Peranan pelbagai elemen dalam aloi aluminium

Tembaga

Apabila bahagian aloi aluminium aluminium adalah 548, kelarutan maksimum tembaga dalam aluminium adalah 5.65%. Apabila suhu turun ke 302, kelarutan tembaga adalah 0.45%. Tembaga adalah elemen aloi yang penting dan mempunyai kesan pengukuhan penyelesaian pepejal tertentu. Di samping itu, Cual2 yang dicetuskan oleh penuaan mempunyai kesan pengukuhan penuaan yang jelas. Kandungan tembaga dalam aloi aluminium biasanya antara 2.5% dan 5%, dan kesan pengukuhan adalah yang terbaik apabila kandungan tembaga adalah antara 4% dan 6.8%, jadi kandungan tembaga kebanyakan aloi duralumin berada dalam julat ini. Aloi aluminium-tembaga boleh mengandungi kurang silikon, magnesium, mangan, kromium, zink, besi dan unsur-unsur lain.

Silikon

Apabila bahagian aloi aloi yang kaya dengan aluminium mempunyai suhu eutektik 577, kelarutan maksimum silikon dalam larutan pepejal ialah 1.65%. Walaupun kelarutan berkurangan dengan suhu berkurangan, aloi ini umumnya tidak dapat diperkuat oleh rawatan haba. Aloi aluminium-silicon mempunyai sifat pemutus yang sangat baik dan rintangan kakisan. Jika magnesium dan silikon ditambah kepada aluminium pada masa yang sama untuk membentuk aloi aluminium-magnesium-silicon, fasa pengukuhan adalah Mgsi. Nisbah jisim magnesium ke silikon ialah 1.73: 1. Apabila merancang komposisi aloi al-mg-Si, kandungan magnesium dan silikon dikonfigurasi dalam nisbah ini pada matriks. Untuk meningkatkan kekuatan beberapa aloi al-Mg-Si, jumlah tembaga yang sesuai ditambah, dan jumlah kromium yang sesuai ditambah untuk mengimbangi kesan buruk tembaga pada rintangan kakisan.

Kelarutan maksimum Mg2SI dalam aluminium dalam bahagian yang kaya dengan aluminium dari gambarajah fasa keseimbangan sistem aloi Al-Mg2SI adalah 1.85%, dan penurunannya kecil apabila suhu berkurangan. Dalam aloi aluminium yang cacat, penambahan silikon sahaja kepada aluminium adalah terhad kepada bahan kimpalan, dan penambahan silikon ke aluminium juga mempunyai kesan pengukuhan tertentu.

Magnesium

Walaupun lengkung kelarutan menunjukkan bahawa kelarutan magnesium dalam aluminium sangat berkurangan apabila suhu berkurangan, kandungan magnesium dalam kebanyakan aloi aluminium cacat industri kurang daripada 6%. Kandungan silikon juga rendah. Aloi jenis ini tidak dapat diperkuat dengan rawatan haba, tetapi mempunyai kebolehkalasan yang baik, rintangan kakisan yang baik, dan kekuatan sederhana. Pengukuhan aluminium oleh magnesium adalah jelas. Untuk setiap 1% peningkatan magnesium, kekuatan tegangan meningkat sebanyak kira -kira 34MPa. Sekiranya kurang daripada 1% mangan ditambah, kesan pengukuhan boleh ditambah. Oleh itu, menambah mangan dapat mengurangkan kandungan magnesium dan mengurangkan kecenderungan retak panas. Di samping itu, mangan juga boleh mendakan sebatian MG5AL8 secara seragam, meningkatkan rintangan kakisan dan prestasi kimpalan.

Mangan

Apabila suhu eutektik gambarajah fasa keseimbangan rata sistem aloi Al-Mn adalah 658, kelarutan maksimum mangan dalam larutan pepejal ialah 1.82%. Kekuatan aloi meningkat dengan peningkatan kelarutan. Apabila kandungan mangan adalah 0.8%, pemanjangan mencapai nilai maksimum. Aloi Al-Mn adalah aloi pengerasan bukan usia, iaitu, ia tidak dapat diperkuat dengan rawatan haba. Mangan boleh menghalang proses penyambungan semula aloi aluminium, meningkatkan suhu penghabluran semula, dan dengan ketara memperbaiki bijirin yang direkristalisasi. Penambahbaikan bijirin yang direkristalisasi adalah disebabkan oleh fakta bahawa zarah -zarah yang tersebar dari sebatian MNAL6 menghalang pertumbuhan bijirin yang direkristalisasi. Satu lagi fungsi MNAL6 adalah untuk membubarkan besi kekotoran untuk membentuk (Fe, Mn) Al6, mengurangkan kesan berbahaya besi. Mangan adalah elemen penting dalam aloi aluminium. Ia boleh ditambah sahaja untuk membentuk aloi binari Al-Mn. Selalunya, ia ditambah bersama dengan unsur -unsur aloi lain. Oleh itu, kebanyakan aloi aluminium mengandungi mangan.

Zink

Kelarutan zink dalam aluminium adalah 31.6% pada 275 dalam bahagian yang kaya dengan aluminium dari gambarajah fasa keseimbangan sistem aloi Al-Zn, sementara kelarutannya turun kepada 5.6% pada 125. Menambah zink sahaja kepada aluminium mempunyai peningkatan yang sangat terhad dalam Kekuatan aloi aluminium di bawah keadaan ubah bentuk. Pada masa yang sama, terdapat kecenderungan untuk retak kakisan tekanan, dengan itu mengehadkan permohonannya. Menambah zink dan magnesium ke aluminium pada masa yang sama membentuk fasa pengukuhan Mg/Zn2, yang mempunyai kesan pengukuhan yang signifikan pada aloi. Apabila kandungan Mg/Zn2 meningkat dari 0.5% hingga 12%, kekuatan tegangan dan kekuatan hasil dapat meningkat dengan ketara. Dalam aloi aluminium superhard di mana kandungan magnesium melebihi jumlah yang diperlukan untuk membentuk fasa Mg/Zn2, apabila nisbah zink ke magnesium dikawal sekitar 2.7, ketahanan retak kakisan tekanan adalah paling besar. Sebagai contoh, menambah elemen tembaga ke Al-Zn-Mg membentuk aloi siri Al-Zn-Mg-Cu. Kesan pengukuhan asas adalah yang terbesar di kalangan semua aloi aluminium. Ia juga merupakan bahan aloi aluminium penting dalam industri aeroangkasa, penerbangan, dan industri tenaga elektrik.

Besi dan silikon

Besi ditambah sebagai unsur-unsur aloi dalam aloi aluminium siri al-cu-mg-ni-fe, dan silikon ditambah sebagai unsur-unsur aloi dalam al-mg-si siri aluminium dan dalam rod kimpalan siri al-Si dan pemutus aluminium-silicon aloi. Dalam aloi aluminium asas, silikon dan besi adalah unsur -unsur kekotoran biasa, yang mempunyai kesan yang signifikan terhadap sifat -sifat aloi. Mereka terutamanya wujud sebagai FECL3 dan silikon percuma. Apabila silikon lebih besar daripada besi, fasa β-fesial3 (atau Fe2Si2al9) terbentuk, dan apabila besi lebih besar daripada silikon, α-fe2sial8 (atau Fe3Si2al12) terbentuk. Apabila nisbah besi dan silikon tidak wajar, ia akan menyebabkan keretakan dalam pemutus. Apabila kandungan besi dalam aluminium cast terlalu tinggi, pemutus akan menjadi rapuh.

Titanium dan Boron

Titanium adalah elemen tambahan yang biasa digunakan dalam aloi aluminium, yang ditambah dalam bentuk aloi aloi al-ti atau al-ti-b. Titanium dan aluminium membentuk fasa TiAL2, yang menjadi teras bukan spontan semasa penghabluran dan memainkan peranan dalam menyempurnakan struktur pemutus dan struktur kimpalan. Apabila aloi al-ti menjalani tindak balas pakej, kandungan kritikal titanium adalah kira-kira 0.15%. Jika boron hadir, kelembapan adalah sekecil 0.01%.

Chromium

Chromium adalah elemen tambahan biasa dalam siri al-Mg-Si, siri Al-Mg-Zn, dan aloi siri al-Mg. Pada 600 ° C, kelarutan kromium dalam aluminium adalah 0.8%, dan pada dasarnya tidak larut pada suhu bilik. Kromium membentuk sebatian intermetallic seperti (CRFE) Al7 dan (CRMN) Al12 dalam aluminium, yang menghalang proses nukleasi dan pertumbuhan penghabluran semula dan mempunyai kesan pengukuhan tertentu pada aloi. Ia juga boleh meningkatkan ketangguhan aloi dan mengurangkan kerentanan untuk menekankan keretakan kakisan.

Walau bagaimanapun, tapak meningkatkan kepekaan pelindapkejutan, menjadikan filem anodized kuning. Jumlah kromium yang ditambah kepada aloi aluminium umumnya tidak melebihi 0.35%, dan berkurangan dengan peningkatan elemen peralihan dalam aloi.

Strontium

Strontium adalah elemen aktif permukaan yang boleh mengubah tingkah laku fasa kompaun intermetallic secara kristal. Oleh itu, rawatan pengubahsuaian dengan elemen strontium dapat meningkatkan kebolehkerjaan plastik aloi dan kualiti produk akhir. Oleh kerana masa pengubahsuaiannya yang berkesan, kesan yang baik dan kebolehulangan, strontium telah menggantikan penggunaan natrium dalam aloi pemutus al-Si dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Menambah 0.015%~ 0.03%strontium ke aloi aluminium untuk penyemperitan bertukar fasa β-alfesi dalam ingot ke fasa α-alfesi, mengurangkan masa homogenisasi ingot sebanyak 60%~ 70%, meningkatkan sifat mekanikal dan proses plastik bahan; Meningkatkan kekasaran permukaan produk.

Bagi silikon tinggi (10%~ 13%) aloi aluminium cacat, sambil menambah 0.02%~ 0.07%elemen strontium dapat mengurangkan kristal utama ke minimum, dan sifat mekanikal juga bertambah baik. Kekuatan tegangan бB meningkat dari 233MPa kepada 236MPa, dan kekuatan hasil б0.2 meningkat dari 204MPa hingga 210MPa, dan pemanjangan B5 meningkat dari 9% hingga 12%. Menambah strontium ke aloi hypereutectic al-Si dapat mengurangkan saiz zarah silikon primer, meningkatkan sifat pemprosesan plastik, dan membolehkan rolling panas dan sejuk yang licin.

Zirkonium

Zirkonium juga merupakan bahan tambahan biasa dalam aloi aluminium. Umumnya, jumlah yang ditambah kepada aloi aluminium ialah 0.1%~ 0.3%. Zirkonium dan aluminium membentuk sebatian Zral3, yang boleh menghalang proses penghabluran semula dan memperbaiki bijirin yang direkristalisasi. Zirkonium juga boleh memperbaiki struktur pemutus, tetapi kesannya lebih kecil daripada titanium. Kehadiran zirkonium akan mengurangkan kesan penapisan bijirin titanium dan boron. Dalam aloi al-Zn-Mg-Cu, kerana zirkonium mempunyai kesan yang lebih kecil terhadap sensitiviti pelindapkejutan daripada kromium dan mangan, adalah wajar untuk menggunakan zirkonium dan bukannya kromium dan mangan untuk memperbaiki struktur recrystallized.

Unsur -unsur nadir bumi

Unsur -unsur nadir bumi ditambah kepada aloi aluminium untuk meningkatkan supercooling komponen semasa pemutus aloi aluminium, memperbaiki bijirin, mengurangkan jarak kristal sekunder, mengurangkan gas dan kemasukan dalam aloi, dan cenderung untuk spheroidize fasa inklusi. Ia juga boleh mengurangkan ketegangan permukaan cair, meningkatkan ketidakstabilan, dan memudahkan pemutus ke dalam jongkong, yang mempunyai kesan yang signifikan terhadap prestasi proses. Adalah lebih baik untuk menambah pelbagai nadir bumi dalam jumlah kira -kira 0.1%. Penambahan Bumi Rare Campuran (campuran La-Ce-PR-ND, dan lain-lain) mengurangkan suhu kritikal untuk pembentukan zon penuaan G? P di Al-0.65%Mg-0.61%Si aloi. Aloi aluminium yang mengandungi magnesium boleh merangsang metamorfisme unsur -unsur nadir bumi.

Kekotoran

Vanadium membentuk Val11 Refractory Compound dalam aloi aluminium, yang memainkan peranan dalam penapisan bijirin semasa proses lebur dan pemutus, tetapi peranannya lebih kecil daripada titanium dan zirkonium. Vanadium juga mempunyai kesan penapisan struktur yang direkristalisasi dan meningkatkan suhu penghabluran semula.

Kelarutan pepejal kalsium dalam aloi aluminium sangat rendah, dan ia membentuk sebatian CAAL4 dengan aluminium. Kalsium adalah elemen superplastik aloi aluminium. Aloi aluminium dengan kalsium kira -kira 5% dan mangan 5% mempunyai superplasticity. Kalsium dan silikon bentuk casi, yang tidak larut dalam aluminium. Oleh kerana jumlah larutan silikon silikon dikurangkan, kekonduksian elektrik aluminium tulen perindustrian dapat sedikit bertambah baik. Kalsium boleh meningkatkan prestasi pemotongan aloi aluminium. Casi2 tidak dapat menguatkan aloi aluminium melalui rawatan haba. Jumlah jejak kalsium membantu dalam mengeluarkan hidrogen dari aluminium cair.

Unsur -unsur Lead, Tin, dan Bismuth adalah logam titik lebur yang rendah. Kelarutan pepejal mereka dalam aluminium adalah kecil, yang sedikit mengurangkan kekuatan aloi, tetapi dapat meningkatkan prestasi pemotongan. Bismuth berkembang semasa pemejalan, yang bermanfaat untuk memberi makan. Menambah bismut kepada aloi magnesium yang tinggi dapat mencegah pelengkap natrium.

Antimoni digunakan terutamanya sebagai pengubah suai dalam aloi aluminium cast, dan jarang digunakan dalam aloi aluminium cacat. Hanya menggantikan bismut dalam al-mg aloi aluminium yang cacat untuk mengelakkan kegelapan natrium. Elemen antimoni ditambah kepada beberapa aloi Al-Zn-Mg-Cu untuk meningkatkan prestasi proses menekan panas dan sejuk.

Beryllium dapat memperbaiki struktur filem oksida dalam aloi aluminium yang cacat dan mengurangkan kehilangan dan kemasukan semasa pencairan dan pemutus. Beryllium adalah elemen toksik yang boleh menyebabkan keracunan alergi pada manusia. Oleh itu, berilium tidak boleh terkandung dalam aloi aluminium yang bersentuhan dengan makanan dan minuman. Kandungan berilium dalam bahan kimpalan biasanya dikawal di bawah 8μg/ml. Aloi aluminium yang digunakan sebagai substrat kimpalan juga harus mengawal kandungan berilium.

Natrium hampir tidak larut dalam aluminium, dan kelarutan pepejal maksimum kurang daripada 0.0025%. Titik lebur natrium adalah rendah (97.8 ℃), apabila natrium hadir dalam aloi, ia diserap pada permukaan dendrite atau sempadan bijian semasa pemejalan, semasa pemprosesan panas, natrium pada sempadan bijian membentuk lapisan penjerapan cecair, mengakibatkan retak rapuh, pembentukan sebatian Naalsi, tiada natrium percuma wujud, dan tidak menghasilkan "natrium rapuh".

Apabila kandungan magnesium melebihi 2%, magnesium menghilangkan silikon dan mencetuskan natrium percuma, mengakibatkan "kelembutan natrium". Oleh itu, aloi aluminium magnesium yang tinggi tidak dibenarkan menggunakan fluks garam natrium. Kaedah untuk mencegah "pelengkap natrium" termasuk pengklorinan, yang menyebabkan natrium membentuk NaCl dan dilepaskan ke dalam sanga, menambah bismut untuk membentuk Na2Bi dan memasuki matriks logam; Menambah antimoni untuk membentuk Na3SB atau menambah nadir bumi juga boleh mempunyai kesan yang sama.

Disunting oleh Mei Jiang dari Mat Aluminium