نقش عناصر مختلف در آلیاژهای آلومینیوم

مس

هنگامی که قسمت غنی از آلومینیوم آلیاژ-مس آلومینیوم 548 باشد ، حداکثر حلالیت مس در آلومینیوم 5.65 ٪ است. هنگامی که دما به 302 کاهش می یابد ، حلالیت مس 0.45 ٪ است. مس یک عنصر مهم آلیاژ است و اثر تقویت کننده محلول جامد خاصی دارد. علاوه بر این ، Cual2 که با پیری رسوب می شود ، اثر تقویت پیری آشکار دارد. میزان مس در آلیاژهای آلومینیوم معمولاً بین 2.5 تا 5 ٪ است و اثر تقویت بهتر است که میزان مس بین 4 تا 6.8 ٪ باشد ، بنابراین میزان مس اکثر آلیاژهای دوراوالین در این محدوده است. آلیاژهای آلومینیومی مس می توانند حاوی سیلیکون ، منیزیم ، منگنز ، کروم ، روی ، آهن و سایر عناصر باشند.

سیلیکون

هنگامی که قسمت غنی از آلومینیومی از سیستم آلیاژ AL-SI دارای دمای eutectic 577 باشد ، حداکثر حلالیت سیلیکون در محلول جامد 1.65 ٪ است. اگرچه حلالیت با کاهش دما کاهش می یابد ، اما این آلیاژها به طور کلی با عملیات حرارتی قابل تقویت نیستند. آلیاژ آلومینیوم سیلیکون دارای خواص ریخته گری عالی و مقاومت در برابر خوردگی است. اگر منیزیم و سیلیکون به طور همزمان به آلومینیوم اضافه شوند تا یک آلیاژ آلومینیوم-ماگانسیو-سیلیکون تشکیل شود ، فاز تقویت MGSI است. نسبت جرم منیزیم به سیلیکون 1.73: 1 است. هنگام طراحی ترکیب آلیاژ AL-MG-SI ، محتوای منیزیم و سیلیکون در این نسبت روی ماتریس پیکربندی می شوند. به منظور بهبود استحکام برخی از آلیاژهای AL-MG-SI ، مقدار مناسبی از مس اضافه می شود و مقدار مناسب کروم برای جبران عوارض جانبی مس بر مقاومت در برابر خوردگی اضافه می شود.

حداکثر حداکثر MG2SI در آلومینیوم در قسمت غنی از آلومینیوم از نمودار فاز تعادل سیستم آلیاژ AL-MG2SI 1.85 ٪ است و با کاهش دما ، کاهش سرعت است. در آلیاژهای آلومینیومی تغییر شکل ، افزودن سیلیکون به تنهایی به آلومینیوم محدود به مواد جوشکاری است و افزودن سیلیکون به آلومینیوم نیز دارای اثر تقویت کننده خاصی است.

منیزیم

اگرچه منحنی حلالیت نشان می دهد که با کاهش دما ، حلالیت منیزیم در آلومینیوم بسیار کاهش می یابد ، میزان منیزیم در اکثر آلیاژهای آلومینیوم تغییر شکل صنعتی کمتر از 6 ٪ است. محتوای سیلیکون نیز کم است. این نوع آلیاژ با عملیات حرارتی قابل تقویت نیست ، اما از جوشکاری خوبی ، مقاومت در برابر خوردگی خوب و استحکام متوسط ​​برخوردار است. تقویت آلومینیوم توسط منیزیم آشکار است. برای هر 1 ٪ افزایش منیزیم ، مقاومت کششی تقریباً 34MPa افزایش می یابد. اگر کمتر از 1 ٪ منگنز اضافه شود ، ممکن است اثر تقویت کننده تکمیل شود. بنابراین ، افزودن منگنز می تواند میزان منیزیم را کاهش داده و تمایل به ترک خوردگی را کاهش دهد. علاوه بر این ، منگنز همچنین می تواند به طور یکنواخت ترکیبات MG5AL8 را رسوب داده و باعث بهبود مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد جوشکاری می شود.

منگنز

هنگامی که دمای eutectic نمودار فاز تعادل مسطح از سیستم آلیاژ AL-MN 658 باشد ، حداکثر حلالیت منگنز در محلول جامد 1.82 ٪ است. قدرت آلیاژ با افزایش حلالیت افزایش می یابد. هنگامی که محتوای منگنز 0.8 ٪ باشد ، کشیدگی به حداکثر مقدار می رسد. آلیاژ AL-MN یک آلیاژ سخت کننده غیر سن است ، یعنی با عملیات حرارتی نمی توان آن را تقویت کرد. منگنز می تواند از فرآیند تبلور مجدد آلیاژهای آلومینیوم جلوگیری کند ، دمای تبلور مجدد را افزایش داده و دانه های تبلور یافته را به میزان قابل توجهی اصلاح کند. پالایش دانه های تبلور یافته عمدتاً به این دلیل است که ذرات پراکنده ترکیبات MNAL6 مانع رشد دانه های تبلور شده می شوند. یکی دیگر از کارکردهای MNAL6 حل کردن آهن ناخالصی برای شکل گیری (آهن ، منگنز) AL6 ، کاهش اثرات مضر آهن است. منگنز یک عنصر مهم در آلیاژهای آلومینیوم است. می توان آن را به تنهایی اضافه کرد تا یک آلیاژ باینری AL-MN تشکیل شود. بیشتر اوقات ، به همراه سایر عناصر آلیاژ اضافه می شود. بنابراین ، بیشتر آلیاژهای آلومینیوم حاوی منگنز هستند.

روی

حلالیت روی در آلومینیوم 31.6 ٪ در 275 در قسمت غنی از آلومینیوم از نمودار فاز تعادل سیستم آلیاژ ALZN است ، در حالی که حلالیت آن به 5.6 ٪ در 125 کاهش می یابد. اضافه کردن روی به تنهایی به آلومینیوم پیشرفت بسیار محدودی دارد استحکام آلیاژ آلومینیوم در شرایط تغییر شکل. در عین حال ، تمایل به ترک خوردگی استرس وجود دارد ، بنابراین کاربرد آن را محدود می کند. اضافه کردن روی و منیزیم به آلومینیوم در همان زمان ، فاز تقویت کننده Mg/Zn2 را تشکیل می دهد که تأثیر تقویت قابل توجهی در آلیاژ دارد. هنگامی که میزان Mg/Zn2 از 0.5 ٪ به 12 ٪ افزایش می یابد ، می توان مقاومت کششی و قدرت عملکرد را به میزان قابل توجهی افزایش داد. در آلیاژهای آلومینیومی فوق العاده که میزان منیزیم بیش از مقدار مورد نیاز برای تشکیل فاز Mg/Zn2 است ، هنگامی که نسبت روی به منیزیم در حدود 2.7 کنترل می شود ، مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس بیشترین است. به عنوان مثال ، اضافه کردن عنصر مس به AL-ZN-MG یک آلیاژ سری AL-ZN-MG-CU را تشکیل می دهد. اثر تقویت پایه بزرگترین در بین آلیاژهای آلومینیوم است. همچنین یک ماده مهم آلیاژ آلومینیوم در صنعت هوافضا ، صنعت حمل و نقل هوایی و صنعت برق است.

آهن و سیلیکون

آهن به عنوان عناصر آلیاژ در آلیاژهای آلومینیومی فرفورژه سری AL-Cu-MG-Ni-Fe اضافه می شود ، و سیلیکون به عنوان عناصر آلیاژ در سری AL-MG-SI آلومینیوم فرفورژه و در میله های جوشکاری سری AL-SI و ریخته گری آلومینیوم سیلیکون اضافه می شود. آلیاژها در آلیاژهای آلومینیوم پایه ، سیلیکون و آهن عناصر ناخالصی متداول هستند که تأثیر قابل توجهی در خواص آلیاژ دارند. آنها عمدتاً به عنوان FECL3 و سیلیکون آزاد وجود دارند. هنگامی که سیلیکون از آهن بزرگتر است ، فاز β-fesial3 (یا fe2si2al9) تشکیل می شود ، و هنگامی که آهن بزرگتر از سیلیکون است ، α-fe2sial8 (یا fe3si2al12) تشکیل می شود. هنگامی که نسبت آهن و سیلیکون نادرست است ، باعث ترک خوردگی در ریخته گری می شود. هنگامی که میزان آهن موجود در آلومینیوم چدن خیلی زیاد است ، ریخته گری شکننده می شود.

تیتانیوم و بور

تیتانیوم یک عنصر افزودنی متداول در آلیاژهای آلومینیوم است که به شکل آلیاژ استاد ال تی یا ال تی-B اضافه شده است. تیتانیوم و آلومینیوم فاز Tial2 را تشکیل می دهند ، که در طول تبلور به یک هسته غیر خود به خود تبدیل می شود و در پالایش ساختار ریخته گری و ساختار جوش نقش دارد. هنگامی که آلیاژهای Al-Ti تحت یک واکنش بسته قرار می گیرند ، محتوای مهم تیتانیوم حدود 0.15 ٪ است. اگر بور وجود داشته باشد ، کندی به اندازه 0.01 ٪ است.

کروم

Chromium یک عنصر افزودنی رایج در سری AL-MG-SI ، سری AL-MG-ZN و آلیاژهای سری AL-MG است. در دمای 600 درجه سانتیگراد ، حلالیت کروم در آلومینیوم 0.8 ٪ است و اساساً در دمای اتاق نامحلول است. کروم ترکیبات بین فلزی مانند (CRFE) AL7 و (CRMN) AL12 در آلومینیوم را تشکیل می دهد ، که مانع از هسته و روند رشد تبلور مجدد می شود و تأثیر تقویت خاصی بر آلیاژ دارد. همچنین می تواند سختی آلیاژ را بهبود بخشد و حساسیت به ترک خوردگی استرس را کاهش دهد.

با این حال ، این سایت باعث افزایش حساسیت به فرونشست می شود و فیلم آنودایز شده را زرد می کند. مقدار کروم اضافه شده به آلیاژهای آلومینیوم به طور کلی از 0.35 ٪ تجاوز نمی کند و با افزایش عناصر انتقال در آلیاژ کاهش می یابد.

استرانتیوم

استرانسیوم یک عنصر فعال سطح است که می تواند رفتار فازهای مرکب بین فلزی را به صورت کریستالوگرافی تغییر دهد. بنابراین ، اصلاح اصلاح با عنصر استرانسیوم می تواند عملکرد پلاستیک آلیاژ و کیفیت محصول نهایی را بهبود بخشد. استرانسیوم به دلیل زمان اصلاح طولانی مدت ، اثر خوب و تکرارپذیری ، در سالهای اخیر جایگزین استفاده از سدیم در آلیاژهای ریخته گری ال سی شده است. اضافه کردن 0.015 ~ 0.03 strontium به آلیاژ آلومینیوم برای اکستروژن ، فاز β-رده در شمش را به فاز α-alfesi تبدیل می کند و زمان همگن سازی شمش را با 60 ٪ ~ 70 ٪ کاهش می دهد و خصوصیات مکانیکی و پردازش پلاستیک مواد را بهبود می بخشد. بهبود زبری سطح محصولات.

برای سیلیکون بالا (13 ٪ ~ 10 ٪) آلیاژهای آلومینیومی تغییر شکل یافته ، اضافه کردن 0.02 ~ 0.07 ٪ عنصر استرانسیوم می تواند کریستال های اولیه را به حداقل برساند و خصوصیات مکانیکی نیز به طور قابل توجهی بهبود می یابد. مقاومت کششی бb از 233MPa به 236MPa افزایش می یابد ، و قدرت عملکرد б0.2 از 204MPa به 210mPa افزایش می یابد و کشیدگی б5 از 9 ٪ به 12 ٪ افزایش می یابد. افزودن استرانسیوم به آلیاژ آلیاژ آلیاژ آلیاژ می تواند باعث کاهش اندازه ذرات سیلیکون اولیه ، بهبود خصوصیات پردازش پلاستیک و امکان نورد گرم و سرد صاف شود.

زیرکونیوم

زیرکونیوم همچنین یک افزودنی رایج در آلیاژهای آلومینیوم است. به طور کلی ، مقدار اضافه شده به آلیاژهای آلومینیوم 0.3 ~ 0.1 ٪ است. ترکیبات زیرکونیوم و آلومینیومی ترکیبات Zral3 ، که می تواند مانع فرآیند تبلور مجدد شود و دانه های تبلور یافته را تصحیح کند. زیرکونیوم همچنین می تواند ساختار ریخته گری را تصفیه کند ، اما این اثر از تیتانیوم کوچکتر است. وجود زیرکونیوم باعث کاهش اثر پالایش دانه تیتانیوم و بور می شود. در آلیاژهای AL-ZN-MG-CU ، از آنجا که زیرکونیوم تأثیر کمتری در حساسیت فرونشست نسبت به کروم و منگنز دارد ، مناسب است که از زیرکونیوم به جای کروم و منگنز برای تصحیح ساختار ویران شده استفاده شود.

عناصر نادر زمین

عناصر نادر زمین به آلیاژهای آلومینیوم اضافه می شوند تا در حین ریخته گری آلیاژ آلومینیوم ، غلات را تصفیه کنند ، از فاصله کریستال ثانویه ، گازها و اجزاء موجود در آلیاژ را کاهش دهند و تمایل به کروی فاز ورود به سیستم را دارند. همچنین می تواند تنش سطح ذوب را کاهش دهد ، سیالیت را افزایش داده و ریخته گری به شمش را تسهیل کند ، که تأثیر قابل توجهی در عملکرد فرآیند دارد. بهتر است زمین های نادر مختلف را در حدود 0.1 ٪ اضافه کنید. علاوه بر این از زمین های نادر مخلوط (مخلوط LA-CE-PR-ND و غیره) دمای بحرانی برای تشکیل پیری منطقه G؟ P در آلیاژ AL-0.65 ٪ MG-0.61 ٪ SI را کاهش می دهد. آلیاژهای آلومینیومی حاوی منیزیم می توانند دگرگونی عناصر نادر زمین را تحریک کنند.

ناحانی

وانادیوم ترکیب نسوز Val11 را در آلیاژهای آلومینیومی تشکیل می دهد ، که در پالایش دانه ها در طی فرآیند ذوب و ریخته گری نقش دارد ، اما نقش آن از تیتانیوم و زیرکونیوم کوچکتر است. وانادیوم همچنین تأثیر پالایش ساختار تبلور شده و افزایش دمای تبلور مجدد را دارد.

حلالیت جامد کلسیم در آلیاژهای آلومینیوم بسیار کم است و یک ترکیب CAAL4 با آلومینیوم تشکیل می دهد. کلسیم یک عنصر فوق العاده آلیاژهای آلومینیوم است. یک آلیاژ آلومینیومی با تقریباً 5 ٪ کلسیم و 5 ٪ منگنز دارای ابر پلاستیک است. کلسیم و سیلیکون CASI را تشکیل می دهند ، که در آلومینیوم نامحلول است. از آنجا که مقدار محلول جامد سیلیکون کاهش می یابد ، هدایت الکتریکی آلومینیوم خالص صنعتی می تواند کمی بهبود یابد. کلسیم می تواند عملکرد برش آلیاژهای آلومینیوم را بهبود بخشد. CASI2 نمی تواند آلیاژهای آلومینیوم را از طریق عملیات حرارتی تقویت کند. مقادیر کمیاب کلسیم در از بین بردن هیدروژن از آلومینیوم مذاب مفید است.

عناصر سرب ، قلع و بیسموت فلزات نقطه ذوب کم هستند. حلالیت جامد آنها در آلومینیوم اندک است که کمی قدرت آلیاژ را کاهش می دهد ، اما می تواند عملکرد برش را بهبود بخشد. بیسموت در حین استحکام گسترش می یابد ، که برای تغذیه مفید است. افزودن بیسموت به آلیاژهای منیزیم بالا می تواند از آغوش سدیم جلوگیری کند.

آنتیموان عمدتاً به عنوان اصلاح کننده در آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری استفاده می شود و بندرت در آلیاژهای آلومینیومی تغییر شکل استفاده می شود. فقط برای جلوگیری از آغوش سدیم ، بیسموت را در آلیاژ آلومینیوم تغییر شکل AL-MG جایگزین کنید. عنصر آنتیموان به برخی از آلیاژهای AL-ZN-MG-CU برای بهبود عملکرد فرآیندهای فشار گرم و فشار سرد اضافه می شود.

بریلیم می تواند ساختار فیلم اکسید را در آلیاژهای آلومینیومی تغییر شکل بهبود بخشیده و از دست دادن سوزاندن و اجزاء در حین ذوب و ریخته گری کاهش دهد. بریلیم یک عنصر سمی است که می تواند باعث مسمومیت آلرژیک در انسان شود. بنابراین ، بریلیم را نمی توان در آلیاژهای آلومینیومی که با مواد غذایی و نوشیدنی ها در تماس هستند ، قرار داد. میزان بریلیم در مواد جوشکاری معمولاً زیر 8μg/میلی لیتر کنترل می شود. آلیاژهای آلومینیومی مورد استفاده به عنوان بسترهای جوش نیز باید محتوای بریلیم را کنترل کنند.

سدیم تقریباً در آلومینیوم نامحلول است و حداکثر حلالیت جامد کمتر از 0.0025 ٪ است. نقطه ذوب سدیم کم است (97.8 ℃) ، هنگامی که سدیم در آلیاژ وجود دارد ، در هنگام جامد سازی بر روی سطح دندریت یا مرز دانه جذب می شود ، در حین پردازش داغ ، سدیم روی مرز دانه یک لایه جذب مایع تشکیل می دهد ، در نتیجه ترک خوردگی شکننده ، تشکیل ترکیبات Naalsi ، هیچ سدیم رایگان وجود ندارد و "شکننده سدیم" تولید نمی کند.

هنگامی که میزان منیزیم بیش از 2 ٪ باشد ، منیزیم سیلیکون را از بین می برد و سدیم رایگان را رسوب می کند و در نتیجه "شکنندگی سدیم" ایجاد می شود. بنابراین ، آلیاژ آلومینیوم منیزیم بالا مجاز به استفاده از شار نمک سدیم نیست. روشهای جلوگیری از "آغوش سدیم" شامل کلریناسیون است که باعث تشکیل سدیم NaCl می شود و به سرباره تخلیه می شود و بیسموت را برای تشکیل NA2BI و ورود به ماتریس فلزی اضافه می کند. افزودن آنتیموان برای تشکیل NA3SB یا اضافه کردن زمین های نادر نیز می تواند همان اثر را داشته باشد.

ویرایش شده توسط می جیانگ از آلومینیوم مات