đồng
Khi phần giàu nhôm của hợp kim nhôm-đồng là 548 thì độ hòa tan tối đa của đồng trong nhôm là 5,65%. Khi nhiệt độ giảm xuống 302 thì độ hòa tan của đồng là 0,45%. Đồng là một nguyên tố hợp kim quan trọng và có tác dụng tăng cường dung dịch rắn nhất định. Ngoài ra, CuAl2 kết tủa do lão hóa có tác dụng tăng cường lão hóa rõ rệt. Hàm lượng đồng trong hợp kim nhôm thường nằm trong khoảng từ 2,5% đến 5% và hiệu quả tăng cường là tốt nhất khi hàm lượng đồng nằm trong khoảng từ 4% đến 6,8%, vì vậy hàm lượng đồng của hầu hết các hợp kim duralumin đều nằm trong phạm vi này. Hợp kim nhôm-đồng có thể chứa ít silicon, magiê, mangan, crom, kẽm, sắt và các nguyên tố khác.
Silicon
Khi phần giàu nhôm của hệ hợp kim Al-Si có nhiệt độ eutectic là 577 thì độ hòa tan tối đa của silicon trong dung dịch rắn là 1,65%. Mặc dù độ hòa tan giảm khi nhiệt độ giảm, nhưng các hợp kim này thường không thể được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt. Hợp kim nhôm-silic có đặc tính đúc tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn. Nếu magiê và silicon được thêm vào nhôm cùng lúc để tạo thành hợp kim nhôm-magiê-silic thì pha tăng cường là MgSi. Tỷ lệ khối lượng của magie và silicon là 1,73:1. Khi thiết kế thành phần của hợp kim Al-Mg-Si, hàm lượng magie và silicon được cấu hình theo tỷ lệ này trên nền. Để cải thiện độ bền của một số hợp kim Al-Mg-Si, một lượng đồng thích hợp được thêm vào và một lượng crom thích hợp được thêm vào để bù đắp những tác động bất lợi của đồng đối với khả năng chống ăn mòn.
Độ hòa tan tối đa của Mg2Si trong nhôm ở phần giàu nhôm trong sơ đồ pha cân bằng của hệ hợp kim Al-Mg2Si là 1,85% và tốc độ giảm dần khi nhiệt độ giảm. Trong các hợp kim nhôm bị biến dạng, việc bổ sung silicon vào nhôm chỉ giới hạn ở vật liệu hàn, và việc bổ sung silicon vào nhôm cũng có tác dụng tăng cường nhất định.
Magie
Mặc dù đường cong độ hòa tan cho thấy độ hòa tan của magiê trong nhôm giảm đáng kể khi nhiệt độ giảm, nhưng hàm lượng magiê trong hầu hết các hợp kim nhôm biến dạng công nghiệp đều nhỏ hơn 6%. Hàm lượng silicon cũng thấp. Loại hợp kim này không thể được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt, nhưng có khả năng hàn tốt, chống ăn mòn tốt và độ bền trung bình. Việc tăng cường nhôm bằng magiê là điều hiển nhiên. Cứ tăng magiê 1%, độ bền kéo tăng khoảng 34MPa. Nếu thêm ít hơn 1% mangan vào, tác dụng tăng cường có thể được bổ sung. Vì vậy, bổ sung mangan có thể làm giảm hàm lượng magie và giảm xu hướng nứt nóng. Ngoài ra, mangan còn có thể kết tủa đồng đều các hợp chất Mg5Al8, cải thiện khả năng chống ăn mòn và hiệu suất hàn.
Mangan
Khi nhiệt độ eutectic của sơ đồ pha cân bằng phẳng của hệ hợp kim Al-Mn là 658 thì độ hòa tan tối đa của mangan trong dung dịch rắn là 1,82%. Độ bền của hợp kim tăng khi độ hòa tan tăng. Khi hàm lượng mangan là 0,8% thì độ giãn dài đạt giá trị tối đa. Hợp kim Al-Mn là hợp kim cứng không lão hóa, nghĩa là nó không thể được tăng cường bằng cách xử lý nhiệt. Mangan có thể ngăn chặn quá trình kết tinh lại của hợp kim nhôm, tăng nhiệt độ kết tinh lại và tinh chế đáng kể các hạt kết tinh lại. Việc tinh chế các hạt kết tinh lại chủ yếu là do các hạt phân tán của hợp chất MnAl6 cản trở sự phát triển của các hạt kết tinh. Một chức năng khác của MnAl6 là hòa tan tạp chất sắt tạo thành (Fe, Mn)Al6, làm giảm tác hại của sắt. Mangan là một nguyên tố quan trọng trong hợp kim nhôm. Nó có thể được thêm vào một mình để tạo thành hợp kim nhị phân Al-Mn. Thường xuyên hơn, nó được thêm vào cùng với các nguyên tố hợp kim khác. Vì vậy, hầu hết các hợp kim nhôm đều chứa mangan.
kẽm
Độ hòa tan của kẽm trong nhôm là 31,6% ở mức 275 ở phần giàu nhôm trong sơ đồ pha cân bằng của hệ hợp kim Al-Zn, trong khi độ hòa tan của nó giảm xuống 5,6% ở mức 125. Chỉ thêm kẽm vào nhôm có rất ít cải thiện về hiệu suất. sức mạnh của hợp kim nhôm trong điều kiện biến dạng. Đồng thời, có xu hướng nứt do ăn mòn ứng suất, do đó hạn chế ứng dụng của nó. Việc thêm kẽm và magie vào nhôm cùng lúc sẽ tạo thành pha tăng cường Mg/Zn2, pha này có tác dụng tăng cường đáng kể cho hợp kim. Khi hàm lượng Mg/Zn2 tăng từ 0,5% lên 12%, độ bền kéo và giới hạn chảy có thể tăng lên đáng kể. Trong các hợp kim nhôm siêu cứng có hàm lượng magie vượt quá lượng cần thiết để tạo thành pha Mg/Zn2, khi tỷ lệ kẽm và magie được kiểm soát ở mức khoảng 2,7 thì khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất là lớn nhất. Ví dụ, thêm nguyên tố đồng vào Al-Zn-Mg tạo thành hợp kim dãy Al-Zn-Mg-Cu. Hiệu ứng tăng cường cơ sở là lớn nhất trong số tất cả các hợp kim nhôm. Nó cũng là vật liệu hợp kim nhôm quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ, hàng không và công nghiệp điện.
Sắt và silicon
Sắt được thêm vào làm nguyên tố hợp kim trong hợp kim nhôm rèn dòng Al-Cu-Mg-Ni-Fe, và silicon được thêm vào làm nguyên tố hợp kim trong nhôm rèn dòng Al-Mg-Si và trong que hàn dòng Al-Si và đúc nhôm-silic hợp kim. Trong hợp kim nhôm cơ bản, silicon và sắt là những nguyên tố tạp chất phổ biến, có tác động đáng kể đến tính chất của hợp kim. Chúng chủ yếu tồn tại dưới dạng FeCl3 và silicon tự do. Khi silicon lớn hơn sắt, pha β-FeSiAl3 (hoặc Fe2Si2Al9) được hình thành và khi sắt lớn hơn silicon, pha α-Fe2SiAl8 (hoặc Fe3Si2Al12) được hình thành. Khi tỷ lệ sắt và silicon không phù hợp sẽ gây ra các vết nứt trên vật đúc. Khi hàm lượng sắt trong nhôm đúc quá cao, vật đúc sẽ trở nên giòn.
Titan và Boron
Titan là nguyên tố phụ gia thường được sử dụng trong hợp kim nhôm, được thêm vào dưới dạng hợp kim chính Al-Ti hoặc Al-Ti-B. Titan và nhôm tạo thành pha TiAl2, trở thành lõi không tự phát trong quá trình kết tinh và đóng vai trò tinh chỉnh cấu trúc vật đúc và cấu trúc mối hàn. Khi hợp kim Al-Ti trải qua phản ứng trọn gói, hàm lượng tới hạn của titan là khoảng 0,15%. Nếu có boron, tốc độ chậm lại chỉ là 0,01%.
crom
Crom là nguyên tố phụ gia phổ biến trong các hợp kim dòng Al-Mg-Si, dòng Al-Mg-Zn và dòng Al-Mg. Ở 600°C, độ hòa tan của crom trong nhôm là 0,8% và về cơ bản nó không hòa tan ở nhiệt độ phòng. Crom tạo thành các hợp chất liên kim loại như (CrFe)Al7 và (CrMn)Al12 trong nhôm, cản trở quá trình tạo mầm và phát triển của quá trình kết tinh lại và có tác dụng tăng cường nhất định cho hợp kim. Nó cũng có thể cải thiện độ dẻo dai của hợp kim và giảm khả năng bị nứt ăn mòn do ứng suất.
Tuy nhiên, vị trí này làm tăng độ nhạy dập tắt, làm cho màng anod hóa có màu vàng. Lượng crom được thêm vào hợp kim nhôm thường không vượt quá 0,35% và giảm khi các nguyên tố chuyển tiếp trong hợp kim tăng lên.
Stronti
Strontium là một nguyên tố hoạt động bề mặt có thể thay đổi hành vi của các pha hợp chất liên kim loại về mặt tinh thể. Do đó, việc xử lý sửa đổi bằng nguyên tố strontium có thể cải thiện khả năng gia công dẻo của hợp kim và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Do thời gian biến đổi hiệu quả lâu dài, hiệu quả tốt và khả năng tái tạo, strontium đã thay thế việc sử dụng natri trong hợp kim đúc Al-Si trong những năm gần đây. Thêm 0,015% ~ 0,03% strontium vào hợp kim nhôm để ép đùn sẽ biến pha β-AlFeSi trong phôi thành pha α-AlFeSi, giảm thời gian đồng nhất phôi xuống 60% ~ 70%, cải thiện tính chất cơ học và khả năng xử lý nhựa của vật liệu; cải thiện độ nhám bề mặt của sản phẩm.
Đối với hợp kim nhôm biến dạng có hàm lượng silicon cao (10% ~ 13%), việc thêm nguyên tố strontium 0,02% ~ 0,07% có thể giảm thiểu các tinh thể sơ cấp và các tính chất cơ học cũng được cải thiện đáng kể. Độ bền kéo бb được tăng từ 233MPa lên 236MPa và cường độ chảy б0,2 tăng từ 204MPa lên 210MPa và độ giãn dài б5 tăng từ 9% lên 12%. Việc thêm strontium vào hợp kim Al-Si siêu âm có thể làm giảm kích thước của các hạt silicon sơ cấp, cải thiện tính chất xử lý nhựa và cho phép cán nóng và cán nguội trơn tru.
zirconi
Zirconium cũng là một chất phụ gia phổ biến trong hợp kim nhôm. Thông thường, lượng bổ sung vào hợp kim nhôm là 0,1% ~ 0,3%. Zirconium và nhôm tạo thành các hợp chất ZrAl3, có thể cản trở quá trình kết tinh lại và tinh chế các hạt kết tinh lại. Zirconium cũng có thể tinh chỉnh cấu trúc đúc, nhưng hiệu quả nhỏ hơn titan. Sự hiện diện của zirconium sẽ làm giảm hiệu quả tinh chế ngũ cốc của titan và boron. Trong hợp kim Al-Zn-Mg-Cu, do zirconi có tác dụng làm nguội độ nhạy nhỏ hơn crom và mangan, nên sử dụng zirconi thay vì crom và mangan để tinh chỉnh cấu trúc kết tinh lại.
Nguyên tố đất hiếm
Các nguyên tố đất hiếm được thêm vào hợp kim nhôm để tăng quá trình siêu nguội thành phần trong quá trình đúc hợp kim nhôm, tinh chế các hạt, giảm khoảng cách giữa các tinh thể thứ cấp, giảm khí và tạp chất trong hợp kim và có xu hướng hình cầu hóa pha bao gồm. Nó cũng có thể làm giảm sức căng bề mặt của chất tan chảy, tăng tính lưu động và tạo điều kiện thuận lợi cho việc đúc thành thỏi, điều này có tác động đáng kể đến hiệu suất của quy trình. Tốt hơn là nên thêm nhiều loại đất hiếm khác nhau với lượng khoảng 0,1%. Việc bổ sung đất hiếm hỗn hợp (hỗn hợp La-Ce-Pr-Nd, v.v.) làm giảm nhiệt độ tới hạn cho sự hình thành vùng G?P lão hóa trong hợp kim Al-0,65%Mg-0,61%Si. Hợp kim nhôm chứa magie có thể kích thích sự biến chất của các nguyên tố đất hiếm.
tạp chất
Vanadi tạo thành hợp chất chịu lửa VAl11 trong hợp kim nhôm, có vai trò tinh chế ngũ cốc trong quá trình nấu chảy và đúc, nhưng vai trò của nó nhỏ hơn so với titan và zirconi. Vanadi còn có tác dụng tinh luyện cấu trúc kết tinh lại và tăng nhiệt độ kết tinh lại.
Độ hòa tan rắn của canxi trong hợp kim nhôm cực kỳ thấp và nó tạo thành hợp chất CaAl4 với nhôm. Canxi là một nguyên tố siêu dẻo của hợp kim nhôm. Một hợp kim nhôm có khoảng 5% canxi và 5% mangan có tính siêu dẻo. Canxi và silicon tạo thành CaSi, không hòa tan trong nhôm. Do lượng silicon trong dung dịch rắn giảm đi nên độ dẫn điện của nhôm nguyên chất công nghiệp có thể được cải thiện đôi chút. Canxi có thể cải thiện hiệu suất cắt của hợp kim nhôm. CaSi2 không thể tăng cường hợp kim nhôm thông qua xử lý nhiệt. Một lượng nhỏ canxi rất hữu ích trong việc loại bỏ hydro khỏi nhôm nóng chảy.
Các nguyên tố chì, thiếc và bismuth là những kim loại có điểm nóng chảy thấp. Độ hòa tan rắn của chúng trong nhôm thấp, làm giảm độ bền của hợp kim một chút, nhưng có thể cải thiện hiệu suất cắt. Bismuth nở ra trong quá trình đông đặc, có lợi cho việc cho ăn. Thêm bismut vào hợp kim có hàm lượng magie cao có thể ngăn ngừa hiện tượng giòn natri.
Antimon chủ yếu được sử dụng làm chất biến tính trong hợp kim nhôm đúc và hiếm khi được sử dụng trong hợp kim nhôm biến dạng. Chỉ thay thế bismuth trong hợp kim nhôm biến dạng Al-Mg để tránh hiện tượng giòn natri. Nguyên tố antimon được thêm vào một số hợp kim Al-Zn-Mg-Cu để cải thiện hiệu suất của quá trình ép nóng và ép lạnh.
Beryllium có thể cải thiện cấu trúc của màng oxit trong hợp kim nhôm bị biến dạng và giảm tổn thất do cháy và tạp chất trong quá trình nấu chảy và đúc. Beryllium là một nguyên tố độc hại có thể gây ngộ độc dị ứng ở người. Vì vậy, berili không thể chứa trong hợp kim nhôm tiếp xúc với thực phẩm và đồ uống. Hàm lượng berili trong vật liệu hàn thường được kiểm soát dưới 8μg/ml. Hợp kim nhôm được sử dụng làm chất hàn cũng phải kiểm soát hàm lượng berili.
Natri gần như không hòa tan trong nhôm và độ hòa tan rắn tối đa nhỏ hơn 0,0025%. điểm nóng chảy của natri thấp (97,8oC), khi natri có trong hợp kim, nó được hấp phụ trên bề mặt dendrite hoặc ranh giới hạt trong quá trình hóa rắn, trong quá trình xử lý nóng, natri trên ranh giới hạt tạo thành lớp hấp phụ lỏng, dẫn đến nứt giòn, hình thành hợp chất NaAlSi, không tồn tại natri tự do và không tạo ra “natri giòn”.
Khi hàm lượng magie vượt quá 2%, magie sẽ lấy đi silicon và kết tủa natri tự do, dẫn đến “natri giòn”. Vì vậy, hợp kim nhôm có hàm lượng magie cao không được phép sử dụng dòng muối natri. Các phương pháp ngăn ngừa “sự giòn natri” bao gồm clo hóa, khiến natri tạo thành NaCl và thải vào xỉ, thêm bismuth để tạo thành Na2Bi và đi vào nền kim loại; thêm antimon để tạo thành Na3Sb hoặc thêm đất hiếm cũng có thể có tác dụng tương tự.
Được chỉnh sửa bởi May Jiang từ MAT Aluminium
Thời gian đăng: 08-08-2024
