Bakır
Alüminyum-bakır alaşımının alüminyum açısından zengin kısmı 548 olduğunda, bakırın alüminyumdaki maksimum çözünürlüğü %5,65'tir. Sıcaklık 302'ye düştüğünde, bakırın çözünürlüğü %0,45'tir. Bakır önemli bir alaşım elementidir ve belirli bir katı çözelti güçlendirme etkisine sahiptir. Ek olarak, yaşlanmayla çöken CuAl2'nin belirgin bir yaşlanma güçlendirme etkisi vardır. Alüminyum alaşımlarındaki bakır içeriği genellikle %2,5 ile %5 arasındadır ve güçlendirme etkisi bakır içeriği %4 ile %6,8 arasında olduğunda en iyisidir, bu nedenle çoğu duralumin alaşımının bakır içeriği bu aralıktadır. Alüminyum-bakır alaşımları daha az silisyum, magnezyum, manganez, krom, çinko, demir ve diğer elementleri içerebilir.
Silikon
Al-Si alaşım sisteminin alüminyum açısından zengin kısmı 577'lik bir ötektik sıcaklığa sahip olduğunda, katı çözeltideki silisyumun maksimum çözünürlüğü %1,65'tir. Çözünürlük azalan sıcaklıkla azalsa da, bu alaşımlar genellikle ısıl işlemle güçlendirilemez. Alüminyum-silisyum alaşımı mükemmel döküm özelliklerine ve korozyon direncine sahiptir. Alüminyuma aynı anda magnezyum ve silisyum eklenerek bir alüminyum-magnezyum-silisyum alaşımı oluşturulursa, güçlendirme fazı MgSi'dir. Magnezyumun silisyuma kütle oranı 1,73:1'dir. Al-Mg-Si alaşımının bileşimi tasarlanırken, magnezyum ve silisyum içerikleri matris üzerinde bu oranda yapılandırılır. Bazı Al-Mg-Si alaşımlarının mukavemetini artırmak için uygun miktarda bakır eklenir ve bakırın korozyon direnci üzerindeki olumsuz etkilerini telafi etmek için uygun miktarda krom eklenir.
Al-Mg2Si alaşım sisteminin denge faz diyagramının alüminyum açısından zengin kısmında Mg2Si'nin alüminyumdaki maksimum çözünürlüğü %1,85'tir ve sıcaklık azaldıkça yavaşlama küçüktür. Deforme olmuş alüminyum alaşımlarında, alüminyuma yalnızca silikon eklenmesi kaynak malzemeleriyle sınırlıdır ve alüminyuma silikon eklenmesinin de belirli bir güçlendirme etkisi vardır.
Magnezyum
Çözünürlük eğrisi, magnezyumun alüminyumdaki çözünürlüğünün sıcaklık azaldıkça büyük ölçüde azaldığını göstermesine rağmen, çoğu endüstriyel deforme alüminyum alaşımındaki magnezyum içeriği %6'dan azdır. Silisyum içeriği de düşüktür. Bu tür alaşımlar ısıl işlemle güçlendirilemez, ancak iyi kaynaklanabilirliğe, iyi korozyon direncine ve orta mukavemete sahiptir. Alüminyumun magnezyum tarafından güçlendirilmesi açıktır. Magnezyumdaki her %1'lik artış için, çekme mukavemeti yaklaşık 34 MPa artar. %1'den az manganez eklenirse, güçlendirme etkisi tamamlanabilir. Bu nedenle, manganez eklemek magnezyum içeriğini azaltabilir ve sıcak çatlama eğilimini azaltabilir. Ek olarak, manganez ayrıca Mg5Al8 bileşiklerini düzgün bir şekilde çökeltebilir, korozyon direncini ve kaynak performansını iyileştirebilir.
Manganez
Al-Mn alaşım sisteminin düz denge faz diyagramının ötektik sıcaklığı 658 olduğunda, manganezin katı çözeltideki maksimum çözünürlüğü %1,82'dir. Alaşımın mukavemeti, çözünürlükteki artışla birlikte artar. Manganez içeriği %0,8 olduğunda, uzama maksimum değere ulaşır. Al-Mn alaşımı, yaşlanmaya dayanıklı olmayan bir alaşımdır, yani ısıl işlemle güçlendirilemez. Manganez, alüminyum alaşımlarının yeniden kristalleşme sürecini önleyebilir, yeniden kristalleşme sıcaklığını artırabilir ve yeniden kristalleşmiş taneleri önemli ölçüde rafine edebilir. Yeniden kristalleşmiş tanelerin rafine edilmesi, esas olarak MnAl6 bileşiklerinin dağılmış parçacıklarının yeniden kristalleşmiş tanelerin büyümesini engellemesinden kaynaklanmaktadır. MnAl6'nın bir diğer işlevi, (Fe, Mn)Al6 oluşturmak için saf olmayan demiri çözerek demirin zararlı etkilerini azaltmaktır. Manganez, alüminyum alaşımlarında önemli bir elementtir. Tek başına eklenerek Al-Mn ikili alaşımı oluşturulabilir. Daha sıklıkla diğer alaşım elementleriyle birlikte eklenir. Bu nedenle çoğu alüminyum alaşımı manganez içerir.
Çinko
Çinkonun alüminyumdaki çözünürlüğü, Al-Zn alaşım sisteminin denge faz diyagramının alüminyum açısından zengin kısmında 275'te %31,6 iken, çözünürlüğü 125'te %5,6'ya düşer. Alüminyuma tek başına çinko eklenmesi, deformasyon koşulları altında alüminyum alaşımının mukavemetinde çok sınırlı bir iyileştirme sağlar. Aynı zamanda, gerilim korozyon çatlağı eğilimi vardır, bu nedenle uygulamasını sınırlar. Alüminyuma aynı anda çinko ve magnezyum eklenmesi, alaşım üzerinde önemli bir güçlendirme etkisine sahip olan güçlendirme fazı Mg/Zn2'yi oluşturur. Mg/Zn2 içeriği %0,5'ten %12'ye çıkarıldığında, çekme mukavemeti ve akma mukavemeti önemli ölçüde artırılabilir. Magnezyum içeriğinin Mg/Zn2 fazını oluşturmak için gereken miktarı aştığı süper sert alüminyum alaşımlarında, çinko/magnezyum oranı 2,7 civarında kontrol edildiğinde, gerilim korozyon çatlağı direnci en yüksektir. Örneğin, Al-Zn-Mg'ye bakır elementi eklendiğinde Al-Zn-Mg-Cu serisi alaşım oluşur. Taban güçlendirme etkisi tüm alüminyum alaşımları arasında en büyüğüdür. Ayrıca havacılık, havacılık endüstrisi ve elektrik enerjisi endüstrisinde önemli bir alüminyum alaşım malzemesidir.
Demir ve silisyum
Al-Cu-Mg-Ni-Fe serisi dövme alüminyum alaşımlarına alaşım elementleri olarak demir, Al-Mg-Si serisi dövme alüminyuma ve Al-Si serisi kaynak çubuklarına ve alüminyum-silisyum döküm alaşımlarına alaşım elementleri olarak silisyum eklenir. Temel alüminyum alaşımlarında silisyum ve demir, alaşımın özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olan yaygın safsızlık elementleridir. Bunlar esas olarak FeCl3 ve serbest silisyum olarak bulunur. Silisyum demirden büyük olduğunda β-FeSiAl3 (veya Fe2Si2Al9) fazı oluşur ve demir silisyumdan büyük olduğunda α-Fe2SiAl8 (veya Fe3Si2Al12) oluşur. Demir ve silisyum oranı uygun olmadığında dökümde çatlaklara neden olur. Döküm alüminyumdaki demir içeriği çok yüksek olduğunda döküm kırılgan hale gelir.
Titanyum ve Bor
Titanyum, alüminyum alaşımlarında yaygın olarak kullanılan bir katkı elementidir ve Al-Ti veya Al-Ti-B ana alaşımı formunda eklenir. Titanyum ve alüminyum, kristalleşme sırasında kendiliğinden olmayan bir çekirdek haline gelen ve döküm yapısını ve kaynak yapısını iyileştirmede rol oynayan TiAl2 fazını oluşturur. Al-Ti alaşımları bir paket reaksiyonuna girdiğinde, titanyumun kritik içeriği yaklaşık %0,15'tir. Bor mevcutsa, yavaşlama %0,01 kadar küçüktür.
Krom
Krom, Al-Mg-Si serisi, Al-Mg-Zn serisi ve Al-Mg serisi alaşımlarında yaygın bir katkı elementidir. 600°C'de kromun alüminyumdaki çözünürlüğü %0,8'dir ve oda sıcaklığında temelde çözünmez. Krom, alüminyumda (CrFe)Al7 ve (CrMn)Al12 gibi intermetalik bileşikler oluşturur, bu da yeniden kristalleşmenin çekirdeklenme ve büyüme sürecini engeller ve alaşım üzerinde belirli bir güçlendirme etkisine sahiptir. Ayrıca alaşımın tokluğunu iyileştirebilir ve gerilim korozyon çatlamasına karşı duyarlılığı azaltabilir.
Ancak, site söndürme hassasiyetini artırarak anodize edilmiş filmi sarı yapar. Alüminyum alaşımlarına eklenen krom miktarı genellikle %0,35'i geçmez ve alaşımdaki geçiş elementlerinin artmasıyla azalır.
Stronsiyum
Stronsiyum, intermetalik bileşik fazlarının davranışını kristalografik olarak değiştirebilen yüzey aktif bir elementtir. Bu nedenle, stronsiyum elementiyle modifikasyon işlemi, alaşımın plastik işlenebilirliğini ve nihai ürünün kalitesini iyileştirebilir. Uzun etkili modifikasyon süresi, iyi etki ve tekrarlanabilirlik nedeniyle stronsiyum, son yıllarda Al-Si döküm alaşımlarında sodyum kullanımının yerini almıştır. Ekstrüzyon için alüminyum alaşımına %0,015~%0,03 stronsiyum eklemek, külçedeki β-AlFeSi fazını α-AlFeSi fazına dönüştürerek külçe homojenizasyon süresini %60~%70 oranında azaltır, malzemelerin mekanik özelliklerini ve plastik işlenebilirliğini iyileştirir; ürünlerin yüzey pürüzlülüğünü iyileştirir.
Yüksek silisyumlu (%10~%13) deforme alüminyum alaşımları için, %0,02~%0,07 stronsiyum elementi eklemek birincil kristalleri en aza indirebilir ve mekanik özellikler de önemli ölçüde iyileştirilebilir. Çekme dayanımı бb 233MPa'dan 236MPa'ya, akma dayanımı б0,2 204MPa'dan 210MPa'ya ve uzama б5 %9'dan %12'ye çıkar. Hipereutektik Al-Si alaşımına stronsiyum eklemek birincil silisyum parçacıklarının boyutunu küçültebilir, plastik işleme özelliklerini iyileştirebilir ve pürüzsüz sıcak ve soğuk haddelemeyi mümkün kılabilir.
Zirkonyum
Zirkonyum da alüminyum alaşımlarında yaygın bir katkı maddesidir. Genellikle alüminyum alaşımlarına eklenen miktar %0,1~%0,3'tür. Zirkonyum ve alüminyum, yeniden kristalleşme sürecini engelleyebilen ve yeniden kristalleşmiş taneleri rafine edebilen ZrAl3 bileşikleri oluşturur. Zirkonyum ayrıca döküm yapısını da rafine edebilir, ancak etkisi titanyumdan daha küçüktür. Zirkonyumun varlığı, titanyum ve borun tane rafine etme etkisini azaltacaktır. Al-Zn-Mg-Cu alaşımlarında, zirkonyumun söndürme hassasiyeti üzerinde krom ve manganezden daha küçük bir etkisi olduğundan, yeniden kristalleşmiş yapıyı rafine etmek için krom ve manganez yerine zirkonyum kullanılması uygundur.
Nadir toprak elementleri
Nadir toprak elementleri, alüminyum alaşım dökümü sırasında bileşenin aşırı soğumasını artırmak, taneleri rafine etmek, ikincil kristal aralığını azaltmak, alaşımdaki gazları ve kapanımları azaltmak ve kapanım fazını küreselleştirme eğiliminde olmak için alüminyum alaşımlarına eklenir. Ayrıca eriyiğin yüzey gerilimini azaltabilir, akışkanlığı artırabilir ve külçelere dökümü kolaylaştırabilir, bu da işlem performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yaklaşık %0,1 miktarında çeşitli nadir toprak elementleri eklemek daha iyidir. Karışık nadir toprak elementlerinin (karışık La-Ce-Pr-Nd, vb.) eklenmesi, Al-0,65%Mg-0,61%Si alaşımında yaşlanma G?P bölgesinin oluşumu için kritik sıcaklığı düşürür. Magnezyum içeren alüminyum alaşımları nadir toprak elementlerinin metamorfizmasını uyarabilir.
Kirlilik
Vanadyum, alüminyum alaşımlarında ergime ve döküm işlemi sırasında tanelerin rafine edilmesinde rol oynayan VAl11 refrakter bileşiğini oluşturur, ancak rolü titanyum ve zirkonyumdan daha küçüktür. Vanadyum ayrıca yeniden kristalleşmiş yapıyı rafine etme ve yeniden kristalleşme sıcaklığını artırma etkisine sahiptir.
Alüminyum alaşımlarında kalsiyumun katı çözünürlüğü son derece düşüktür ve alüminyumla CaAl4 bileşiği oluşturur. Kalsiyum, alüminyum alaşımlarının süperplastik bir elementidir. Yaklaşık %5 kalsiyum ve %5 manganez içeren bir alüminyum alaşımı süperplastikliğe sahiptir. Kalsiyum ve silisyum, alüminyumda çözünmeyen CaSi'yi oluşturur. Silisyumun katı çözelti miktarı azaldığından, endüstriyel saf alüminyumun elektriksel iletkenliği biraz iyileştirilebilir. Kalsiyum, alüminyum alaşımlarının kesme performansını iyileştirebilir. CaSi2, alüminyum alaşımlarını ısıl işlemle güçlendiremez. Eser miktarda kalsiyum, erimiş alüminyumdan hidrojeni uzaklaştırmada yardımcı olur.
Kurşun, kalay ve bizmut elementleri düşük erime noktalı metallerdir. Alüminyumdaki katı çözünürlükleri küçüktür, bu da alaşımın mukavemetini biraz azaltır ancak kesme performansını iyileştirebilir. Bizmut katılaşma sırasında genişler ve bu da besleme için faydalıdır. Yüksek magnezyumlu alaşımlara bizmut eklemek sodyum gevrekleşmesini önleyebilir.
Antimon esas olarak döküm alüminyum alaşımlarında bir değiştirici olarak kullanılır ve deforme alüminyum alaşımlarında nadiren kullanılır. Sodyum gevrekleşmesini önlemek için yalnızca Al-Mg deforme alüminyum alaşımında bizmutu değiştirin. Antimon elementi, sıcak presleme ve soğuk presleme işlemlerinin performansını iyileştirmek için bazı Al-Zn-Mg-Cu alaşımlarına eklenir.
Berilyum, deforme olmuş alüminyum alaşımlarındaki oksit filminin yapısını iyileştirebilir ve eritme ve döküm sırasında yanma kaybını ve kapanımları azaltabilir. Berilyum, insanlarda alerjik zehirlenmeye neden olabilen toksik bir elementtir. Bu nedenle, berilyum yiyecek ve içeceklerle temas eden alüminyum alaşımlarında tutulamaz. Kaynak malzemelerindeki berilyum içeriği genellikle 8μg/ml'nin altında kontrol edilir. Kaynak altlıkları olarak kullanılan alüminyum alaşımları da berilyum içeriğini kontrol etmelidir.
Sodyum alüminyumda neredeyse çözünmez ve maksimum katı çözünürlüğü %0,0025'ten azdır. Sodyumun erime noktası düşüktür (97,8℃), alaşımda sodyum mevcut olduğunda katılaşma sırasında dendrit yüzeyine veya tane sınırına adsorbe olur, sıcak işleme sırasında tane sınırındaki sodyum sıvı bir adsorpsiyon tabakası oluşturur, bu da kırılgan çatlamalara, NaAlSi bileşiklerinin oluşumuna neden olur, serbest sodyum yoktur ve "sodyum kırılganlığı" üretmez.
Magnezyum içeriği %2'yi aştığında, magnezyum silisyum alır ve serbest sodyumu çökeltir, bu da "sodyum kırılganlığı" ile sonuçlanır. Bu nedenle, yüksek magnezyumlu alüminyum alaşımının sodyum tuzu akısı kullanmasına izin verilmez. "Sodyum kırılganlığını" önleme yöntemleri arasında, sodyumun NaCl oluşturmasına ve cürufa boşaltılmasına neden olan klorlama, Na2Bi oluşturmak ve metal matrisine girmek için bizmut ekleme; Na3Sb oluşturmak için antimon ekleme veya nadir toprak elementleri ekleme de aynı etkiye sahip olabilir.
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Gönderi zamanı: 08-Ağu-2024
