Měď
Když je část hliníku a mědi bohatá na hliník 548, maximální rozpustnost mědi v hliníku je 5,65 %. Když teplota klesne na 302 °C, je rozpustnost mědi 0,45 %. Měď je důležitým slitinovým prvkem a má určitý účinek na zpevnění tuhého roztoku. Kromě toho má CuAl2 vysrážený stárnutím zjevný účinek zesilující stárnutí. Obsah mědi ve slitinách hliníku je obvykle mezi 2,5 % a 5 % a účinek zpevnění je nejlepší, když je obsah mědi mezi 4 % a 6,8 %, takže obsah mědi ve většině duralových slitin je v tomto rozmezí. Slitiny hliníku a mědi mohou obsahovat méně křemíku, hořčíku, manganu, chrómu, zinku, železa a dalších prvků.
Křemík
Když má část systému slitiny Al-Si bohatá na hliník eutektickou teplotu 577, maximální rozpustnost křemíku v tuhém roztoku je 1,65 %. Ačkoli rozpustnost klesá s klesající teplotou, tyto slitiny obecně nemohou být zpevněny tepelným zpracováním. Slitina hliníku a křemíku má vynikající odlévací vlastnosti a odolnost proti korozi. Pokud se k hliníku přidávají současně hořčík a křemík za vzniku slitiny hliník-hořčík-křemík, zpevňující fáze je MgSi. Hmotnostní poměr hořčíku ke křemíku je 1,73:1. Při návrhu složení slitiny Al-Mg-Si jsou obsahy hořčíku a křemíku na matrici konfigurovány v tomto poměru. Aby se zlepšila pevnost některých slitin Al-Mg-Si, přidává se vhodné množství mědi a přidává se vhodné množství chrómu, aby se vyrovnaly nepříznivé účinky mědi na odolnost proti korozi.
Maximální rozpustnost Mg2Si v hliníku v hliníkem bohaté části rovnovážného fázového diagramu systému slitiny Al-Mg2Si je 1,85 % a zpomalení je malé s poklesem teploty. V deformovaných hliníkových slitinách je přídavek samotného křemíku k hliníku omezen na svařovací materiály a přídavek křemíku k hliníku má také určitý zpevňující účinek.
Hořčík
I když křivka rozpustnosti ukazuje, že rozpustnost hořčíku v hliníku se snižující se teplotou značně klesá, je obsah hořčíku ve většině průmyslově deformovaných hliníkových slitin nižší než 6 %. Obsah křemíku je také nízký. Tento typ slitiny nelze zpevnit tepelným zpracováním, ale má dobrou svařitelnost, dobrou odolnost proti korozi a střední pevnost. Zpevnění hliníku hořčíkem je zřejmé. Na každé zvýšení hořčíku o 1 % vzroste pevnost v tahu přibližně o 34 MPa. Pokud je přidáno méně než 1 % manganu, posilující účinek může být doplněn. Proto přidání manganu může snížit obsah hořčíku a snížit tendenci k praskání za horka. Kromě toho může mangan také rovnoměrně vysrážet sloučeniny Mg5Al8, což zlepšuje odolnost proti korozi a svařovací výkon.
Mangan
Když je eutektická teplota plochého rovnovážného fázového diagramu systému slitin Al-Mn 658, je maximální rozpustnost manganu v tuhém roztoku 1,82 %. Pevnost slitiny se zvyšuje s rostoucí rozpustností. Při obsahu manganu 0,8 % dosahuje prodloužení maximální hodnoty. Slitina Al-Mn je slitina nevytvrzovaná stárnutím, to znamená, že ji nelze zpevnit tepelným zpracováním. Mangan může zabránit procesu rekrystalizace hliníkových slitin, zvýšit teplotu rekrystalizace a výrazně zjemnit rekrystalizovaná zrna. Zjemnění rekrystalizovaných zrn je způsobeno především tím, že rozptýlené částice sloučenin MnAl6 brání růstu rekrystalizovaných zrn. Další funkcí MnAl6 je rozpouštět nečistoty železa za vzniku (Fe, Mn)Al6, čímž se snižují škodlivé účinky železa. Mangan je důležitým prvkem ve slitinách hliníku. Může být přidán samostatně za vzniku binární slitiny Al-Mn. Častěji se přidává společně s dalšími legujícími prvky. Proto většina hliníkových slitin obsahuje mangan.
Zinek
Rozpustnost zinku v hliníku je 31,6 % při 275 v hliníkem bohaté části rovnovážného fázového diagramu systému slitin Al-Zn, zatímco jeho rozpustnost klesá na 5,6 % při 125. Přidání samotného zinku k hliníku má velmi omezené zlepšení pevnost hliníkové slitiny za podmínek deformace. Současně existuje tendence ke koroznímu praskání pod napětím, což omezuje jeho použití. Přidáním zinku a hořčíku k hliníku současně vzniká zpevňovací fáze Mg/Zn2, která má na slitinu výrazný zpevňovací účinek. Když se obsah Mg/Zn2 zvýší z 0,5 % na 12 %, lze výrazně zvýšit pevnost v tahu a mez kluzu. V supertvrdých hliníkových slitinách, kde obsah hořčíku překračuje požadované množství pro vytvoření fáze Mg/Zn2, kdy je poměr zinku k hořčíku řízen kolem 2,7, je odolnost proti praskání korozí napětím největší. Například přidání měděného prvku k Al-Zn-Mg vytvoří sériovou slitinu Al-Zn-Mg-Cu. Účinek zpevnění základny je největší ze všech hliníkových slitin. Je to také důležitý materiál z hliníkové slitiny v letectví, leteckém průmyslu a elektroenergetice.
Železo a křemík
Železo se přidává jako legující prvky do hliníkových slitin řady Al-Cu-Mg-Ni-Fe a křemík se přidává jako legující prvky do hliníku řady Al-Mg-Si a do svařovacích drátů řady Al-Si a odlitků z hliníku a křemíku slitiny. V základních hliníkových slitinách jsou křemík a železo běžnými nečistotami, které mají významný vliv na vlastnosti slitiny. Existují hlavně jako FeCl3 a volný křemík. Když je křemík větší než železo, vytvoří se fáze β-FeSiAl3 (nebo Fe2Si2Al9) a když je železo větší než křemík, vytvoří se α-Fe2SiAl8 (nebo Fe3Si2Al12). Pokud je poměr železa a křemíku nevhodný, způsobí to praskliny v odlitku. Když je obsah železa v litém hliníku příliš vysoký, odlitek zkřehne.
Titan a bor
Titan je běžně používaným aditivním prvkem ve slitinách hliníku, přidává se ve formě Al-Ti nebo Al-Ti-B předslitiny. Titan a hliník tvoří fázi TiAl2, která se během krystalizace stává nespontánním jádrem a hraje roli při zušlechťování struktury odlitku a struktury svaru. Když slitiny Al-Ti podléhají obalové reakci, je kritický obsah titanu asi 0,15 %. Pokud je přítomen bór, je zpomalení jen 0,01 %.
Chrom
Chrom je běžným aditivním prvkem ve slitinách řady Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn a Al-Mg. Při 600 °C je rozpustnost chrómu v hliníku 0,8 % a při pokojové teplotě je v podstatě nerozpustný. Chrom vytváří v hliníku intermetalické sloučeniny jako (CrFe)Al7 a (CrMn)Al12, které brání procesu nukleace a růstu rekrystalizace a mají určitý zpevňovací účinek na slitinu. Může také zlepšit houževnatost slitiny a snížit náchylnost ke koroznímu praskání pod napětím.
Místo však zvyšuje citlivost na zhášení, takže anodizovaný film je žlutý. Množství chrómu přidávaného do hliníkových slitin obecně nepřesahuje 0,35 % a snižuje se s nárůstem přechodných prvků ve slitině.
Stroncium
Stroncium je povrchově aktivní prvek, který může krystalograficky měnit chování fází intermetalických sloučenin. Modifikační úprava prvkem stroncia tedy může zlepšit plastickou zpracovatelnost slitiny a kvalitu konečného produktu. Vzhledem k dlouhé účinné době modifikace, dobrému účinku a reprodukovatelnosti nahradilo stroncium v posledních letech použití sodíku ve slitinách Al-Si. Přidání 0,015%~0,03% stroncia do hliníkové slitiny pro vytlačování změní β-AlFeSi fázi v ingotu na α-AlFeSi fázi, čímž se zkrátí doba homogenizace ingotu o 60%~70%, zlepší se mechanické vlastnosti a plastická zpracovatelnost materiálů; zlepšení drsnosti povrchu výrobků.
U hliníkových slitin s vysokým obsahem křemíku (10%~13%) může přidání 0,02%~0,07% prvku stroncia snížit primární krystaly na minimum a také se výrazně zlepší mechanické vlastnosti. Pevnost v tahu бb se zvýšila z 233 MPa na 236 MPa a mez kluzu б0,2 se zvýšila z 204 MPa na 210 MPa a prodloužení б5 se zvýšilo z 9 % na 12 %. Přidání stroncia do hypereutektické slitiny Al-Si může snížit velikost částic primárního křemíku, zlepšit vlastnosti zpracování plastů a umožnit hladké válcování za tepla i za studena.
Zirkonium
Zirkonium je také běžnou přísadou do hliníkových slitin. Obecně je množství přidané do hliníkových slitin 0,1 % až 0,3 %. Zirkonium a hliník tvoří sloučeniny ZrAl3, které mohou bránit procesu rekrystalizace a zjemňovat rekrystalizovaná zrna. Zirkonium může také zjemnit strukturu odlitku, ale účinek je menší než u titanu. Přítomnost zirkonia sníží účinek titanu a boru na rafinaci zrna. Vzhledem k tomu, že ve slitinách Al-Zn-Mg-Cu má zirkonium menší vliv na citlivost kalení než chrom a mangan, je pro zjemnění rekrystalizované struktury vhodné místo chromu a manganu použít zirkonium.
Prvky vzácných zemin
Prvky vzácných zemin se přidávají do hliníkových slitin za účelem zvýšení podchlazení součástí během odlévání hliníkové slitiny, zjemnění zrn, snížení vzdálenosti sekundárních krystalů, snížení plynů a vměstků ve slitině a sklon ke sféroidizaci fáze vměstků. Může také snížit povrchové napětí taveniny, zvýšit tekutost a usnadnit lití do ingotů, což má významný dopad na výkonnost procesu. Je lepší přidat různé vzácné zeminy v množství asi 0,1%. Přídavek směsných vzácných zemin (směs La-Ce-Pr-Nd atd.) snižuje kritickou teplotu pro vznik zóny stárnutí G?P ve slitině Al-0,65%Mg-0,61%Si. Slitiny hliníku obsahující hořčík mohou stimulovat metamorfózu prvků vzácných zemin.
Nečistota
Vanad tvoří v hliníkových slitinách žáruvzdornou sloučeninu VAl11, která hraje roli při rafinaci zrn během procesu tavení a odlévání, ale jeho role je menší než u titanu a zirkonia. Vanad má také vliv na zjemnění rekrystalizované struktury a zvýšení teploty rekrystalizace.
Pevná rozpustnost vápníku ve slitinách hliníku je extrémně nízká a tvoří s hliníkem sloučeninu CaAl4. Vápník je superplastický prvek slitin hliníku. Slitina hliníku s přibližně 5 % vápníku a 5 % manganu má superplasticitu. Vápník a křemík tvoří CaSi, který je nerozpustný v hliníku. Vzhledem k tomu, že množství pevného roztoku křemíku je sníženo, elektrická vodivost průmyslového čistého hliníku může být mírně zlepšena. Vápník může zlepšit řezný výkon hliníkových slitin. CaSi2 nemůže zpevnit hliníkové slitiny tepelným zpracováním. Stopová množství vápníku jsou užitečná při odstraňování vodíku z roztaveného hliníku.
Olovo, cín a prvky vizmutu jsou kovy s nízkou teplotou tání. Jejich pevná rozpustnost v hliníku je malá, což mírně snižuje pevnost slitiny, ale může zlepšit řezný výkon. Bismut se během tuhnutí rozšiřuje, což je výhodné pro krmení. Přidání vizmutu do slitin s vysokým obsahem hořčíku může zabránit křehnutí sodíku.
Antimon se používá hlavně jako modifikátor v litých hliníkových slitinách a zřídka se používá v deformovaných hliníkových slitinách. Vizmut nahrazujte pouze v Al-Mg deformované hliníkové slitině, aby se zabránilo křehnutí sodíku. Prvek antimonu se přidává do některých slitin Al-Zn-Mg-Cu pro zlepšení výkonnosti procesů lisování za tepla a za studena.
Beryllium může zlepšit strukturu oxidového filmu v deformovaných hliníkových slitinách a snížit ztráty hořením a vměstky během tavení a odlévání. Berylium je toxický prvek, který může u člověka způsobit alergickou otravu. Proto berylium nemůže být obsaženo ve slitinách hliníku, které přicházejí do styku s potravinami a nápoji. Obsah berylia ve svařovacích materiálech je obvykle řízen pod 8 μg/ml. Slitiny hliníku používané jako svařovací substráty by také měly kontrolovat obsah berylia.
Sodík je v hliníku téměř nerozpustný a maximální rozpustnost v pevném stavu je menší než 0,0025 %. bod tání sodíku je nízký (97,8 ℃), je-li ve slitině přítomen sodík, adsorbuje se na povrchu dendritu nebo na hranici zrn během tuhnutí, během zpracování za tepla sodík na hranici zrn tvoří adsorpční vrstvu kapaliny, což má za následek křehké praskání, tvorbu sloučenin NaAlSi, neexistuje žádný volný sodík a nevzniká „sodík křehký“.
Když obsah hořčíku překročí 2 %, hořčík odebere křemík a vysráží volný sodík, což má za následek „křehkost sodíku“. Proto slitina hliníku s vysokým obsahem hořčíku nesmí používat tavidlo sodné soli. Metody prevence „křehnutí sodíku“ zahrnují chloraci, která způsobí, že sodík tvoří NaCl a je vypouštěn do strusky, přidávání vizmutu za vzniku Na2Bi a vstup do kovové matrice; přidání antimonu za vzniku Na3Sb nebo přidání vzácných zemin může mít stejný účinek.
Editoval May Jiang z MAT Aluminium
Čas odeslání: srpen-08-2024
