Cobre
Cuando la parte rica en aluminio de la aleación de aluminio y cobre es 548, la solubilidad máxima del cobre en aluminio es del 5,65%. Cuando la temperatura baja a 302, la solubilidad del cobre es del 0,45%. El cobre es un elemento de aleación importante y tiene cierto efecto fortalecedor de soluciones sólidas. Además, el CuAl2 precipitado por el envejecimiento tiene un evidente efecto fortalecedor del envejecimiento. El contenido de cobre en las aleaciones de aluminio suele estar entre el 2,5% y el 5%, y el efecto de refuerzo es mejor cuando el contenido de cobre está entre el 4% y el 6,8%, por lo que el contenido de cobre de la mayoría de las aleaciones de duraluminio está dentro de este rango. Las aleaciones de aluminio y cobre pueden contener menos silicio, magnesio, manganeso, cromo, zinc, hierro y otros elementos.
Silicio
Cuando la parte rica en aluminio del sistema de aleación Al-Si tiene una temperatura eutéctica de 577ºC, la solubilidad máxima del silicio en la solución sólida es del 1,65%. Aunque la solubilidad disminuye al disminuir la temperatura, estas aleaciones generalmente no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico. La aleación de aluminio y silicio tiene excelentes propiedades de fundición y resistencia a la corrosión. Si se añaden magnesio y silicio al aluminio al mismo tiempo para formar una aleación de aluminio-magnesio-silicio, la fase de refuerzo es MgSi. La relación de masa de magnesio a silicio es 1,73:1. Al diseñar la composición de la aleación Al-Mg-Si, los contenidos de magnesio y silicio se configuran en esta proporción en la matriz. Para mejorar la resistencia de algunas aleaciones de Al-Mg-Si, se agrega una cantidad adecuada de cobre y una cantidad adecuada de cromo para compensar los efectos adversos del cobre sobre la resistencia a la corrosión.
La solubilidad máxima del Mg2Si en aluminio en la parte rica en aluminio del diagrama de fases de equilibrio del sistema de aleación Al-Mg2Si es del 1,85% y la desaceleración es pequeña a medida que disminuye la temperatura. En las aleaciones de aluminio deformadas, la adición de silicio solo al aluminio se limita a materiales de soldadura, y la adición de silicio al aluminio también tiene un cierto efecto fortalecedor.
Magnesio
Aunque la curva de solubilidad muestra que la solubilidad del magnesio en aluminio disminuye considerablemente a medida que disminuye la temperatura, el contenido de magnesio en la mayoría de las aleaciones de aluminio deformadas industriales es inferior al 6%. El contenido de silicio también es bajo. Este tipo de aleación no puede reforzarse mediante tratamiento térmico, pero tiene buena soldabilidad, buena resistencia a la corrosión y resistencia media. El fortalecimiento del aluminio por el magnesio es evidente. Por cada aumento del 1% en magnesio, la resistencia a la tracción aumenta aproximadamente 34MPa. Si se añade menos del 1% de manganeso, se puede complementar el efecto fortalecedor. Por lo tanto, agregar manganeso puede reducir el contenido de magnesio y reducir la tendencia al craqueo en caliente. Además, el manganeso también puede precipitar uniformemente compuestos de Mg5Al8, mejorando la resistencia a la corrosión y el rendimiento de la soldadura.
Manganeso
Cuando la temperatura eutéctica del diagrama de fases de equilibrio plano del sistema de aleación Al-Mn es 658, la solubilidad máxima del manganeso en la solución sólida es 1,82%. La resistencia de la aleación aumenta con el aumento de la solubilidad. Cuando el contenido de manganeso es del 0,8%, el alargamiento alcanza el valor máximo. La aleación de Al-Mn es una aleación que no se endurece con el envejecimiento, es decir, no puede reforzarse mediante tratamiento térmico. El manganeso puede prevenir el proceso de recristalización de las aleaciones de aluminio, aumentar la temperatura de recristalización y refinar significativamente los granos recristalizados. El refinamiento de los granos recristalizados se debe principalmente a que las partículas dispersas de compuestos de MnAl6 dificultan el crecimiento de los granos recristalizados. Otra función del MnAl6 es disolver las impurezas de hierro para formar (Fe, Mn)Al6, reduciendo los efectos nocivos del hierro. El manganeso es un elemento importante en las aleaciones de aluminio. Se puede añadir solo para formar una aleación binaria de Al-Mn. Más a menudo se añade junto con otros elementos de aleación. Por tanto, la mayoría de las aleaciones de aluminio contienen manganeso.
Zinc
La solubilidad del zinc en aluminio es del 31,6% en 275 en la parte rica en aluminio del diagrama de fases de equilibrio del sistema de aleación Al-Zn, mientras que su solubilidad cae al 5,6% en 125. La adición de zinc solo al aluminio tiene una mejora muy limitada en la resistencia de la aleación de aluminio en condiciones de deformación. Al mismo tiempo, existe una tendencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, lo que limita su aplicación. La adición simultánea de zinc y magnesio al aluminio forma la fase de refuerzo Mg/Zn2, que tiene un efecto de refuerzo significativo en la aleación. Cuando el contenido de Mg/Zn2 aumenta del 0,5% al 12%, la resistencia a la tracción y el límite elástico se pueden aumentar significativamente. En aleaciones de aluminio superduras donde el contenido de magnesio excede la cantidad requerida para formar la fase Mg/Zn2, cuando la proporción de zinc a magnesio se controla en alrededor de 2,7, la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión es mayor. Por ejemplo, al agregar un elemento de cobre a Al-Zn-Mg se forma una aleación de la serie Al-Zn-Mg-Cu. El efecto de fortalecimiento de la base es el mayor entre todas las aleaciones de aluminio. También es un importante material de aleación de aluminio en la industria aeroespacial, de la aviación y de la energía eléctrica.
Hierro y silicio
El hierro se añade como elementos de aleación en las aleaciones de aluminio forjado de la serie Al-Cu-Mg-Ni-Fe, y el silicio se añade como elementos de aleación en el aluminio forjado de la serie Al-Mg-Si y en las varillas de soldadura de la serie Al-Si y en la fundición de aluminio-silicio. aleaciones. En las aleaciones base de aluminio, el silicio y el hierro son impurezas comunes que tienen un impacto significativo en las propiedades de la aleación. Existen principalmente como FeCl3 y silicio libre. Cuando el silicio es más grande que el hierro, se forma la fase β-FeSiAl3 (o Fe2Si2Al9), y cuando el hierro es más grande que el silicio, se forma α-Fe2SiAl8 (o Fe3Si2Al12). Cuando la proporción de hierro y silicio es inadecuada, se producirán grietas en la fundición. Cuando el contenido de hierro en el aluminio fundido es demasiado alto, la pieza fundida se volverá quebradiza.
Titanio y Boro
El titanio es un elemento aditivo comúnmente utilizado en aleaciones de aluminio, agregado en forma de aleación maestra Al-Ti o Al-Ti-B. El titanio y el aluminio forman la fase TiAl2, que se convierte en un núcleo no espontáneo durante la cristalización y desempeña un papel en el refinamiento de la estructura de fundición y la estructura de soldadura. Cuando las aleaciones de Al-Ti sufren una reacción en paquete, el contenido crítico de titanio es aproximadamente el 0,15%. Si hay boro presente, la desaceleración es tan pequeña como 0,01%.
Cromo
El cromo es un elemento aditivo común en las aleaciones de las series Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn y Al-Mg. A 600°C, la solubilidad del cromo en aluminio es del 0,8% y es básicamente insoluble a temperatura ambiente. El cromo forma compuestos intermetálicos como (CrFe)Al7 y (CrMn)Al12 en el aluminio, lo que dificulta el proceso de nucleación y crecimiento de la recristalización y tiene un cierto efecto fortalecedor de la aleación. También puede mejorar la tenacidad de la aleación y reducir la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Sin embargo, el sitio aumenta la sensibilidad al enfriamiento, haciendo que la película anodizada se vuelva amarilla. La cantidad de cromo añadido a las aleaciones de aluminio generalmente no supera el 0,35% y disminuye con el aumento de elementos de transición en la aleación.
Estroncio
El estroncio es un elemento tensioactivo que puede cambiar cristalográficamente el comportamiento de las fases de compuestos intermetálicos. Por tanto, el tratamiento de modificación con elemento estroncio puede mejorar la trabajabilidad plástica de la aleación y la calidad del producto final. Debido a su largo tiempo de modificación efectiva, buen efecto y reproducibilidad, el estroncio ha reemplazado el uso de sodio en aleaciones de fundición Al-Si en los últimos años. La adición de 0,015%~0,03% de estroncio a la aleación de aluminio para extrusión convierte la fase β-AlFeSi del lingote en fase α-AlFeSi, lo que reduce el tiempo de homogeneización del lingote entre un 60%~70%, mejorando las propiedades mecánicas y la procesabilidad plástica de los materiales; mejorando la rugosidad superficial de los productos.
Para aleaciones de aluminio deformadas con alto contenido de silicio (10% ~ 13%), agregar un elemento de estroncio del 0,02% ~ 0,07% puede reducir los cristales primarios al mínimo y las propiedades mecánicas también mejoran significativamente. La resistencia a la tracción бb aumentó de 233MPa a 236MPa, y el límite elástico б0.2 aumentó de 204MPa a 210MPa, y el alargamiento б5 aumentó de 9% a 12%. Agregar estroncio a una aleación hipereutéctica de Al-Si puede reducir el tamaño de las partículas primarias de silicio, mejorar las propiedades de procesamiento del plástico y permitir un laminado suave en caliente y en frío.
Circonio
El circonio también es un aditivo común en las aleaciones de aluminio. Generalmente, la cantidad añadida a las aleaciones de aluminio es del 0,1% al 0,3%. El circonio y el aluminio forman compuestos ZrAl3, que pueden dificultar el proceso de recristalización y refinar los granos recristalizados. El circonio también puede refinar la estructura de fundición, pero el efecto es menor que el titanio. La presencia de circonio reducirá el efecto de refinación del grano del titanio y el boro. En las aleaciones de Al-Zn-Mg-Cu, dado que el circonio tiene un efecto menor sobre la sensibilidad al enfriamiento que el cromo y el manganeso, es apropiado utilizar circonio en lugar de cromo y manganeso para refinar la estructura recristalizada.
elementos de tierras raras
Se agregan elementos de tierras raras a las aleaciones de aluminio para aumentar el sobreenfriamiento de los componentes durante la fundición de la aleación de aluminio, refinar los granos, reducir el espaciado de los cristales secundarios, reducir los gases y las inclusiones en la aleación y tienden a esferoidizar la fase de inclusión. También puede reducir la tensión superficial de la masa fundida, aumentar la fluidez y facilitar la fundición en lingotes, lo que tiene un impacto significativo en el rendimiento del proceso. Es mejor agregar varias tierras raras en una cantidad de aproximadamente el 0,1%. La adición de tierras raras mixtas (mezcla de La-Ce-Pr-Nd, etc.) reduce la temperatura crítica para la formación de la zona G?P de envejecimiento en la aleación Al-0,65%Mg-0,61%Si. Las aleaciones de aluminio que contienen magnesio pueden estimular el metamorfismo de elementos de tierras raras.
Impureza
El vanadio forma el compuesto refractario VAL11 en las aleaciones de aluminio, que desempeña un papel en el refinado de los granos durante el proceso de fusión y fundición, pero su papel es menor que el del titanio y el circonio. El vanadio también tiene el efecto de refinar la estructura recristalizada y aumentar la temperatura de recristalización.
La solubilidad sólida del calcio en las aleaciones de aluminio es extremadamente baja y forma un compuesto CaAl4 con el aluminio. El calcio es un elemento superplástico de las aleaciones de aluminio. Una aleación de aluminio con aproximadamente un 5% de calcio y un 5% de manganeso tiene superplasticidad. El calcio y el silicio forman CaSi, que es insoluble en aluminio. Dado que se reduce la cantidad de silicio en solución sólida, la conductividad eléctrica del aluminio puro industrial se puede mejorar ligeramente. El calcio puede mejorar el rendimiento de corte de las aleaciones de aluminio. CaSi2 no puede fortalecer las aleaciones de aluminio mediante tratamiento térmico. Pequeñas cantidades de calcio son útiles para eliminar el hidrógeno del aluminio fundido.
Los elementos plomo, estaño y bismuto son metales de bajo punto de fusión. Su solubilidad sólida en aluminio es pequeña, lo que reduce ligeramente la resistencia de la aleación, pero puede mejorar el rendimiento de corte. El bismuto se expande durante la solidificación, lo que resulta beneficioso para la alimentación. Agregar bismuto a aleaciones con alto contenido de magnesio puede prevenir la fragilización del sodio.
El antimonio se utiliza principalmente como modificador en aleaciones de aluminio fundido y rara vez se utiliza en aleaciones de aluminio deformadas. Reemplace únicamente el bismuto en la aleación de aluminio deformada Al-Mg para evitar la fragilización del sodio. Se agrega un elemento de antimonio a algunas aleaciones de Al-Zn-Mg-Cu para mejorar el rendimiento de los procesos de prensado en caliente y en frío.
El berilio puede mejorar la estructura de la película de óxido en aleaciones de aluminio deformadas y reducir las pérdidas por combustión y las inclusiones durante la fusión y la fundición. El berilio es un elemento tóxico que puede provocar intoxicaciones alérgicas en humanos. Por lo tanto, el berilio no puede contener aleaciones de aluminio que entren en contacto con alimentos y bebidas. El contenido de berilio en los materiales de soldadura suele controlarse por debajo de 8 μg/ml. Las aleaciones de aluminio utilizadas como sustratos de soldadura también deberían controlar el contenido de berilio.
El sodio es casi insoluble en aluminio y la solubilidad sólida máxima es inferior al 0,0025%. el punto de fusión del sodio es bajo (97,8 ℃), cuando el sodio está presente en la aleación, se adsorbe en la superficie de las dendritas o en el límite del grano durante la solidificación, durante el procesamiento en caliente, el sodio en el límite del grano forma una capa de adsorción líquida. lo que resulta en un craqueo quebradizo, la formación de compuestos de NaAlSi, no existe sodio libre y no produce "sodio quebradizo".
Cuando el contenido de magnesio supera el 2%, el magnesio elimina el silicio y precipita el sodio libre, lo que provoca la "fragilidad del sodio". Por lo tanto, no se permite el uso de fundente de sal de sodio en aleaciones de aluminio con alto contenido de magnesio. Los métodos para prevenir la “fragilización del sodio” incluyen la cloración, que hace que el sodio forme NaCl y se descargue en la escoria, añadiendo bismuto para formar Na2Bi y entrar en la matriz metálica; agregar antimonio para formar Na3Sb o agregar tierras raras también puede tener el mismo efecto.
Editado por May Jiang de MAT Aluminium
Hora de publicación: 08-ago-2024
