სხვადასხვა ელემენტების როლი ალუმინის შენადნობებში

სპილენძი

როდესაც ალუმინის-სპილენძის შენადნობის ალუმინის მდიდარი ნაწილია 548, სპილენძის მაქსიმალური ხსნადობა ალუმინში არის 5,65%. როდესაც ტემპერატურა ეცემა 302-მდე, სპილენძის ხსნადობა არის 0,45%. სპილენძი არის მნიშვნელოვანი შენადნობის ელემენტი და აქვს გარკვეული მყარი ხსნარის გამაძლიერებელი ეფექტი. გარდა ამისა, დაბერების შედეგად წარმოქმნილ CuAl2-ს აქვს აშკარა დაბერების გამაძლიერებელი ეფექტი. სპილენძის შემცველობა ალუმინის შენადნობებში ჩვეულებრივ 2.5%-დან 5%-მდეა, ხოლო გამაგრების ეფექტი საუკეთესოა, როდესაც სპილენძის შემცველობა 4%-დან 6.8%-მდეა, ამიტომ დურალუმინის შენადნობების უმეტესობაში სპილენძის შემცველობა ამ დიაპაზონშია. ალუმინის-სპილენძის შენადნობები შეიძლება შეიცავდეს ნაკლებ სილიციუმს, მაგნიუმს, მანგანუმს, ქრომს, თუთიას, რკინას და სხვა ელემენტებს.

სილიკონი

როდესაც Al-Si შენადნობის სისტემის ალუმინით მდიდარ ნაწილს აქვს ევტექტიკური ტემპერატურა 577, სილიციუმის მაქსიმალური ხსნადობა მყარ ხსნარში არის 1,65%. მიუხედავად იმისა, რომ ხსნადობა მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად, ეს შენადნობები, როგორც წესი, ვერ გაძლიერდება თერმული დამუშავებით. ალუმინის-სილიკონის შენადნობას აქვს შესანიშნავი ჩამოსხმის თვისებები და კოროზიის წინააღმდეგობა. თუ მაგნიუმს და სილიციუმს ერთდროულად ემატება ალუმინის ალუმინის-მაგნიუმ-სილიციუმის შენადნობი, გამაგრების ფაზა არის MgSi. მაგნიუმის მასის თანაფარდობა სილიციუმთან არის 1,73:1. Al-Mg-Si შენადნობის შემადგენლობის შემუშავებისას, მაგნიუმის და სილიციუმის შემცველობა კონფიგურირებულია ამ თანაფარდობით მატრიცაზე. ზოგიერთი Al-Mg-Si შენადნობების სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად, ემატება შესაბამისი რაოდენობა სპილენძს და ემატება შესაბამისი რაოდენობა ქრომის კოროზიის წინააღმდეგობაზე სპილენძის მავნე ზემოქმედების კომპენსაციის მიზნით.

Al-Mg2Si შენადნობის სისტემის წონასწორული ფაზის დიაგრამის ალუმინის შემცველობით მდიდარ ნაწილში ალუმინში Mg2Si-ის მაქსიმალური ხსნადობა არის 1,85%, ხოლო შენელება მცირეა ტემპერატურის კლებასთან ერთად. დეფორმირებული ალუმინის შენადნობებში მხოლოდ სილიციუმის დამატება ალუმინს შემოიფარგლება შედუღების მასალებით, ხოლო ალუმინის სილიციუმის დამატებას ასევე აქვს გარკვეული გამაძლიერებელი ეფექტი.

მაგნიუმი

მიუხედავად იმისა, რომ ხსნადობის მრუდი აჩვენებს, რომ მაგნიუმის ხსნადობა ალუმინში მნიშვნელოვნად მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად, მაგნიუმის შემცველობა უმეტეს სამრეწველო დეფორმირებულ ალუმინის შენადნობებში 6%-ზე ნაკლებია. სილიციუმის შემცველობა ასევე დაბალია. ამ ტიპის შენადნობი არ შეიძლება გაძლიერდეს თერმული დამუშავებით, მაგრამ აქვს კარგი შედუღება, კარგი კოროზიის წინააღმდეგობა და საშუალო სიმტკიცე. აშკარაა ალუმინის მაგნიუმის გაძლიერება. მაგნიუმის ყოველი 1% გაზრდისთვის, დაჭიმვის სიმტკიცე იზრდება დაახლოებით 34 MPa-ით. თუ 1%-ზე ნაკლები მანგანუმი დაემატება, გამაძლიერებელი ეფექტი შეიძლება დაემატოს. აქედან გამომდინარე, მანგანუმის დამატებამ შეიძლება შეამციროს მაგნიუმის შემცველობა და შეამციროს ცხელი გახეხვის ტენდენცია. გარდა ამისა, მანგანუმს ასევე შეუძლია ერთგვაროვნად დაალექოს Mg5Al8 ნაერთები, აუმჯობესებს კოროზიის წინააღმდეგობას და შედუღების მუშაობას.

მანგანუმი

როდესაც Al-Mn შენადნობის სისტემის ბრტყელი წონასწორობის ფაზური დიაგრამის ევტექტიკური ტემპერატურაა 658, მყარ ხსნარში მანგანუმის მაქსიმალური ხსნადობა არის 1,82%. შენადნობის სიძლიერე იზრდება ხსნადობის მატებასთან ერთად. როდესაც მანგანუმის შემცველობა არის 0,8%, დრეკადობა აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას. Al-Mn შენადნობი არის ასაკობრივი გამკვრივება, ანუ მისი გამაგრება შეუძლებელია თერმული დამუშავებით. მანგანუმს შეუძლია თავიდან აიცილოს ალუმინის შენადნობების რეკრისტალიზაციის პროცესი, გაზარდოს რეკრისტალიზაციის ტემპერატურა და მნიშვნელოვნად დახვეწოს რეკრისტალიზებული მარცვლები. რეკრისტალიზებული მარცვლების დახვეწა ძირითადად განპირობებულია იმით, რომ MnAl6 ნაერთების დისპერსიული ნაწილაკები აფერხებენ რეკრისტალიზებული მარცვლების ზრდას. MnAl6-ის კიდევ ერთი ფუნქციაა უწმინდური რკინის დაშლა (Fe, Mn)Al6-ის წარმოქმნით, რაც ამცირებს რკინის მავნე ზემოქმედებას. მანგანუმი მნიშვნელოვანი ელემენტია ალუმინის შენადნობებში. ის შეიძლება დაემატოს მარტო Al-Mn ორობითი შენადნობის შესაქმნელად. უფრო ხშირად მას ემატება სხვა შენადნობ ელემენტებთან ერთად. ამიტომ, ალუმინის შენადნობების უმეტესობა შეიცავს მანგანუმს.

თუთია

თუთიის ხსნადობა ალუმინში არის 31.6% 275-ზე ალუმინის მდიდარ ნაწილში ალუმინის შენადნობის სისტემის წონასწორობის ფაზის დიაგრამაში, ხოლო მისი ხსნადობა მცირდება 5.6%-მდე 125-ზე. მარტო თუთიის დამატება ალუმინს აქვს ძალიან შეზღუდული გაუმჯობესება. ალუმინის შენადნობის სიძლიერე დეფორმაციის პირობებში. ამავდროულად, არსებობს სტრესული კოროზიის გატეხვის ტენდენცია, რაც ზღუდავს მის გამოყენებას. თუთიისა და მაგნიუმის ალუმინის ერთდროულად დამატება ქმნის გამაგრების ფაზას Mg/Zn2, რომელსაც აქვს მნიშვნელოვანი გამაძლიერებელი ეფექტი შენადნობაზე. როდესაც Mg/Zn2 შემცველობა იზრდება 0.5%-დან 12%-მდე, დაჭიმვის სიმტკიცე და გამძლეობა შეიძლება მნიშვნელოვნად გაიზარდოს. ზემყარ ალუმინის შენადნობებში, სადაც მაგნიუმის შემცველობა აჭარბებს საჭირო რაოდენობას Mg/Zn2 ფაზის შესაქმნელად, როდესაც თუთიისა და მაგნიუმის თანაფარდობა კონტროლდება დაახლოებით 2,7-ზე, სტრესის კოროზიის კრეფის წინააღმდეგობა ყველაზე დიდია. მაგალითად, სპილენძის ელემენტის დამატება Al-Zn-Mg-ს ქმნის Al-Zn-Mg-Cu სერიის შენადნობას. ბაზის გაძლიერების ეფექტი ყველაზე დიდია ყველა ალუმინის შენადნობებს შორის. ის ასევე არის მნიშვნელოვანი ალუმინის შენადნობის მასალა აერონავტიკაში, საავიაციო ინდუსტრიაში და ელექტროენერგიის ინდუსტრიაში.

რკინა და სილიციუმი

რკინა ემატება როგორც შენადნობის ელემენტებს Al-Cu-Mg-Ni-Fe სერიის დამუშავებული ალუმინის შენადნობებში, ხოლო სილიციუმი ემატება როგორც შენადნობის ელემენტებს Al-Mg-Si სერიის დამუშავებულ ალუმინს და Al-Si სერიის შედუღების ღეროებში და ალუმინის-სილიკონის ჩამოსხმაში. შენადნობები. საბაზისო ალუმინის შენადნობებში სილიციუმი და რკინა ჩვეულებრივი მინარევის ელემენტებია, რომლებიც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ შენადნობის თვისებებზე. ისინი ძირითადად არსებობს FeCl3 და თავისუფალი სილიკონის სახით. როდესაც სილიციუმი რკინაზე დიდია, წარმოიქმნება β-FeSiAl3 (ან Fe2Si2Al9) ფაზა, ხოლო როცა რკინა სილიკონზე დიდია, წარმოიქმნება α-Fe2SiAl8 (ან Fe3Si2Al12). როდესაც რკინისა და სილიციუმის თანაფარდობა არასწორია, ეს გამოიწვევს ბზარებს ჩამოსხმაში. როდესაც თუჯის ალუმინის რკინის შემცველობა ძალიან მაღალია, ჩამოსხმა გახდება მყიფე.

ტიტანი და ბორი

ტიტანი არის საყოველთაოდ გამოყენებული დანამატი ელემენტი ალუმინის შენადნობებში, დამატებული Al-Ti ან Al-Ti-B ძირითადი შენადნობის სახით. ტიტანი და ალუმინი ქმნიან TiAl2 ფაზას, რომელიც კრისტალიზაციის დროს ხდება არასპონტანური ბირთვი და თამაშობს როლს ჩამოსხმის სტრუქტურისა და შედუღების სტრუქტურის დახვეწაში. როდესაც Al-Ti შენადნობები განიცდიან შეფუთვის რეაქციას, ტიტანის კრიტიკული შემცველობა არის დაახლოებით 0,15%. თუ ბორი არის, შენელება არის 0,01%.

ქრომი

ქრომი არის საერთო დანამატი ელემენტი Al-Mg-Si სერიების, Al-Mg-Zn სერიებისა და Al-Mg სერიის შენადნობებში. 600°C ტემპერატურაზე ქრომის ხსნადობა ალუმინში არის 0,8%, და ის ძირითადად უხსნადია ოთახის ტემპერატურაზე. ქრომი აყალიბებს ლითონთაშორის ნაერთებს, როგორიცაა (CrFe)Al7 და (CrMn)Al12 ალუმინში, რაც აფერხებს რეკრისტალიზაციის ბირთვულ წარმოქმნას და ზრდის პროცესს და აქვს გარკვეული გამაძლიერებელი ეფექტი შენადნობაზე. მას ასევე შეუძლია გააუმჯობესოს შენადნობის სიმტკიცე და შეამციროს მგრძნობელობა სტრესული კოროზიის ბზარების მიმართ.

თუმცა, საიტი ზრდის ჩაქრობის მგრძნობელობას, ხდის ანოდირებული ფილმის ყვითელს. ალუმინის შენადნობებში დამატებული ქრომის რაოდენობა ჩვეულებრივ არ აღემატება 0,35%-ს და მცირდება შენადნობაში გარდამავალი ელემენტების მატებასთან ერთად.

სტრონციუმი

სტრონციუმი არის ზედაპირულად აქტიური ელემენტი, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს მეტათაშორისი ნაერთების ფაზების ქცევა კრისტალოგრაფიულად. ამრიგად, სტრონციუმის ელემენტით მოდიფიკაციამ შეიძლება გააუმჯობესოს შენადნობის პლასტიკური შრომისუნარიანობა და საბოლოო პროდუქტის ხარისხი. მისი ხანგრძლივი ეფექტური მოდიფიკაციის დროის, კარგი ეფექტისა და გამეორებადობის გამო, სტრონციუმმა შეცვალა ნატრიუმის გამოყენება Al-Si ჩამოსხმის შენადნობებში ბოლო წლებში. 0,015%~0,03% სტრონციუმის დამატება ექსტრუზიისთვის ალუმინის შენადნობაში, აქცევს β-AlFeSi ფაზას ინგოტში α-AlFeSi ფაზაში, ამცირებს ინგოტის ჰომოგენიზაციის დროს 60%~70%-ით, აუმჯობესებს მასალების მექანიკურ თვისებებს და პლასტიკური დამუშავების შესაძლებლობას; აუმჯობესებს პროდუქციის ზედაპირის უხეშობას.

მაღალი სილიციუმის (10%~13%) დეფორმირებული ალუმინის შენადნობებისთვის, 0.02%~0.07% სტრონციუმის ელემენტის დამატებით შეიძლება პირველადი კრისტალების მინიმუმამდე შემცირება და მექანიკური თვისებები ასევე მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. დაჭიმვის სიძლიერე бb გაიზარდა 233 MPa-დან 236 MPa-მდე, ხოლო წევის სიმტკიცე b0.2 გაიზარდა 204MPa-დან 210MPa-მდე, ხოლო დრეკადობა б5 გაიზარდა 9%-დან 12%-მდე. ჰიპერევტექტიკურ Al-Si შენადნობში სტრონციუმის დამატებამ შეიძლება შეამციროს პირველადი სილიციუმის ნაწილაკების ზომა, გააუმჯობესოს პლასტმასის დამუშავების თვისებები და უზრუნველყოს გლუვი ცხელი და ცივი გორვა.

ცირკონიუმი

ცირკონიუმი ასევე არის საერთო დანამატი ალუმინის შენადნობებში. ზოგადად, ალუმინის შენადნობებში დამატებული რაოდენობა არის 0.1%~0.3%. ცირკონიუმი და ალუმინი ქმნიან ZrAl3 ნაერთებს, რომლებსაც შეუძლიათ შეაფერხონ რეკრისტალიზაციის პროცესი და დახვეწონ რეკრისტალიზებული მარცვლები. ცირკონიუმს ასევე შეუძლია დახვეწოს ჩამოსხმის სტრუქტურა, მაგრამ ეფექტი უფრო მცირეა ვიდრე ტიტანი. ცირკონიუმის არსებობა შეამცირებს ტიტანისა და ბორის მარცვლების დამუშავების ეფექტს. Al-Zn-Mg-Cu შენადნობებში, ვინაიდან ცირკონიუმს აქვს უფრო მცირე გავლენა ჩაქრობის მგრძნობელობაზე, ვიდრე ქრომი და მანგანუმი, მიზანშეწონილია ცირკონიუმის გამოყენება ქრომისა და მანგანუმის ნაცვლად რეკრისტალირებული სტრუქტურის გასაუმჯობესებლად.

იშვიათი დედამიწის ელემენტები

იშვიათი მიწის ელემენტები ემატება ალუმინის შენადნობებს, რათა გაზარდონ კომპონენტის სუპერგაგრილება ალუმინის შენადნობის ჩამოსხმის დროს, დახვეწონ მარცვლები, შეამცირონ მეორადი კრისტალური მანძილი, შეამცირონ აირები და შენადნობები და მიდრეკილნი არიან სფეროიდიზაციისკენ. მას ასევე შეუძლია შეამციროს დნობის ზედაპირული დაძაბულობა, გაზარდოს თხევადობა და ხელი შეუწყოს ჩასხმას ინგოტებში, რაც მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს პროცესის შესრულებაზე. უმჯობესია დაამატოთ სხვადასხვა იშვიათი მიწები დაახლოებით 0,1% ოდენობით. შერეული იშვიათი მიწების დამატება (შერეული La-Ce-Pr-Nd და ა.შ.) ამცირებს კრიტიკულ ტემპერატურას დაბერების G?P ზონის ფორმირებისთვის Al-0,65%Mg-0,61%Si შენადნობაში. მაგნიუმის შემცველ ალუმინის შენადნობებს შეუძლიათ იშვიათი დედამიწის ელემენტების მეტამორფიზმის სტიმულირება.

უწმინდურება

ვანადიუმი აყალიბებს VAl11 ცეცხლგამძლე ნაერთს ალუმინის შენადნობებში, რომელიც ასრულებს როლს მარცვლების გადამუშავებაში დნობისა და ჩამოსხმის პროცესში, მაგრამ მისი როლი უფრო მცირეა ვიდრე ტიტანისა და ცირკონიუმის. ვანადიუმს ასევე აქვს რეკრისტალიზებული სტრუქტურის დახვეწის და რეკრისტალიზაციის ტემპერატურის გაზრდის ეფექტი.

კალციუმის მყარი ხსნადობა ალუმინის შენადნობებში ძალიან დაბალია და ის ქმნის CaAl4 ნაერთს ალუმინისთან. კალციუმი არის ალუმინის შენადნობების სუპერპლასტიკური ელემენტი. ალუმინის შენადნობი, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 5% კალციუმს და 5% მანგანუმს, აქვს სუპერპლასტიურობა. კალციუმი და სილიციუმი ქმნიან CaSi-ს, რომელიც არ არის ხსნადი ალუმინში. ვინაიდან სილიციუმის მყარი ხსნარის რაოდენობა მცირდება, სამრეწველო სუფთა ალუმინის ელექტრული გამტარობა შეიძლება ოდნავ გაუმჯობესდეს. კალციუმს შეუძლია გააუმჯობესოს ალუმინის შენადნობების ჭრის შესრულება. CaSi2-ს არ შეუძლია გააძლიეროს ალუმინის შენადნობები სითბოს დამუშავების გზით. კალციუმის მცირე რაოდენობა სასარგებლოა გამდნარი ალუმინის წყალბადის მოსაშორებლად.

ტყვიის, კალის და ბისმუტის ელემენტები დაბალი დნობის წერტილის ლითონებია. მათი მყარი ხსნადობა ალუმინში მცირეა, რაც ოდნავ ამცირებს შენადნობის სიმტკიცეს, მაგრამ შეუძლია გააუმჯობესოს ჭრის შესრულება. გამაგრების დროს ბისმუტი ფართოვდება, რაც სასარგებლოა კვებისათვის. მაგნიუმის მაღალი შემცველობით შენადნობებში ბისმუტის დამატებამ შეიძლება თავიდან აიცილოს ნატრიუმის მყიფეობა.

ანტიმონი ძირითადად გამოიყენება როგორც მოდიფიკატორი ჩამოსხმული ალუმინის შენადნობებში და იშვიათად გამოიყენება დეფორმირებული ალუმინის შენადნობებში. შეცვალეთ ბისმუტი მხოლოდ Al-Mg დეფორმირებული ალუმინის შენადნობით, რათა თავიდან აიცილოთ ნატრიუმის მტვრევა. ანტიმონის ელემენტი ემატება ზოგიერთ Al-Zn-Mg-Cu შენადნობებს ცხელი დაწნეხვის და ცივი დაწნეხვის პროცესების მუშაობის გასაუმჯობესებლად.

ბერილიუმს შეუძლია გააუმჯობესოს ოქსიდის ფირის სტრუქტურა დეფორმირებული ალუმინის შენადნობებში და შეამციროს წვის დანაკარგები და ჩანართები დნობისა და ჩამოსხმის დროს. ბერილიუმი არის ტოქსიკური ელემენტი, რომელსაც შეუძლია გამოიწვიოს ადამიანებში ალერგიული მოწამვლა. ამიტომ, ბერილიუმი არ შეიძლება შეიცავდეს ალუმინის შენადნობებს, რომლებიც კონტაქტშია საკვებთან და სასმელებთან. შედუღების მასალებში ბერილიუმის შემცველობა ჩვეულებრივ კონტროლდება 8მკგ/მლ-ზე ქვემოთ. შედუღების სუბსტრატებად გამოყენებული ალუმინის შენადნობები ასევე უნდა აკონტროლონ ბერილიუმის შემცველობა.

ნატრიუმი თითქმის უხსნადია ალუმინში და მაქსიმალური მყარი ხსნადობა 0,0025%-ზე ნაკლებია. ნატრიუმის დნობის წერტილი დაბალია (97,8℃), როდესაც ნატრიუმი არის შენადნობაში, ის ადსორბირდება დენდრიტის ზედაპირზე ან მარცვლის საზღვარზე გამაგრებისას, ცხელი დამუშავების დროს, მარცვლების საზღვარზე ნატრიუმი ქმნის თხევად ადსორბციულ ფენას. რის შედეგადაც ხდება მყიფე ბზარი, წარმოიქმნება NaAlSi ნაერთები, არ არსებობს თავისუფალი ნატრიუმი და არ წარმოქმნის „ნატრიუმის მყიფეობას“.

როდესაც მაგნიუმის შემცველობა აღემატება 2%-ს, მაგნიუმი ართმევს სილიკონს და აგროვებს თავისუფალ ნატრიუმს, რაც იწვევს „ნატრიუმის მტვრევადობას“. ამიტომ, მაღალი მაგნიუმის ალუმინის შენადნობის გამოყენება დაუშვებელია ნატრიუმის მარილის ნაკადად. „ნატრიუმის მყიფეობის“ თავიდან აცილების მეთოდებს მიეკუთვნება ქლორირება, რაც იწვევს ნატრიუმის წარმოქმნას NaCl-ში და გამოიყოფა წიდაში, უმატებს ბისმუტს Na2Bi-ს წარმოქმნით და შედის ლითონის მატრიცაში; ანტიმონის დამატება Na3Sb-ის შესაქმნელად ან იშვიათი მიწების დამატება ასევე შეიძლება ჰქონდეს იგივე ეფექტი.

რედაქტირებულია May Jiang-ის მიერ MAT Aluminum-დან