Koper
Wanneer het aluminiumrijke deel van de aluminium-koperlegering 548 is, is de maximale oplosbaarheid van koper in aluminium 5,65%. Wanneer de temperatuur daalt tot 302°C, is de oplosbaarheid van koper 0,45%. Koper is een belangrijk legeringselement en heeft een zeker versterkend effect op de oplossing. Bovendien heeft het door veroudering neergeslagen CuAl2 een duidelijk verouderingsversterkend effect. Het kopergehalte in aluminiumlegeringen ligt gewoonlijk tussen 2,5% en 5%, en het versterkende effect is het beste wanneer het kopergehalte tussen 4% en 6,8% ligt, dus het kopergehalte van de meeste duraluminiumlegeringen ligt binnen dit bereik. Aluminium-koperlegeringen kunnen minder silicium, magnesium, mangaan, chroom, zink, ijzer en andere elementen bevatten.
Silicium
Wanneer het aluminiumrijke deel van het Al-Si-legeringssysteem een eutectische temperatuur van 577°C heeft, bedraagt de maximale oplosbaarheid van silicium in de vaste oplossing 1,65%. Hoewel de oplosbaarheid afneemt bij afnemende temperatuur, kunnen deze legeringen over het algemeen niet worden versterkt door warmtebehandeling. Aluminium-siliciumlegering heeft uitstekende gieteigenschappen en corrosieweerstand. Als magnesium en silicium tegelijkertijd aan aluminium worden toegevoegd om een aluminium-magnesium-siliciumlegering te vormen, is de versterkingsfase MgSi. De massaverhouding van magnesium tot silicium is 1,73:1. Bij het ontwerpen van de samenstelling van de Al-Mg-Si-legering worden de gehalten aan magnesium en silicium in deze verhouding op de matrix geconfigureerd. Om de sterkte van sommige Al-Mg-Si-legeringen te verbeteren, wordt een geschikte hoeveelheid koper toegevoegd, en wordt een geschikte hoeveelheid chroom toegevoegd om de nadelige effecten van koper op de corrosieweerstand te compenseren.
De maximale oplosbaarheid van Mg2Si in aluminium in het aluminiumrijke deel van het evenwichtsfasediagram van het Al-Mg2Si-legeringssysteem is 1,85%, en de vertraging is klein naarmate de temperatuur daalt. Bij vervormde aluminiumlegeringen is de toevoeging van silicium alleen aan aluminium beperkt tot lasmaterialen, en de toevoeging van silicium aan aluminium heeft ook een zeker versterkend effect.
Magnesium
Hoewel de oplosbaarheidscurve laat zien dat de oplosbaarheid van magnesium in aluminium sterk afneemt naarmate de temperatuur daalt, bedraagt het magnesiumgehalte in de meeste industrieel vervormde aluminiumlegeringen minder dan 6%. Ook het siliciumgehalte is laag. Dit type legering kan niet worden versterkt door warmtebehandeling, maar heeft een goede lasbaarheid, goede corrosieweerstand en gemiddelde sterkte. De versterking van aluminium door magnesium ligt voor de hand. Voor elke 1% toename van magnesium neemt de treksterkte met ongeveer 34 MPa toe. Als er minder dan 1% mangaan wordt toegevoegd, kan de versterkende werking worden aangevuld. Daarom kan het toevoegen van mangaan het magnesiumgehalte verlagen en de neiging tot heetscheuren verminderen. Bovendien kan mangaan ook Mg5Al8-verbindingen gelijkmatig neerslaan, waardoor de corrosieweerstand en lasprestaties worden verbeterd.
Mangaan
Wanneer de eutectische temperatuur van het vlakke evenwichtsfasediagram van het Al-Mn-legeringssysteem 658 bedraagt, is de maximale oplosbaarheid van mangaan in de vaste oplossing 1,82%. De sterkte van de legering neemt toe met de toename van de oplosbaarheid. Wanneer het mangaangehalte 0,8% bedraagt, bereikt de rek de maximale waarde. Al-Mn-legering is een niet-verouderende legering, dat wil zeggen dat deze niet door warmtebehandeling kan worden versterkt. Mangaan kan het herkristallisatieproces van aluminiumlegeringen voorkomen, de herkristallisatietemperatuur verhogen en de herkristalliseerde korrels aanzienlijk verfijnen. De verfijning van herkristalliseerde korrels is voornamelijk te danken aan het feit dat de gedispergeerde deeltjes van MnAl6-verbindingen de groei van herkristalliseerde korrels belemmeren. Een andere functie van MnAl6 is het oplossen van onzuiver ijzer om (Fe, Mn)Al6 te vormen, waardoor de schadelijke effecten van ijzer worden verminderd. Mangaan is een belangrijk element in aluminiumlegeringen. Het kan alleen worden toegevoegd om een binaire Al-Mn-legering te vormen. Vaker wordt het samen met andere legeringselementen toegevoegd. Daarom bevatten de meeste aluminiumlegeringen mangaan.
Zink
De oplosbaarheid van zink in aluminium bedraagt 31,6% bij 275°C in het aluminiumrijke deel van het evenwichtsfasediagram van het Al-Zn-legeringssysteem, terwijl de oplosbaarheid daalt tot 5,6% bij 125°C. Het toevoegen van zink alleen aan aluminium heeft een zeer beperkte verbetering in de oplosbaarheid van zink tot gevolg. de sterkte van de aluminiumlegering onder vervormingsomstandigheden. Tegelijkertijd bestaat er een neiging tot spanningscorrosie, waardoor de toepassing ervan wordt beperkt. Door tegelijkertijd zink en magnesium aan aluminium toe te voegen, ontstaat de versterkingsfase Mg/Zn2, die een aanzienlijk versterkend effect heeft op de legering. Wanneer het Mg/Zn2-gehalte wordt verhoogd van 0,5% naar 12%, kunnen de treksterkte en vloeigrens aanzienlijk worden verhoogd. In superharde aluminiumlegeringen waar het magnesiumgehalte de vereiste hoeveelheid overschrijdt om de Mg/Zn2-fase te vormen, is de weerstand tegen spanningscorrosie het grootst wanneer de verhouding zink tot magnesium op ongeveer 2,7 wordt gehouden. Door bijvoorbeeld een koperelement aan Al-Zn-Mg toe te voegen, ontstaat een legering uit de Al-Zn-Mg-Cu-serie. Het basisversterkende effect is het grootste van alle aluminiumlegeringen. Het is ook een belangrijk aluminiumlegeringsmateriaal in de ruimtevaart, de luchtvaartindustrie en de elektriciteitsindustrie.
IJzer en silicium
IJzer wordt toegevoegd als legeringselementen in gesmeed aluminiumlegeringen uit de Al-Cu-Mg-Ni-Fe-serie, en silicium wordt toegevoegd als legeringselementen in gesmeed aluminium uit de Al-Mg-Si-serie en in lasstaven uit de Al-Si-serie en aluminium-siliciumgieten legeringen. In basisaluminiumlegeringen zijn silicium en ijzer veel voorkomende onzuiverheidselementen, die een aanzienlijke invloed hebben op de eigenschappen van de legering. Ze bestaan voornamelijk als FeCl3 en vrij silicium. Wanneer silicium groter is dan ijzer, wordt de β-FeSiAl3 (of Fe2Si2Al9) fase gevormd, en wanneer ijzer groter is dan silicium, wordt α-Fe2SiAl8 (of Fe3Si2Al12) gevormd. Wanneer de verhouding ijzer en silicium niet goed is, ontstaan er scheuren in het gietstuk. Wanneer het ijzergehalte in gietaluminium te hoog is, zal het gietstuk bros worden.
Titanium en boor
Titanium is een veelgebruikt additief element in aluminiumlegeringen, toegevoegd in de vorm van Al-Ti of Al-Ti-B masterlegering. Titanium en aluminium vormen de TiAl2-fase, die tijdens kristallisatie een niet-spontane kern wordt en een rol speelt bij het verfijnen van de gietstructuur en lasstructuur. Wanneer Al-Ti-legeringen een pakketreactie ondergaan, bedraagt het kritische titaniumgehalte ongeveer 0,15%. Als boor aanwezig is, is de vertraging slechts 0,01%.
Chroom
Chroom is een veelgebruikt additief element in de Al-Mg-Si-serie, Al-Mg-Zn-serie en Al-Mg-serie legeringen. Bij 600°C is de oplosbaarheid van chroom in aluminium 0,8% en bij kamertemperatuur is chroom in principe onoplosbaar. Chroom vormt intermetallische verbindingen zoals (CrFe)Al7 en (CrMn)Al12 in aluminium, wat het kiemvormings- en groeiproces van herkristallisatie belemmert en een zeker versterkend effect op de legering heeft. Het kan ook de taaiheid van de legering verbeteren en de gevoeligheid voor spanningscorrosiescheuren verminderen.
De locatie verhoogt echter de afschrikgevoeligheid, waardoor de geanodiseerde film geel wordt. De hoeveelheid chroom die aan aluminiumlegeringen wordt toegevoegd, bedraagt doorgaans niet meer dan 0,35% en neemt af naarmate het aantal overgangselementen in de legering toeneemt.
Strontium
Strontium is een oppervlakteactief element dat het gedrag van intermetaalverbindingsfasen kristallografisch kan veranderen. Daarom kan een modificatiebehandeling met een strontiumelement de plastische verwerkbaarheid van de legering en de kwaliteit van het eindproduct verbeteren. Vanwege de lange effectieve modificatietijd, goede werking en reproduceerbaarheid heeft strontium de afgelopen jaren het gebruik van natrium in Al-Si-gietlegeringen vervangen. Door 0,015% ~ 0,03% strontium aan de aluminiumlegering toe te voegen voor extrusie, verandert de β-AlFeSi-fase in de staaf in de α-AlFeSi-fase, waardoor de homogenisatietijd van de staaf met 60% ~ 70% wordt verminderd, waardoor de mechanische eigenschappen en plastische verwerkbaarheid van materialen worden verbeterd; het verbeteren van de oppervlakteruwheid van producten.
Voor vervormde aluminiumlegeringen met een hoog siliciumgehalte (10% ~ 13%) kan het toevoegen van een strontiumelement van 0,02% ~ 0,07% de primaire kristallen tot een minimum beperken, en de mechanische eigenschappen worden ook aanzienlijk verbeterd. De treksterkte бb is verhoogd van 233 MPa naar 236 MPa, en de vloeigrens б0,2 is toegenomen van 204 MPa naar 210 MPa, en de rek б5 is toegenomen van 9% naar 12%. Het toevoegen van strontium aan een hypereutectische Al-Si-legering kan de grootte van primaire siliciumdeeltjes verkleinen, de verwerkingseigenschappen van kunststof verbeteren en soepel warm- en koudwalsen mogelijk maken.
Zirkonium
Zirkonium is ook een veelgebruikt additief in aluminiumlegeringen. Over het algemeen bedraagt de hoeveelheid die aan aluminiumlegeringen wordt toegevoegd 0,1%~0,3%. Zirkonium en aluminium vormen ZrAl3-verbindingen, die het herkristallisatieproces kunnen belemmeren en de herkristalliseerde korrels kunnen verfijnen. Zirkonium kan ook de gietstructuur verfijnen, maar het effect is kleiner dan titanium. De aanwezigheid van zirkonium vermindert het korrelverfijnende effect van titanium en boor. Omdat zirkonium in Al-Zn-Mg-Cu-legeringen een kleiner effect heeft op de afschrikgevoeligheid dan chroom en mangaan, is het passend om zirkonium te gebruiken in plaats van chroom en mangaan om de herkristalliseerde structuur te verfijnen.
Zeldzame aardelementen
Zeldzame aardmetalen worden aan aluminiumlegeringen toegevoegd om de onderkoeling van componenten tijdens het gieten van aluminiumlegeringen te vergroten, korrels te verfijnen, de secundaire kristalafstand te verkleinen, gassen en insluitsels in de legering te verminderen en de neiging te hebben de insluitfase sferoïdaal te maken. Het kan ook de oppervlaktespanning van de smelt verminderen, de vloeibaarheid verhogen en het gieten in blokken vergemakkelijken, wat een aanzienlijke invloed heeft op de procesprestaties. Het is beter om verschillende zeldzame aardmetalen toe te voegen in een hoeveelheid van ongeveer 0,1%. De toevoeging van gemengde zeldzame aardmetalen (gemengde La-Ce-Pr-Nd, enz.) verlaagt de kritische temperatuur voor de vorming van een verouderende G?P-zone in een Al-0,65% Mg-0,61% Si-legering. Aluminiumlegeringen die magnesium bevatten, kunnen de metamorfose van zeldzame aardelementen stimuleren.
Onzuiverheid
Vanadium vormt de vuurvaste verbinding VAl11 in aluminiumlegeringen, die een rol speelt bij het raffineren van korrels tijdens het smelt- en gietproces, maar zijn rol is kleiner dan die van titanium en zirkonium. Vanadium heeft ook het effect dat het de herkristalliseerde structuur verfijnt en de herkristallisatietemperatuur verhoogt.
De vaste oplosbaarheid van calcium in aluminiumlegeringen is extreem laag en vormt een CaAl4-verbinding met aluminium. Calcium is een superplastisch element van aluminiumlegeringen. Een aluminiumlegering met ongeveer 5% calcium en 5% mangaan heeft superplasticiteit. Calcium en silicium vormen CaSi, dat onoplosbaar is in aluminium. Omdat de hoeveelheid silicium in de vaste oplossing wordt verminderd, kan de elektrische geleidbaarheid van industrieel zuiver aluminium enigszins worden verbeterd. Calcium kan de snijprestaties van aluminiumlegeringen verbeteren. CaSi2 kan aluminiumlegeringen niet versterken door middel van warmtebehandeling. Sporen van calcium zijn nuttig bij het verwijderen van waterstof uit gesmolten aluminium.
Lood-, tin- en bismutelementen zijn metalen met een laag smeltpunt. Hun vaste oplosbaarheid in aluminium is klein, wat de sterkte van de legering enigszins vermindert, maar de snijprestaties kan verbeteren. Bismut zet uit tijdens het stollen, wat gunstig is voor de voeding. Het toevoegen van bismut aan legeringen met een hoog magnesiumgehalte kan natriumverbrossing voorkomen.
Antimoon wordt voornamelijk gebruikt als modificator in gegoten aluminiumlegeringen en wordt zelden gebruikt in vervormde aluminiumlegeringen. Vervang bismut alleen in een Al-Mg-vervormde aluminiumlegering om natriumverbrossing te voorkomen. Aan sommige Al-Zn-Mg-Cu-legeringen wordt een antimoonelement toegevoegd om de prestaties van warmpers- en koudpersprocessen te verbeteren.
Beryllium kan de structuur van de oxidefilm in vervormde aluminiumlegeringen verbeteren en brandverlies en insluitsels tijdens het smelten en gieten verminderen. Beryllium is een giftig element dat allergische vergiftiging bij mensen kan veroorzaken. Daarom kan beryllium niet voorkomen in aluminiumlegeringen die in contact komen met voedsel en dranken. Het berylliumgehalte in lasmaterialen wordt gewoonlijk onder de 8μg/ml gehouden. Aluminiumlegeringen die als lassubstraten worden gebruikt, moeten ook het berylliumgehalte controleren.
Natrium is vrijwel onoplosbaar in aluminium en de maximale oplosbaarheid in vaste stoffen is minder dan 0,0025%. het smeltpunt van natrium is laag (97,8 ℃), wanneer natrium in de legering aanwezig is, wordt het geadsorbeerd op het dendrietoppervlak of de korrelgrens tijdens het stollen, tijdens hete verwerking vormt het natrium op de korrelgrens een vloeibare adsorptielaag, resulterend in bros kraken, de vorming van NaAlSi-verbindingen, bestaat er geen vrij natrium en produceert het geen “bros natrium”.
Wanneer het magnesiumgehalte hoger is dan 2%, neemt magnesium silicium weg en slaat vrij natrium neer, wat resulteert in “natriumbrosheid”. Daarom mag een aluminiumlegering met een hoog magnesiumgehalte geen natriumzoutvloeimiddel gebruiken. Methoden om “natriumverbrossing” te voorkomen zijn onder meer chlorering, waarbij natrium NaCl vormt en in de slak wordt geloosd, waarbij bismut wordt toegevoegd om Na2Bi te vormen en de metaalmatrix binnendringt; het toevoegen van antimoon om Na3Sb te vormen of het toevoegen van zeldzame aardmetalen kan ook hetzelfde effect hebben.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminium
Posttijd: 08 augustus 2024
