Kupari
Kun alumiini-kupariseoksen alumiinirikas osa on 548, kuparin suurin liukoisuus alumiiniin on 5,65 %. Kun lämpötila laskee 302 °C:seen, kuparin liukoisuus on 0,45 %. Kupari on tärkeä seosaine, ja sillä on tietty kiinteä liuosta vahvistava vaikutus. Lisäksi ikääntymisen saostamalla CuAl2:lla on ilmeinen ikääntymistä vahvistava vaikutus. Alumiiniseosten kuparipitoisuus on yleensä 2,5-5 % ja lujittava vaikutus on paras, kun kuparipitoisuus on 4-6,8 %, joten useimpien duralumiiniseosten kuparipitoisuus on tällä alueella. Alumiini-kupariseokset voivat sisältää vähemmän piitä, magnesiumia, mangaania, kromia, sinkkiä, rautaa ja muita alkuaineita.
Pii
Kun Al-Si-seosjärjestelmän alumiinipitoisen osan eutektinen lämpötila on 577 °C, piin suurin liukoisuus kiinteään liuokseen on 1,65 %. Vaikka liukoisuus heikkenee lämpötilan laskiessa, näitä seoksia ei yleensä voida vahvistaa lämpökäsittelyllä. Alumiini-piiseoksella on erinomaiset valuominaisuudet ja korroosionkestävyys. Jos alumiiniin lisätään samanaikaisesti magnesiumia ja piitä alumiini-magnesium-pii-seoksen muodostamiseksi, vahvistusfaasi on MgSi. Magnesiumin ja piin massasuhde on 1,73:1. Al-Mg-Si-seoksen koostumusta suunniteltaessa magnesiumin ja piin pitoisuudet konfiguroidaan tässä suhteessa matriisiin. Joidenkin Al-Mg-Si-seosten lujuuden parantamiseksi lisätään sopiva määrä kuparia ja sopiva määrä kromia kompensoimaan kuparin haitallisia vaikutuksia korroosionkestävyyteen.
Mg2Si:n suurin liukoisuus alumiiniin Al-Mg2Si-seosjärjestelmän tasapainofaasikaavion alumiinirikkaassa osassa on 1,85 % ja hidastuvuus on pieni lämpötilan laskeessa. Epämuodostuneissa alumiiniseoksissa pelkän piin lisääminen alumiiniin rajoittuu hitsausmateriaaleihin, ja piin lisäämisellä alumiiniin on myös tietty vahvistava vaikutus.
Magnesium
Vaikka liukoisuuskäyrä osoittaa, että magnesiumin liukoisuus alumiiniin heikkenee suuresti lämpötilan laskiessa, magnesiumpitoisuus on useimmissa teollisissa deformoituneissa alumiiniseoksissa alle 6 %. Piipitoisuus on myös alhainen. Tämän tyyppistä metalliseosta ei voida vahvistaa lämpökäsittelyllä, mutta sillä on hyvä hitsattavuus, hyvä korroosionkestävyys ja keskilujuus. Alumiinin vahvistaminen magnesiumilla on ilmeistä. Jokaista 1 %:n magnesiumin lisäystä kohti vetolujuus kasvaa noin 34 MPa. Jos mangaania lisätään alle 1 %, vahvistavaa vaikutusta voidaan täydentää. Siksi mangaanin lisääminen voi vähentää magnesiumpitoisuutta ja vähentää kuumahalkeilua. Lisäksi mangaani voi myös saostaa tasaisesti Mg5Al8-yhdisteitä, mikä parantaa korroosionkestävyyttä ja hitsaustehoa.
Mangaani
Kun Al-Mn-seosjärjestelmän tasaisen tasapainofaasikaavion eutektinen lämpötila on 658, mangaanin suurin liukoisuus kiinteään liuokseen on 1,82 %. Seoksen lujuus kasvaa liukoisuuden kasvaessa. Kun mangaanipitoisuus on 0,8 %, venymä saavuttaa maksimiarvon. Al-Mn-seos on ikääntymätön kovettuva seos, eli sitä ei voida vahvistaa lämpökäsittelyllä. Mangaani voi estää alumiiniseosten uudelleenkiteytysprosessin, nostaa uudelleenkiteytyslämpötilaa ja jalostaa merkittävästi uudelleenkiteytettyjä rakeita. Uudelleenkiteytyneiden rakeiden jalostus johtuu pääasiassa siitä, että MnAl6-yhdisteiden dispergoituneet hiukkaset estävät uudelleenkiteytyneiden rakeiden kasvua. Toinen MnAl6:n tehtävä on liuottaa epäpuhtautta rautaa muodostaen (Fe, Mn)Al6, mikä vähentää raudan haitallisia vaikutuksia. Mangaani on tärkeä alkuaine alumiiniseoksissa. Sitä voidaan lisätä yksinään Al-Mn-binääriseoksen muodostamiseksi. Useammin se lisätään yhdessä muiden seosaineiden kanssa. Siksi useimmat alumiiniseokset sisältävät mangaania.
Sinkki
Sinkin liukoisuus alumiiniin on 31,6 % 275 °C:ssa Al-Zn-seosjärjestelmän tasapainofaasikaavion alumiinia sisältävässä osassa, kun taas sen liukoisuus laskee 5,6 prosenttiin 125 °C:ssa. Sinkin lisääminen yksinään alumiiniin parantaa vain vähän alumiiniseoksen lujuus muodonmuutosolosuhteissa. Samalla on taipumus jännityskorroosiohalkeilulle, mikä rajoittaa sen käyttöä. Sinkin ja magnesiumin lisääminen alumiiniin samanaikaisesti muodostaa vahvistusfaasin Mg/Zn2, jolla on merkittävä seoksen vahvistava vaikutus. Kun Mg/Zn2-pitoisuutta nostetaan 0,5 %:sta 12 %:iin, vetolujuutta ja myötörajaa voidaan lisätä merkittävästi. Superkovissa alumiiniseoksissa, joissa magnesiumpitoisuus ylittää vaaditun määrän Mg/Zn2-faasin muodostamiseksi, kun sinkin ja magnesiumin suhdetta säädetään noin 2,7:een, jännityskorroosion halkeilukestävyys on suurin. Esimerkiksi kuparielementin lisääminen Al-Zn-Mg:iin muodostaa Al-Zn-Mg-Cu-sarjan seoksen. Pohjaa vahvistava vaikutus on suurin kaikista alumiiniseoksista. Se on myös tärkeä alumiiniseosmateriaali ilmailu-, ilmailu- ja sähköteollisuudessa.
Rautaa ja silikonia
Rautaa lisätään seosaineina Al-Cu-Mg-Ni-Fe-sarjan muokatuissa alumiiniseoksissa, ja piitä lisätään seosaineina Al-Mg-Si-sarjan taottuun alumiiniin ja Al-Si-sarjan hitsaustankoihin ja alumiini-pii-valuihin metalliseokset. Perusalumiiniseoksissa pii ja rauta ovat yleisiä epäpuhtausalkuaineita, joilla on merkittävä vaikutus lejeeringin ominaisuuksiin. Ne esiintyvät pääasiassa FeCl3:na ja vapaana piinä. Kun pii on suurempi kuin rauta, muodostuu β-FeSiAl3 (tai Fe2Si2Al9) faasi, ja kun rauta on suurempi kuin pii, muodostuu α-Fe2SiAl8 (tai Fe3Si2Al12). Kun raudan ja piin suhde on väärä, se aiheuttaa halkeamia valukappaleeseen. Kun valualumiinin rautapitoisuus on liian korkea, valukappale haurastuu.
Titaani ja boori
Titaani on alumiiniseoksissa yleisesti käytetty lisäaine, jota lisätään Al-Ti- tai Al-Ti-B-pääseoksena. Titaani ja alumiini muodostavat TiAl2-faasin, josta tulee ei-spontaani ydin kiteytymisen aikana ja jolla on rooli valurakenteen ja hitsin rakenteen jalostuksessa. Kun Al-Ti-seokset läpikäyvät pakkausreaktion, titaanin kriittinen pitoisuus on noin 0,15 %. Jos booria on läsnä, hidastuminen on vain 0,01 %.
Kromi
Kromi on yleinen lisäaine Al-Mg-Si-, Al-Mg-Zn- ja Al-Mg-sarjan seoksissa. 600°C:ssa kromin liukoisuus alumiiniin on 0,8 % ja se on periaatteessa liukenematon huoneenlämpötilassa. Kromi muodostaa alumiinissa metallien välisiä yhdisteitä, kuten (CrFe)Al7 ja (CrMn)Al12, mikä estää uudelleenkiteytymisen ydintymis- ja kasvuprosessia ja jolla on tietty vahvistava vaikutus metalliseokseen. Se voi myös parantaa lejeeringin sitkeyttä ja vähentää alttiutta jännityskorroosiohalkeilulle.
Kohde kuitenkin lisää sammutusherkkyyttä tehden anodisoidusta kalvosta keltaisen. Alumiiniseoksiin lisätyn kromin määrä ei yleensä ylitä 0,35 %, ja se vähenee siirtymäelementtien lisääntyessä lejeeringissä.
Strontium
Strontium on pinta-aktiivinen alkuaine, joka voi muuttaa metallien välisten yhdistefaasien käyttäytymistä kristallografisesti. Siksi modifikaatiokäsittely strontiumelementillä voi parantaa lejeeringin plastista työstettävyyttä ja lopputuotteen laatua. Pitkän tehokkaan muunnosajan, hyvän vaikutuksen ja toistettavuuden ansiosta strontium on viime vuosina korvannut natriumin käytön Al-Si-valuseoksissa. 0,015–0,03 % strontiumin lisääminen alumiiniseokseen suulakepuristamista varten muuttaa harkon β-AlFeSi-faasin α-AlFeSi-faasiksi, mikä vähentää harkon homogenointiaikaa 60–70 %, mikä parantaa materiaalien mekaanisia ominaisuuksia ja muovista prosessoitavuutta; parantaa tuotteiden pinnan karheutta.
Korkeapiipitoisille (10–13 %) deformoituneille alumiiniseoksille 0,02–0,07 % strontiumelementin lisääminen voi vähentää primäärikiteiden määrää minimiin, ja myös mekaaniset ominaisuudet paranevat merkittävästi. Vetolujuus бb on nostettu 233 MPa:sta 236 MPa:iin, ja myötöraja б0.2 nostettu 204 MPa:sta 210 MPa:iin, ja venymä б5 kasvoi 9 %:sta 12 %:iin. Strontiumin lisääminen hypereutektiseen Al-Si-seokseen voi pienentää primääristen piihiukkasten kokoa, parantaa muovin käsittelyominaisuuksia ja mahdollistaa tasaisen kuuma- ja kylmävalssauksen.
Zirkonium
Zirkonium on myös yleinen lisäaine alumiiniseoksissa. Yleensä alumiiniseoksiin lisätty määrä on 0,1 % ~ 0,3 %. Zirkonium ja alumiini muodostavat ZrAl3-yhdisteitä, jotka voivat haitata uudelleenkiteytysprosessia ja jalostaa uudelleenkiteytyneitä rakeita. Zirkonium voi myös jalostaa valurakennetta, mutta vaikutus on pienempi kuin titaanilla. Zirkoniumin läsnäolo heikentää titaanin ja boorin rakeita jalostavaa vaikutusta. Al-Zn-Mg-Cu-seoksissa, koska zirkoniumilla on pienempi vaikutus sammutusherkkyyteen kuin kromilla ja mangaanilla, on tarkoituksenmukaista käyttää zirkoniumia kromin ja mangaanin sijasta uudelleenkiteytetyn rakenteen jalostamiseksi.
Harvinaiset maametallit
Harvinaisia maametallielementtejä lisätään alumiiniseoksiin lisäämään komponenttien alijäähdytystä alumiiniseoksen valun aikana, jalostamaan rakeita, vähentämään toissijaisten kiteiden etäisyyttä, vähentämään kaasuja ja inkluusiota seoksessa ja pyrkimään sferoidisoimaan inkluusiovaihetta. Se voi myös vähentää sulatteen pintajännitystä, lisätä juoksevuutta ja helpottaa valua harkoiksi, millä on merkittävä vaikutus prosessin suorituskykyyn. On parempi lisätä erilaisia harvinaisia maametallia noin 0,1%. Harvinaisten maametallien sekoitus (sekoitettu La-Ce-Pr-Nd jne.) alentaa kriittistä lämpötilaa ikääntyvän Gp-vyöhykkeen muodostumiselle Al-0,65 % Mg-0,61 % Si-seoksessa. Magnesiumia sisältävät alumiiniseokset voivat stimuloida harvinaisten maametallien muodonmuutoksia.
Epäpuhtaus
Vanadiini muodostaa alumiiniseoksissa tulenkestävää VAl11-yhdistettä, jolla on rooli rakeiden jalostuksessa sulatus- ja valuprosessin aikana, mutta sen rooli on pienempi kuin titaanilla ja zirkoniumilla. Vanadiinilla on myös uudelleenkiteytettyä rakennetta jalostava ja uudelleenkiteytyslämpötilaa nostava vaikutus.
Kalsiumin kiinteä liukoisuus alumiiniseoksiin on erittäin alhainen ja se muodostaa alumiinin kanssa CaAl4-yhdisteen. Kalsium on alumiiniseosten superplastinen elementti. Alumiinilejeeringillä, jossa on noin 5 % kalsiumia ja 5 % mangaania, on superplastisuus. Kalsium ja pii muodostavat CaSi:tä, joka on alumiiniin liukenematon. Koska piin kiinteän liuoksen määrä vähenee, teollisen puhtaan alumiinin sähkönjohtavuutta voidaan hieman parantaa. Kalsium voi parantaa alumiiniseosten leikkauskykyä. CaSi2 ei voi vahvistaa alumiiniseoksia lämpökäsittelyllä. Pienet määrät kalsiumia auttavat poistamaan vetyä sulasta alumiinista.
Lyijy-, tina- ja vismuttielementit ovat matalan sulamispisteen metalleja. Niiden kiinteä liukoisuus alumiiniin on pieni, mikä heikentää hieman seoksen lujuutta, mutta voi parantaa leikkaustehoa. Vismutti laajenee jähmettymisen aikana, mikä on hyödyllistä ruokinnassa. Vismutin lisääminen runsaisiin magnesiumseoksiin voi estää natriumin haurastumisen.
Antimonia käytetään pääasiassa modifiointiaineena valetuissa alumiiniseoksissa, ja sitä käytetään harvoin muotoutuneissa alumiiniseoksissa. Vaihda vismutti vain Al-Mg deformoituun alumiiniseokseen natriumin haurastumisen estämiseksi. Antimonielementtiä lisätään joihinkin Al-Zn-Mg-Cu-seoksiin kuuma- ja kylmäpuristusprosessien suorituskyvyn parantamiseksi.
Beryllium voi parantaa oksidikalvon rakennetta muotoutuneissa alumiiniseoksissa ja vähentää palamishäviöitä ja sulkeumia sulatuksen ja valun aikana. Beryllium on myrkyllinen alkuaine, joka voi aiheuttaa ihmisille allergisen myrkytyksen. Siksi berylliumia ei voi sisältää alumiiniseoksia, jotka joutuvat kosketuksiin elintarvikkeiden ja juomien kanssa. Hitsausmateriaalien berylliumpitoisuus pidetään yleensä alle 8 μg/ml. Hitsausalustana käytettävien alumiiniseosten tulisi myös säädellä berylliumpitoisuutta.
Natrium on lähes liukenematon alumiiniin, ja suurin kiinteän aineen liukoisuus on alle 0,0025 %. natriumin sulamispiste on alhainen (97,8℃), kun seoksessa on natriumia, se adsorboituu dendriittipinnalle tai raerajalle jähmettymisen aikana, kuumakäsittelyn aikana raerajalla oleva natrium muodostaa nestemäisen adsorptiokerroksen, tuloksena on hauras halkeilu, NaAlSi-yhdisteiden muodostuminen, vapaata natriumia ei ole olemassa eikä se tuota "natriumhaurautta".
Kun magnesiumpitoisuus ylittää 2 %, magnesium ottaa pois piitä ja saostaa vapaata natriumia, mikä johtaa "natriumhaurauteen". Siksi runsaasti magnesiumia sisältävässä alumiiniseoksessa ei saa käyttää natriumsuolavirtausta. Menetelmiä "natriumhaurastumisen" estämiseksi ovat klooraus, joka saa natriumin muodostamaan NaCl:a ja vapautuu kuonaan, lisäämällä vismuttia Na2Bi:n muodostamiseksi ja pääsyn metallimatriisiin; antimonin lisäämisellä Na3Sb:n muodostamiseksi tai harvinaisten maametallien lisäämisellä voi myös olla sama vaikutus.
Toimittanut May Jiang, MAT Aluminium
Postitusaika: 08.08.2024
