe hipereutéctica de Al-Si pode reducir o tamaño das partículas de silicio primarias, mellorar as propiedades de procesamento do plástico e permitir unha laminación suave en quente e en frío.
Circonio
O circonio tamén é un aditivo común nas aliaxes de aluminio. Xeralmente, a cantidade engadida ás aliaxes de aluminio é de 0,1 % a 0,3 %. O circonio e o aluminio forman compostos de ZrAl3, que poden dificultar o proceso de recristalización e refinar os grans recristalizados. O circonio tamén pode refinar a estrutura da fundición, pero o efecto é menor que o do titanio. A presenza de circonio reducirá o efecto de refinación do gran do titanio e do boro. Nas aliaxes de Al-Zn-Mg-Cu, dado que o circonio ten un efecto menor sobre a sensibilidade ao temple que o cromo e o manganeso, é apropiado usar circonio en lugar de cromo e manganeso para refinar a estrutura recristalizada.
Elementos de terras raras
Os elementos de terras raras engádense ás aliaxes de aluminio para aumentar o superenfriamento dos compoñentes durante a fundición da aliaxe de aluminio, refinar os grans, reducir o espazado entre cristais secundarios, reducir os gases e as inclusións na aliaxe e tender a esferoidizar a fase de inclusión. Tamén pode reducir a tensión superficial da masa fundida, aumentar a fluidez e facilitar a fundición en lingotes, o que ten un impacto significativo no rendemento do proceso. É mellor engadir varias terras raras nunha cantidade de aproximadamente o 0,1 %. A adición de terras raras mesturadas (La-Ce-Pr-Nd mesturadas, etc.) reduce a temperatura crítica para a formación da zona G?P de envellecemento na aliaxe Al-0,65 % Mg-0,61 % Si. As aliaxes de aluminio que conteñen magnesio poden estimular o metamorfismo dos elementos de terras raras.
Impureza
O vanadio forma o composto refractario VAl11 nas aliaxes de aluminio, que desempeña un papel no refinado dos grans durante o proceso de fusión e colada, pero o seu papel é menor que o do titanio e o circonio. O vanadio tamén ten o efecto de refinar a estrutura recristalizada e aumentar a temperatura de recristalización.
A solubilidade sólida do calcio nas aliaxes de aluminio é extremadamente baixa e forma un composto de CaAl4 co aluminio. O calcio é un elemento superplástico das aliaxes de aluminio. Unha aliaxe de aluminio con aproximadamente un 5 % de calcio e un 5 % de manganeso ten superplasticidade. O calcio e o silicio forman o CaSi, que é insoluble en aluminio. Dado que a cantidade de silicio na solución sólida se reduce, a condutividade eléctrica do aluminio puro industrial pode mellorar lixeiramente. O calcio pode mellorar o rendemento de corte das aliaxes de aluminio. O CaSi2 non pode fortalecer as aliaxes de aluminio mediante tratamento térmico. As cantidades residuais de calcio son útiles para eliminar o hidróxeno do aluminio fundido.
Os elementos de chumbo, estaño e bismuto son metais de baixo punto de fusión. A súa solubilidade sólida en aluminio é pequena, o que reduce lixeiramente a resistencia da aliaxe, pero pode mellorar o rendemento de corte. O bismuto expándese durante a solidificación, o que é beneficioso para a alimentación. Engadir bismuto a aliaxes con alto contido en magnesio pode evitar a fragilización do sodio.
O antimonio úsase principalmente como modificador en aliaxes de aluminio fundido e raramente se usa en aliaxes de aluminio deformadas. O bismuto só se debe substituír nas aliaxes de aluminio deformadas de Al-Mg para evitar a fragilización por sodio. O elemento antimonio engádese a algunhas aliaxes de Al-Zn-Mg-Cu para mellorar o rendemento dos procesos de prensado en quente e en frío.
O berilio pode mellorar a estrutura da película de óxido nas aliaxes de aluminio deformadas e reducir as perdas por combustión e as inclusións durante a fusión e a colada. O berilio é un elemento tóxico que pode causar intoxicación alérxica nos humanos. Polo tanto, o berilio non pode estar contido en aliaxes de aluminio que entren en contacto con alimentos e bebidas. O contido de berilio nos materiais de soldadura adoita controlarse por debaixo de 8 μg/ml. As aliaxes de aluminio utilizadas como substratos de soldadura tamén deben controlar o contido de berilio.
O sodio é case insoluble en aluminio e a máxima solubilidade en sólidos é inferior ao 0,0025 %. O punto de fusión do sodio é baixo (97,8 ℃). Cando o sodio está presente na aliaxe, este adsórbese na superficie das dendritas ou no límite de gran durante a solidificación. Durante o procesamento en quente, o sodio no límite de gran forma unha capa de adsorción líquida, o que resulta en fendas fráxiles e formación de compostos de NaAlSi. Non existe sodio libre e non se produce "fráxilidade de sodio".
Cando o contido de magnesio supera o 2 %, este elimina o silicio e precipita o sodio libre, o que resulta en "fragilidade por sodio". Polo tanto, non se permite o uso de fluxo de sal sódico nas aliaxes de aluminio con alto contido en magnesio. Os métodos para evitar a "fragilidade por sodio" inclúen a cloración, que fai que o sodio forme NaCl e se descargue na escoria, engadindo bismuto para formar Na2Bi e entrando na matriz metálica; engadindo antimonio para formar Na3Sb ou engadindo terras raras tamén pode ter o mesmo efecto.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicación: 08-08-2024
