Rola różnych elementów w stopach aluminium

1. wpływ pierwiastków stopowych

Element miedziany Cu

Gdy bogata w aluminium część stopu aluminium-miedź wynosi 548, maksymalna rozpuszczalność miedzi w aluminium wynosi 5,65%. Gdy temperatura spada do 302, rozpuszczalność miedzi wynosi 0,45%. Miedź jest ważnym pierwiastkiem stopowym i ma pewien efekt wzmacniający roztwór stały. Ponadto CuAl2 wytrącony przez starzenie ma oczywisty efekt wzmacniający starzenie. Zawartość miedzi w stopach aluminium wynosi zwykle od 2,5% do 5%, a efekt wzmacniający jest najlepszy, gdy zawartość miedzi wynosi od 4% do 6,8%, więc zawartość miedzi w większości twardych stopów aluminium mieści się w tym zakresie.

Stopy aluminium-miedź mogą zawierać mniej krzemu, magnezu, manganu, chromu, cynku, żelaza i innych pierwiastków.

Element krzemowy Si

Gdy bogata w aluminium część układu stopu Al-Si ma temperaturę eutektyczną 577, maksymalna rozpuszczalność krzemu w roztworze stałym wynosi 1,65%. Chociaż rozpuszczalność zmniejsza się wraz ze spadkiem temperatury, stopów tych na ogół nie można wzmocnić przez obróbkę cieplną. Stop aluminium-krzem ma doskonałe właściwości odlewnicze i odporność na korozję.

Jeśli magnez i krzem są dodawane do aluminium w tym samym czasie, aby utworzyć stop aluminiowo-magnezowo-krzemowy, fazą wzmacniającą jest MgSi. Stosunek masy magnezu do krzemu wynosi 1,73: 1. Projektując skład stopu Al-Mg-Si, zawartość magnezu i krzemu jest konfigurowana w tym stosunku na matrycy. Aby poprawić wytrzymałość niektórych stopów Al-Mg-Si, dodaje się odpowiednią ilość miedzi, i dodaje się odpowiednią ilość chromu, aby zrównoważyć niekorzystny wpływ miedzi na odporność na korozję.

Maksymalna rozpuszczalność Mg2Si w aluminium w bogatej w aluminium części diagramu równowagi układu stopu Al-Mg2Si wynosi 1,85%, a spowolnienie jest niewielkie wraz ze spadkiem temperatury.

W zdeformowanych stopach aluminium dodanie samego krzemu do aluminium ogranicza się do materiałów spawalniczych. Dodanie krzemu do aluminium ma również pewien efekt wzmacniający.

Element magnezu Mg

Chociaż krzywa rozpuszczalności pokazuje, że rozpuszczalność magnezu w aluminium znacznie spada wraz ze spadkiem temperatury, zawartość magnezu w większości przemysłowych zdeformowanych stopów aluminium jest mniejsza niż 6%. Zawartość krzemu jest również niska. Tego typu stopu nie można wzmocnić przez obróbkę cieplną, ale ma dobrą spawalność, dobrą odporność na korozję i średnią wytrzymałość.

Wzmocnienie aluminium przez magnez jest oczywiste. Na każdy 1% wzrost magnezu wytrzymałość na rozciąganie wzrasta o około 34MPa. Jeśli dodaje się mniej niż 1% manganu, efekt wzmacniający może być uzupełniony. Dlatego dodanie manganu może zmniejszyć zawartość magnezu i zmniejszyć tendencję do pękania na gorąco. Ponadto mangan może również równomiernie wytrącać związki Mg5Al8, poprawiając odporność na korozję i wydajność spawania.

Element manganu Mn

Gdy temperatura eutektyczna wykresu fazowego równowagi płaskiej układu stopu Al-Mn wynosi 658, maksymalna rozpuszczalność manganu w roztworze stałym wynosi 1,82%. Wytrzymałość stopu wzrasta wraz ze wzrostem rozpuszczalności. Gdy zawartość manganu wynosi 0,8%, wydłużenie osiąga wartość maksymalną. Stop Al-Mn jest stopem utwardzającym bez wieku, to znaczy nie można go wzmocnić przez obróbkę cieplną.

Mangan może zapobiegać procesowi rekrystalizacji stopów aluminium, zwiększać temperaturę rekrystalizacji i znacznie udoskonalać rekrystalizowane ziarna. Udoskonalenie rekrystalizowanych ziaren wynika głównie z faktu, że rozproszone cząstki związków MnAl6 utrudniają wzrost rekrystalizowanych ziaren. Inną funkcją MnAl6 jest rozpuszczanie zanieczyszczeń żelaza w celu utworzenia (Fe, Mn)Al6, zmniejszając szkodliwe działanie żelaza.

Mangan jest ważnym pierwiastkiem w stopach aluminium. Można go dodać samodzielnie, tworząc Al-Mn binaRy stop. Częściej jest dodawany razem z innymi pierwiastkami stopowymi. Dlatego większość stopów aluminium zawiera mangan.

Element cynkowy Zn

Rozpuszczalność cynku w aluminium w bogatej w aluminium części diagramu równowagi układu stopu Al-Zn wynosi 31,6% w 275, podczas gdy jego rozpuszczalność spada do 5,6% w 125.

Gdy cynk jest dodawany do samego aluminium, poprawa wytrzymałości stopów aluminium w warunkach odkształcenia jest bardzo ograniczona. Jednocześnie istnieje tendencja do pękania korozyjnego naprężeniowego, co ogranicza jego zastosowanie.

Dodanie cynku i magnezu do aluminium w tym samym czasie tworzy fazę wzmacniającą Mg/Zn2, która ma znaczący wpływ wzmacniający na stop. Gdy zawartość Mg/Zn2 zostanie zwiększona z 0,5% do 12%, wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności można znacznie zwiększyć. W supertwardych stopach aluminium, w których zawartość magnezu przekracza wymaganą ilość do utworzenia fazy Mg/Zn2, gdy stosunek cynku do magnezu jest kontrolowany na poziomie około 2,7, odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe jest największa.

Na przykład dodanie elementu miedzianego do Al-Zn-Mg w celu utworzenia stopu serii Al-Zn-Mg-Cu ma największy efekt wzmocnienia bazy spośród wszystkich stopów aluminium. Jest to również ważny materiał ze stopu aluminium w przemyśle lotniczym, lotniczym i elektroenergetycznym.

2. wpływ pierwiastków śladowych

Żelazo i krzem Fe-Si

Żelazo jest dodawane jako pierwiastki stopowe w stopach kutych aluminium serii Al-Cu-Mg-Ni-Fe, krzem jest dodawany jako pierwiastki stopowe w kutym aluminium serii Al-Mg-Si oraz w prętach spawalniczych serii Al-Si i stopach odlewniczych aluminium-krzem. W innych stopach aluminium krzem i żelazo są powszechnymi elementami zanieczyszczającymi, które mają znaczący wpływ na właściwości stopu. Istnieją głównie jako FeCl3 i wolny krzem.

Gdy krzem jest większy niż żelazo, powstaje faza β-FeSiAl3 (lub Fe2Si2Al9), a gdy żelazo jest większe niż krzem, powstaje α-Fe2SiAl8 (lub Fe3Si2Al12). Gdy stosunek żelaza i krzemu jest niewłaściwy, spowoduje to pęknięcia w odlewie. Gdy zawartość żelaza w odlewanym aluminium jest zbyt wysoka, odlew stanie się kruchy.

Tytan i bor Ti-B

Tytan jest powszechnie stosowanym pierwiastkiem addytywnym w stopach aluminium, dodawanym w postaci stopu głównego Al-Ti lub Al-Ti-B. Tytan i aluminium tworzą fazę TiAl2, która podczas krystalizacji staje się nie-spontanicznym rdzeniem i odgrywa rolę w rafinacji struktury odlewniczej i struktury spoiny. Gdy stopy Al-Ti ulegają reakcji pakietowej, krytyczna zawartość tytanu wynosi około 0,15%. Jeśli obecny jest bor, spowolnienie jest tak małe, jak 0,01%.

Chrom C

Chrom jest powszechnym elementem addytywnym w stopach serii Al-Mg-Si, serii Al-Mg-Zn i Al-Mg. W 600 ° C rozpuszczalność chromu w aluminium wynosi 0,8% i jest zasadniczo nierozpuszczalna w temperaturze pokojowej.

Chrom tworzy związki międzymetaliczne, takie jak (CrFe)Al7 i (CrMn)Al12 w aluminium, co utrudnia proces zarodkowania i wzrostu rekrystalizacji i ma pewien wpływ wzmacniający na stop. Może również poprawić wytrzymałość stopu i zmniejszyć podatność na pękanie korozyjne naprężeniowe. Jednak miejsce zwiększa wrażliwość na gaszenie, sprawiając, że anodowany film jest żółty.

Ilość chromu dodawanego do stopów aluminium na ogół nie przekracza 0,35% i maleje wraz ze wzrostem pierwiastków przejściowych w sto pie.

Stront Sr

Stront jest pierwiastkiem powierzchniowo czynnym, który może zmieniać zachowanie faz związków międzymetalicznych w krystalografii. Dlatego leczenie modyfikacyjne za pomocą elementu strontu może impRove plastikową urabialność stopu i jakość produktu końcowego. Ze względu na długi efektywny czas modyfikacji, dobry efekt i odtwarzalność, stront zastąpił zastosowanie sodu w stopach odlewniczych Al-Si w ostatnich latach.

Dodanie 0,015% ~ 0,03% strontu do stopu aluminium w celu wytłaczania zamienia fazę β-AlFeSi w wlewku w chińską fazę α-AlFeSi, skracając czas homogenizacji wlewków o 60% ~ 70%, poprawa właściwości mechanicznych materiału i przetwarzalności tworzyw sztucznych; poprawić chropowatość powierzchni produktów.

W przypadku zdeformowanych stopów aluminium o wysokiej zawartości krzemu (10% ~ 13%) dodanie 0,02% ~ 0,07% pierwiastka strontu może zredukować kryształy pierwotne do minimum, a właściwości mechaniczne również ulegają znacznej poprawie. Wytrzymałość na rozciąganie бb jest zwiększona z 233MPa do 236MPa, a granica plastyczności б0,2 wzrosła z 204MPa do 210MPa, a wydłużenie б5 wzrosło z 9% do 12%. Dodanie strontu do hipereutektycznego stopu Al-Si może zmniejszyć rozmiar pierwotnych cząstek krzemu, poprawić właściwości przetwarzania tworzyw sztucznych i umożliwić płynne walcowanie na gorąco i na zimno.

Element cyrkonowy Zr

Cyrkon jest również powszechnie stosowanym dodatkiem w stopach aluminium. Ogólnie rzecz biorąc, ilość dodana do stopów aluminium wynosi od 0,1% do 0,3%. Cyrkon i glin tworzą związki ZrAl3, które mogą utrudniać proces rekrystalizacji i rafinować rekrystalizowane ziarna. Cyrkon może również udoskonalić strukturę odlewu, ale efekt jest mniejszy niż tytan. Obecność cyrkonu zmniejszy efekt rafinacji ziarna tytanu i boru. W stopach Al-Zn-Mg-Cu, ponieważ cyrkon ma mniejszy wpływ na wrażliwość na hartowanie niż chrom i mangan, do udoskonalenia rekrystalizowanej struktury należy stosować cyrkon zamiast chromu i manganu.

Elementy ziem rzadkich Re

Pierwiastki ziem rzadkich są dodawane do stopów aluminium w celu zwiększenia przechłodzenia składników podczas odlewania ze stopu aluminium, udoskonalenia ziaren, zmniejszenia odstępów między kryształami wtórnymi, redukcji gazów i wtrąceń w stopie, i mają tendencję do sferoidyzacji fazy inkluzji. Może również zmniejszyć napięcie powierzchniowe stopu, zwiększyć płynność i ułatwić odlewanie we wlewki, co ma znaczący wpływ na wydajność procesu. Dodatkowa ilość różnych ziem rzadkich wynosi około 0,1% przy %. Dodatek mieszanych pierwiastków ziem rzadkich (mieszanych La-Ce-Pr-Nd itp.) Zmniejsza temperaturę krytyczną dla tworzenia starzejącej się strefy G?P w stopie Si o Al-0.65 % Mg-0.61. Stopy aluminium zawierające magnez mogą stymulować metamorfizm pierwiastków ziem rzadkich.

3. Wpływ elementów nieczystości

Wanad tworzy ogniotrwały związek VAl11 w stopach aluminium, który odgrywa rolę w rafinacji ziaren podczas procesu topienia i odlewania, ale jego działanie jest mniejsze niż w przypadku tytanu i cyrkonu. Wanad ma również efekt rafinacji rekrystalizowanej struktury i zwiększenia temperatury rekrystalizacji.

Wapń ma wyjątkowo niską stałą rozpuszczalność w stopach aluminium i tworzy związki CaAl4 z aluminium. Wapń jest również superplastycznym elementem stopów aluminium. Stop aluminium z około 5% wapnia i 5% manganu ma superplastyczność. Wapń i krzem tworzą CaSi, który jest nierozpuszczalny w aluminium. Ponieważ ilość krzemu w roztworze stałym jest zmniejszona, przewodność elektryczna czystego aluminium przemysłowego może zostać nieznacznie poprawiona. Wapń może poprawić wydajność cięcia stopów aluminium. CaSi2 nie może wzmacniać stopów aluminium poprzez obróbkę cieplną. Śladowe ilości wapnia są pomocne w usuwaniu wodoru ze stopionego aluminium.

Elementy ołowiu, cyny i bizmutu to metale o niskiej temperaturze topnienia. Ich stała rozpuszczalność w aluminium jest niewielka, co nieznacznie zmniejsza wytrzymałość stopu, ale może poprawić wydajność cięcia. Bizmut rozszerza się podczas krzepnięcia, co jest korzystne dla karmienia. Dodanie bizmutu do stopów o wysokiej zawartości magnezu może zapobiec kruchości sodu.

Antymon jest stosowany głównie jako modyfikator w odlewanych stopach aluminium i rzadko jest stosowany w zdeformowanych stopach aluminium. Tylko zastępują bizmut w zdeformowanym stopie aluminium Al-Mg, aby zapobiec kruchości sodu. Element antymonu jest dodawany do niektórych stopów Al-Zn-Mg-Cu w celu poprawy wydajności procesów prasowania na gorąco i tłoczenia na zimno.

Beryl może poprawić strukturę filmu tlenkowego w zdeformowanych stopach aluminium i zmniejszyć straty spalania i wtrącenia podczas topienia i odlewania. Beryl jest toksycznym pierwiastkiem, który może powodować zatrucie alergiczne u ludzi. Dlatego beryl nie może bE zawarte w stopach aluminium, które wchodzą w kontakt z żywnością i napojami. Zawartość berylu w materiałach spawalniczych jest zwykle kontrolowana poniżej 8 μg/ml. Stopy aluminium stosowane jako podłoża spawalnicze powinny również kontrolować zawartość berylu.

Sód jest prawie nierozpuszczalny w aluminium, a maksymalna stała rozpuszczalność jest mniejsza niż 0,0025%. Temperatura topnienia sodu jest niska (97,8 ° C). Gdy sód jest obecny w stopie, jest adsorbowany na powierzchni dendrytu lub granicach ziaren podczas procesu krzepnięcia. Podczas obróbki termicznej granice ziaren Sód na powierzchni tworzy ciekłą warstwę adsorpcyjną. Kiedy dochodzi do kruchego pękania, powstają związki NaAlSi. Nie ma wolnego sodu i nie występuje „ kruchość sodu ”.

Gdy zawartość magnezu przekracza 2%, magnez usuwa krzem i wytrąca wolny sód, co powoduje „ kruchość sodu ”. Dlatego strumień soli sodowej nie jest dozwolony w przypadku stopów aluminium o wysokiej zawartości magnezu. Metody zapobiegania „ kruchości sodu ”obejmują chlorowanie, które powoduje, że sód tworzy NaCl i jest odprowadzany do żużla, dodając bizmut w celu utworzenia Na2Bi i wchodząc do metalowej matrycy; dodanie antymonu w celu utworzenia Na3Sb lub dodanie ziem rzadkich może również mieć ten sam efekt.

W Szanghaju Yixing produkujemy wiele produktów aluminiowych, takich jak aluminiowe drzwi i okna, aluminiowe mosty, aluminiowe pudełka, aluminiowe sufity, aluminiowe szopy, aluminiowe balustrady, aluminiowe okiennice, aluminiowe rusztowania, aluminiowe drabiny, szafki aluminiowe, grzejniki aluminiowe, pudełka aluminiowe, wsporniki aluminiowe itp. Posiadamy zdolność cięcia laserowego, tłoczenia, Głębokie rysowanie, spawanie, wiercenie, obróbka skrawaniem i różne rodzaje obróbki powierzchni.