Vask
Kui alumiinium-vase sulami alumiiniumirikas osa on 548, on vase maksimaalne lahustuvus alumiiniumis 5,65%. Kui temperatuur langeb 302-ni, on vase lahustuvus 0,45%. Vask on oluline sulami element ja sellel on teatav tahke lahuse tugevdav toime. Lisaks on vananemisel sadestunud CuAl2-l ilmne vananemist tugevdav toime. Alumiiniumisulamite vasesisaldus on tavaliselt 2,5–5% ja tugevdav toime on parim, kui vasesisaldus on 4–6,8%, seega jääb enamiku duralumiiniumsulamite vasesisaldus sellesse vahemikku. Alumiinium-vase sulamid võivad sisaldada vähem räni, magneesiumi, mangaani, kroomi, tsinki, rauda ja muid elemente.
Räni
Kui Al-Si sulamisüsteemi alumiiniumirikka osa eutektiline temperatuur on 577 °C, on räni maksimaalne lahustuvus tahkes lahuses 1,65%. Kuigi lahustuvus väheneb temperatuuri langedes, ei saa neid sulameid üldiselt kuumtöötlemisega tugevdada. Alumiinium-räni sulamil on suurepärased valuomadused ja korrosioonikindlus. Kui alumiiniumile lisatakse magneesiumi ja räni samaaegselt, moodustades alumiinium-magneesium-räni sulami, on tugevdavaks faasiks MgSi. Magneesiumi ja räni massi suhe on 1,73:1. Al-Mg-Si sulami koostise kavandamisel konfigureeritakse magneesiumi ja räni sisaldus maatriksis selles suhtes. Mõnede Al-Mg-Si sulamite tugevuse parandamiseks lisatakse sobiv kogus vaske ja sobiv kogus kroomi, et kompenseerida vase kahjulikku mõju korrosioonikindlusele.
Mg2Si maksimaalne lahustuvus alumiiniumis Al-Mg2Si sulamisüsteemi tasakaalufaasi diagrammi alumiiniumirikkas osas on 1,85% ja temperatuuri langedes on aeglustus väike. Deformeerunud alumiiniumisulamites piirdub räni lisamine alumiiniumile ainult keevitusmaterjalidega ning räni lisamine alumiiniumile avaldab ka teatud tugevdavat efekti.
Magneesium
Kuigi lahustuvuskõver näitab, et magneesiumi lahustuvus alumiiniumis väheneb temperatuuri langedes oluliselt, on enamiku tööstuslike deformeeritud alumiiniumisulamite magneesiumisisaldus alla 6%. Ränisisaldus on samuti madal. Seda tüüpi sulamit ei saa kuumtöötlemisega tugevdada, kuid sellel on hea keevitatavus, hea korrosioonikindlus ja keskmine tugevus. Alumiiniumi tugevdamine magneesiumi abil on ilmne. Iga 1% magneesiumi suurenemisega suureneb tõmbetugevus umbes 34 MPa võrra. Kui lisatakse vähem kui 1% mangaani, saab tugevdavat efekti täiendada. Seega võib mangaani lisamine vähendada magneesiumisisaldust ja vähendada kuumpragunemise kalduvust. Lisaks võib mangaan sadestada ühtlaselt Mg5Al8 ühendeid, parandades korrosioonikindlust ja keevitusomadusi.
Mangaan
Kui Al-Mn sulamisüsteemi tasase tasakaalu faasidiagrammi eutektiline temperatuur on 658, on mangaani maksimaalne lahustuvus tahkes lahuses 1,82%. Sulami tugevus suureneb koos lahustuvuse suurenemisega. Kui mangaani sisaldus on 0,8%, saavutab pikenemine maksimaalse väärtuse. Al-Mn sulam on vananemisvastane sulam, st seda ei saa kuumtöötlemisega tugevdada. Mangaan võib takistada alumiiniumisulamite rekristalliseerumisprotsessi, tõsta rekristalliseerumistemperatuuri ja oluliselt peenendada rekristalliseerunud teri. Rekristalliseerunud terade peenendamine tuleneb peamiselt asjaolust, et MnAl6 ühendite dispergeeritud osakesed takistavad rekristalliseerunud terade kasvu. MnAl6 teine funktsioon on lisandi raua lahustamine (Fe, Mn)Al6 moodustamiseks, vähendades raua kahjulikku mõju. Mangaan on alumiiniumisulamites oluline element. Seda saab lisada üksi, et moodustada Al-Mn binaarne sulam. Sagedamini lisatakse seda koos teiste legeerelementidega. Seetõttu sisaldab enamik alumiiniumisulameid mangaani.
Tsink
Tsingi lahustuvus alumiiniumis on Al-Zn sulamisüsteemi tasakaalufaasi diagrammi alumiiniumirikkas osas 31,6% temperatuuril 275 °C, samas kui selle lahustuvus langeb 5,6%-ni temperatuuril 125 °C. Ainult tsingi lisamine alumiiniumile parandab alumiiniumisulami tugevust deformatsioonitingimustes väga piiratud määral. Samal ajal on kalduvus pingekorrosioonipragunemisele, mis piirab selle rakendamist. Tsingi ja magneesiumi samaaegne lisamine alumiiniumile moodustab tugevdava faasi Mg/Zn2, millel on sulamile märkimisväärne tugevdav mõju. Kui Mg/Zn2 sisaldust suurendatakse 0,5%-lt 12%-le, saab tõmbetugevust ja voolavuspiiri oluliselt suurendada. Ülikõvades alumiiniumisulamites, kus magneesiumisisaldus ületab Mg/Zn2 faasi moodustamiseks vajaliku koguse, on pingekorrosioonipragunemise vastupidavus suurim, kui tsingi ja magneesiumi suhe on umbes 2,7. Näiteks vaseelemendi lisamine Al-Zn-Mg-le moodustab Al-Zn-Mg-Cu seeria sulami. Aluse tugevdav efekt on kõigi alumiiniumisulamite seas suurim. See on ka oluline alumiiniumisulamimaterjal lennunduses, lennunduses ja elektrienergia tööstuses.
Raud ja räni
Rauda lisatakse legeerelemendina Al-Cu-Mg-Ni-Fe seeria sepistatud alumiiniumisulamitesse ja räni lisatakse legeerelemendina Al-Mg-Si seeria sepistatud alumiiniumi, Al-Si seeria keevitusvarraste ja alumiinium-räni valusulamitesse. Põhilistes alumiiniumisulamites on räni ja raud tavalised lisandid, millel on oluline mõju sulami omadustele. Need esinevad peamiselt FeCl3 ja vaba räni kujul. Kui räni on suurem kui raud, moodustub β-FeSiAl3 (või Fe2Si2Al9) faas ja kui raud on suurem kui räni, moodustub α-Fe2SiAl8 (või Fe3Si2Al12). Kui raua ja räni suhe on vale, põhjustab see valandi pragusid. Kui valualumiiniumi rauasisaldus on liiga kõrge, muutub valandi hapraks.
Titaan ja boor
Titaan on alumiiniumisulamites tavaliselt kasutatav lisandelement, mida lisatakse Al-Ti või Al-Ti-B põhisulami kujul. Titaan ja alumiinium moodustavad TiAl2 faasi, mis kristalliseerumise ajal muutub mittespontaanselt moodustunud südamikuks ning mängib rolli valukonstruktsiooni ja keevisõmbluse struktuuri täiustamisel. Kui Al-Ti sulamid läbivad pakkimisreaktsiooni, on titaani kriitiline sisaldus umbes 0,15%. Boori olemasolul on aeglustumine vaid 0,01%.
Kroom
Kroom on tavaline lisandelement Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn ja Al-Mg seeria sulamites. 600 °C juures on kroomi lahustuvus alumiiniumis 0,8% ja toatemperatuuril on see praktiliselt lahustumatu. Kroom moodustab alumiiniumis metallidevahelisi ühendeid, näiteks (CrFe)Al7 ja (CrMn)Al12, mis takistavad rekristalliseerumise tuumastumist ja kasvuprotsessi ning avaldavad sulamit teatud tugevdavat mõju. See võib parandada ka sulami sitkust ja vähendada pingekorrosiooni mõranemise ohtu.
Siiski suurendab see koht karastustundlikkust, muutes anodeeritud kile kollaseks. Alumiiniumsulamitele lisatud kroomi kogus ei ületa üldiselt 0,35% ja väheneb sulami siirdeelementide sisalduse suurenemisega.
Strontsium
Strontsium on pindaktiivne element, mis võib muuta metallidevaheliste ühendite faaside käitumist kristallograafiliselt. Seega võib strontsiumiga modifitseeriv töötlemine parandada sulami plastset töödeldavust ja lõpptoote kvaliteeti. Tänu oma pikale efektiivsele modifitseerimisajale, heale efektile ja reprodutseeritavusele on strontsium viimastel aastatel asendanud naatriumi kasutamise Al-Si valusulamites. 0,015% ~ 0,03% strontsiumi lisamine alumiiniumisulamist ekstrusiooniks muudab valuploki β-AlFeSi2 faasi α-AlFeSi2 faasiks, vähendades valuploki homogeniseerimisaega 60% ~ 70%, parandades materjalide mehaanilisi omadusi ja plastset töödeldavust; parandades toodete pinna karedust.
Kõrge ränisisaldusega (10%–13%) deformeerunud alumiiniumisulamite puhul võib 0,02–0,07% strontsiumi elemendi lisamine vähendada primaarsete kristallide hulka miinimumini ja parandada oluliselt ka mehaanilisi omadusi. Tõmbetugevus bb suureneb 233 MPa-lt 236 MPa-le, voolavuspiir b0,2 suureneb 204 MPa-lt 210 MPa-le ja venivus b5 suureneb 9%-lt 12%-le. Strontsiumi lisamine hüpereutektilisele Al-Si sulamile võib vähendada primaarsete räni osakeste suurust, parandada plastide töötlemisomadusi ning võimaldada sujuvat kuum- ja külmvaltsimist.
Tsirkoonium
Tsirkoonium on alumiiniumisulamites samuti tavaline lisand. Üldiselt lisatakse alumiiniumisulamitele 0,1–0,3%. Tsirkoonium ja alumiinium moodustavad ZrAl3 ühendeid, mis võivad takistada rekristalliseerumisprotsessi ja viimistleda rekristalliseerunud teri. Tsirkoonium võib samuti viimistleda valustruktuuri, kuid selle mõju on väiksem kui titaanil. Tsirkooniumi olemasolu vähendab titaani ja boori terade viimistlemise efekti. Al-Zn-Mg-Cu sulamites on tsirkooniumi mõju karastustundlikkusele väiksem kui kroomil ja mangaanil, mistõttu on rekristalliseerunud struktuuri viimistlemiseks asjakohane kasutada kroomi ja mangaani asemel tsirkooniumi.
Haruldased muldmetallid
Haruldasi muldmetalle lisatakse alumiiniumisulamitele valamise ajal komponentide ülejahutamise suurendamiseks, terade peenendamiseks, sekundaarsete kristallide vahekauguse vähendamiseks, sulamis olevate gaaside ja inklusioonide vähendamiseks ning inklusioonifaasi sferoidiseerimiseks. See võib vähendada ka sulami pindpinevust, suurendada voolavust ja hõlbustada valuplokkideks valamist, millel on oluline mõju protsessi toimivusele. Parem on lisada erinevaid haruldasi muldmetalle umbes 0,1% koguses. Segatud haruldaste muldmetallide (segatud La-Ce-Pr-Nd jne) lisamine vähendab Al-0,65%Mg-0,61%Si sulamis vananeva G?P tsooni moodustumise kriitilist temperatuuri. Magneesiumi sisaldavad alumiiniumisulamid võivad stimuleerida haruldaste muldmetallide metamorfismi.
Lisand
Vanaadium moodustab alumiiniumisulamites VAl11 tulekindla ühendi, millel on sulamis- ja valamisprotsessi käigus terade rafineerimisel roll, kuid selle roll on väiksem kui titaanil ja tsirkooniumil. Vanaadiumil on ka rekristalliseerunud struktuuri rafineeriv ja rekristalliseerumistemperatuuri tõstev toime.
Kaltsiumi tahke lahustuvus alumiiniumisulamites on äärmiselt madal ja see moodustab alumiiniumiga CaAl4 ühendi. Kaltsium on alumiiniumisulamite üliplastiline element. Alumiiniumsulam, mis sisaldab umbes 5% kaltsiumi ja 5% mangaani, on üliplastiline. Kaltsium ja räni moodustavad CaSi, mis ei lahustu alumiiniumis. Kuna räni tahke lahuse kogus väheneb, saab tööstusliku puhta alumiiniumi elektrijuhtivust veidi parandada. Kaltsium võib parandada alumiiniumisulamite lõikeomadusi. CaSi2 ei suuda alumiiniumisulameid kuumtöötluse teel tugevdada. Kaltsiumi jäljed on abiks vesiniku eemaldamisel sulast alumiiniumist.
Plii, tina ja vismut on madala sulamistemperatuuriga metallid. Nende tahke lahustuvus alumiiniumis on väike, mis vähendab veidi sulami tugevust, kuid võib parandada lõikeomadusi. Vismut paisub tahkumise ajal, mis on kasulik söötmise seisukohalt. Vismuti lisamine kõrge magneesiumisisaldusega sulamitele aitab vältida naatriumi haprustumist.
Antimoni kasutatakse peamiselt modifikaatorina valatud alumiiniumisulamites ja harva deformeeritud alumiiniumisulamites. Al-Mg deformeeritud alumiiniumisulamis tuleks vismuti asendada ainult naatriumi hapruse vältimiseks. Antimoni lisatakse mõnedele Al-Zn-Mg-Cu sulamitele kuum- ja külmpressimisprotsesside toimivuse parandamiseks.
Berüllium võib parandada deformeerunud alumiiniumisulamite oksiidkile struktuuri ning vähendada põlemiskadusid ja sulustusi sulamise ja valamise ajal. Berüllium on toksiline element, mis võib inimestel põhjustada allergilist mürgistust. Seetõttu ei tohi berüllium sisalduda alumiiniumisulamites, mis puutuvad kokku toidu ja jookidega. Keevitusmaterjalide berülliumisisaldust kontrollitakse tavaliselt alla 8 μg/ml. Keevitusalustena kasutatavate alumiiniumisulamite berülliumisisaldust tuleks samuti kontrollida.
Naatrium on alumiiniumis peaaegu lahustumatu ja maksimaalne tahke lahustuvus on alla 0,0025%. Naatriumi sulamistemperatuur on madal (97,8 ℃). Kui sulamis on naatriumi, adsorbeerub see tahkumise ajal dendriidi pinnale või terade piirile. Kuumtöötlemisel moodustab naatrium terade piiril vedela adsorptsioonikihi, mille tulemuseks on habras pragunemine ja NaAlSi ühendite moodustumine, vaba naatriumi ei esine ja "naatriumi haprust" ei teki.
Kui magneesiumisisaldus ületab 2%, seob magneesium räni ja sadestab vaba naatriumi, mille tulemuseks on naatriumi haprus. Seetõttu ei ole kõrge magneesiumisisaldusega alumiiniumisulamites lubatud kasutada naatriumsoola räbustit. Naatriumi hapruse vältimise meetodite hulka kuuluvad kloorimine, mille käigus naatrium moodustab NaCl ja see eraldub räbu, vismuti lisamine Na2Bi moodustamiseks ja metallimaatriksi sisenemine; antimoni lisamine Na3Sb moodustamiseks või haruldaste muldmetallide lisamine võib samuti avaldada sama mõju.
Toimetanud May Jiang MAT Aluminiumist
Postituse aeg: 08.08.2024
