Il ruolo di vari elementi in leghe di alluminio

1. Influenza degli elementi in lega

Elemento in rame Cu

Quando la parte ricca di alluminio della lega di alluminio-rame è 548, la massima solubilità del rame in alluminio è 5.65%. Quando la temperatura cade al 302, la solubilità del rame è del 0.45%. Il rame è un importante elemento in lega e ha un effetto di rafforzamento della soluzione solida. In aggiunta, il CuAl2 precipitato dall'invecchiamento ha un evidente effetto rinforzante all'invecchiamento. Il contenuto di rame nelle leghe di alluminio è di solito tra il 2.5% e il 5% e l'effetto di rinforzo è il migliore quando il contenuto di rame è compreso tra il 4% e il 6.8%, il contenuto di rame della maggior parte delle leghe di alluminio duro è in questa gamma.

Le leghe di alluminio-rame possono contenere meno silicio, magnesio, manganese, cromo, zinco, ferro e altri elementi.

Elemento in silicone Si

Quando la parte ricca di alluminio del sistema in lega Al-Si ha una temperatura eutettica del 577, la massima solubilità del silicio nella soluzione solida è del 1.65%. Anche se la solubilità si riduce con una temperatura ridotta, le leghe in genere non possono essere rinforzate dal trattamento termico. La lega di alluminio-silicio ha eccellenti proprietà di colata e resistenza alla corrosione.

Se magnesio e silicio vengono aggiunti contemporaneamente all'alluminio per formare una lega di alluminio-magnesio-silicio, la fase di rafforzamento è MgSi. Il rapporto di massa di magnesio al silicio è 1.73:1. Durante la progettazione della composizione della lega Al-Mg-Si, il contenuto di magnesio e silicio è configurato in questo rapporto sulla matrice. Al fine di migliorare la resistenza di alcune leghe Al-Mg-Si, viene aggiunta una quantità adeguata di rame, E una quantità adeguata di cromo viene aggiunta per sfaltire gli effetti negativi del rame sulla resistenza alla corrosione.

La massima solubilità di Mg2Si in alluminio nella parte ricca di alluminio del diagramma di fase di equilibrio del sistema in lega Al-Mg2Si è 1.85% e la decelerazione è piccola in quanto la temperatura si riduce.

In leghe di alluminio deformate, l'aggiunta di silicio da solo all'alluminio è limitata ai materiali di saldatura. L'aggiunta di silicio all'alluminio ha anche un effetto di rafforzamento.

Elemento di magnesio Mg

Anche se la curva di solubilità mostra che la solubilità del magnesio in alluminio riduce notevolmente le cadute della temperatura, il contenuto di magnesio nella maggior parte delle leghe di alluminio deformate industriali è inferiore al 6%. Anche il contenuto di silicio è basso. Questo tipo di lega non può essere rinforzato con il trattamento termico, ma ha una buona saldabilità, una buona resistenza alla corrosione e una media resistenza.

Il rafforzamento dell'alluminio mediante magnesio è evidente. Per ogni 1% di aumento del magnesio, la resistenza alla trazione aumenta di circa 34mpa. Se viene aggiunto meno del 1% di manganese, l'effetto rinforzante può essere integrato. L'aggiunta di manganese può ridurre il contenuto di magnesio e ridurre la tendenza del cracking a caldo. Il manganese può anche precipitare uniformemente i composti Mg5Al8, migliorare la resistenza alla corrosione e le prestazioni di saldatura.

Elemento Manganese Mn

Quando la temperatura eutettica del diagramma di fase di equilibrio piatto del sistema in lega Al-Mn è del 658, la massima solubilità del manganese nella soluzione solida è del 1.82%. La resistenza della lega aumenta con l'aumento della solubilità. Quando il contenuto di manganese è del 0.8%, l'allungamento raggiunge il valore massimo. La lega Al-Mn è una lega di tempra senza età, non può essere rinforzata con il trattamento termico.

Il Manganese può prevenire il processo di ricristallizzazione delle leghe di alluminio, aumentare la temperatura di ricristallizzazione e raffinare in modo significativo i grani ricristallizzati. La raffinazione dei grani ricristallizzati è principalmente legata al fatto che le particelle disperse dei composti MnAl6 contrastano la crescita dei grani ricristallizzati. L'altra funzione di MnAl6 è di sciogliere l'impurezza da ferro a forma (Fe, Mn)Al6, riducendo gli effetti nocivi del ferro.

Il Manganese è un elemento importante nelle leghe di alluminio. Può essere aggiunto da solo per formare un Al-Mn binaLega ry. Più spesso, viene aggiunto insieme ad altri elementi di lega. La maggior parte delle leghe di alluminio contiene manganese.

Elemento di zinco Zn

La solubilità dello zinco in alluminio nella parte ricca di alluminio del diagramma di fase di equilibrio del sistema in lega Al-Zn è 31.6% a 275, mentre la sua solubilità cade a 5.6% a 125.

Quando lo zinco viene aggiunto solo all'alluminio, il miglioramento della resistenza delle leghe di alluminio in condizioni di deformazione è molto limitato. Allo stesso tempo, c' è una tendenza per il cracking della corrosione da stress, che ne riduce l'applicazione.

L'aggiunta di zinco e magnesio all'alluminio allo stesso tempo forma la fase di rafforzamento Mg/Zn2, che ha un effetto di rafforzamento significativo sulla lega. Quando il contenuto di Mg/Zn2 viene aumentato dal 0.5% al 12%, la resistenza alla trazione e la resistenza allo resa possono essere aumentate in modo significativo. In leghe di alluminio superhard dove il contenuto di magnesio supera la quantità richiesta per formare la fase Mg/Zn2, quando il rapporto di zinco-magnesio è controllato a circa il 2.7, la resistenza alla corrosione da stress è la migliore.

Ad esempio, l'aggiunta di elementi in rame a Al-Zn-Mg per formare la lega serie Al-Zn-Mg-Cu ha l'effetto di rafforzamento della base più grande tra tutte le leghe di alluminio. È anche un importante materiale in lega di alluminio nel settore aerospaziale, dell'aviazione e dell'energia elettrica.

2. Influenza degli oligoelementi

Ferro e silicio Fe-Si

Il ferro viene aggiunto come elementi di lega in leghe di alluminio battuto serie Al-Cu-Mg-Ni-Fe, il silicio viene aggiunto come elementi di lega in alluminio battuto serie Al-Mg-Si e in bacchette di saldatura serie Al-Si e leghe di fusione di alluminio-silicio. In altre leghe di alluminio, silicio e ferro sono elementi di impurità comuni, che hanno un impatto significativo sulle proprietà della lega. Sono principalmente presenti come FeCl3 e silicio libero.

Quando il silicio è maggiore del ferro, si forma la fase muslimb (o muslimex) e quando il ferro è maggiore del silicio, si forma muslimah (o muslimah). Quando il rapporto del ferro e del silicio è un errore, ciò causerà crepe nella colata. Quando il contenuto di ferro in alluminio pressofuso è troppo alto, la fusione diventa fragile.

Titanio e boro Ti-B

Il titanio è un elemento additivo comunemente usato in leghe di alluminio, aggiunto sotto forma di lega master Al-Ti o Al-Ti-B. Titanio e alluminio formano il TiAl2 phase, che diventa un nucleo non spontaneo durante la cristallizzazione e gioca un ruolo nella raffinazione della struttura della colata e della struttura della saldatura. Quando le leghe Al-Ti ricevono una reazione del pacchetto, il contenuto critico del titanio è di circa il 0.15%. Se il boro è presente, il rallentamento è piccolo come 0.01%.

Cromo C

Il cromo è un elemento additivo comune nella serie Al-Mg-Si, serie Al-Mg-Zn e leghe serie Al-Mg. A 600 ° c, la solubilità del cromo in alluminio è del 0.8% ed è basicamente solubile a temperatura ambiente.

Forme di cromo composti intermetallici come (CrFe)Al7 e (CrMn)Al12 in alluminio, che ostacoli la nucleazione e il processo di crescita della ricristallizzazione e ha un effetto di rafforzamento sulla lega. Può anche migliorare la tenacità della lega e ridurre la sensibilità allo stress. Il sito aumenta la sensibilità alla tempra, rendendo il film anodizzato giallo.

La quantità di cromo aggiunto alle leghe di alluminio non supera il 0.35% e riduce con l'aumento degli elementi di transizione nella lega.

Stronzio Sr

Lo stronzio è un elemento tensioattivo che può cambiare il comportamento delle fasi compound intermetalliche nella cristallografia. Il trattamento di modifica con l'elemento di stronzio può impRove la lavorabilità in plastica della lega e la qualità del prodotto finale. Grazie Al suo lungo tempo di modifica efficace, buon effetto e convertibilità, lo stronzio ha sostituito l'uso del sodio nelle leghe di colata Al-Si negli ultimi anni.

L'aggiunta di 0.015% ~ 0.03% di stronzio alla lega di alluminio per l'estrusione trasforma la fase beta-AlFeSi nel lingotto in una fase di alfa-AlFeSi a forma cinese, riducendo il tempo di omogeneizzazione del lingotto del 60% ~ 70%, migliorare le proprietà meccaniche del materiale e la lavorabilità della plastica; Migliorare la rugosità superficiale dei prodotti.

Per leghe di alluminio deformate ad alto silicio (10% ~ 13%), l'aggiunta di elementi di stronzio da 0.02% ~ 0.07% può ridurre al minimo i cristalli primari e anche le proprietà meccaniche sono migliorate in modo significativo. La resistenza alla trazione brafb viene aumentata da 233MPa a 236MPa e la resistenza alla resa quinse0.2 aumentata da 204MPa a 210MPa e l'allungamento quincy5 aumentato dal 9% al 12%. L'aggiunta di stronzio alla lega di ipereutettica Al-Si può ridurre le dimensioni delle particelle di silicio primario, migliorare le proprietà di lavorazione della plastica e consentire una laminazione a caldo e a freddo liscia.

Elemento di zirconio Zr

Lo zirconio è anche un additivo comunemente usato in leghe di alluminio. In generale, la quantità aggiunta alle leghe di alluminio è da 0.1% a 0.3%. Composti ZrAl3 a forma di zirconio e alluminio, che possono impedire il processo di ricristallizzazione e raffinare i grani ricristallizzati. Lo zirconio può anche raffinare la struttura della colata, ma l'effetto è inferiore al titanio. La presenza di zirconio riduce l'effetto di raffinazione del grano di titanio e boro. In leghe Al-Zn-Mg-Cu, dato che lo zirconio ha un effetto più ridotto sulla sensibilità di tempra rispetto Al cromo e Al manganese, È necessario utilizzare lo zirconio invece del cromo e del manganese per raffinare la struttura ricristallizzata.

Elementi di terre Rare Re

Gli elementi di terre Rare vengono aggiunti alle leghe di alluminio per aumentare il supercooling dei componenti durante la fusione in lega di alluminio, raffinare i grani, ridurre la spaziatura dei cristalli secondari, ridurre i gas e le inclusione nella lega, E tende a sferoidize la fase di inclusione. Può anche ridurre la tensione superficiale del fuso, aumentare la fluidità e facilitare la fusione in lingotti, il che ha un impatto significativo sulle prestazioni di processo. La quantità di aggiunta di vari orecchini rari è di circa il 0.1% in %. L'aggiunta di terre rare miste (misto La-Ce-Pr-Nd, ecc.) riduce La temperatura critica per La formazione di invecchiamento G?P zone in lega Al-0.65 % Mg-0.61 % Si. Le leghe di alluminio contenenti magnesio possono stimolare il metamorfismo di elementi di terre rare.

3. Influenza degli elementi di impurità

Vanadio forma il composto refrattario VAl11 in leghe di alluminio, che gioca un ruolo nella raffinazione dei grani durante il processo di fusione e fusione, ma il suo effetto è inferiore a quello del titanio e dello zirconio. Il vanadio ha anche l'effetto di raffinare la struttura ricristallizzata e aumentare la temperatura di ricristallizzazione.

Il calcio ha una solubilità estremamente bassa in leghe di alluminio e forma composti CaAl4 con alluminio. Il calcio è anche un elemento superplastico di leghe di alluminio. Una lega di alluminio con circa il 5% di calcio e il 5% di manganese ha una superplasticità. Calcio e silicio forma CaSi, che è solubile in alluminio. Dal momento che la quantità di silicio solido è ridotta, la conduttività elettrica dell'alluminio puro industriale può essere leggermente migliorata. Il calcio può migliorare le prestazioni di taglio delle leghe di alluminio. CaSi2 non può rafforzare le leghe di alluminio attraverso il trattamento termico. Le tracce di calcio sono utili nella rimozione dell'idrogeno dall'alluminio fuso.

Gli elementi di piombo, stagno e bismuto sono metalli a basso punto di fusione. La loro solubilità solida in alluminio è piccola, che riduce leggermente la resistenza della lega, ma può migliorare le prestazioni di taglio. Il bismuto si espande durante la solidificazione, il che è vantaggioso per l'alimentazione. L'aggiunta di bismuto alle leghe ad alto magnesio può prevenire l'ondulazione del sodio.

L'antimonio viene utilizzato principalmente come modificatore in leghe di alluminio fuso e viene utilizzato in leghe di alluminio deformate. Sostituire solo il bismuto in lega di alluminio deformata Al-Mg per prevenire l'ondulazione del sodio. L'elemento antimonio viene aggiunto ad alcune leghe Al-Zn-Mg-Cu per migliorare le prestazioni dei processi di pressatura a caldo e spremitura a freddo.

Il berillio può migliorare la struttura del film di ossido in leghe di alluminio deformate e ridurre la perdita di combustione e le inclusione durante la fusione e la fusione. Il berillio è un elemento tossico che può danneggiare le allergie negli umani. Quindi, il berillio non può bE contenuto in leghe di alluminio che vengono a contatto con alimenti e bevande. Il contenuto di berillio nei materiali di saldatura è di solito controllato sotto 8 g/ml. Le leghe di alluminio utilizzate come substrati di saldatura devono anche controllare il contenuto di berillio.

Il sodio è quasi solubile in alluminio e la solubilità solida massima è inferiore al 0.0025%. Il punto di fusione del sodio è basso (97.8 °C). Quando il sodio è presente nella lega, è adsorbito sulla superficie del dendrite o sui confini del grano durante il processo di solidificazione. Durante la lavorazione termica, il grano supera il sodio sulla superficie forma uno strato di adsorbimento liquido. Quando si verifica un cracking fragile, si formano composti di NaAlSi. Non c' è sodio libero e non si verifica "sodio embrittilement".

Quando il contenuto di magnesio supera il 2%, il magnesio porta via il silicio e il sodio senza precipitamenti, con risultato in "ricontimento di sodio". Il flusso di sale di sodio non è quindi consentito per leghe di alluminio ad alto magnesio. I metodi per prevenire l'incollimento del sodio includono la clorazione, che fa formare il sodio NaCl e viene scaricata nelle scorie, l'aggiunta di bismuto per formare Na2Bi e entrare nella matrice metallica; l'aggiunta di antimonio per formare Na3Sb o l'aggiunta di terre rare può anche avere lo stesso effetto.

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