Varis
Kai aliuminio turtinga aliuminio ir vario lydinio dalis yra 548, didžiausias vario tirpumas aliuminyje yra 5,65 %. Kai temperatūra nukrenta iki 302 °C, vario tirpumas yra 0,45 %. Varis yra svarbus lydinio elementas ir turi tam tikrą kietojo tirpalo stiprinimo poveikį. Be to, senėjimo metu nusodintas CuAl2 turi akivaizdų senėjimo stiprinimo poveikį. Vario kiekis aliuminio lydiniuose paprastai yra nuo 2,5 % iki 5 %, o stiprinimo poveikis yra geriausias, kai vario kiekis yra nuo 4 % iki 6,8 %, todėl daugumos duralumino lydinių vario kiekis yra šiame diapazone. Aliuminio ir vario lydiniuose gali būti mažiau silicio, magnio, mangano, chromo, cinko, geležies ir kitų elementų.
Silicis
Kai aliuminio turtingos Al-Si lydinio sistemos dalies eutektinė temperatūra yra 577 °C, didžiausias silicio tirpumas kietajame tirpale yra 1,65 %. Nors tirpumas mažėja mažėjant temperatūrai, šių lydinių paprastai negalima sustiprinti termiškai apdorojant. Aliuminio ir silicio lydinys pasižymi puikiomis liejimo savybėmis ir atsparumu korozijai. Jei prie aliuminio tuo pačiu metu pridedama magnio ir silicio, kad susidarytų aliuminio, magnio ir silicio lydinys, stiprinamoji fazė yra MgSi. Magnio ir silicio masės santykis yra 1,73:1. Projektuojant Al-Mg-Si lydinio sudėtį, magnio ir silicio kiekis matricoje konfigūruojamas tokiu santykiu. Siekiant pagerinti kai kurių Al-Mg-Si lydinių stiprumą, pridedamas atitinkamas kiekis vario ir atitinkamas kiekis chromo, kad būtų kompensuotas neigiamas vario poveikis atsparumui korozijai.
Didžiausias Mg2Si tirpumas aliuminyje, aliuminio turtingoje Al-Mg2Si lydinio sistemos pusiausvyros fazių diagramos dalyje, yra 1,85 %, o lėtėjimas yra mažas, mažėjant temperatūrai. Deformuotuose aliuminio lydiniuose vien silicio pridėjimas prie aliuminio apsiriboja suvirinimo medžiagomis, o silicio pridėjimas prie aliuminio taip pat turi tam tikrą stiprinimo efektą.
Magnis
Nors tirpumo kreivė rodo, kad magnio tirpumas aliuminyje labai mažėja mažėjant temperatūrai, daugumoje pramoninių deformuotų aliuminio lydinių magnio kiekis yra mažesnis nei 6 %. Silicio kiekis taip pat yra mažas. Šio tipo lydinio negalima sustiprinti terminiu apdorojimu, tačiau jis pasižymi geru suvirinamumu, atsparumu korozijai ir vidutinio stiprumo. Aliuminio sustiprinimas magniu yra akivaizdus. Kiekvieną kartą padidinus magnio kiekį 1 %, tempiamasis stipris padidėja maždaug 34 MPa. Jei pridedama mažiau nei 1 % mangano, stiprinimo efektas gali būti papildytas. Todėl pridėjus mangano, galima sumažinti magnio kiekį ir sumažinti karštojo krekingo polinkį. Be to, manganas taip pat gali tolygiai nusodinti Mg5Al8 junginius, pagerindamas atsparumą korozijai ir suvirinimo savybes.
Manganas
Kai Al-Mn lydinio sistemos plokščiosios pusiausvyros fazinės diagramos eutektinė temperatūra yra 658, didžiausias mangano tirpumas kietajame tirpale yra 1,82 %. Lydinio stipris didėja didėjant tirpumui. Kai mangano kiekis yra 0,8 %, pailgėjimas pasiekia maksimalią vertę. Al-Mn lydinys yra nesenstantis kietėjantis lydinys, t. y. jo negalima sustiprinti termiškai apdorojant. Manganas gali trukdyti aliuminio lydinių rekristalizacijos procesui, padidinti rekristalizacijos temperatūrą ir žymiai išgryninti rekristalizuotus grūdus. Rekristalizuotų grūdų išgryninimas daugiausia susijęs su tuo, kad disperguotos MnAl6 junginių dalelės trukdo rekristalizuotų grūdų augimui. Kita MnAl6 funkcija – ištirpinti priemaišinę geležį, susidarant (Fe, Mn)Al6, taip sumažinant žalingą geležies poveikį. Manganas yra svarbus elementas aliuminio lydiniuose. Jis gali būti dedamas vienas, kad susidarytų Al-Mn dvejetainis lydinys. Dažniau jis dedamas kartu su kitais legiruojančiais elementais. Todėl daugumoje aliuminio lydinių yra mangano.
Cinkas
Al-Zn lydinio sistemos pusiausvyros fazių diagramos aliuminio turtingoje dalyje cinko tirpumas aliuminyje yra 31,6 % esant 275 °C temperatūrai, o esant 125 °C temperatūrai jo tirpumas sumažėja iki 5,6 %. Vien cinko pridėjimas prie aliuminio labai ribotai padidina aliuminio lydinio stiprumą deformacijos sąlygomis. Tuo pačiu metu yra polinkis į įtempių koroziją, todėl jo taikymas ribojamas. Vienu metu pridėjus cinko ir magnio prie aliuminio, susidaro stiprinamoji fazė Mg/Zn2, kuri daro didelį stiprinamąjį poveikį lydiniui. Padidinus Mg/Zn2 kiekį nuo 0,5 % iki 12 %, galima žymiai padidinti tempiamąjį stiprumą ir takumo ribą. Superkietuose aliuminio lydiniuose, kuriuose magnio kiekis viršija reikiamą kiekį Mg/Zn2 fazei susidaryti, kai cinko ir magnio santykis yra kontroliuojamas maždaug ties 2,7, atsparumas įtempių korozijai yra didžiausias. Pavyzdžiui, pridėjus vario elemento prie Al-Zn-Mg, susidaro Al-Zn-Mg-Cu serijos lydinys. Bazinis stiprinimo efektas yra didžiausias tarp visų aliuminio lydinių. Tai taip pat svarbi aliuminio lydinio medžiaga aviacijos, kosmoso ir elektros energetikos pramonėje.
Geležis ir silicis
Geležis dedama kaip legiruojantis elementas į Al-Cu-Mg-Ni-Fe serijos kaltinius aliuminio lydinius, o silicis – kaip legiruojantis elementas į Al-Mg-Si serijos kaltinius aliuminio lydinius, Al-Si serijos suvirinimo strypus ir aliuminio-silicio liejinių lydinius. Baziniuose aliuminio lydiniuose silicis ir geležis yra dažnos priemaišos, kurios daro didelę įtaką lydinio savybėms. Jos daugiausia yra FeCl3 ir laisvojo silicio pavidalu. Kai silicio dalelės yra didesnės už geležį, susidaro β-FeSiAl3 (arba Fe2Si2Al9) fazė, o kai geležies dalelės yra didesnės už silicį, susidaro α-Fe2SiAl8 (arba Fe3Si2Al12). Kai geležies ir silicio santykis netinkamas, liejinyje atsiranda įtrūkimų. Kai geležies kiekis lieto aliuminio sudėtyje yra per didelis, liejinys tampa trapus.
Titanas ir boras
Titanas yra dažnai naudojamas priedinis elementas aliuminio lydiniuose, pridedamas Al-Ti arba Al-Ti-B pagrindinio lydinio pavidalu. Titanas ir aliuminis sudaro TiAl2 fazę, kuri kristalizacijos metu tampa nesavanaudiškai susidarančia šerdimi ir atlieka svarbų vaidmenį liejinio bei suvirinimo struktūros tobulinime. Kai Al-Ti lydiniai patiria pakavimo reakciją, kritinis titano kiekis yra apie 0,15 %. Jei yra boro, sulėtėjimas siekia vos 0,01 %.
Chromas
Chromas yra įprastas priedinis elementas Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn ir Al-Mg serijos lydiniuose. Esant 600 °C temperatūrai, chromo tirpumas aliuminyje yra 0,8%, o kambario temperatūroje jis iš esmės netirpsta. Chromas aliuminyje sudaro tarpmetalinius junginius, tokius kaip (CrFe)Al7 ir (CrMn)Al12, kurie trukdo rekristalizacijos kristalizacijos ir augimo procesui ir turi tam tikrą lydinio stiprinimo poveikį. Jis taip pat gali pagerinti lydinio tvirtumą ir sumažinti jautrumą įtempių korozijos įtrūkimams.
Tačiau ši vieta padidina jautrumą gesinimui, todėl anoduota plėvelė pagelsta. Į aliuminio lydinius pridedamo chromo kiekis paprastai neviršija 0,35 % ir mažėja didėjant pereinamųjų elementų kiekiui lydinyje.
Stroncis
Stroncis yra paviršinio aktyvumo elementas, galintis kristalografiškai pakeisti tarpmetalinių junginių fazių elgseną. Todėl modifikavimo apdorojimas stroncio elementu gali pagerinti lydinio plastinį apdorojamumą ir galutinio produkto kokybę. Dėl ilgo efektyvaus modifikavimo laiko, gero poveikio ir atkuriamumo stroncis pastaraisiais metais pakeitė natrio naudojimą Al-Si liejinių lydiniuose. Pridėjus 0,015–0,03 % stroncio į aliuminio lydinį ekstruzijai, β-AlFeSi fazė luite virsta α-AlFeSi faze, 60–70 % sutrumpinant luito homogenizavimo laiką, pagerinant medžiagų mechanines savybes ir plastinį apdorojamumą; pagerinant gaminių paviršiaus šiurkštumą.
Didelio silicio kiekio (10–13 %) deformuotiems aliuminio lydiniams pridėjus 0,02–0,07 % stroncio elemento, galima iki minimumo sumažinti pirminių silicio dalelių dydį, o mechaninės savybės taip pat žymiai pagerėja. Tempimo stipris бb padidėja nuo 233 MPa iki 236 MPa, takumo riba б0,2 padidėja nuo 204 MPa iki 210 MPa, o pailgėjimas б5 padidėja nuo 9 % iki 12 %. Pridėjus stroncio į hipereutektinį Al-Si lydinį, galima sumažinti pirminių silicio dalelių dydį, pagerinti plastiko apdorojimo savybes ir užtikrinti sklandų karštą ir šaltą valcavimą.
Cirkonis
Cirkonis taip pat yra dažnas aliuminio lydinių priedas. Paprastai į aliuminio lydinius pridedama 0,1–0,3 % jo. Cirkonis ir aliuminis sudaro ZrAl3 junginius, kurie gali trukdyti rekristalizacijos procesui ir pagerinti rekristalizuotų grūdelių kokybę. Cirkonis taip pat gali pagerinti liejinio struktūrą, tačiau poveikis yra mažesnis nei titano. Cirkonio buvimas sumažina titano ir boro grūdelių valymo poveikį. Al-Zn-Mg-Cu lydiniuose, kadangi cirkonis turi mažesnį poveikį gesinimo jautrumui nei chromas ir manganas, vietoj chromo ir mangano tikslinga naudoti cirkonį, kad būtų pagerinta rekristalizuotos struktūros kokybė.
Retųjų žemių elementai
Retųjų žemių elementai į aliuminio lydinius dedami siekiant padidinti komponentų perkaitimą aliuminio lydinio liejimo metu, susmulkinti grūdelius, sumažinti antrinių kristalų tarpus, sumažinti dujų ir intarpų kiekį lydinyje ir skatinti intarpų fazės sferoidizmą. Jie taip pat gali sumažinti lydalo paviršiaus įtempimą, padidinti takumą ir palengvinti liejimą į luitus, o tai daro didelę įtaką proceso našumui. Geriau pridėti įvairių retųjų žemių elementų maždaug 0,1 % kiekiu. Mišrių retųjų žemių elementų (mišrių La-Ce-Pr-Nd ir kt.) pridėjimas sumažina kritinę temperatūrą senėjimo G?P zonos susidarymui Al-0,65 %Mg-0,61 %Si lydinyje. Aliuminio lydiniai, kurių sudėtyje yra magnio, gali skatinti retųjų žemių elementų metamorfizmą.
Priemaiša
Vanadis aliuminio lydiniuose sudaro ugniai atsparų junginį VAl11, kuris atlieka svarbų vaidmenį grūdelių valymui lydymo ir liejimo procese, tačiau jo vaidmuo yra mažesnis nei titano ir cirkonio. Vanadis taip pat valo rekristalinę struktūrą ir didina rekristalizacijos temperatūrą.
Kalcio tirpumas kietoje būsenoje aliuminio lydiniuose yra itin mažas, todėl su aliuminiu jis sudaro CaAl4 junginį. Kalcis yra superplastiškas aliuminio lydinių elementas. Aliuminio lydinys, kuriame yra maždaug 5 % kalcio ir 5 % mangano, pasižymi superplastiškumu. Kalcis ir silicis sudaro CaSi, kuris netirpsta aliuminyje. Kadangi silicio kiekis kietoje būsenoje tirpale sumažėja, pramoninio gryno aliuminio elektrinis laidumas gali šiek tiek pagerėti. Kalcis gali pagerinti aliuminio lydinių pjovimo charakteristikas. CaSi2 negali sustiprinti aliuminio lydinių terminio apdorojimo būdu. Mažas kalcio kiekis padeda pašalinti vandenilį iš išlydyto aliuminio.
Švinas, alavas ir bismutas yra žemos lydymosi temperatūros metalai. Jų kietasis tirpumas aliuminyje yra mažas, todėl šiek tiek sumažėja lydinio stiprumas, tačiau gali pagerinti pjovimo našumą. Bismutas kietėjimo metu plečiasi, o tai naudinga paduodant. Į lydinius, kuriuose yra daug magnio, įdedant bismuto, galima išvengti natrio trapumo.
Stibis daugiausia naudojamas kaip modifikatorius liejiniuose aliuminio lydiniuose ir retai naudojamas deformuotuose aliuminio lydiniuose. Al-Mg deformuotame aliuminio lydinyje bismutą galima pakeisti tik siekiant išvengti natrio trapumo. Stibio elementas pridedamas prie kai kurių Al-Zn-Mg-Cu lydinių, siekiant pagerinti karšto ir šalto presavimo procesų našumą.
Berilis gali pagerinti deformuotų aliuminio lydinių oksido plėvelės struktūrą ir sumažinti degimo nuostolius bei intarpus lydymo ir liejimo metu. Berilis yra toksiškas elementas, galintis sukelti alerginį apsinuodijimą žmonėms. Todėl berilio negali būti aliuminio lydiniuose, kurie liečiasi su maistu ir gėrimais. Berilio kiekis suvirinimo medžiagose paprastai kontroliuojamas žemiau 8 μg/ml. Aliuminio lydiniuose, naudojamuose kaip suvirinimo substratai, taip pat turėtų būti kontroliuojamas berilio kiekis.
Natris beveik netirpsta aliuminyje, o didžiausias kietojo kūno tirpumas yra mažesnis nei 0,0025 %. Natrio lydymosi temperatūra yra žema (97,8 ℃). Kai lydinyje yra natrio, jis kietėjimo metu adsorbuojamas ant dendritų paviršiaus arba grūdelių ribos. Karšto apdorojimo metu natris ant grūdelių ribos sudaro skystą adsorbcijos sluoksnį, dėl kurio atsiranda trapus krekingas, susidaro NaAlSi junginiai, laisvo natrio nėra ir „natrio trapumas“ nesusidaro.
Kai magnio kiekis viršija 2 %, magnis atima silicį ir nusodina laisvąjį natrį, todėl susidaro „natrio trapumas“. Todėl aliuminio lydiniuose, kuriuose yra daug magnio, negalima naudoti natrio druskos fliuso. „Natrio trapumo“ prevencijos metodai apima chloravimą, kurio metu natris sudaro NaCl ir išsiskiria į šlaką, bismuto pridėjimą, kad susidarytų Na2Bi ir jis patektų į metalo matricą; stibio pridėjimą, kad susidarytų Na3Sb, arba retųjų žemių elementų pridėjimą taip pat galima pasiekti tokį patį poveikį.
Redagavo May Jiang iš MAT Aluminum
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 8 d.
