Bakır
Alüminyum-bakır alaşımının alüminyumca 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. Ayrıca, yaşlanma ile çökeltilen CuAl2 belirgin bir yaşlanma güçlendirme etkisine sahiptir. 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 alüminyumca zengin kısmı 577°C ötektik sıcaklığa sahip olduğunda, katı çözeltideki silisyumun maksimum çözünürlüğü %1,65'tir. Çözünürlük azalan sıcaklıkla azalmasına rağmen, bu alaşımlar genellikle ısıl işlemle güçlendirilemez. Alüminyum-silisyum alaşımı mükemmel döküm özelliklerine ve korozyon direncine sahiptir. Alüminyum-magnezyum-silisyum alaşımı oluşturmak için aynı anda alüminyuma magnezyum ve silisyum eklenirse, 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, bakırın korozyon direnci üzerindeki olumsuz etkilerini dengelemek 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 düştükçe yavaşlama küçük olur. Deforme olmuş alüminyum alaşımlarında, alüminyuma yalnızca silisyum ilavesi kaynak malzemeleriyle sınırlıdır ve alüminyuma silisyum ilavesinin de belirli bir mukavemetlendirme etkisi vardır.
Magnezyum
Çözünürlük eğrisi, magnezyumun alüminyumdaki çözünürlüğünün sıcaklık düştükçe büyük ölçüde azaldığını gösterse de, çoğu endüstriyel deformasyona uğramış 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, çekme dayanımı yaklaşık 34 MPa artar. %1'den az manganez eklenirse, güçlendirme etkisi desteklenebilir. Bu nedenle, manganez eklemek magnezyum içeriğini azaltabilir ve sıcak çatlama eğilimini azaltabilir. Ayrıca, manganez Mg5Al8 bileşiklerini de homojen bir şekilde çökelterek korozyon direncini ve kaynak performansını iyileştirebilir.
Manganez
Al-Mn alaşım sisteminin düz denge faz diyagramının ötektik sıcaklığı 658°C olduğunda, manganezin katı çözeltideki maksimum çözünürlüğü %1,82'dir. Alaşımın mukavemeti, çözünürlükteki artışla 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 inceltir. Yeniden kristalleşmiş tanelerin incelmesi, esas olarak MnAl6 bileşiklerinin dağılmış parçacıklarının yeniden kristalleşmiş tanelerin büyümesini engellemesinden kaynaklanmaktadır. MnAl6'nın bir diğer işlevi de saf olmayan demiri çözerek (Fe, Mn)Al6 oluşturmak ve demirin zararlı etkilerini azaltmaktır. Manganez, alüminyum alaşımlarında önemli bir elementtir. Tek başına eklenerek Al-Mn ikili alaşımı oluşturulabilir. Genellikle diğer alaşım elementleriyle birlikte eklenir. Bu nedenle, çoğu alüminyum alaşımı manganez içerir.
Çinko
Çinkonun alüminyumdaki çözünürlüğü, Al-Zn alaşım sisteminin denge faz diyagramının alüminyumca zengin kısmında 275'te %31,6 iken, 125'te çözünürlüğü %5,6'ya düşer. Sadece çinkonun alüminyuma eklenmesi, deformasyon koşulları altında alüminyum alaşımının mukavemetinde çok sınırlı bir iyileştirme sağlar. Aynı zamanda, gerilim korozyon çatlağı eğilimi vardır ve bu nedenle uygulamasını sınırlar. Çinko ve magnezyumun aynı anda alüminyuma 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 bir alaşım oluşur. Taban güçlendirme etkisi tüm alüminyum alaşımları arasında en yüksek olanıdır. Aynı zamanda havacılık, havacılık endüstrisi ve elektrik enerjisi endüstrisinde önemli bir alüminyum alaşım malzemesidir.
Demir ve silisyum
Demir, Al-Cu-Mg-Ni-Fe serisi dövme alüminyum alaşımlarına alaşım elementleri olarak katılır ve silisyum, Al-Mg-Si serisi dövme alüminyuma ve Al-Si serisi kaynak çubuklarına ve alüminyum-silisyum döküm alaşımlarına alaşım elementleri olarak katılır. Temel alüminyum alaşımlarında silisyum ve demir, alaşımın özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olan yaygın safsızlık elementleridir. Bunlar başlıca FeCl3 ve serbest silisyum olarak bulunur. Silisyum demirden daha büyük olduğunda β-FeSiAl3 (veya Fe2Si2Al9) fazı, demir silisyumdan daha büyük olduğunda α-Fe2SiAl8 (veya Fe3Si2Al12) fazı 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 oluşmayan bir çekirdek haline gelen ve döküm ve kaynak yapısının iyileştirilmesinde rol oynayan TiAl2 fazını oluşturur. Al-Ti alaşımları paket reaksiyona girdiğinde, kritik titanyum içeriği yaklaşık %0,15'tir. Bor mevcutsa, yavaşlama %0,01 kadar düşük olur.
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 metaller arası bileşikler oluşturarak yeniden kristalleşmenin çekirdeklenme ve büyüme sürecini engeller ve alaşım üzerinde belirli bir güçlendirme etkisine sahiptir. Ayrıca alaşımın tokluğunu artırabilir ve gerilim korozyon çatlamasına karşı duyarlılığı azaltabilir.
Ancak bu durum, söndürme hassasiyetini artırarak eloksal filmin sararmasına neden olur. Alüminyum alaşımlarına eklenen krom miktarı genellikle %0,35'i geçmez ve alaşımdaki geçiş elementlerinin artmasıyla azalır.
Stronsiyum
Stronsiyum, metaller arası bileşik fazlarının davranışını kristalografik olarak değiştirebilen yüzey aktif bir elementtir. Bu nedenle, stronsiyum elementiyle modifikasyon işlemi, alaşımın plastik işlenebilirliğini ve nihai ürünün kalitesini artırabilir. Uzun etkili modifikasyon süresi, iyi etkisi ve tekrarlanabilirliği sayesinde stronsiyum, son yıllarda Al-Si döküm alaşımlarında sodyum kullanımının yerini almıştır. Ekstrüzyon için alüminyum alaşımına %0,015 ila %0,03 oranında stronsiyum eklenmesi, külçedeki β-AlFeSi fazını α-AlFeSi fazına dönüştürerek külçe homojenizasyon süresini %60 ila %70 oranında azaltır, malzemelerin mekanik özelliklerini ve plastik işlenebilirliğini iyileştirir; ürünlerin yüzey pürüzlülüğünü iyileştirir.
Yüksek silisyumlu (%10-%13) deforme alüminyum alaşımlarında, %0,02-%0,07 oranında stronsiyum elementi eklemek, birincil kristalleri en aza indirebilir ve mekanik özellikler de önemli ölçüde iyileştirilebilir. Çekme dayanımı бb 233 MPa'dan 236 MPa'ya, akma dayanımı б0,2 204 MPa'dan 210 MPa'ya ve uzama б5 %9'dan %12'ye yükselmiştir. Hiperötektik Al-Si alaşımına stronsiyum eklenmesi, birincil silisyum parçacıklarının boyutunu küçültebilir, plastik işleme özelliklerini iyileştirebilir ve sorunsuz sıcak ve soğuk haddelemeyi mümkün kılabilir.
Zirkonyum
Zirkonyum, alüminyum alaşımlarında da 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 incelten ZrAl3 bileşikleri oluşturur. Zirkonyum da döküm yapısını inceltir, ancak etkisi titanyumdan daha azdır. Zirkonyumun varlığı, titanyum ve borun tane inceltme etkisini azaltacaktır. Al-Zn-Mg-Cu alaşımlarında, zirkonyumun söndürme hassasiyeti üzerindeki etkisi krom ve manganezden daha az olduğundan, yeniden kristalleşmiş yapıyı inceltmek için krom ve manganez yerine zirkonyum kullanılması uygundur.
Nadir toprak elementleri
Nadir toprak elementleri, alüminyum alaşım dökümü sırasında bileşenin aşırı soğumasını artırmak, tanecikleri inceltmek, ikincil kristal boşluklarını azaltmak, alaşımdaki gaz ve inklüzyonları azaltmak ve inklüzyon fazını küreselleştirme eğiliminde olmak için alüminyum alaşımlarına eklenir. Ayrıca eriyiğin yüzey gerilimini azaltabilir, akışkanlığı artırabilir ve külçe dökümünü kolaylaştırabilir; bu da proses performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Çeşitli nadir toprak elementlerini yaklaşık %0,1 oranında eklemek daha iyidir. Karışık nadir toprak elementlerinin (La-Ce-Pr-Nd vb.) eklenmesi, Al-%0,65Mg-%0,61Si alaşımında yaşlanma G?P bölgesinin oluşumu için kritik sıcaklığı düşürür. Magnezyum içeren alüminyum alaşımları, nadir toprak elementlerinin metamorfizmasını uyarabilir.
Kirlilik
Vanadyum, alüminyum alaşımlarında eritme ve döküm işlemleri sırasında tanelerin incelmesinde rol oynayan VAl11 refrakter bileşiğini oluşturur, ancak titanyum ve zirkonyumdan daha küçük bir rol oynar. Vanadyum ayrıca yeniden kristalleşen yapıyı inceltme ve yeniden kristalleşme sıcaklığını artırma etkisine de sahiptir.
Kalsiyumun alüminyum alaşımlarındaki katı çözünürlüğü son derece düşüktür ve alüminyumla bir 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 bir miktar iyileştirilebilir. Kalsiyum, alüminyum alaşımlarının kesme performansını iyileştirebilir. CaSi2, alüminyum alaşımlarını ısıl işlemle güçlendiremez. Eser miktarda kalsiyum, erimiş alüminyumdan hidrojenin uzaklaştırılmasına yardımcı olur.
Kurşun, kalay ve bizmut elementleri düşük erime noktalı metallerdir. Alüminyumdaki katı çözünürlükleri düşüktür, bu da alaşımın mukavemetini biraz azaltır, ancak kesme performansını artırabilir. Bizmut katılaşma sırasında genleşir ve bu da besleme açısından faydalıdır. Yüksek magnezyumlu alaşımlara bizmut eklemek, sodyum gevrekleşmesini önleyebilir.
Antimon, çoğunlukla döküm alüminyum alaşımlarında bir değiştirici olarak kullanılır ve deforme olmuş alüminyum alaşımlarında nadiren kullanılır. Sodyum gevrekleşmesini önlemek için Al-Mg deforme olmuş alüminyum alaşımlarında bizmut yerine sadece antimon kullanılır. Sıcak presleme ve soğuk presleme işlemlerinin performansını artırmak için bazı Al-Zn-Mg-Cu alaşımlarına antimon elementi eklenir.
Berilyum, deforme olmuş alüminyum alaşımlarındaki oksit filminin yapısını iyileştirebilir ve eritme ve döküm sırasında yanma kaybını ve inklüzyonları 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 8 μg/ml'nin altında tutulur. Kaynak altlığı olarak kullanılan alüminyum alaşımları da berilyum içeriğini kontrol altında tutmalıdır.
Sodyum, alüminyumda neredeyse hiç 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 işlem sırasında tane sınırındaki sodyum bir sıvı adsorpsiyon tabakası oluşturur, bu da kırılgan çatlamaya, NaAlSi bileşiklerinin oluşumuna neden olur, serbest sodyum yoktur ve "sodyum kırılganlığı" üretmez.
Magnezyum içeriği %2'yi aştığında, magnezyum silisyum alıp serbest sodyumu çökelterek "sodyum kırılganlığına" neden olur. Bu nedenle, yüksek magnezyumlu alüminyum alaşımlarında sodyum tuzu akısı kullanılmasına izin verilmez. "Sodyum kırılganlığını" önleme yöntemleri arasında, sodyumun NaCl oluşturup cürufa karışmasına neden olan klorlama, Na2Bi oluşturmak için bizmut eklenmesi ve metal matrisine girmesi yer alır; Na3Sb oluşturmak için antimon eklenmesi veya nadir toprak elementleri eklenmesi de aynı etkiye sahip olabilir.
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Gönderi zamanı: 08-Ağu-2024
