Бакар
Када је део легуре алуминијума и бакра богат алуминијумом 548, максимална растворљивост бакра у алуминијуму је 5,65%. Када температура падне на 302, растворљивост бакра је 0,45%. Бакар је важан елемент легуре и има одређени ефекат јачања чврстог раствора. Поред тога, CuAl2 који се исталаже старењем има очигледан ефекат јачања старењем. Садржај бакра у легурама алуминијума је обично између 2,5% и 5%, а ефекат јачања је најбољи када је садржај бакра између 4% и 6,8%, тако да је садржај бакра у већини легура дуралуминијума у овом опсегу. Легуре алуминијума и бакра могу садржати мање силицијума, магнезијума, мангана, хрома, цинка, гвожђа и других елемената.
Силицијум
Када део система легуре Al-Si богат алуминијумом има еутектичку температуру од 577, максимална растворљивост силицијума у чврстом раствору је 1,65%. Иако се растворљивост смањује са смањењем температуре, ове легуре се генерално не могу ојачати термичком обрадом. Легура алуминијума и силицијума има одлична својства ливења и отпорност на корозију. Ако се магнезијум и силицијум додају алуминијуму истовремено да би се формирала легура алуминијума, магнезијума и силицијума, фаза ојачавања је MgSi. Масени однос магнезијума и силицијума је 1,73:1. Приликом пројектовања састава легуре Al-Mg-Si, садржај магнезијума и силицијума је конфигурисан у овом односу на матрици. Да би се побољшала чврстоћа неких легура Al-Mg-Si, додаје се одговарајућа количина бакра, а одговарајућа количина хрома се додаје како би се ублажили негативни ефекти бакра на отпорност на корозију.
Максимална растворљивост Mg2Si у алуминијуму у делу равнотежног фазног дијаграма система легура Al-Mg2Si богатом алуминијумом је 1,85%, а успоравање је мало како температура опада. Код деформисаних легура алуминијума, додавање самог силицијума алуминијуму је ограничено на материјале за заваривање, а додавање силицијума алуминијуму такође има одређени ефекат ојачавања.
Магнезијум
Иако крива растворљивости показује да се растворљивост магнезијума у алуминијуму значајно смањује са смањењем температуре, садржај магнезијума у већини индустријски деформисаних легура алуминијума је мањи од 6%. Садржај силицијума је такође низак. Ова врста легуре не може се ојачати термичком обрадом, али има добру заварљивост, добру отпорност на корозију и средњу чврстоћу. Ојачавање алуминијума магнезијумом је очигледно. За свако повећање магнезијума од 1%, затезна чврстоћа се повећава за приближно 34MPa. Ако се дода мање од 1% мангана, ефекат ојачавања може бити надокнађен. Стога, додавање мангана може смањити садржај магнезијума и смањити тенденцију топлих пуцања. Поред тога, манган такође може равномерно таложити једињења Mg5Al8, побољшавајући отпорност на корозију и перформансе заваривања.
Манган
Када је еутектичка температура равног равнотежног фазног дијаграма система легуре Al-Mn 658, максимална растворљивост мангана у чврстом раствору је 1,82%. Чврстоћа легуре расте са повећањем растворљивости. Када је садржај мангана 0,8%, издужење достиже максималну вредност. Легура Al-Mn је легура која се не очвршћава старењем, односно не може се ојачати термичком обрадом. Манган може спречити процес рекристализације алуминијумских легура, повећати температуру рекристализације и значајно пречистити рекристалисана зрна. Пречишћавање рекристализованих зрна је углавном последица чињенице да дисперговане честице једињења MnAl6 ометају раст рекристализованих зрна. Још једна функција MnAl6 је растварање нечистоћа гвожђа да би се формирао (Fe, Mn)Al6, смањујући штетне ефекте гвожђа. Манган је важан елемент у легурама алуминијума. Може се додати сам да би се формирала бинарна легура Al-Mn. Чешће се додаје заједно са другим легирајућим елементима. Стога, већина легура алуминијума садржи манган.
Цинк
Растворљивост цинка у алуминијуму је 31,6% на 275°C у делу богатом алуминијумом равнотежног фазног дијаграма система легуре Al-Zn, док његова растворљивост пада на 5,6% на 125°C. Додавање самог цинка алуминијуму има веома ограничено побољшање чврстоће легуре алуминијума под условима деформације. Истовремено, постоји тенденција ка пуцању услед корозије под напоном, што ограничава његову примену. Додавање цинка и магнезијума алуминијуму истовремено формира фазу ојачавања Mg/Zn2, која има значајан ефекат ојачавања легуре. Када се садржај Mg/Zn2 повећа са 0,5% на 12%, затезна чврстоћа и граница течења могу се значајно повећати. Код супертврдих легура алуминијума где садржај магнезијума прелази потребну количину за формирање фазе Mg/Zn2, када се однос цинка и магнезијума контролише на око 2,7, отпорност на пуцање услед корозије под напоном је највећа. На пример, додавањем елемента бакра у Al-Zn-Mg формира се легура серије Al-Zn-Mg-Cu. Ефекат јачања основе је највећи међу свим легурама алуминијума. Такође је важан материјал од легура алуминијума у ваздухопловству, авионској индустрији и електроенергетској индустрији.
Гвожђе и силицијум
Гвожђе се додаје као легирајући елемент у легуре кованог алуминијума серије Al-Cu-Mg-Ni-Fe, а силицијум се додаје као легирајући елемент у ковани алуминијум серије Al-Mg-Si и у шипке за заваривање серије Al-Si и легуре алуминијум-силицијум за ливење. У основним легурама алуминијума, силицијум и гвожђе су уобичајени нечистоће, које значајно утичу на својства легуре. Углавном постоје као FeCl3 и слободни силицијум. Када је силицијум већи од гвожђа, формира се фаза β-FeSiAl3 (или Fe2Si2Al9), а када је гвожђе веће од силицијума, формира се α-Fe2SiAl8 (или Fe3Si2Al12). Када је однос гвожђа и силицијума неправилан, то ће изазвати пукотине у одливку. Када је садржај гвожђа у ливеном алуминијуму превисок, одлив ће постати крт.
Титанијум и бор
Титанијум је често коришћени адитивни елемент у легурама алуминијума, који се додаје у облику Al-Ti или Al-Ti-B главне легуре. Титанијум и алуминијум формирају TiAl2 фазу, која постаје неспонтано језгро током кристализације и игра улогу у рафинирању структуре ливења и структуре завара. Када Al-Ti легуре пролазе кроз реакцију паковања, критични садржај титанијума је око 0,15%. Ако је присутан бор, успоравање је само 0,01%.
Хром
Хром је уобичајени адитивни елемент у легурама серије Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn и Al-Mg. На 600°C, растворљивост хрома у алуминијуму је 0,8%, и у основи је нерастворљив на собној температури. Хром формира интерметална једињења као што су (CrFe)Al7 и (CrMn)Al12 у алуминијуму, што омета процес нуклеације и раста рекристализације и има одређени ефекат јачања легуре. Такође може побољшати жилавост легуре и смањити подложност пуцању услед корозије под напоном.
Међутим, место повећава осетљивост на каљење, чинећи анодизирани филм жутим. Количина хрома додатог легурама алуминијума генерално не прелази 0,35% и смањује се са повећањем прелазних елемената у легури.
Стронцијум
Стронцијум је површински активни елемент који може кристалографски да промени понашање интерметалних једињења. Стога, модификациони третман стронцијумом може побољшати пластичну обрадивост легуре и квалитет финалног производа. Због дугог ефективног времена модификације, доброг ефекта и репродуктивности, стронцијум је последњих година заменио употребу натријума у Al-Si ливним легурама. Додавање 0,015%~0,03% стронцијума у легуру алуминијума за екструзију претвара β-AlFeSi фазу у инготу у α-AlFeSi фазу, смањујући време хомогенизације ингота за 60%~70%, побољшавајући механичка својства и пластичну обрадивост материјала; побољшавајући храпавост површине производа.
За деформисане легуре алуминијума са високим садржајем силицијума (10%~13%), додавање 0,02%~0,07% стронцијума може свести примарне кристале на минимум, а механичка својства су такође значајно побољшана. Затезна чврстоћа бb је повећана са 233MPa на 236MPa, граница течења б0,2 је повећана са 204MPa на 210MPa, а издужење б5 је повећано са 9% на 12%. Додавање стронцијума хипереутектичној Al-Si легури може смањити величину примарних честица силицијума, побољшати својства пластичне обраде и омогућити глатко топло и хладно ваљање.
Цирконијум
Цирконијум је такође уобичајени адитив у легурама алуминијума. Генерално, количина која се додаје легурама алуминијума је 0,1%~0,3%. Цирконијум и алуминијум формирају једињења ZrAl3, која могу ометати процес рекристализације и рафинисати рекристалисана зрна. Цирконијум такође може рафинисати структуру ливења, али је ефекат мањи него код титанијума. Присуство цирконијума ће смањити ефекат рафинисања зрна титанијума и бора. Код легура Al-Zn-Mg-Cu, пошто цирконијум има мањи утицај на осетљивост на каљење од хрома и мангана, прикладно је користити цирконијум уместо хрома и мангана за рафинирање рекристалисане структуре.
Ретки земни елементи
Ретки земни елементи се додају легурама алуминијума како би се повећало прехлађивање компоненти током ливења алуминијумских легура, пречистили зрна, смањио размак између секундарних кристала, смањили гасови и инклузије у легури и тежило сфероидизацији фазе инклузија. Такође може смањити површински напон растопа, повећати флуидност и олакшати ливење у инготе, што има значајан утицај на перформансе процеса. Боље је додати различите ретке земне елементе у количини од око 0,1%. Додавање мешаних ретких земних елемената (мешани La-Ce-Pr-Nd, итд.) смањује критичну температуру за формирање зоне старења G⁻P у легури Al-0,65%Mg-0,61%Si. Легуре алуминијума које садрже магнезијум могу стимулисати метаморфизам ретких земних елемената.
Нечистоћа
Ванадијум формира ватростално једињење VAl11 у легурама алуминијума, које игра улогу у рафинисању зрна током процеса топљења и ливења, али је његова улога мања од улоге титанијума и цирконијума. Ванадијум такође има ефекат рафинисања рекристалисане структуре и повећања температуре рекристализације.
Растворљивост калцијума у чврстом стању у легурама алуминијума је изузетно ниска, и он формира једињење CaAl4 са алуминијумом. Калцијум је суперпластични елемент легура алуминијума. Легура алуминијума са приближно 5% калцијума и 5% мангана има суперпластичност. Калцијум и силицијум формирају CaSi, који је нерастворљив у алуминијуму. Пошто је количина силицијума у чврстом раствору смањена, електрична проводљивост индустријског чистог алуминијума може се мало побољшати. Калцијум може побољшати перформансе сечења легура алуминијума. CaSi2 не може ојачати легуре алуминијума термичком обрадом. Трагови калцијума су корисни у уклањању водоника из растопљеног алуминијума.
Олово, калај и бизмут су метали са ниском тачком топљења. Њихова растворљивост у чврстом стању у алуминијуму је мала, што незнатно смањује чврстоћу легуре, али може побољшати перформансе сечења. Бизмут се шири током очвршћавања, што је корисно за храњење. Додавање бизмута легурама са високим садржајем магнезијума може спречити кртост натријума.
Антимон се углавном користи као модификатор у ливеним легурама алуминијума, а ретко се користи у деформисаним легурама алуминијума. Замењује бизмут само у Al-Mg деформисаним легурама алуминијума како би се спречила кртост изазвана натријумом. Елемент антимон се додаје неким Al-Zn-Mg-Cu легурама ради побољшања перформанси процеса топлог и хладног пресовања.
Берилијум може побољшати структуру оксидног филма у деформисаним легурама алуминијума и смањити губитке при сагоревању и инклузије током топљења и ливења. Берилијум је токсични елемент који може изазвати алергијско тровање код људи. Стога, берилијум не сме бити садржан у легурама алуминијума које долазе у контакт са храном и пићима. Садржај берилијума у материјалима за заваривање се обично контролише испод 8μг/мл. Легуре алуминијума које се користе као подлоге за заваривање такође треба да контролишу садржај берилијума.
Натријум је готово нерастворљив у алуминијуму, а максимална растворљивост у чврстом стању је мања од 0,0025%. Тачка топљења натријума је ниска (97,8 ℃). Када је натријум присутан у легури, он се адсорбује на површини дендрита или граници зрна током очвршћавања. Током вруће обраде, натријум на граници зрна формира течни адсорпциони слој, што доводи до крхког пуцања и стварања једињења NaAlSi. Нема слободног натријума и не ствара „крхкост натријума“.
Када садржај магнезијума пређе 2%, магнезијум одузима силицијум и таложи слободни натријум, што доводи до „кртости натријума“. Стога, легуре алуминијума са високим садржајем магнезијума не смеју користити флукс на бази натријума. Методе за спречавање „кртости натријума“ укључују хлорисање, које узрокује да натријум формира NaCl и испушта се у згуру, додавање бизмута да би се формирао Na2Bi и ушао у металну матрицу; додавање антимона да би се формирао Na3Sb или додавање ретких земаља такође може имати исти ефекат.
Уредила Меј Ђијанг из МАТ Алуминијума
Време објаве: 08.08.2024.
