Cobre
Cando a parte rica en aluminio da aliaxe de aluminio e cobre é 548, a solubilidade máxima do cobre en aluminio é do 5,65%. Cando a temperatura baixa a 302, a solubilidade do cobre é do 0,45%. O cobre é un elemento de aliaxe importante e ten un certo efecto de fortalecemento da solución sólida. Ademais, o CuAl2 precipitado polo envellecemento ten un evidente efecto de fortalecemento do envellecemento. O contido de cobre nas aliaxes de aluminio adoita estar entre o 2,5% e o 5%, e o efecto de reforzo 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 intervalo. As aliaxes de aluminio e cobre poden conter menos silicio, magnesio, manganeso, cromo, cinc, ferro e outros elementos.
Silicio
Cando a parte rica en aluminio do sistema de aliaxe Al-Si ten unha temperatura eutéctica de 577, a solubilidade máxima do silicio na solución sólida é do 1,65%. Aínda que a solubilidade diminúe coa diminución da temperatura, estas aliaxes xeralmente non se poden reforzar mediante tratamento térmico. A aliaxe de aluminio e silicio ten excelentes propiedades de fundición e resistencia á corrosión. Se o magnesio e o silicio se engaden ao aluminio ao mesmo tempo para formar unha aliaxe de aluminio-magnesio-silicio, a fase de reforzo é MgSi. A relación de masa do magnesio ao 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 de Al-Mg-Si, engádese unha cantidade adecuada de cobre e engádese unha cantidade adecuada de cromo para compensar os efectos adversos do cobre sobre a resistencia á corrosión.
A solubilidade máxima de Mg2Si no 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 soldeo 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 moito 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 fortalecemento do aluminio polo magnesio é obvio. Por cada aumento do 1% de magnesio, a resistencia á tracción aumenta aproximadamente 34 MPa. Se se engade menos do 1% de manganeso, pódese complementar o efecto de fortalecemento. Polo tanto, engadir manganeso pode reducir o contido de magnesio e reducir a tendencia de rachaduras 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 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 sen endurecemento, é dicir, non se pode reforzar mediante tratamento térmico. O manganeso pode evitar 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, reducindo os efectos nocivos do ferro. O manganeso é un elemento importante nas aliaxes de aluminio. Pódese engadir só para formar unha aliaxe binaria de Al-Mn. Máis a miúdo, engádese xunto con outros elementos de aliaxe. Polo tanto, a maioría das aliaxes de aluminio conteñen manganeso.
Zinc
A solubilidade do cinc en 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 cae ata o 5,6% a 125. Engadir zinc só ao aluminio ten unha mellora moi limitada en a resistencia da aliaxe de aluminio en condicións de deformación. Ao mesmo tempo, hai unha tendencia á fisuración por corrosión por tensión, limitando así a súa aplicación. Engadir cinc e magnesio ao aluminio ao mesmo tempo forma a fase de reforzo Mg/Zn2, que ten un efecto de fortalecemento significativo na aliaxe. Cando o contido de Mg/Zn2 aumenta de 0,5% a 12%, a resistencia á tracción e a resistencia á fluencia poden aumentar significativamente. Nas aliaxes de aluminio superduros onde o contido de magnesio supera a cantidade necesaria para formar a fase Mg/Zn2, cando a proporción de cinc a magnesio se controla en torno a 2,7, a resistencia á fisuración por corrosión por tensión é maior. Por exemplo, engadindo 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 material de aliaxe de aluminio importante na industria aeroespacial, da aviación e da enerxía eléctrica.
Ferro e silicio
Engádese ferro como elementos de aliaxe nas aliaxes de aluminio forxado da serie Al-Cu-Mg-Ni-Fe e engádese silicio como elementos de aliaxe no aluminio forxado da serie Al-Mg-Si e nas varillas de soldadura da serie Al-Si e fundición de aluminio e silicio. aliaxes. Nas aliaxes de aluminio base, o silicio e o ferro son elementos comúns de impurezas, 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 de fundición e da soldadura. Cando as aliaxes de Al-Ti sofren unha reacción de paquete, o contido crítico de titanio é de aproximadamente 0,15%. Se hai boro, a desaceleración é tan pequena como o 0,01%.
Cromo
O cromo é un elemento aditivo común nas aliaxes da serie 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 a 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 da aliaxe. Tamén pode mellorar a dureza da aliaxe e reducir a susceptibilidade á fisuración por corrosión por tensión.
Non obstante, o sitio aumenta a sensibilidade de extinción, facendo que a película anodizada sexa amarela. A cantidade de cromo engadido 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 cristalográficamente o comportamento das fases de compostos intermetálicos. Polo tanto, o tratamento de modificación con elemento de estroncio pode mellorar a traballabilidade plástica da aliaxe e a calidade do produto final. Debido ao seu longo tempo de modificación eficaz, bo efecto e reproducibilidade, o estroncio substituíu o uso de sodio nas aliaxes de fundición de Al-Si nos últimos anos. Engadindo 0,015% ~ 0,03% de estroncio á aliaxe de aluminio para extrusión converte a fase β-AlFeSi no lingote en fase α-AlFeSi, reducindo o tempo de homoxeneización do lingote nun 60% ~ 70%, mellorando as propiedades mecánicas e procesabilidade plástica dos materiais; mellorando a rugosidade superficial dos produtos.
Para aliaxes de aluminio deformadas con alto contido de silicio (10% ~ 13%), engadir un elemento de estroncio do 0,02% ~ 0,07% pode reducir os cristais primarios ao mínimo e as propiedades mecánicas tamén se melloran significativamente. A resistencia á tracción бb auméntase de 233MPa a 236MPa, e o límite de fluencia б0,2 aumentou de 204MPa a 210MPa e o alongamento б5 aumentou do 9% ao 12%. Engadir estroncio á aliaxe hipereutéctica de Al-Si pode reducir o tamaño das partículas primarias de silicio, mellorar as propiedades de procesamento do plástico e permitir un laminado suave en quente e 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% ~ 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 de fundición, pero o efecto é menor que o titanio. A presenza de circonio reducirá o efecto de refinación do gran do titanio e do boro. Nas aliaxes de Al-Zn-Mg-Cu, xa que o zirconio ten un efecto menor na sensibilidade de extinción 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
Engádense elementos de terras raras ás aliaxes de aluminio para aumentar o superenfriamento dos compoñentes durante a fundición da aliaxe de aluminio, refinar os grans, reducir o espazamento dos cristales secundarios, reducir os gases e inclusións na aliaxe e tenden a esferoidar a fase de inclusión. Tamén pode reducir a tensión superficial do fundido, 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 0,1%. A adición de mesturas de terras raras (mestura de La-Ce-Pr-Nd, etc.) reduce a temperatura crítica para a formación da zona G?P de envellecemento na aliaxe de 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 un composto refractario VAl11 nas aliaxes de aluminio, que xoga un papel no refino dos grans durante o proceso de fusión e fundición, 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 en 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 5% de calcio e 5% de manganeso ten superplasticidade. O calcio e o silicio forman CaSi, que é insoluble en aluminio. Dado que a cantidade de solución sólida de silicio se reduce, a condutividade eléctrica do aluminio puro industrial pódese mellorar lixeiramente. O calcio pode mellorar o rendemento de corte das aliaxes de aluminio. O CaSi2 non pode reforzar as aliaxes de aluminio mediante o tratamento térmico. As cantidades mínimas 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 se expande durante a solidificación, o que é beneficioso para a alimentación. Engadir bismuto a aliaxes con alto contido de magnesio pode evitar a fragilidade do sodio.
O antimonio úsase principalmente como modificador nas aliaxes de aluminio fundido, e raramente se usa nas aliaxes de aluminio deformadas. Substitúe só o bismuto na aliaxe de aluminio deformada con Al-Mg para evitar a fragilidade do sodio. Engádese elemento antimonio a algunhas aliaxes de Al-Zn-Mg-Cu para mellorar o rendemento dos procesos de prensado en quente e prensado en frío.
O berilio pode mellorar a estrutura da película de óxido nas aliaxes de aluminio deformadas e reducir a perda de combustión e inclusións durante a fusión e a fundición. 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 entran en contacto con alimentos e bebidas. O contido de berilio nos materiais de soldadura adoita controlarse por debaixo dos 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 sólida é inferior ao 0,0025%. o punto de fusión do sodio é baixo (97,8 ℃), cando o sodio está presente na aliaxe, é adsorbido na superficie da dendrita ou no límite do gran durante a solidificación, durante o procesamento en quente, o sodio no límite do gran forma unha capa de adsorción líquida, resultando en rachaduras fráxiles, a formación de compostos de NaAlSi, non existe sodio libre e non produce "fraxil de sodio".
Cando o contido de magnesio supera o 2%, o magnesio elimina o silicio e precipita o sodio libre, o que resulta en "fraxilidade do sodio". Polo tanto, a aliaxe de aluminio con alto contido de magnesio non está autorizada a usar fluxo de sal de sodio. Os métodos para evitar a "fragilización do sodio" inclúen a cloración, que fai que o sodio forme NaCl e se descargue á escoura, engadindo bismuto para formar Na2Bi e entrar na matriz metálica; engadir antimonio para formar Na3Sb ou engadir terras raras tamén pode ter o mesmo efecto.
Editado por May Jiang de MAT Aluminium
Hora de publicación: 08-ago-2024
