Vask
Kui alumiiniumi-vasesulami alumiiniumirikas osa on 548, on vase maksimaalne lahustuvus alumiiniumis 5,65%. Kui temperatuur langeb 302 kraadini, on vase lahustuvus 0,45%. Vask on oluline sulamielement ja sellel on teatud tahket lahust tugevdav toime. Lisaks on vananemisest sadestunud CuAl2-l ilmne vananemist tugevdav toime. Alumiiniumisulamite vasesisaldus on tavaliselt 2,5–5% ja tugevdav toime on parim, kui vasesisaldus on vahemikus 4–6,8%, seega jääb enamiku duralumiiniumisulamite vasesisaldus sellesse vahemikku. Alumiiniumi-vasesulamid võivad sisaldada vähem räni, magneesiumi, mangaani, kroomi, tsinki, rauda ja muid elemente.
Räni
Kui Al-Si sulamisüsteemi alumiiniumirikka osa eutektiline temperatuur on 577, on räni maksimaalne lahustuvus tahkes lahuses 1,65%. Kuigi lahustuvus temperatuuri langedes väheneb, ei saa neid sulameid üldiselt kuumtöötlemisega tugevdada. Alumiinium-räni sulamil on suurepärased valuomadused ja korrosioonikindlus. Kui alumiiniumile lisatakse samal ajal magneesiumi ja räni, et moodustuks alumiinium-magneesium-räni sulam, on tugevdusfaasiks MgSi. Magneesiumi ja räni massisuhe on 1,73:1. Al-Mg-Si sulami koostise kujundamisel konfigureeritakse magneesiumi ja räni sisaldus maatriksil selles suhtes. Mõne Al-Mg-Si sulami tugevuse parandamiseks lisatakse sobiv kogus vaske ja sobiv kogus kroomi, et kompenseerida vase kahjulikku mõju korrosioonikindlusele.
Al-Mg2Si sulamisüsteemi tasakaalufaasi diagrammi alumiiniumirikkas osas on Mg2Si maksimaalne lahustuvus alumiiniumis 1,85% ja temperatuuri langedes on aeglustus väike. Deformeeritud alumiiniumisulamites piirdub räni lisamine alumiiniumile ainult keevitusmaterjalidega, samuti on räni lisamisel alumiiniumile teatav tugevdav toime.
Magneesium
Kuigi lahustuvuskõver näitab, et magneesiumi lahustuvus alumiiniumis väheneb oluliselt temperatuuri langedes, on magneesiumisisaldus enamikes tööstuslikes deformeeritud alumiiniumsulamites 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 magneesiumiga on ilmne. Iga magneesiumisisalduse 1% suurenemise korral suureneb tõmbetugevus ligikaudu 34 MPa. Kui mangaani on lisatud alla 1%, võib tugevdavat toimet täiendada. Seetõttu võib mangaani lisamine vähendada magneesiumisisaldust ja vähendada kuumpragunemise kalduvust. Lisaks võib mangaan ühtlaselt sadestada ka Mg5Al8 ühendeid, parandades korrosioonikindlust ja keevitust.
Mangaan
Kui Al-Mn sulamisüsteemi tasase tasakaalufaasi diagrammi eutektiline temperatuur on 658, on mangaani maksimaalne lahustuvus tahkes lahuses 1,82%. Sulami tugevus suureneb lahustuvuse suurenemisega. Kui mangaanisisaldus on 0,8%, saavutab pikenemine maksimaalse väärtuse. Al-Mn sulam on vananemiskindel sulam, see tähendab, et seda ei saa kuumtöötlemisega tugevdada. Mangaan võib takistada alumiiniumisulamite ümberkristallimisprotsessi, tõsta rekristalliseerimistemperatuuri ja oluliselt täpsustada ümberkristallitud terasid. Ümberkristalliseeritud terade viimistlemine on tingitud peamiselt sellest, et MnAl6 ühendite hajutatud osakesed takistavad ümberkristalliseeritud terade kasvu. Teine MnAl6 funktsioon on lisandi raua lahustamine, moodustades (Fe, Mn)Al6, vähendades raua kahjulikku mõju. Mangaan on alumiiniumisulamite oluline element. Seda saab lisada üksi, et moodustada Al-Mn kahekomponentne sulam. Sagedamini lisatakse see koos teiste legeerivate elementidega. Seetõttu sisaldab enamik alumiiniumisulameid mangaani.
Tsink
Tsingi lahustuvus alumiiniumis on 275 °C juures 31,6% Al-Zn-sulamisüsteemi tasakaalufaasi diagrammi alumiiniumirikkas osas, samas kui selle lahustuvus langeb 125 °C juures 5,6%ni. Ainuüksi tsingi lisamine alumiiniumile parandab alumiiniumisulami tugevus deformatsioonitingimustes. Samal ajal on kalduvus pingekorrosioonipragude tekkeks, mis piirab selle kasutamist. Tsingi ja magneesiumi lisamine alumiiniumile samaaegselt moodustab tugevdusfaasi Mg/Zn2, millel on sulamit oluliselt tugevdav toime. Mg/Zn2 sisalduse tõstmisel 0,5%-lt 12%-le saab tõmbetugevust ja voolavuspiiri oluliselt suurendada. Ülikõvades alumiiniumsulamites, kus magneesiumisisaldus ületab Mg/Zn2 faasi moodustamiseks vajaliku koguse, on pingekorrosioonipragunemiskindlus suurim, kui tsingi ja magneesiumi suhe on ligikaudu 2,7. Näiteks vaseelemendi lisamine Al-Zn-Mg-le moodustab Al-Zn-Mg-Cu seeria sulami. Alust tugevdav toime on kõigi alumiiniumisulamite seas suurim. See on ka oluline alumiiniumisulamimaterjal lennunduses, lennunduses ja elektrienergiatööstuses.
Raud ja räni
Rauda lisatakse legeerivate elementidena Al-Cu-Mg-Ni-Fe seeria sepistatud alumiiniumisulamitesse ja räni lisatakse legeerivate elementidena Al-Mg-Si seeria sepistatud alumiiniumidesse ning Al-Si seeria keevitusvarrastesse ja alumiinium-räni valudesse sulamid. Alumiiniumi baassulamites on räni ja raud tavalised lisandid, millel on oluline mõju sulami omadustele. Need esinevad peamiselt FeCl3 ja vaba ränina. Kui räni on rauast suurem, 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 valandis pragusid. Kui valualumiiniumi rauasisaldus on liiga kõrge, muutub valas hapraks.
Titaan ja boor
Titaan on alumiiniumsulamites sageli kasutatav lisand, mida lisatakse Al-Ti või Al-Ti-B põhisulami kujul. Titaan ja alumiinium moodustavad TiAl2 faasi, mis muutub kristalliseerumise käigus mitte-iseeneslikuks südamikuks ja mängib rolli valustruktuuri ja keevisõmbluse struktuuri täpsustamisel. Kui Al-Ti sulamid läbivad pakendamisreaktsiooni, on titaani kriitiline sisaldus umbes 0,15%. Kui boor on olemas, on aeglustumine nii väike kui 0,01%.
Kroom
Kroom on Al-Mg-Si-seeria, Al-Mg-Zn-seeria ja Al-Mg-seeria sulamite tavaline lisand. 600 °C juures on kroomi lahustuvus alumiiniumis 0,8% ja see on toatemperatuuril põhimõtteliselt lahustumatu. Kroom moodustab alumiiniumis metallidevahelisi ühendeid nagu (CrFe)Al7 ja (CrMn)Al12, mis takistab tuuma moodustumist ja ümberkristallimise kasvuprotsessi ning avaldab sulamit teatud tugevdavat toimet. Samuti võib see parandada sulami tugevust ja vähendada vastuvõtlikkust pingekorrosioonipragunemisele.
Kuid koht suurendab kustutamise tundlikkust, muutes anodeeritud kile kollaseks. Alumiiniumisulamitele lisatava kroomi kogus ei ületa üldjuhul 0,35% ja väheneb sulamis üleminekuelementide suurenemisega.
Strontsium
Strontsium on pindaktiivne element, mis võib kristallograafiliselt muuta metallidevaheliste ühendite faaside käitumist. Seetõttu võib modifitseerimine strontsiumielemendiga parandada sulami plastilist 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 alumiiniumisulamile ekstrusiooniks muudab β-AlFeSi faasi valuplokis α-AlFeSi faasiks, vähendades valuploki homogeniseerimisaega 60% ~ 70%, parandades materjalide mehaanilisi omadusi ja plastilist töödeldavust; toodete pinnakareduse parandamine.
Kõrge ränisisaldusega (10% ~ 13%) deformeerunud alumiiniumsulamite puhul võib 0,02% ~ 0,07% strontsiumielemendi lisamine vähendada esmaste kristallide arvu miinimumini ja mehaanilised omadused on samuti oluliselt paranenud. Tõmbetugevust бb suurendatakse 233 MPa-lt 236 MPa-le ja voolavuspiiri б0,2 suurendatakse 204 MPa-lt 210 MPa-le ja pikenemist б5 suurendatakse 9%-lt 12%-le. Strontsiumi lisamine hüpereutektilisele Al-Si sulamile võib vähendada primaarsete räniosakeste suurust, parandada plasti töötlemise omadusi ning võimaldada sujuvat kuum- ja külmvaltsimist.
Tsirkoonium
Tsirkoonium on ka tavaline lisand alumiiniumisulamites. Üldiselt on alumiiniumisulamitele lisatud kogus 0,1–0,3%. Tsirkoonium ja alumiinium moodustavad ZrAl3 ühendeid, mis võivad takistada ümberkristallimisprotsessi ja täpsustada ümberkristallitud terad. Tsirkoonium võib ka valustruktuuri täpsustada, kuid efekt on väiksem kui titaanil. Tsirkooniumi olemasolu vähendab titaani ja boori tera rafineerivat toimet. Kuna Al-Zn-Mg-Cu sulamites on tsirkooniumil väiksem mõju karastamise tundlikkusele kui kroomil ja mangaanil, on ümberkristalliseeritud struktuuri täpsustamiseks otstarbekas kasutada kroomi ja mangaani asemel tsirkooniumi.
Haruldased muldmetallid
Alumiiniumisulamitele lisatakse haruldaste muldmetallide elemente, et suurendada komponentide ülejahutust alumiiniumisulami valamisel, rafineerida terasid, vähendada sekundaarsete kristallide vahekaugust, vähendada gaase ja sulamis sisalduvaid aineid ning kalduda inklusioonifaasi sferoidiseerima. Samuti võib see vähendada sulatise pindpinevust, suurendada voolavust ja hõlbustada valuplokkideks valamist, mis mõjutab oluliselt protsessi jõudlust. Parem on lisada erinevaid haruldasi muldmetallisid koguses umbes 0,1%. Haruldaste muldmetallide (segatud La-Ce-Pr-Nd jne) lisamine vähendab kriitilist temperatuuri vananeva G?P tsooni tekkeks Al-0,65%Mg-0,61%Si sulamis. Magneesiumi sisaldavad alumiiniumisulamid võivad stimuleerida haruldaste muldmetallide elementide metamorfismi.
Ebapuhtus
Vanaadium moodustab alumiiniumisulamites tulekindla ühendi VAl11, mis mängib sulamis- ja valuprotsessi käigus terade rafineerimisel rolli, kuid selle roll on väiksem kui titaanil ja tsirkooniumil. Vanaadium omab ka rekristalliseerunud struktuuri viimistlevat ja rekristalliseerimistemperatuuri tõstvat toimet.
Kaltsiumi tahke lahustuvus alumiiniumisulamites on äärmiselt madal ja see moodustab alumiiniumiga CaAl4 ühendi. Kaltsium on alumiiniumisulamite superplastne element. Umbes 5% kaltsiumi ja 5% mangaani sisaldusega alumiiniumisulam on üliplastne. Kaltsium ja räni moodustavad CaSi, mis on alumiiniumis lahustumatu. Kuna räni tahke lahuse kogus väheneb, saab tööstusliku puhta alumiiniumi elektrijuhtivust veidi parandada. Kaltsium võib parandada alumiiniumisulamite lõikejõudlust. CaSi2 ei saa alumiiniumisulameid kuumtöötlemise kaudu tugevdada. Väikesed kogused kaltsiumi aitavad sula alumiiniumist vesinikku eemaldada.
Plii, tina ja vismutielemendid on madala sulamistemperatuuriga metallid. Nende tahke lahustuvus alumiiniumis on väike, mis vähendab veidi sulami tugevust, kuid võib parandada lõikejõudlust. Vismut paisub tahkumisel, mis on kasulik toitumisele. Vismuti lisamine suure magneesiumisisaldusega sulamitele võib vältida naatriumi murenemist.
Antimoni kasutatakse peamiselt modifikaatorina valatud alumiiniumisulamites ja harva kasutatakse deformeeritud alumiiniumisulamites. Naatriumi murenemise vältimiseks asendage vismut ainult Al-Mg deformeeritud alumiiniumsulamis. Mõnedele Al-Zn-Mg-Cu sulamitele lisatakse antimoni elementi, et parandada kuumpressimise ja külmpressimise protsesside toimivust.
Berüllium võib parandada deformeerunud alumiiniumisulamite oksiidkile struktuuri ning vähendada põlemiskadusid ja lisandeid sulamise ja valamise ajal. Berüllium on mürgine element, mis võib inimestel põhjustada allergilist mürgistust. Seetõttu ei saa berüllium sisaldada alumiiniumisulamites, mis puutuvad kokku toiduainete ja jookidega. Berülliumi sisaldust keevitusmaterjalides kontrollitakse tavaliselt alla 8 μg/ml. Keevitusalusmaterjalina kasutatavad alumiiniumisulamid peaksid samuti kontrollima berülliumi sisaldust.
Naatrium on alumiiniumis peaaegu lahustumatu ja maksimaalne tahke lahustuvus on alla 0,0025%. naatriumi sulamistemperatuur on madal (97,8 ℃), kui sulamis on naatrium, adsorbeerub see tahkumisel dendriidi pinnale või tera piirile, kuumtöötlemisel moodustab terade piiril olev naatrium vedela adsorptsioonikihi, mille tulemuseks on rabe pragunemine, NaAlSi ühendite moodustumine, vaba naatrium puudub ja see ei tekita "naatriumi rabedat".
Kui magneesiumisisaldus ületab 2%, võtab magneesium ära räni ja sadestab vaba naatriumi, mille tulemuseks on "naatriumi haprus". Seetõttu ei ole kõrge magneesiumisisaldusega alumiiniumisulamitel lubatud kasutada naatriumsoola voolu. Naatriumi rabestumise vältimise meetodid hõlmavad kloorimist, mis põhjustab naatriumi NaCl moodustumist ja juhitakse räbu, vismuti lisamine Na2Bi moodustamiseks ja metallimaatriksisse sisenemine; antimoni lisamine Na3Sb moodustamiseks või haruldaste muldmetallide lisamine võib samuti avaldada sama mõju.
Toimetanud May Jiang ettevõttest MAT Aluminium
Postitusaeg: august 08-2024
