Бакар
Кога делот богат со алуминиум од легурата на алуминиум-бакар е 548, максималната растворливост на бакарот во алуминиум е 5,65%. Кога температурата ќе падне на 302, растворливоста на бакарот е 0,45%. Бакарот е важен елемент од легурата и има одреден ефект на зајакнување во цврст раствор. Покрај тоа, CuAl2 таложениот со стареење има очигледен ефект на зајакнување со стареење. Содржината на бакар во алуминиумските легури е обично помеѓу 2,5% и 5%, а ефектот на зајакнување е најдобар кога содржината на бакар е помеѓу 4% и 6,8%, така што содржината на бакар кај повеќето дуралумини легури е во овој опсег. Легурите на алуминиум-бакар можат да содржат помалку силициум, магнезиум, манган, хром, цинк, железо и други елементи.
Силикон
Кога делот богат со алуминиум од системот на легури Al-Si има евтектичка температура од 577°C, максималната растворливост на силициумот во цврстиот раствор е 1,65%. Иако растворливоста се намалува со намалување на температурата, овие легури генерално не можат да се зајакнат со термичка обработка. Легурата алуминиум-силициум има одлични својства на леење и отпорност на корозија. Ако магнезиум и силициум се додадат во алуминиумот истовремено за да се формира легура на алуминиум-магнезиум-силициум, фазата на зацврстување е MgSi. Масениот однос на магнезиум кон силициум е 1,73:1. При дизајнирање на составот на легурата Al-Mg-Si, содржината на магнезиум и силициум е конфигурирана во овој однос на матрицата. За да се подобри цврстината на некои легури Al-Mg-Si, се додава соодветна количина на бакар и се додава соодветна количина на хром за да се неутрализираат негативните ефекти на бакарот врз отпорноста на корозија.
Максималната растворливост на Mg2Si во алуминиум во делот богат со алуминиум од рамнотежниот фазен дијаграм на легурискиот систем Al-Mg2Si е 1,85%, а забавувањето е мало со намалувањето на температурата. Кај деформираните алуминиумски легури, додавањето само на силициум во алуминиум е ограничено на материјалите за заварување, а додавањето на силициум во алуминиум има и одреден ефект на зајакнување.
Магнезиум
Иако кривата на растворливост покажува дека растворливоста на магнезиумот во алуминиумот значително се намалува со намалувањето на температурата, содржината на магнезиум во повеќето индустриски деформирани алуминиумски легури е помала од 6%. Содржината на силициум е исто така ниска. Овој тип на легура не може да се зајакне со термичка обработка, но има добра заварливост, добра отпорност на корозија и средна цврстина. Зајакнувањето на алуминиумот со магнезиум е очигледно. За секое зголемување од 1% на магнезиум, затегнувачката цврстина се зголемува за приближно 34MPa. Ако се додаде помалку од 1% манган, ефектот на зајакнување може да се дополни. Затоа, додавањето манган може да ја намали содржината на магнезиум и да ја намали тенденцијата за топло пукање. Покрај тоа, манганот може рамномерно да ги таложи соединенијата Mg5Al8, подобрувајќи ја отпорноста на корозија и перформансите на заварување.
Манган
Кога евтектичката температура на рамниот рамнотежен фазен дијаграм на легираниот систем Al-Mn е 658°C, максималната растворливост на манганот во цврстиот раствор е 1,82%. Јачината на легурата се зголемува со зголемувањето на растворливоста. Кога содржината на манган е 0,8%, издолжувањето достигнува максимална вредност. Легурата Al-Mn е легура што не е стврдната со стареење, односно не може да се зајакне со термичка обработка. Манганот може да го спречи процесот на рекристализација на алуминиумските легури, да ја зголеми температурата на рекристализација и значително да ги рафинира рекристализираните зрна. Рафинирањето на рекристализираните зрна главно се должи на фактот дека дисперзираните честички на соединенијата MnAl6 го попречуваат растот на рекристализираните зрна. Друга функција на MnAl6 е да го раствори нечистотијата железо за да формира (Fe, Mn)Al6, намалувајќи ги штетните ефекти на железото. Манганот е важен елемент во алуминиумските легури. Може да се додаде сам за да се формира бинарна легура Al-Mn. Почесто, се додава заедно со други елементи за легирање. Затоа, повеќето алуминиумски легури содржат манган.
Цинк
Растворливоста на цинкот во алуминиум е 31,6% на 275°C во делот богат со алуминиум од рамнотежниот фазен дијаграм на легурискиот систем Al-Zn, додека неговата растворливост паѓа на 5,6% на 125°C. Додавањето само цинк во алуминиум има многу ограничено подобрување на цврстината на алуминиумската легура под услови на деформација. Во исто време, постои тенденција за пукање од корозија на стрес, со што се ограничува неговата примена. Додавањето цинк и магнезиум во алуминиум во исто време ја формира фазата на зајакнување Mg/Zn2, што има значаен ефект на зајакнување на легурата. Кога содржината на Mg/Zn2 се зголемува од 0,5% на 12%, цврстината на истегнување и границата на истегнување може значително да се зголемат. Кај супертврдите алуминиумски легури каде што содржината на магнезиум ја надминува потребната количина за формирање на фазата Mg/Zn2, кога односот на цинк кон магнезиум е контролиран на околу 2,7, отпорноста на пукање од корозија на стрес е најголема. На пример, додавањето бакарен елемент во Al-Zn-Mg формира легура од серијата Al-Zn-Mg-Cu. Ефектот на зајакнување на основата е најголем меѓу сите алуминиумски легури. Тој е исто така важен материјал од алуминиумска легура во воздухопловната, авијациската и електроенергетската индустрија.
Железо и силициум
Железото се додава како легирачки елементи во ковани алуминиумски легури од серијата Al-Cu-Mg-Ni-Fe, а силициумот се додава како легирачки елементи во ковани алуминиумски серии од серијата Al-Mg-Si и во заварувачките прачки од серијата Al-Si и леаните алуминиум-силициум легури. Во основните алуминиумски легури, силициумот и железото се вообичаени елементи со нечистотии, кои имаат значително влијание врз својствата на легурата. Тие главно постојат како FeCl3 и слободен силициум. Кога силициумот е поголем од железото, се формира фаза β-FeSiAl3 (или Fe2Si2Al9), а кога железото е поголемо од силициумот, се формира α-Fe2SiAl8 (или Fe3Si2Al12). Кога односот на железо и силициум е несоодветен, тоа ќе предизвика пукнатини во одлеанокот. Кога содржината на железо во леаниот алуминиум е превисока, одлеанокот ќе стане кршлив.
Титан и бор
Титанот е често користен адитивен елемент во алуминиумските легури, додаден во форма на Al-Ti или Al-Ti-B главна легура. Титанот и алуминиумот ја формираат фазата TiAl2, која станува неспонтано јадро за време на кристализацијата и игра улога во рафинирањето на структурата на леење и структурата на заварување. Кога Al-Ti легурите се подложуваат на реакција на пакување, критичната содржина на титаниум е околу 0,15%. Ако е присутен бор, забавувањето е мало, само 0,01%.
Хром
Хромот е вообичаен адитивен елемент во легурите од сериите Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn и Al-Mg. На 600°C, растворливоста на хромот во алуминиум е 0,8% и е практично нерастворлив на собна температура. Хромот формира интерметални соединенија како што се (CrFe)Al7 и (CrMn)Al12 во алуминиум, што го попречува процесот на нуклеација и раст на рекристализација и има одреден ефект на зајакнување на легурата. Исто така, може да ја подобри цврстината на легурата и да ја намали подложноста на пукање од корозија на стрес.
Сепак, местото ја зголемува чувствителноста на гаснење, правејќи го анодизираниот филм жолт. Количината на хром додадена на алуминиумските легури генерално не надминува 0,35% и се намалува со зголемувањето на преодните елементи во легурата.
Стронциум
Стронциумот е површински активен елемент кој може кристалографски да го промени однесувањето на фазите на интерметалните соединенија. Затоа, модификацијата со стронциумски елемент може да ја подобри пластичната обработливост на легурата и квалитетот на финалниот производ. Поради долгото ефективно време на модификација, добриот ефект и репродуктивноста, стронциумот ја замени употребата на натриум во легурите за леење Al-Si во последниве години. Додавањето 0,015%~0,03% стронциум во алуминиумската легура за екструзија ја претвора фазата β-AlFeSi во инготот во фаза α-AlFeSi, намалувајќи го времето на хомогенизација на инготот за 60%~70%, подобрувајќи ги механичките својства и пластичната обработливост на материјалите; подобрувајќи ја површинската грубост на производите.
За деформирани алуминиумски легури со висока содржина на силициум (10%~13%), додавањето на стронциумски елемент од 0,02%~0,07% може да ги намали примарните кристали на минимум, а механичките својства се значително подобрени. Затегнувачката цврстина бb е зголемена од 233MPa на 236MPa, а границата на истегнување б0,2 е зголемена од 204MPa на 210MPa, а издолжувањето б5 е зголемено од 9% на 12%. Додавањето на стронциум во хиперевтектичка Al-Si легура може да ја намали големината на примарните силициумски честички, да ги подобри својствата за обработка на пластика и да овозможи непречено топло и ладно валање.
Циркониум
Циркониумот е исто така чест додаток во алуминиумските легури. Општо земено, количината додадена на алуминиумските легури е 0,1%~0,3%. Циркониумот и алуминиумот формираат ZrAl3 соединенија, кои можат да го попречат процесот на рекристализација и да ги рафинираат рекристализираните зрна. Циркониумот исто така може да ја рафинира структурата на леење, но ефектот е помал од титаниумот. Присуството на циркониум ќе го намали ефектот на рафинирање на зрната на титаниумот и борот. Во легурите Al-Zn-Mg-Cu, бидејќи циркониумот има помал ефект врз чувствителноста на гаснење од хромот и манганот, соодветно е да се користи циркониум наместо хром и манган за да се рафинира рекристализираната структура.
Ретки земни елементи
Ретките земни елементи се додаваат во алуминиумските легури за да се зголеми суперладењето на компонентите за време на леењето на алуминиумските легури, да се рафинираат зрната, да се намали растојанието меѓу секундарните кристали, да се намалат гасовите и инклузиите во легурата и да се сфероидизира фазата на инклузија. Исто така, може да се намали површинскиот напон на стопената маса, да се зголеми флуидноста и да се олесни леењето во инготи, што има значително влијание врз перформансите на процесот. Подобро е да се додадат разни ретки земни елементи во количина од околу 0,1%. Додавањето на мешани ретки земни елементи (мешан La-Ce-Pr-Nd, итн.) ја намалува критичната температура за формирање на зона на стареење G₂P во легурата Al-0,65%Mg-0,61%Si. Алуминиумските легури што содржат магнезиум можат да го стимулираат метаморфизмот на ретките земни елементи.
Нечистотија
Ванадиумот формира огноотпорно соединение VAl11 во алуминиумските легури, кое игра улога во рафинирањето на зрната за време на процесот на топење и леење, но неговата улога е помала од онаа на титаниумот и циркониумот. Ванадиумот, исто така, има ефект на рафинирање на рекристализираната структура и зголемување на температурата на рекристализација.
Растворливоста на калциумот во цврсти материи во алуминиумските легури е екстремно ниска и тој формира соединение CaAl4 со алуминиум. Калциумот е суперпластичен елемент на алуминиумските легури. Алуминиумска легура со приближно 5% калциум и 5% манган има суперпластичност. Калциумот и силициумот формираат CaSi, кој е нерастворлив во алуминиум. Бидејќи количината на силициум во цврстиот раствор е намалена, електричната спроводливост на индустрискиот чист алуминиум може малку да се подобри. Калциумот може да ги подобри перформансите на сечење на алуминиумските легури. CaSi2 не може да ги зајакне алуминиумските легури преку термичка обработка. Трагите од калциум се корисни за отстранување на водородот од стопениот алуминиум.
Оловото, калајот и бизмутот се метали со ниска точка на топење. Нивната растворливост во алуминиум е мала, што малку ја намалува цврстината на легурата, но може да ги подобри перформансите на сечење. Бизмутот се шири за време на стврднувањето, што е корисно за полнење. Додавањето бизмут во легури со висока содржина на магнезиум може да спречи кршливост на натриум.
Антимонот главно се користи како модификатор во леани алуминиумски легури, а ретко се користи во деформирани алуминиумски легури. Бизмутот се заменува само во деформираната алуминиумска легура Al-Mg за да се спречи кршливост на натриумот. Елементот антимон се додава во некои легури Al-Zn-Mg-Cu за да се подобрат перформансите на процесите на топло и ладно цедење.
Берилиумот може да ја подобри структурата на оксидниот филм кај деформираните алуминиумски легури и да ги намали загубите при согорување и инклузиите за време на топењето и леењето. Берилиумот е токсичен елемент што може да предизвика алергиско труење кај луѓето. Затоа, берилиумот не може да се содржи во алуминиумски легури што доаѓаат во контакт со храна и пијалоци. Содржината на берилиум во материјалите за заварување обично е контролирана под 8μg/ml. Алуминиумските легури што се користат како подлоги за заварување, исто така, треба да ја контролираат содржината на берилиум.
Натриумот е речиси нерастворлив во алуминиум, а максималната растворливост во цврста состојба е помала од 0,0025%. Точката на топење на натриумот е ниска (97,8℃), кога натриумот е присутен во легурата, тој се адсорбира на површината на дендритите или на границата на зрната за време на зацврстувањето, за време на топлата обработка, натриумот на границата на зрната формира течен адсорпциски слој, што резултира со кршливи пукања, формирање на соединенија NaAlSi, не постои слободен натриум и не произведува „кршлив натриум“.
Кога содржината на магнезиум надминува 2%, магнезиумот го одзема силициумот и го таложи слободниот натриум, што резултира со „кршливост на натриумот“. Затоа, легура на алуминиум со висока содржина на магнезиум не смее да користи флукс на натриумови соли. Методите за спречување на „кршливост на натриумот“ вклучуваат хлорирање, кое предизвикува натриумот да формира NaCl и се испушта во згурата, додавање на бизмут за да се формира Na2Bi и влегување во металната матрица; додавањето на антимон за да се формира Na3Sb или додавањето на ретки земни елементи исто така може да има ист ефект.
Уредено од Меј Џијанг од MAT Aluminum
Време на објавување: 08.08.2024
