Rame
Quando la parte ricca di alluminio della lega alluminio-rame è 548, la solubilità massima del rame nell'alluminio è del 5,65%. Quando la temperatura scende a 302, la solubilità del rame è dello 0,45%. Il rame è un importante elemento di lega e ha un certo effetto rinforzante della soluzione solida. Inoltre, il CuAl2 precipitato dall'invecchiamento ha un evidente effetto di rafforzamento dell'invecchiamento. Il contenuto di rame nelle leghe di alluminio è solitamente compreso tra il 2,5% e il 5% e l'effetto rinforzante è migliore quando il contenuto di rame è compreso tra il 4% e il 6,8%, quindi il contenuto di rame della maggior parte delle leghe di duralluminio rientra in questo intervallo. Le leghe di alluminio-rame possono contenere meno silicio, magnesio, manganese, cromo, zinco, ferro e altri elementi.
Silicio
Quando la parte ricca di alluminio del sistema di leghe Al-Si ha una temperatura eutettica di 577, la solubilità massima del silicio nella soluzione solida è dell'1,65%. Sebbene la solubilità diminuisca con la diminuzione della temperatura, queste leghe generalmente non possono essere rafforzate mediante trattamento termico. La lega di alluminio-silicio ha eccellenti proprietà di fusione e resistenza alla corrosione. Se magnesio e silicio vengono aggiunti contemporaneamente all'alluminio per formare una lega di alluminio-magnesio-silicio, la fase di rafforzamento è MgSi. Il rapporto in massa tra magnesio e silicio è 1,73:1. Quando si progetta la composizione della lega Al-Mg-Si, i contenuti di magnesio e silicio sono configurati in questo rapporto sulla matrice. Per migliorare la resistenza di alcune leghe Al-Mg-Si, viene aggiunta una quantità appropriata di rame e una quantità appropriata di cromo per compensare gli effetti negativi del rame sulla resistenza alla corrosione.
La solubilità massima di Mg2Si nell'alluminio nella parte ricca di alluminio del diagramma di fase di equilibrio del sistema di leghe Al-Mg2Si è 1,85% e la decelerazione è piccola al diminuire della temperatura. Nelle leghe di alluminio deformate, l'aggiunta del solo silicio all'alluminio è limitata ai materiali di saldatura e anche l'aggiunta del silicio all'alluminio ha un certo effetto rinforzante.
Magnesio
Sebbene la curva di solubilità mostri che la solubilità del magnesio nell'alluminio diminuisce notevolmente al diminuire della temperatura, il contenuto di magnesio nella maggior parte delle leghe di alluminio deformate industriali è inferiore al 6%. Anche il contenuto di silicio è basso. Questo tipo di lega non può essere rinforzata mediante trattamento termico, ma ha una buona saldabilità, una buona resistenza alla corrosione e una resistenza media. Il rafforzamento dell'alluminio da parte del magnesio è evidente. Per ogni aumento dell'1% del magnesio, la resistenza alla trazione aumenta di circa 34 MPa. Se si aggiunge meno dell'1% di manganese, l'effetto rinforzante può essere potenziato. Pertanto, l'aggiunta di manganese può ridurre il contenuto di magnesio e ridurre la tendenza al cracking a caldo. Inoltre, il manganese può anche precipitare uniformemente i composti Mg5Al8, migliorando la resistenza alla corrosione e le prestazioni di saldatura.
Manganese
Quando la temperatura eutettica del diagramma di fase di equilibrio piatto del sistema di leghe Al-Mn è 658, la solubilità massima del manganese nella soluzione solida è 1,82%. La resistenza della lega aumenta con l'aumento della solubilità. Quando il contenuto di manganese è dello 0,8%, l'allungamento raggiunge il valore massimo. La lega Al-Mn è una lega non indurente per invecchiamento, ovvero non può essere rinforzata mediante trattamento termico. Il manganese può impedire il processo di ricristallizzazione delle leghe di alluminio, aumentare la temperatura di ricristallizzazione e affinare significativamente i grani ricristallizzati. Il raffinamento dei grani ricristallizzati è dovuto principalmente al fatto che le particelle disperse dei composti MnAl6 ostacolano la crescita dei grani ricristallizzati. Un'altra funzione di MnAl6 è quella di dissolvere il ferro impuro per formare (Fe, Mn)Al6, riducendo gli effetti dannosi del ferro. Il manganese è un elemento importante nelle leghe di alluminio. Può essere aggiunto da solo per formare una lega binaria Al-Mn. Più spesso viene aggiunto insieme ad altri elementi di lega. Pertanto, la maggior parte delle leghe di alluminio contengono manganese.
Zinco
La solubilità dello zinco nell'alluminio è del 31,6% a 275 nella parte ricca di alluminio del diagramma di fase di equilibrio del sistema di leghe Al-Zn, mentre la sua solubilità scende al 5,6% a 125. L'aggiunta dello zinco da solo all'alluminio ha un miglioramento molto limitato la resistenza della lega di alluminio in condizioni di deformazione. Allo stesso tempo, esiste una tendenza alla tensocorrosione, limitandone così l’applicazione. L'aggiunta contemporanea di zinco e magnesio all'alluminio forma la fase rinforzante Mg/Zn2, che ha un significativo effetto rinforzante sulla lega. Quando il contenuto di Mg/Zn2 viene aumentato dallo 0,5% al 12%, la resistenza alla trazione e la resistenza allo snervamento possono essere notevolmente aumentate. Nelle leghe di alluminio superdure in cui il contenuto di magnesio supera la quantità richiesta per formare la fase Mg/Zn2, quando il rapporto tra zinco e magnesio è controllato a circa 2,7, la resistenza alla tensocorrosione è massima. Ad esempio, l'aggiunta di un elemento di rame ad Al-Zn-Mg forma una lega della serie Al-Zn-Mg-Cu. L'effetto di rafforzamento della base è il maggiore tra tutte le leghe di alluminio. È anche un importante materiale in lega di alluminio nell'industria aerospaziale, aeronautica e nell'industria dell'energia elettrica.
Ferro e silicio
Il ferro viene aggiunto come elementi di lega nelle leghe di alluminio lavorato della serie Al-Cu-Mg-Ni-Fe, e il silicio viene aggiunto come elementi di lega nell'alluminio lavorato della serie Al-Mg-Si e nelle bacchette di saldatura e nella fusione di alluminio-silicio della serie Al-Si leghe. Nelle leghe di alluminio di base, il silicio e il ferro sono elementi impuri comuni, che hanno un impatto significativo sulle proprietà della lega. Esistono principalmente come FeCl3 e silicio libero. Quando il silicio è più grande del ferro, si forma la fase β-FeSiAl3 (o Fe2Si2Al9) e quando il ferro è più grande del silicio, si forma α-Fe2SiAl8 (o Fe3Si2Al12). Quando il rapporto tra ferro e silicio non è corretto, si verificheranno crepe nella fusione. Quando il contenuto di ferro nella fusione di alluminio è troppo elevato, la fusione diventerà fragile.
Titanio e Boro
Il titanio è un elemento additivo comunemente utilizzato nelle leghe di alluminio, aggiunto sotto forma di lega madre Al-Ti o Al-Ti-B. Il titanio e l'alluminio formano la fase TiAl2, che diventa un nucleo non spontaneo durante la cristallizzazione e svolge un ruolo nel perfezionamento della struttura di fusione e della struttura di saldatura. Quando le leghe Al-Ti subiscono una reazione di pacchetto, il contenuto critico di titanio è di circa lo 0,15%. Se è presente il boro, il rallentamento è pari allo 0,01%.
Cromo
Il cromo è un elemento additivo comune nelle leghe della serie Al-Mg-Si, della serie Al-Mg-Zn e delle leghe della serie Al-Mg. A 600°C, la solubilità del cromo nell'alluminio è dello 0,8%, ed è praticamente insolubile a temperatura ambiente. Il cromo forma nell'alluminio composti intermetallici come (CrFe)Al7 e (CrMn)Al12, che ostacolano il processo di nucleazione e crescita della ricristallizzazione e hanno un certo effetto rinforzante sulla lega. Può anche migliorare la tenacità della lega e ridurre la suscettibilità alla tensocorrosione.
Tuttavia, il sito aumenta la sensibilità al raffreddamento, rendendo giallo il film anodizzato. La quantità di cromo aggiunta alle leghe di alluminio generalmente non supera lo 0,35%, e diminuisce con l'aumento degli elementi di transizione nella lega.
Stronzio
Lo stronzio è un elemento tensioattivo che può modificare cristallograficamente il comportamento delle fasi dei composti intermetallici. Pertanto, il trattamento di modifica con elemento stronzio può migliorare la lavorabilità plastica della lega e la qualità del prodotto finale. Grazie al suo lungo tempo di modifica efficace, al buon effetto e alla riproducibilità, negli ultimi anni lo stronzio ha sostituito l'uso del sodio nelle leghe da colata Al-Si. L'aggiunta dello 0,015%~0,03% di stronzio alla lega di alluminio per l'estrusione trasforma la fase β-AlFeSi nel lingotto in fase α-AlFeSi, riducendo il tempo di omogeneizzazione del lingotto del 60%~70%, migliorando le proprietà meccaniche e la lavorabilità plastica dei materiali; migliorare la ruvidità superficiale dei prodotti.
Per le leghe di alluminio deformate ad alto contenuto di silicio (10%~13%), l'aggiunta di 0,02%~0,07% di elemento di stronzio può ridurre al minimo i cristalli primari e anche le proprietà meccaniche vengono notevolmente migliorate. La resistenza alla trazione бb è aumentata da 233 MPa a 236 MPa, la resistenza allo snervamento б0,2 è aumentata da 204 MPa a 210 MPa e l'allungamento б5 è aumentato dal 9% al 12%. L'aggiunta di stronzio alla lega Al-Si ipereutettica può ridurre la dimensione delle particelle primarie di silicio, migliorare le proprietà di lavorazione della plastica e consentire una laminazione uniforme a caldo e a freddo.
Zirconio
Lo zirconio è anche un additivo comune nelle leghe di alluminio. Generalmente, la quantità aggiunta alle leghe di alluminio è dello 0,1%~0,3%. Lo zirconio e l'alluminio formano composti ZrAl3, che possono ostacolare il processo di ricristallizzazione e affinare i grani ricristallizzati. Lo zirconio può anche affinare la struttura della fusione, ma l'effetto è inferiore a quello del titanio. La presenza di zirconio ridurrà l'effetto di affinazione del grano del titanio e del boro. Nelle leghe Al-Zn-Mg-Cu, poiché lo zirconio ha un effetto minore sulla sensibilità al tempra rispetto al cromo e al manganese, è opportuno utilizzare lo zirconio al posto del cromo e del manganese per affinare la struttura ricristallizzata.
Elementi delle terre rare
Gli elementi delle terre rare vengono aggiunti alle leghe di alluminio per aumentare il sottoraffreddamento dei componenti durante la fusione della lega di alluminio, affinare i grani, ridurre la spaziatura dei cristalli secondari, ridurre i gas e le inclusioni nella lega e tendono a sferoidizzare la fase di inclusione. Può anche ridurre la tensione superficiale della massa fusa, aumentare la fluidità e facilitare la fusione in lingotti, con un impatto significativo sulle prestazioni del processo. È meglio aggiungere varie terre rare in una quantità di circa lo 0,1%. L'aggiunta di terre rare miste (miste La-Ce-Pr-Nd, ecc.) riduce la temperatura critica per la formazione della zona G?P di invecchiamento nella lega Al-0,65% Mg-0,61% Si. Le leghe di alluminio contenenti magnesio possono stimolare il metamorfismo degli elementi delle terre rare.
Impurità
Il vanadio forma il composto refrattario VAl11 nelle leghe di alluminio, che svolge un ruolo nella raffinazione dei grani durante il processo di fusione e fusione, ma il suo ruolo è inferiore a quello del titanio e dello zirconio. Il vanadio ha anche l'effetto di affinare la struttura ricristallizzata e di aumentare la temperatura di ricristallizzazione.
La solubilità solida del calcio nelle leghe di alluminio è estremamente bassa e forma un composto CaAl4 con l'alluminio. Il calcio è un elemento superplastico delle leghe di alluminio. Una lega di alluminio con circa il 5% di calcio e il 5% di manganese ha superplasticità. Il calcio e il silicio formano CaSi, che è insolubile nell'alluminio. Poiché la quantità di silicio nella soluzione solida è ridotta, la conduttività elettrica dell'alluminio puro industriale può essere leggermente migliorata. Il calcio può migliorare le prestazioni di taglio delle leghe di alluminio. CaSi2 non può rinforzare le leghe di alluminio attraverso il trattamento termico. Tracce di calcio sono utili per rimuovere l'idrogeno dall'alluminio fuso.
Gli elementi di piombo, stagno e bismuto sono metalli a basso punto di fusione. La loro solubilità solida nell'alluminio è ridotta, il che riduce leggermente la resistenza della lega, ma può migliorare le prestazioni di taglio. Il bismuto si espande durante la solidificazione, il che è vantaggioso per l'alimentazione. L'aggiunta di bismuto a leghe ad alto contenuto di magnesio può prevenire l'infragilimento da sodio.
L'antimonio viene utilizzato principalmente come modificatore nelle leghe di alluminio pressofuso ed è usato raramente nelle leghe di alluminio deformate. Sostituire il bismuto solo nella lega di alluminio deformata Al-Mg per prevenire l'infragilimento da sodio. L'elemento antimonio viene aggiunto ad alcune leghe Al-Zn-Mg-Cu per migliorare le prestazioni dei processi di pressatura a caldo e a freddo.
Il berillio può migliorare la struttura della pellicola di ossido nelle leghe di alluminio deformate e ridurre le perdite per combustione e le inclusioni durante la fusione e la fusione. Il berillio è un elemento tossico che può causare avvelenamento allergico negli esseri umani. Pertanto, il berillio non può essere contenuto nelle leghe di alluminio che entrano in contatto con alimenti e bevande. Il contenuto di berillio nei materiali di saldatura è solitamente controllato al di sotto di 8μg/ml. Anche le leghe di alluminio utilizzate come substrati di saldatura dovrebbero controllare il contenuto di berillio.
Il sodio è quasi insolubile nell'alluminio e la massima solubilità solida è inferiore allo 0,0025%. il punto di fusione del sodio è basso (97,8 ℃), quando il sodio è presente nella lega, viene adsorbito sulla superficie del dendrite o sul bordo del grano durante la solidificazione, durante la lavorazione a caldo, il sodio sul bordo del grano forma uno strato di adsorbimento del liquido, con conseguente rottura fragile, formazione di composti NaAlSi, non esiste sodio libero e non produce “fragilità di sodio”.
Quando il contenuto di magnesio supera il 2%, il magnesio porta via il silicio e fa precipitare il sodio libero, provocando la “fragilità del sodio”. Pertanto, le leghe di alluminio ad alto contenuto di magnesio non possono utilizzare il flusso di sale di sodio. I metodi per prevenire l’infragilimento da sodio includono la clorazione, che fa sì che il sodio formi NaCl e venga scaricato nelle scorie, aggiungendo bismuto per formare Na2Bi e entrare nella matrice metallica; Anche l'aggiunta di antimonio per formare Na3Sb o l'aggiunta di terre rare può avere lo stesso effetto.
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 08 agosto 2024
