1. Влияние легирующих элементов

Элемент медь (Cu)

В алюминиево-медных сплавахМаксимальная растворимость меди в алюминии составляет 5,65% при 548°C, уменьшаясь до 0,45% при 302°C. Медь является важным легирующим элементом, способствующим упрочнению твердого раствора. Кроме того, осаждение CuAl2 при старении демонстрирует заметные эффекты возрастного упрочнения.

Обычно содержание меди в алюминиевых сплавах колеблется от 2,5% до 5%, при этом наиболее эффективное упрочнение наблюдается при содержании меди от 4% до 6,8%. Следовательно, содержание меди в большинстве твердых алюминиевых сплавов находится в этом диапазоне.

Al-кремниевые (Si) сплавы

В алюминиево-кремниевый сплав Максимальная растворимость кремния в фазе, богатой алюминием, составляет 1,65% при эвтектической температуре 577°C. Хотя растворимость уменьшается с понижением температуры, эти сплавы, как правило, не поддаются термообработке для упрочнения. Алюминиево-кремниевые сплавы демонстрируют отличные литейные свойства и коррозионную стойкость.

Алюминиево-магниево-кремниевые сплавы получают путем соединения магния и кремния с алюминием. Упрочняющей фазой в этих сплавах является MgSi. Соотношение магния и кремния в этой фазе составляет 1,73 к 1.

При разработке сплавов A-Mg-Si инженеры соотносят содержание магния и кремния в соответствии с этим соотношением. В некоторые сплавы Al-Mg-5i добавляют соответствующее количество меди для повышения прочности, а также хром для противодействия негативному влиянию меди на коррозионную стойкость.

В сплавах Al-Mg2Si максимальное количество Mg2Si, которое может раствориться в алюминии, составляет 1,85% в фазе, богатой алюминием. Это количество уменьшается с повышением температуры. В деформируемых алюминиевых сплавах кремний добавляют отдельно к алюминию только для сварочных материалов, где он также вносит определенный вклад в упрочнение.

Элемент магний (Mg)

В алюминиево-магниевый сплав серии, растворимость магния в алюминии уменьшается с температурой. Однако в большинстве промышленных деформируемых алюминиевых сплавов содержание магния меньше, чем в 6%, а содержание кремния также невелико. Эти сплавы не поддаются термообработке для упрочнения, но демонстрируют хорошую свариваемость, коррозионную стойкость и умеренную прочность.

Магний значительно усиливает алюминий, увеличивая прочность на разрыв примерно на 34 МПа при добавлении 1% магния. Добавление менее 1% марганца может обеспечить дополнительное упрочнение. Таким образом, добавление марганца может снизить содержание магния, уменьшить склонность к горячему растрескиванию, улучшить коррозионную стойкость и свариваемость. Кроме того, марганец может способствовать равномерному осаждению Mg5Al8, улучшая коррозионную стойкость и свариваемость.

Элемент марганец (Mn)

В сплавах серии Al-Mn при температуре 658°C наибольшее количество марганца, которое может раствориться в твердом растворе, составляет 1,82%. Прочность сплава непрерывно возрастает с увеличением растворимости, достигая максимального удлинения при содержании марганца 0,8%. Сплавы Al-Mn относятся к нетермообрабатываемым упрочняющим сплавам, то есть они не могут быть упрочнены путем термической обработки.

Марганец может препятствовать процессу рекристаллизации алюминиевых сплавов, повышать температуру рекристаллизации и значительно измельчать рекристаллизованное зерно. Уточнение рекристаллизованных зерен достигается в основном за счет дисперсии частиц соединения MnAl6, которые препятствуют росту рекристаллизованных зерен. Другой функцией MnAl6 является растворение примесного железа с образованием (Fe, Mn)Al6, что снижает вредное воздействие железа.

Марганец является важным элементом в алюминиевых сплавах и может быть добавлен отдельно для получения бинарных сплавов Al-Mn или вместе с другими легирующими элементами. Поэтому большинство алюминиевых сплавов содержат марганец.

Элемент цинк (Zn)

В серии алюминиево-цинковых сплавов растворимость цинка в алюминии при 275°C составляет 31,6%, уменьшаясь до 5,6% при 125°C. При добавлении цинка в алюминий он обеспечивает ограниченное повышение прочности в условиях деформации и склонен вызывать коррозионное растрескивание под напряжением, что ограничивает его применение.

Одновременное добавление цинка и магния к алюминию с образованием упрочняющей фазы Mg/Zn2 значительно усиливает сплав. Увеличение содержания Mg/Zn2 с 0,5% до 12% значительно повышает пределы прочности и текучести. В сверхтвердых алюминиевых сплавах, где содержание магния превышает требования к образованию фазы Mg/Zn2, соотношение цинка и магния контролируется на уровне около 2,7, чтобы максимизировать сопротивление коррозионному растрескиванию под напряжением.

Добавление меди к базовым сплавам Al-Zn-Mg для получения сплавов серии Al-Zn-Mg-Cu позволяет достичь наибольшего упрочняющего эффекта среди всех алюминиевых сплавов, что делает его важнейшим материалом для алюминиевых сплавов в аэрокосмической, авиационной и энергетической промышленности.

2. Влияние микроэлементов

Элементы железа и кремния (Fe-Si)

Железо добавляется в качестве легирующего элемента в ковочные алюминиевые сплавы серии Al-Cu-Mg-Ni-Fe, а кремний - в ковочный алюминий серии Al-Mg-S и в сварочные прутки серии Al-Si, а также в алюминиево-кремниевые литейные сплавы. Железо и кремний - распространенные примесные элементы в других алюминиевых сплавах, существенно влияющие на свойства сплавов. В основном они существуют в виде FeCl₃ и свободного кремния.

При превышении кремния над железом образуется фаза B-FeSiA13 (или Fe2S2Al9), а при превышении железа над кремнием - фаза α-Fe2SiAl8 (или Fe3i2Al12). Неправильное соотношение железа и кремния может привести к образованию трещин в отливках, а избыток железа в литом алюминии может вызвать хрупкость.

Элементы титана и бора (Ti-B)

Титан является широко используемой добавкой в алюминиевых сплавах, добавляемой в виде основных сплавов Al-Ti или Al-Ti-B. Титан образует TiAl2 с алюминием, выступая в качестве ядра неспонтанного зарождения при кристаллизации, улучшая структуру как отливок, так и сварных швов. В сплавах серии Al-Ti критическое содержание титана для экзотермической реакции составляет примерно 0,15%, которое снижается до 0,01% в присутствии бора.

Элемент хром (Cr)

Хром является распространенной добавкой в сплавах серий Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn и Al-Mg. При температуре 600°C растворимость хрома в алюминии составляет 0,8%, при комнатной температуре он практически нерастворим.

Хром образует металлические интерметаллические соединения типа (CFe)Al7 и (CrMn)Al12, препятствуя процессам зарождения и роста при рекристаллизации, обеспечивая определенную степень упрочнения сплава, повышая вязкость и снижая восприимчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением. Однако он может повышать чувствительность к закалке, что приводит к образованию анодированной оксидной пленки желтого цвета. Содержание хрома в алюминиевых сплавах обычно не превышает 0,35% и уменьшается с увеличением содержания переходных элементов.

Элемент стронций (Sr)

Стронций - поверхностно-активный элемент, который изменяет поведение интерметаллических фаз в металлургии. Поэтому использование стронция для модифицирующей обработки улучшает пластичность сплава и качество конечного продукта.

Благодаря длительному времени эффективного модифицирования, превосходным эффектам и воспроизводимости стронций в последние годы заменил натрий в литейных сплавах Al-Si. Добавление стронция 0,015%-0,03% в экструзионные алюминиевые сплавы превращает фазу β-AlFesi в α-AlFesi, сокращая время гомогенизации

Понимание сложного влияния различных элементов в алюминиевых сплавах имеет решающее значение для оптимизации свойств материала и повышения его производительности в различных отраслях промышленности. Независимо от того, работаете ли вы в аэрокосмической, автомобильной, строительной или любой другой области, где используются алюминиевые сплавы, использование этих знаний может привести к инновациям и улучшениям в дизайне продукции, производственных процессах и качестве конечного продукта. Свяжитесь с нами прямо сейчас: https://gree-ge.com/die-casting/