บทบาทขององค์ประกอบต่าง ๆ ในโลหะผสมอลูมิเนียม

ทองแดง

เมื่อส่วนที่อุดมไปด้วยอลูมิเนียมของโลหะผสมอลูมิเนียม-แคปเปอร์คือ 548 ความสามารถในการละลายสูงสุดของทองแดงในอลูมิเนียมคือ 5.65% เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 302 ความสามารถในการละลายของทองแดงคือ 0.45% ทองแดงเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่สำคัญและมีผลการเสริมความแข็งแกร่งของโซลูชันที่เป็นของแข็ง นอกจากนี้ CUAL2 ที่ตกตะกอนโดยการชราภาพมีผลการเสริมสร้างความชราที่เห็นได้ชัด ปริมาณทองแดงในโลหะผสมอลูมิเนียมมักจะอยู่ระหว่าง 2.5% ถึง 5% และเอฟเฟกต์การเสริมสร้างจะดีที่สุดเมื่อปริมาณทองแดงอยู่ระหว่าง 4% ถึง 6.8% ดังนั้นปริมาณทองแดงของโลหะผสม duralumin ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงนี้ โลหะผสมอลูมิเนียม-แคปเปอร์สามารถมีซิลิกอน, แมกนีเซียม, แมงกานีส, โครเมียม, สังกะสี, เหล็กและองค์ประกอบอื่น ๆ น้อยลง

ซิลิคอน

เมื่อส่วนที่อุดมไปด้วยอลูมิเนียมของระบบอัลลอยอัล-ซีมีอุณหภูมิยูเทคติก 577 ความสามารถในการละลายสูงสุดของซิลิคอนในสารละลายที่เป็นของแข็งคือ 1.65% แม้ว่าความสามารถในการละลายจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลงโลหะผสมเหล่านี้โดยทั่วไปไม่สามารถเสริมความแข็งแกร่งได้โดยการรักษาด้วยความร้อน โลหะผสมอลูมิเนียม-ซิลิกอนมีคุณสมบัติการหล่อที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานการกัดกร่อน หากแมกนีเซียมและซิลิกอนถูกเพิ่มเข้าไปในอลูมิเนียมในเวลาเดียวกันเพื่อสร้างอัลลอยอลูมิเนียม-แมกนีเซียม-ซิลิกอนเฟสการเสริมความแข็งแกร่งคือ MGSI อัตราส่วนมวลของแมกนีเซียมต่อซิลิกอนคือ 1.73: 1 เมื่อออกแบบองค์ประกอบของอัลลอยอัล-MG-Si เนื้อหาของแมกนีเซียมและซิลิกอนจะถูกกำหนดค่าในอัตราส่วนนี้บนเมทริกซ์ เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะผสม Al-Mg-Si บางตัวได้เพิ่มทองแดงในปริมาณที่เหมาะสมและมีการเพิ่มโครเมียมในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อชดเชยผลข้างเคียงของทองแดงต่อการต้านทานการกัดกร่อน

ความสามารถในการละลายสูงสุดของ MG2SI ในอลูมิเนียมในส่วนที่อุดมไปด้วยอลูมิเนียมของไดอะแกรมเฟสดุลยภาพของระบบอัลลอย Al-MG2SI คือ 1.85%และการลดลงมีขนาดเล็กเมื่ออุณหภูมิลดลง ในโลหะผสมอลูมิเนียมที่เปลี่ยนรูปการเติมซิลิกอนเพียงอย่างเดียวลงในอลูมิเนียมนั้น จำกัด อยู่ที่วัสดุการเชื่อมและการเติมซิลิกอนลงในอลูมิเนียมก็มีผลเสริมสร้างความเข้มแข็ง

แมกนีเซียม

แม้ว่าเส้นโค้งความสามารถในการละลายแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการละลายของแมกนีเซียมในอลูมิเนียมลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิลดลงปริมาณแมกนีเซียมในโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีรูปร่างผิดปกติส่วนใหญ่น้อยกว่า 6% เนื้อหาซิลิกอนก็ต่ำเช่นกัน โลหะผสมประเภทนี้ไม่สามารถเสริมสร้างความร้อนได้ แต่มีความสามารถในการเชื่อมได้ดีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและความแข็งแรงปานกลาง การเสริมสร้างความเข้มแข็งของอลูมิเนียมโดยแมกนีเซียมนั้นชัดเจน สำหรับการเพิ่มขึ้นทุก ๆ 1% ของแมกนีเซียมความต้านทานแรงดึงจะเพิ่มขึ้นประมาณ 34MPa หากมีการเพิ่มแมงกานีสน้อยกว่า 1% ผลการเสริมความแข็งแกร่งอาจเสริม ดังนั้นการเพิ่มแมงกานีสสามารถลดปริมาณแมกนีเซียมและลดแนวโน้มของการแคร็กร้อน นอกจากนี้แมงกานีสยังสามารถตกตะกอนสารประกอบ MG5AL8 ได้อย่างสม่ำเสมอปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการเชื่อม

แมงกานีส

เมื่ออุณหภูมิยูเทคติกของไดอะแกรมเฟสดุลยภาพแบนของระบบอัลลอย Al-MN คือ 658 ความสามารถในการละลายสูงสุดของแมงกานีสในสารละลายที่เป็นของแข็งคือ 1.82% ความแข็งแรงของโลหะผสมเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มความสามารถในการละลาย เมื่อปริมาณแมงกานีสอยู่ที่ 0.8%การยืดตัวถึงค่าสูงสุด Al-MN Alloy เป็นโลหะผสมที่ไม่แข็งตัวนั่นคือมันไม่สามารถเสริมความแข็งแกร่งได้ด้วยการรักษาด้วยความร้อน แมงกานีสสามารถป้องกันกระบวนการ recrystalzation ของโลหะผสมอลูมิเนียมเพิ่มอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำและปรับแต่งธัญพืชที่มีการตกผลึกใหม่อย่างมีนัยสำคัญ การปรับแต่งของธัญพืชที่ตกผลึกใหม่ส่วนใหญ่เกิดจากความจริงที่ว่าอนุภาคที่กระจายตัวของสารประกอบ MNAL6 ขัดขวางการเจริญเติบโตของธัญพืชที่ตกผลึกใหม่ ฟังก์ชั่นอีกประการหนึ่งของ MNAL6 คือการละลายเหล็กเจือปนในรูปแบบ (Fe, Mn) AL6, ลดผลกระทบที่เป็นอันตรายของเหล็ก แมงกานีสเป็นองค์ประกอบสำคัญในโลหะผสมอลูมิเนียม มันสามารถเพิ่มได้เพียงอย่างเดียวเพื่อสร้างอัลลอยอัล-MN ไบนารี บ่อยครั้งที่มีการเพิ่มเข้ากับองค์ประกอบการผสมอื่น ๆ ดังนั้นโลหะผสมอลูมิเนียมส่วนใหญ่จึงมีแมงกานีส

สังกะสี

ความสามารถในการละลายของสังกะสีในอลูมิเนียมคือ 31.6% ที่ 275 ในส่วนที่อุดมไปด้วยอลูมิเนียมของไดอะแกรมเฟสดุลยภาพของระบบอัลลีย์อัล-ซีเอ็น ความแข็งแรงของโลหะผสมอลูมิเนียมภายใต้เงื่อนไขการเสียรูป ในขณะเดียวกันก็มีแนวโน้มที่จะแตกการกัดกร่อนของความเครียดจึง จำกัด การใช้งาน การเพิ่มสังกะสีและแมกนีเซียมลงในอลูมิเนียมในเวลาเดียวกันเป็นรูปแบบการเสริมความแข็งแรง Mg/Zn2 ซึ่งมีผลเสริมความแข็งแกร่งอย่างมีนัยสำคัญต่อโลหะผสม เมื่อเนื้อหา MG/ZN2 เพิ่มขึ้นจาก 0.5% เป็น 12% ความแข็งแรงแรงดึงและความแข็งแรงของผลผลิตสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างมีนัยสำคัญ ในอัลลอยอลูมิเนียม Superhard ที่ปริมาณแมกนีเซียมเกินจำนวนที่ต้องการเพื่อสร้างเฟส Mg/Zn2 เมื่ออัตราส่วนของสังกะสีต่อแมกนีเซียมถูกควบคุมที่ประมาณ 2.7 ตัวอย่างเช่นการเพิ่มองค์ประกอบทองแดงลงในอัล-Zn-MG เป็นอัลลอยอัล-Zn-Mg-Cu เอฟเฟกต์การเสริมสร้างความเข้มแข็งเป็นส่วนใหญ่ในหมู่โลหะผสมอลูมิเนียมทั้งหมด นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุอลูมิเนียมอัลลอยที่สำคัญในการบินและอวกาศอุตสาหกรรมการบินและอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า

เหล็กและซิลิกอน

เหล็กถูกเพิ่มเข้ามาเป็นองค์ประกอบการผสมในอัล-Cu-Mg-ni-fe อัลลอยด์อลูมิเนียมอัลลอยด์และซิลิกอนถูกเพิ่มเป็นองค์ประกอบการผสมในซีรีย์อัล-MG-Si ทำอลูมิเนียมและการเชื่อม Al-Si และอลูมิเนียมซิลิกอน โลหะผสม ในโลหะผสมอลูมิเนียมฐานซิลิคอนและเหล็กเป็นองค์ประกอบที่ไม่เจือปนทั่วไปซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติของโลหะผสม พวกเขาส่วนใหญ่มีอยู่เป็น fecl3 และซิลิคอนฟรี เมื่อซิลิคอนมีขนาดใหญ่กว่าเหล็กเฟสβ-fesial3 (หรือ Fe2Si2Al9) จะเกิดขึ้นและเมื่อเหล็กมีขนาดใหญ่กว่าซิลิกอน, α-Fe2Sial8 (หรือ Fe3Si2Al12) จะเกิดขึ้น เมื่ออัตราส่วนของเหล็กและซิลิคอนไม่เหมาะสมมันจะทำให้เกิดรอยแตกในการหล่อ เมื่อปริมาณเหล็กในอลูมิเนียมหล่อสูงเกินไปการหล่อจะเปราะ

ไทเทเนียมและโบรอน

ไทเทเนียมเป็นองค์ประกอบเสริมที่ใช้กันทั่วไปในโลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งเพิ่มเข้ามาในรูปแบบของอัล-Ti หรือ Al-Ti-B โลหะผสม ไทเทเนียมและอลูมิเนียมก่อตัวเป็นเฟส Tial2 ซึ่งกลายเป็นแกนกลางที่ไม่เกิดขึ้นเองในระหว่างการตกผลึกและมีบทบาทในการปรับโครงสร้างการหล่อและโครงสร้างการเชื่อม เมื่ออัลลีตี้อัลลีย์ได้รับปฏิกิริยาแพคเกจเนื้อหาที่สำคัญของไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 0.15% หากมีโบรอนอยู่การชะลอตัวจะมีขนาดเล็กถึง 0.01%

โครเมียม

โครเมียมเป็นองค์ประกอบเสริมทั่วไปในซีรี่ส์ Al-MG-Si, Al-MG-ZN Series และ Alloys AL-MG Series ที่ 600 ° C ความสามารถในการละลายของโครเมียมในอลูมิเนียมคือ 0.8%และโดยทั่วไปจะไม่ละลายที่อุณหภูมิห้อง โครเมียมก่อตัวเป็นสารประกอบ intermetallic เช่น (CRFE) AL7 และ (CRMN) AL12 ในอลูมิเนียมซึ่งเป็นอุปสรรคต่อกระบวนการนิวเคลียสและการเจริญเติบโตของการตกผลึกใหม่และมีผลเสริมสร้างความเข้มแข็งให้กับโลหะผสม นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงความทนทานของโลหะผสมและลดความไวต่อการเกิดการกัดกร่อนการกัดกร่อน

อย่างไรก็ตามไซต์เพิ่มความไวต่อการดับทำให้ฟิล์มอะโนไดซ์สีเหลือง ปริมาณของโครเมียมที่เพิ่มเข้ามาในโลหะผสมอลูมิเนียมโดยทั่วไปจะไม่เกิน 0.35%และลดลงเมื่อเพิ่มองค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงในโลหะผสม

สตรอนเทียม

Strontium เป็นองค์ประกอบที่ใช้งานพื้นผิวที่สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมของเฟสผสม intermetallic crystallographically ดังนั้นการปรับเปลี่ยนการรักษาด้วยองค์ประกอบสตรอนเทียมสามารถปรับปรุงความสามารถในการทำงานของพลาสติกของโลหะผสมและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เนื่องจากเวลาในการปรับเปลี่ยนที่มีประสิทธิภาพยาวนานผลกระทบที่ดีและการทำซ้ำสตรอนเทียมได้แทนที่การใช้โซเดียมในโลหะผสมอัล-ซีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การเพิ่ม 0.015%~ 0.03%strontium ไปยังอัลลอยอลูมิเนียมสำหรับการอัดขึ้นรูปจะเปลี่ยนเฟสβ-alfesi ใน ingot เป็นเฟสα-alfesi, ลดเวลาการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันแบบ ingot โดย 60%~ 70%, การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและความสามารถในการผลิตพลาสติกของวัสดุ; การปรับปรุงความขรุขระพื้นผิวของผลิตภัณฑ์

สำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีซิลิกอนสูง (10%~ 13%) การเพิ่มองค์ประกอบสตรอนเทียม 0.02%~ 0.07%สามารถลดผลึกหลักให้น้อยที่สุดและคุณสมบัติเชิงกลยังดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ความต้านทานแรงดึงбBเพิ่มขึ้นจาก 233MPa เป็น 236MPA และความแข็งแรงของผลผลิตб0.2เพิ่มขึ้นจาก 204MPa เป็น 210MPA และการยืดตัวб5เพิ่มขึ้นจาก 9% เป็น 12% การเพิ่ม strontium ลงในอัลลอยด์อัล-ซีสามารถลดขนาดของอนุภาคซิลิกอนปฐมภูมิปรับปรุงคุณสมบัติการประมวลผลพลาสติกและเปิดใช้งานการกลิ้งร้อนและเย็นที่ราบรื่น

เซอร์โคเนียม

เซอร์โคเนียมยังเป็นสารเติมแต่งทั่วไปในโลหะผสมอลูมิเนียม โดยทั่วไปจำนวนเงินที่เพิ่มเข้าไปในโลหะผสมอลูมิเนียมคือ 0.1%~ 0.3% รูปแบบเซอร์โคเนียมและอลูมิเนียม zral3 ซึ่งสามารถขัดขวางกระบวนการตกผลึกซ้ำและปรับแต่งธัญพืชที่ถูกทำให้เป็นรูปแบบใหม่ เซอร์โคเนียมยังสามารถปรับแต่งโครงสร้างการหล่อ แต่เอฟเฟกต์นั้นเล็กกว่าไทเทเนียม การปรากฏตัวของเซอร์โคเนียมจะลดผลการกลั่นกรองของไทเทเนียมและโบรอน ในโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu เนื่องจากเซอร์โคเนียมมีผลน้อยกว่าต่อการดับความไวมากกว่าโครเมียมและแมงกานีสจึงเหมาะสมที่จะใช้เซอร์โคเนียมแทนโครเมียมและแมงกานีสเพื่อปรับแต่งโครงสร้างใหม่

องค์ประกอบของโลกหายาก

องค์ประกอบของโลกหายากจะถูกเพิ่มเข้าไปในโลหะผสมอลูมิเนียมเพื่อเพิ่มส่วนประกอบ supercooling ในระหว่างการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียม, ปรับธัญพืช, ลดระยะห่างของผลึกทุติยภูมิลดก๊าซและการรวมในโลหะผสมและมีแนวโน้มที่จะทำให้เฟสรวม นอกจากนี้ยังสามารถลดแรงตึงผิวของการละลายเพิ่มความลื่นไหลและอำนวยความสะดวกในการหล่อเข้าไปในแท่งซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพของกระบวนการ เป็นการดีกว่าที่จะเพิ่มโลกหายากต่าง ๆ ในปริมาณประมาณ 0.1% การเติมดินหายากผสม (ผสม LA-CE-PR-ND ฯลฯ ) ลดอุณหภูมิวิกฤตสำหรับการก่อตัวของโซน G? P ในอัล -0.65%Mg-0.61%โลหะผสม SI โลหะผสมอลูมิเนียมที่มีแมกนีเซียมสามารถกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของโลกหายาก

ความไม่ดี

วานาเดียมก่อตัวเป็นสารประกอบทนไฟ Val11 ในโลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งมีบทบาทในการกลั่นธัญพืชในระหว่างกระบวนการหลอมละลายและการหล่อ แต่บทบาทของมันมีขนาดเล็กกว่าของไทเทเนียมและเซอร์โคเนียม วานาเดียมยังมีผลในการปรับโครงสร้างโครงสร้างใหม่และเพิ่มอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ

ความสามารถในการละลายที่เป็นของแข็งของแคลเซียมในโลหะผสมอลูมิเนียมนั้นต่ำมากและเป็นสารประกอบ CAAL4 ที่มีอลูมิเนียม แคลเซียมเป็นองค์ประกอบพิเศษของโลหะผสมอลูมิเนียม อัลลอยอลูมิเนียมที่มีแคลเซียมประมาณ 5% และแมงกานีส 5% มีความสูงมาก แคลเซียมและซิลิกอนฟอร์ม CASI ซึ่งไม่ละลายในอลูมิเนียม เนื่องจากปริมาณสารละลายที่เป็นของแข็งของซิลิกอนลดลงการนำไฟฟ้าของอลูมิเนียมบริสุทธิ์อุตสาหกรรมสามารถปรับปรุงได้เล็กน้อย แคลเซียมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดของโลหะผสมอลูมิเนียม CASI2 ไม่สามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมอลูมิเนียมผ่านการบำบัดความร้อน ปริมาณแคลเซียมติดตามมีประโยชน์ในการกำจัดไฮโดรเจนออกจากอลูมิเนียมหลอมเหลว

องค์ประกอบตะกั่วดีบุกและบิสมัทเป็นโลหะที่หลอมละลายต่ำ ความสามารถในการละลายที่มั่นคงของพวกเขาในอลูมิเนียมมีขนาดเล็กซึ่งช่วยลดความแข็งแรงของโลหะผสมเล็กน้อย แต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัด บิสมัทขยายในระหว่างการแข็งตัวซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการให้อาหาร การเพิ่มบิสมัทลงในโลหะผสมแมกนีเซียมสูงสามารถป้องกันการใช้โซเดียม embrittlement

พลวงส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวดัดแปลงในโลหะผสมอลูมิเนียมหล่อและไม่ค่อยใช้ในโลหะผสมอลูมิเนียมที่ผิดรูป แทนที่บิสมัทในอัล-MG อัลลอยอลูมิเนียมที่มีรูปร่างผิดปกติเพื่อป้องกันการใช้โซเดียม embrittlement องค์ประกอบพลวงถูกเพิ่มเข้าไปในโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการกดร้อนและการกดเย็น

เบริลเลียมสามารถปรับปรุงโครงสร้างของฟิล์มออกไซด์ในโลหะผสมอลูมิเนียมที่เปลี่ยนรูปและลดการสูญเสียการเผาไหม้และการรวมในระหว่างการละลายและการหล่อ เบริลเลียมเป็นองค์ประกอบที่เป็นพิษที่อาจทำให้เกิดพิษภูมิแพ้ในมนุษย์ ดังนั้นเบริลเลียมจึงไม่สามารถอยู่ในโลหะผสมอลูมิเนียมที่สัมผัสกับอาหารและเครื่องดื่ม ปริมาณเบริลเลียมในวัสดุเชื่อมมักจะถูกควบคุมต่ำกว่า8μg/ml โลหะผสมอลูมิเนียมที่ใช้เป็นพื้นผิวการเชื่อมควรควบคุมเนื้อหาของเบริลเลียม

โซเดียมแทบจะไม่ละลายในอลูมิเนียมและความสามารถในการละลายของแข็งสูงสุดน้อยกว่า 0.0025% จุดหลอมเหลวของโซเดียมอยู่ในระดับต่ำ (97.8 ℃) เมื่อมีโซเดียมอยู่ในโลหะผสมมันจะถูกดูดซับบนพื้นผิว dendrite หรือขอบเขตของเมล็ดในระหว่างการแข็งตัวระหว่างการประมวลผลร้อนโซเดียมบนขอบเขตของเมล็ดจะสร้างชั้นการดูดซับของเหลว ส่งผลให้เกิดการแตกเปราะการก่อตัวของสารประกอบ Naalsi ไม่มีโซเดียมฟรีและไม่ได้ผลิต“ โซเดียมเปราะ”

เมื่อปริมาณแมกนีเซียมเกิน 2%แมกนีเซียมจะนำซิลิกอนและตกตะกอนโซเดียมฟรีส่งผลให้“ โซเดียมเปราะ” ดังนั้นโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมสูงจึงไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้ฟลักซ์เกลือโซเดียม วิธีการป้องกัน“ โซเดียม embrittlement” รวมถึงคลอรีนซึ่งทำให้โซเดียมก่อตัวเป็น NaCl และถูกปล่อยลงในตะกรันเพิ่มบิสมัทในรูปแบบ Na2bi และเข้าสู่เมทริกซ์โลหะ การเพิ่มพลวงในรูปแบบ NA3SB หรือการเพิ่มดินหายากอาจมีผลเช่นเดียวกัน

แก้ไขโดย May Jiang จาก Mat Aluminium