دور العناصر المختلفة في سبائك الألومنيوم

نحاس

عندما يكون الجزء الغني بالألومنيوم من سبيكة الألمنيوم-كوببر 548 ، فإن الحد الأقصى للذوبان للنحاس في الألومنيوم هو 5.65 ٪. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى 302 ، تكون ذوبان النحاس 0.45 ٪. النحاس هو عنصر سبيكة مهم وله تأثير على تعزيز الحل الصلبة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن Cual2 ترسب للشيخوخة له تأثير تعزيز الشيخوخة. عادة ما يتراوح محتوى النحاس في سبائك الألومنيوم بين 2.5 ٪ و 5 ٪ ، ويكون تأثير التعزيز أفضل عندما يتراوح محتوى النحاس بين 4 ٪ و 6.8 ٪ ، وبالتالي فإن المحتوى النحاسي لمعظم سبائك الدوالومين هو ضمن هذا النطاق. يمكن أن تحتوي سبائك الألومنيوم-كوببر على أقل من السيليكون والمغنيسيوم والمنغنيز والكروم والزنك والحديد والعناصر الأخرى.

السيليكون

عندما يكون للجزء الغني بالألمنيوم من نظام سبيك Si درجة حرارة انصهار قدرها 577 ، فإن الحد الأقصى للذوبان في السيليكون في المحلول الصلب هو 1.65 ٪. على الرغم من انخفاض القابلية للذوبان مع انخفاض درجة الحرارة ، إلا أنه لا يمكن تعزيز هذه السبائك عمومًا عن طريق المعالجة الحرارية. سبيكة الألومنيوم-السيليكون لديها خصائص صب ممتازة ومقاومة التآكل. إذا تمت إضافة المغنيسيوم والسيليكون إلى الألومنيوم في نفس الوقت لتشكيل سبيكة الألومنيوم-ماجنيسيوم-السيليكون ، فإن مرحلة التعزيز هي MGSI. نسبة الكتلة من المغنيسيوم إلى السيليكون هي 1.73: 1. عند تصميم تكوين سبيكة Al-MG-Si ، يتم تكوين محتويات المغنيسيوم والسيليكون في هذه النسبة على المصفوفة. من أجل تحسين قوة بعض سبائك MG-Si ، تتم إضافة كمية مناسبة من النحاس ، ويتم إضافة كمية مناسبة من الكروم لتعويض الآثار الضارة للنحاس على مقاومة التآكل.

الحد الأقصى للذوبان من Mg2SI في الألومنيوم في الجزء الغني بالألمنيوم من مخطط مرحلة التوازن لنظام سبيكة MG2SI هو 1.85 ٪ ، والبهجة صغيرة مع انخفاض درجة الحرارة. في سبائك الألومنيوم المشوهة ، تقتصر إضافة السيليكون وحدها إلى الألمنيوم على مواد اللحام ، كما أن إضافة السيليكون إلى الألمنيوم لها تأثير تقوية معين.

المغنيسيوم

على الرغم من أن منحنى القابلية للذوبان يظهر أن قابلية ذوبان المغنيسيوم في الألومنيوم تنخفض بشكل كبير مع انخفاض درجة الحرارة ، فإن محتوى المغنيسيوم في معظم سبائك الألومنيوم المشوهة الصناعية أقل من 6 ٪. محتوى السيليكون منخفض أيضًا. لا يمكن تعزيز هذا النوع من السبائك عن طريق المعالجة الحرارية ، ولكن لديه قابلية لحام جيدة ، ومقاومة جيدة للتآكل ، والقوة المتوسطة. تعزيز الألومنيوم بواسطة المغنيسيوم واضح. لكل زيادة 1 ٪ في المغنيسيوم ، تزداد قوة الشد بحوالي 34 ميجا باسا. إذا تمت إضافة أقل من 1 ٪ المنغنيز ، فقد يتم استكمال تأثير التعزيز. لذلك ، يمكن أن تؤدي إضافة المنغنيز إلى تقليل محتوى المغنيسيوم وتقليل ميل التكسير الساخن. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمنغنيز أيضًا أن يترسب بشكل موحد مركبات Mg5al8 ، مما يحسن مقاومة التآكل وأداء اللحام.

المنغنيز

عندما تكون درجة الحرارة المنهارة لمخطط طور التوازن المسطح لنظام سبيكة Al-MN 658 ، فإن الحد الأقصى للذوبان في المنغنيز في المحلول الصلب هو 1.82 ٪. تزداد قوة السبائك مع زيادة القابلية للذوبان. عندما يكون محتوى المنغنيز 0.8 ٪ ، يصل الاستطالة إلى الحد الأقصى للقيمة. سبيكة Al-MN هي سبيكة تصلب غير عصر ، أي أنه لا يمكن تعزيزها عن طريق المعالجة الحرارية. يمكن أن تمنع المنغنيز عملية إعادة التبلور لسبائك الألومنيوم ، وزيادة درجة حرارة إعادة التبلور ، وتحسين الحبوب التي تم بلور البلورة بشكل كبير. يرجع صقل الحبوب التي تم بلور البلورة بشكل أساسي إلى حقيقة أن الجزيئات المشتتة لمركبات Mnal6 تعيق نمو الحبوب التي تم بلور البلورة. وظيفة أخرى من mnal6 هي حل الحديد الشجاعة لتشكيل (Fe ، Mn) AL6 ، مما يقلل من الآثار الضارة للحديد. المنجنيز هو عنصر مهم في سبائك الألومنيوم. يمكن إضافتها بمفردها لتشكيل سبيكة ثنائية Al-mn. في كثير من الأحيان ، تتم إضافة مع عناصر سبائك أخرى. لذلك ، تحتوي معظم سبائك الألومنيوم على المنغنيز.

الزنك

يبلغ قابلية ذوبان الزنك في الألومنيوم 31.6 ٪ عند 275 في الجزء الغني بالألمنيوم من مخطط مرحلة التوازن لنظام سبيكة Al-Zn ، في حين أن قابلية ذوبانها تنخفض إلى 5.6 ٪ عند 125. قوة سبيكة الألومنيوم في ظل ظروف التشوه. في الوقت نفسه ، هناك ميل لتكسير تآكل الإجهاد ، وبالتالي الحد من تطبيقه. تشكل إضافة الزنك والمغنيسيوم إلى الألمنيوم في نفس الوقت مرحلة التعزيز Mg/Zn2 ، والتي لها تأثير تعزيز كبير على السبائك. عندما يتم زيادة محتوى MG/Zn2 من 0.5 ٪ إلى 12 ٪ ، يمكن زيادة قوة الشد وقوة العائد بشكل كبير. في سبائك الألومنيوم الفائقة حيث يتجاوز محتوى المغنيسيوم المبلغ المطلوب لتشكيل مرحلة Mg/Zn2 ، عندما يتم التحكم في نسبة الزنك إلى المغنيسيوم في حوالي 2.7 ، تكون مقاومة تكسير التآكل أكبر. على سبيل المثال ، تشكل إضافة عنصر النحاس إلى Al-Zn-MG سبيكة سلسلة Al-Zn-MG-CU. تأثير تعزيز القاعدة هو الأكبر بين جميع سبائك الألومنيوم. إنها أيضًا مادة سبيكة من الألومنيوم المهمة في صناعة الطيران وصناعة الطيران وصناعة الطاقة الكهربائية.

الحديد والسيليكون

يضاف الحديد كعناصر صناعة السبائك في سبائك الألمنيوم المطاوع من سلسلة Cu-Mg-Ni-Fe ، ويتم إضافة السيليكون كعناصر لسبائك في سلسلة Mg-Si المصنوعة من الألومنيوم وفي Si في سلسلة من القضبان واللحام الألمنيوم السيليكون سبائك. في سبائك الألمنيوم الأساسية ، تعد السيليكون والحديد عناصر شوائب شائعة ، والتي لها تأثير كبير على خصائص السبائك. أنها موجودة بشكل أساسي مثل FECL3 وسيليكون مجاني. عندما يكون السيليكون أكبر من الحديد ، يتم تشكيل مرحلة β-fesial3 (أو Fe2SI2Al9) ، وعندما يكون الحديد أكبر من السيليكون ، يتم تشكيل α-fe2sial8 (أو Fe3SI2Al12). عندما تكون نسبة الحديد والسيليكون غير لائقة ، فإنها ستؤدي إلى تشققات في الصب. عندما يكون محتوى الحديد في الألمنيوم المصبوب مرتفعًا جدًا ، سيصبح الصب هشًا.

التيتانيوم وبورون

التيتانيوم هو عنصر إضافي شائع الاستخدام في سبائك الألومنيوم ، يضاف في شكل سبيكة الماجستير في Ti أو Al-Ti-B. يشكل التيتانيوم والألومنيوم مرحلة Tial2 ، والتي تصبح نواة غير متوسطة أثناء التبلور وتلعب دورًا في تحسين بنية الصب وهيكل اللحام. عندما تخضع سبائك Al-Ti لتفاعل الحزمة ، يكون المحتوى الحاسم للتيتانيوم حوالي 0.15 ٪. إذا كان البورون موجودًا ، فإن التباطؤ صغير يصل إلى 0.01 ٪.

الكروم

يعد Chromium عنصرًا إضافيًا شائعًا في سلسلة MG-Si وسلسلة Al-MG-Zn وسبائك سلسلة MG. عند 600 درجة مئوية ، فإن ذوبان الكروم في الألومنيوم هو 0.8 ٪ ، وهو غير قابل للذوبان بشكل أساسي في درجة حرارة الغرفة. يشكل الكروم مركبات intermetallic مثل (CRFE) AL7 و (CRMN) AL12 في الألومنيوم ، مما يعيق عملية إعادة التبلور ونمو التبلور وله تأثير معين على السبائك. يمكن أن يحسن أيضًا صلابة السبائك وتقليل التعرض لتكسير التآكل.

ومع ذلك ، يزيد الموقع من حساسية التبريد ، مما يجعل الفيلم الأصفر. لا تتجاوز كمية الكروم المضافة إلى سبائك الألومنيوم عمومًا 0.35 ٪ ، وتنخفض مع زيادة عناصر الانتقال في السبائك.

السترونتيوم

السترونتيوم هو عنصر نشط على السطح يمكن أن يغير سلوك مراحل المركبة المتداخلة بشكل بلوري. لذلك ، يمكن لعلاج التعديل بعنصر السترونتيوم تحسين قابلية العمل البلاستيكية للسبائك وجودة المنتج النهائي. نظرًا لوقت التعديل الفعال الطويل ، والتأثير الجيد والتكاثر ، حل السترونتيوم محل استخدام الصوديوم في سبائك الصب في السوي في السنوات الأخيرة. إن إضافة السترونتيوم 0.015 ٪ ~ 0.03 ٪ إلى سبيكة الألومنيوم للبثق يحول مرحلة als-alfesi في البوين إلى مرحلة α-alfesi ، مما يقلل من وقت تجانس البند بنسبة 60 ٪ ~ 70 ٪ ، مما يحسن الخصائص الميكانيكية وقابلية المعالجة البلاستيكية للمواد ؛ تحسين خشونة سطح المنتجات.

بالنسبة لسبائك الألومنيوم المشوهة في السيليكون (10 ٪ ~ 13 ٪) ، فإن إضافة عنصر السترونتيوم 0.02 ٪ ~ 0.07 ٪ يمكن أن يقلل من البلورات الأولية إلى الحد الأدنى ، وتحسنت الخواص الميكانيكية أيضًا بشكل كبير. يتم زيادة قوة الشد бB من 233MPa إلى 236MPa ، وزادت قوة العائد б0.2 من 204MPa إلى 210MPa ، وزادت الاستطالة б5 من 9 ٪ إلى 12 ٪. يمكن أن تؤدي إضافة السترونتيوم إلى سبيكة AL-Si فرطية إلى تقليل حجم جزيئات السيليكون الأولية ، وتحسين خصائص معالجة البلاستيك ، وتمكين المتداول الساخن والبارد على نحو سلس.

الزركونيوم

الزركونيوم هو أيضا مضافة شائعة في سبائك الألومنيوم. بشكل عام ، تبلغ الكمية المضافة إلى سبائك الألومنيوم 0.1 ٪ ~ 0.3 ٪. مركبات الزركونيوم والألومنيوم Zral3 ، والتي يمكن أن تعيق عملية إعادة التبلور وتحسين الحبوب المعاد بلورة. يمكن للزركونيوم أيضًا تحسين هيكل الصب ، لكن التأثير أصغر من التيتانيوم. سيؤدي وجود الزركونيوم إلى تقليل تأثير تكرير الحبوب من التيتانيوم والبورون. في سبائك Al-Zn-MG-CU ، نظرًا لأن الزركونيوم له تأثير أصغر على حساسية التبريد من الكروم والمنغنيز ، فمن المناسب استخدام الزركونيوم بدلاً من الكروم والمنغنيز لتحسين الهيكل المعاد بلورة.

عناصر أرضية نادرة

تتم إضافة عناصر أرضية نادرة إلى سبائك الألومنيوم لزيادة البرودة الفائقة المكون أثناء صب سبيكة الألومنيوم ، وصقل الحبوب ، وتقليل التباعد البلوري الثانوي ، وتقليل الغازات والضربات في السبائك ، وتميل إلى تشويه مرحلة التضمين. يمكن أن يقلل أيضًا من التوتر السطحي للذوبان ، وزيادة السيولة ، وتسهيل الصب في سبائك ، والتي لها تأثير كبير على أداء العملية. من الأفضل إضافة العديد من الأراضي النادرة بمقدار حوالي 0.1 ٪. إن إضافة الأرض النادرة المختلطة (LA-CE-PR-ND ، وما إلى ذلك) تقلل من درجة الحرارة الحرجة لتشكيل منطقة شيخوخة G؟ P في سبيكة SI 0.65 ٪ MG-0.61 ٪ SI. سبائك الألومنيوم التي تحتوي على المغنيسيوم يمكن أن تحفز تحول العناصر الأرضية النادرة.

شوائب

يشكل الفاناديوم مركبًا حراريًا Val11 في سبائك الألومنيوم ، والذي يلعب دورًا في تحسين الحبوب أثناء عملية الذوبان والصب ، ولكن دورها أصغر من تويتيوم والزركونيوم. الفاناديوم له أيضًا تأثير على تحسين الهيكل المعاد بلورته وزيادة درجة حرارة إعادة التبلور.

قابلية الذوبان الصلبة للكالسيوم في سبائك الألومنيوم منخفضة للغاية ، ويشكل مركب CAAL4 مع الألومنيوم. الكالسيوم هو عنصر فائق من سبائك الألومنيوم. سبيكة الألومنيوم مع حوالي 5 ٪ من الكالسيوم و 5 ٪ المنجنيز لديها البلاستيك الفائقة. الكالسيوم والسيليكون شكل كاسي ، وهو غير قابل للذوبان في الألومنيوم. نظرًا لأن كمية المحلول الصلبة من السيليكون ، يمكن تحسين الموصلية الكهربائية للألمنيوم الصناعي النقي قليلاً. يمكن للكالسيوم تحسين أداء قطع سبائك الألومنيوم. لا يمكن CASI2 تقوية سبائك الألومنيوم من خلال المعالجة الحرارية. تتبع كميات من الكالسيوم مفيدة في إزالة الهيدروجين من الألمنيوم المنصهر.

عناصر الرصاص والقصدير والبزمت هي معادن نقطة انصهار منخفضة. قابلية ذوبانها الصلبة في الألومنيوم صغيرة ، مما يقلل قليلاً من قوة السبائك ، ولكن يمكن أن يحسن أداء القطع. البزموت يتوسع أثناء التصلب ، وهو مفيد للتغذية. يمكن أن تؤدي إضافة البزموت إلى سبائك المغنيسيوم العالية إلى منع احتضان الصوديوم.

يستخدم Antimony بشكل أساسي كمعدل في سبائك الألومنيوم المصبوب ، ونادراً ما يستخدم في سبائك الألومنيوم المشوهة. فقط استبدل البزموت في سبيكة الألمنيوم المشوهة لمنع احتضان الصوديوم. تتم إضافة عنصر Antimony إلى بعض سبائك Al-Zn-MG-CU لتحسين أداء عمليات الضغط الساخنة والضغط على البرد.

يمكن أن يحسن البريليوم بنية فيلم الأكسيد في سبائك الألومنيوم المشوهة ويقلل من فقدان الحرق والضربات أثناء الذوبان والصب. البريليوم هو عنصر سام يمكن أن يسبب التسمم التحسسي لدى البشر. لذلك ، لا يمكن احتواء البريليوم في سبائك الألومنيوم التي تتلامس مع الطعام والمشروبات. عادة ما يتم التحكم في محتوى البريليوم في مواد اللحام أقل من 8μg/مل. يجب أن تتحكم سبائك الألومنيوم المستخدمة كركائز لحام أيضًا في محتوى البريليوم.

الصوديوم غير قابل للذوبان تقريبًا في الألومنيوم ، وأقصى قدر من الذوبان الصلب أقل من 0.0025 ٪. تكون نقطة انصهار الصوديوم منخفضة (97.8 ℃) ، عندما يكون الصوديوم موجودًا في السبائك ، يتم امتصاصه على سطح dendrite أو حدود الحبوب أثناء التصلب ، أثناء المعالجة الساخنة ، يشكل الصوديوم على حدود الحبوب طبقة امتصاص سائلة ، مما أدى إلى تكسير هش ، تشكيل مركبات Naalsi ، لا يوجد الصوديوم الحرة ، ولا ينتج "هش الصوديوم".

عندما يتجاوز محتوى المغنيسيوم 2 ٪ ، يسلب المغنيسيوم السيليكون ويترسب الصوديوم الخالي من الصوديوم ، مما يؤدي إلى "هشاشة الصوديوم". لذلك ، لا يُسمح لسبائك الألومنيوم المرتفع بالمغنيسيوم باستخدام تدفق ملح الصوديوم. تشمل طرق منع "احتضان الصوديوم" الكلورة ، والتي تسبب الصوديوم في تشكيل كلوريد الصوديوم ويتم تصريفها في الخبث ، مما يضيف البزموت لتشكيل NA2BI ودخول المصفوفة المعدنية ؛ إن إضافة الأنتيمون إلى تكوين Na3SB أو إضافة الأرض النادرة يمكن أن يكون لها نفس التأثير.

حرره ماي جيانغ من Mat Aluminium