Ալյումինե համաձուլվածքների մեջ տարբեր տարրերի դերը

Պղինձ

Երբ ալյումին-պղնձե համաձուլվածքի ալյումինով հարուստ մասը 548 է, պղնձի առավելագույն լուծելիությունը ալյումինում կազմում է 5.65%: Երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է մինչև 302, պղնձի լուծելիությունը կազմում է 0.45%: Պղինձը կարևոր համաձուլվածքային տարր է և ունի որոշակի պինդ լուծույթի ամրացնող ազդեցություն: Բացի այդ, ծերացման հետևանքով առաջացած CuAl2-ը ունի ակնհայտ ծերացման ամրացնող ազդեցություն: Ալյումինե համաձուլվածքներում պղնձի պարունակությունը սովորաբար կազմում է 2.5%-ից մինչև 5%, իսկ ամրացնող ազդեցությունն առավել լավ է, երբ պղնձի պարունակությունը կազմում է 4%-ից մինչև 6.8%, ուստի դուրալումինային համաձուլվածքների մեծ մասի պղնձի պարունակությունը այս սահմաններում է: Ալյումին-պղնձե համաձուլվածքները կարող են պարունակել ավելի քիչ սիլիցիում, մագնեզիում, մանգան, քրոմ, ցինկ, երկաթ և այլ տարրեր:

Սիլիկոն

Երբ Al-Si համաձուլվածքային համակարգի ալյումինով հարուստ մասը ունի 577° էվտեկտիկ ջերմաստիճան, սիլիցիումի առավելագույն լուծելիությունը պինդ լուծույթում կազմում է 1.65%: Չնայած լուծելիությունը նվազում է ջերմաստիճանի նվազման հետ, այս համաձուլվածքները, որպես կանոն, չեն կարող ամրացվել ջերմային մշակմամբ: Ալյումին-սիլիցիում համաձուլվածքն ունի գերազանց ձուլման հատկություններ և կոռոզիայի նկատմամբ դիմադրողականություն: Եթե մագնեզիումը և սիլիցիումը միաժամանակ ավելացվում են ալյումինին՝ ալյումին-մագնեզիում-սիլիցիում համաձուլվածք ստանալու համար, ամրացման փուլը MgSi-ն է: Մագնեզիումի և սիլիցիումի զանգվածային հարաբերակցությունը կազմում է 1.73:1: Al-Mg-Si համաձուլվածքի կազմը նախագծելիս մագնեզիումի և սիլիցիումի պարունակությունը մատրիցի վրա դասավորված է այս հարաբերակցությամբ: Որոշ Al-Mg-Si համաձուլվածքների ամրությունը բարելավելու համար ավելացվում է համապատասխան քանակությամբ պղինձ, ինչպես նաև համապատասխան քանակությամբ քրոմ՝ պղնձի կոռոզիայի նկատմամբ դիմադրության վրա բացասական ազդեցությունը չեզոքացնելու համար:

Al-Mg2Si համաձուլվածքային համակարգի հավասարակշռության փուլային դիագրամի ալյումինով հարուստ մասում ալյումինում Mg2Si-ի առավելագույն լուծելիությունը կազմում է 1.85%, իսկ ջերմաստիճանի նվազմանը զուգընթաց դանդաղումը փոքր է։ Դեֆորմացված ալյումինե համաձուլվածքներում ալյումինին միայն սիլիցիումի ավելացումը սահմանափակվում է եռակցման նյութերով, և ալյումինին սիլիցիումի ավելացումը նույնպես որոշակի ամրացնող ազդեցություն ունի։

Մագնեզիում

Չնայած լուծելիության կորը ցույց է տալիս, որ մագնեզիումի լուծելիությունը ալյումինում զգալիորեն նվազում է ջերմաստիճանի նվազմանը զուգընթաց, արդյունաբերական դեֆորմացված ալյումինե համաձուլվածքների մեծ մասում մագնեզիումի պարունակությունը կազմում է 6%-ից պակաս: Սիլիցիումի պարունակությունը նույնպես ցածր է: Այս տեսակի համաձուլվածքը չի կարող ամրացվել ջերմային մշակմամբ, բայց ունի լավ եռակցելիություն, լավ կոռոզիոն դիմադրություն և միջին ամրություն: Ալյումինի ամրացումը մագնեզիումով ակնհայտ է: Մագնեզիումի յուրաքանչյուր 1% աճի դեպքում ձգման ամրությունը մեծանում է մոտավորապես 34 ՄՊա-ով: Եթե ավելացվում է 1%-ից պակաս մանգան, ամրացման ազդեցությունը կարող է լրացվել: Հետևաբար, մանգանի ավելացումը կարող է նվազեցնել մագնեզիումի պարունակությունը և նվազեցնել տաք ճաքերի առաջացման հակումը: Բացի այդ, մանգանը կարող է նաև հավասարաչափ նստեցնել Mg5Al8 միացությունները՝ բարելավելով կոռոզիոն դիմադրությունը և եռակցման կատարողականությունը:

Մանգան

Երբ Al-Mn համաձուլվածքային համակարգի հարթ հավասարակշռության փուլային դիագրամի էվտեկտիկ ջերմաստիճանը 658 է, մանգանի առավելագույն լուծելիությունը պինդ լուծույթում կազմում է 1.82%: Համաձուլվածքի ամրությունը մեծանում է լուծելիության աճին զուգընթաց: Երբ մանգանի պարունակությունը կազմում է 0.8%, երկարացումը հասնում է առավելագույն արժեքի: Al-Mn համաձուլվածքը տարիքի հետ չենթարկվող կարծրացման համաձուլվածք է, այսինքն՝ այն չի կարող ամրացվել ջերմային մշակմամբ: Մանգանը կարող է կանխել ալյումինե համաձուլվածքների վերաբյուրեղացման գործընթացը, բարձրացնել վերաբյուրեղացման ջերմաստիճանը և զգալիորեն զտել վերաբյուրեղացված հատիկները: Վերաբյուրեղացված հատիկների զտումը հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ MnAl6 միացությունների ցրված մասնիկները խոչընդոտում են վերաբյուրեղացված հատիկների աճը: MnAl6-ի մեկ այլ գործառույթ է երկաթի խառնուրդը լուծելը՝ (Fe, Mn)Al6 առաջացնելու համար, նվազեցնելով երկաթի վնասակար ազդեցությունը: Մանգանը կարևոր տարր է ալյումինե համաձուլվածքներում: Այն կարող է ավելացվել առանձին՝ Al-Mn երկուական համաձուլվածք առաջացնելու համար: Ավելի հաճախ այն ավելացվում է այլ համաձուլվածքային տարրերի հետ միասին: Հետևաբար, ալյումինե համաձուլվածքների մեծ մասը պարունակում է մանգան:

Ցինկ

Al-Zn համաձուլվածքային համակարգի հավասարակշռության փուլային դիագրամի ալյումինով հարուստ մասում ալյումինում ցինկի լուծելիությունը 275°C-ում կազմում է 31.6%, մինչդեռ 125°C-ում դրա լուծելիությունը նվազում է մինչև 5.6%: Միայն ցինկի ավելացումը ալյումինին դեֆորմացիայի պայմաններում ալյումինե համաձուլվածքի ամրության շատ սահմանափակ բարելավում ունի: Միևնույն ժամանակ, լարվածության կոռոզիայի ճաքերի առաջացման հակում կա, այդպիսով սահմանափակելով դրա կիրառումը: Ալյումինին ցինկի և մագնեզիումի միաժամանակ ավելացումը ձևավորում է Mg/Zn2 ամրացնող փուլը, որն ունի զգալի ամրացնող ազդեցություն համաձուլվածքի վրա: Երբ Mg/Zn2 պարունակությունը մեծանում է 0.5%-ից մինչև 12%, ձգման ամրությունը և հոսունության սահմանը կարող են զգալիորեն մեծանալ: Գերկարծր ալյումինե համաձուլվածքներում, որտեղ մագնեզիումի պարունակությունը գերազանցում է Mg/Zn2 փուլը ձևավորելու համար անհրաժեշտ քանակը, երբ ցինկի և մագնեզիումի հարաբերակցությունը վերահսկվում է մոտ 2.7-ի վրա, լարվածության կոռոզիայի ճաքերի դիմադրությունը ամենամեծն է: Օրինակ, պղնձի տարրը Al-Zn-Mg-ին ավելացնելը ձևավորում է Al-Zn-Mg-Cu շարքի համաձուլվածք: Հիմքի ամրացման ազդեցությունը ամենամեծն է բոլոր ալյումինե համաձուլվածքների մեջ։ Այն նաև կարևոր ալյումինե համաձուլվածքային նյութ է ավիատիեզերական, ավիացիոն և էլեկտրաէներգետիկ արդյունաբերություններում։

Երկաթ և սիլիցիում

Երկաթը որպես համաձուլվածքային տարրեր ավելացվում է Al-Cu-Mg-Ni-Fe շարքի կոփածո ալյումինե համաձուլվածքներում, իսկ սիլիցիումը որպես համաձուլվածքային տարրեր ավելացվում է Al-Mg-Si շարքի կոփածո ալյումինում և Al-Si շարքի եռակցման ձողերում և ալյումին-սիլիցիում ձուլածո համաձուլվածքներում: Ալյումինե հիմքով համաձուլվածքներում սիլիցիումը և երկաթը տարածված խառնուրդային տարրեր են, որոնք էական ազդեցություն ունեն համաձուլվածքի հատկությունների վրա: Դրանք հիմնականում գոյություն ունեն FeCl3 և ազատ սիլիցիումի տեսքով: Երբ սիլիցիումը մեծ է երկաթից, առաջանում է β-FeSiAl3 (կամ Fe2Si2Al9) փուլ, իսկ երբ երկաթը մեծ է սիլիցիումից, առաջանում է α-Fe2SiAl8 (կամ Fe3Si2Al12): Երբ երկաթի և սիլիցիումի հարաբերակցությունը սխալ է, դա կարող է ճաքեր առաջացնել ձուլվածքում: Երբ ձուլված ալյումինում երկաթի պարունակությունը չափազանց բարձր է, ձուլվածքը կդառնա փխրուն:

Տիտան և բոր

Տիտանը ալյումինե համաձուլվածքներում լայնորեն օգտագործվող հավելանյութային տարր է, որն ավելացվում է Al-Ti կամ Al-Ti-B գլխավոր համաձուլվածքի տեսքով: Տիտանը և ալյումինը կազմում են TiAl2 փուլը, որը բյուրեղացման ընթացքում դառնում է ոչ ինքնաբուխ միջուկ և դեր է խաղում ձուլման և եռակցման կառուցվածքի կատարելագործման գործում: Երբ Al-Ti համաձուլվածքները ենթարկվում են փաթեթավորման ռեակցիայի, տիտանի կրիտիկական պարունակությունը կազմում է մոտ 0.15%: Եթե առկա է բոր, դանդաղեցումը կազմում է ընդամենը 0.01%:

Քրոմ

Քրոմը տարածված հավելանյութ է Al-Mg-Si շարքերի, Al-Mg-Zn շարքերի և Al-Mg շարքերի համաձուլվածքներում: 600°C ջերմաստիճանում քրոմի լուծելիությունը ալյումինում կազմում է 0.8%, և այն գործնականում անլուծելի է սենյակային ջերմաստիճանում: Քրոմը ալյումինում առաջացնում է միջմետաղական միացություններ, ինչպիսիք են (CrFe)Al7-ը և (CrMn)Al12-ը, ինչը խոչընդոտում է վերաբյուրեղացման միջուկագոյացման և աճի գործընթացը և որոշակիորեն ամրացնում է համաձուլվածքը: Այն կարող է նաև բարելավել համաձուլվածքի ամրությունը և նվազեցնել լարվածության կոռոզիայից ճաքերի առաջացման զգայունությունը:

Սակայն, տեղանքը մեծացնում է մարման զգայունությունը, ինչը անոդացված թաղանթը դարձնում է դեղին։ Ալյումինե համաձուլվածքներին ավելացված քրոմի քանակը սովորաբար չի գերազանցում 0.35%-ը և նվազում է համաձուլվածքում անցումային տարրերի քանակի ավելացման հետ մեկտեղ։

Ստրոնցիում

Ստրոնցիումը մակերևութային ակտիվ տարր է, որը կարող է բյուրեղագրորեն փոխել միջմետաղական միացությունների փուլերի վարքագիծը: Հետևաբար, ստրոնցիումային տարրով մոդիֆիկացիոն մշակումը կարող է բարելավել համաձուլվածքի պլաստիկ մշակելիությունը և վերջնական արտադրանքի որակը: Իր երկար արդյունավետ մոդիֆիկացման ժամանակի, լավ ազդեցության և վերարտադրելիության շնորհիվ, վերջին տարիներին ստրոնցիումը փոխարինել է նատրիումի օգտագործումը Al-Si ձուլման համաձուլվածքներում: Էքստրուզիայի համար ալյումինե համաձուլվածքին 0.015%~0.03% ստրոնցիում ավելացնելը ձուլակտորի β-AlFeSi փուլը վերածում է α-AlFeSi փուլի, ինչը 60%-70%-ով կրճատում է ձուլակտորի համասեռացման ժամանակը, բարելավելով նյութերի մեխանիկական հատկությունները և պլաստիկ մշակելիությունը, ինչպես նաև բարելավում է արտադրանքի մակերեսային կոպտությունը:

Բարձր սիլիցիումային պարունակությամբ (10%~13%) դեֆորմացված ալյումինե համաձուլվածքների համար 0.02%~0.07% ստրոնցիումի տարրի ավելացումը կարող է նվազագույնի հասցնել առաջնային բյուրեղների քանակը, ինչպես նաև զգալիորեն բարելավվել են մեխանիկական հատկությունները: Ձգման ամրությունը βb-ն մեծանում է 233 ՄՊա-ից մինչև 236 ՄՊա, իսկ հոսունության սահմանը՝ β0.2, 204 ՄՊա-ից մինչև 210 ՄՊա, իսկ երկարացումը β5-ը մեծանում է 9%-ից մինչև 12%: Ստրոնցիումի ավելացումը հիպերևտեկտիկ Al-Si համաձուլվածքին կարող է նվազեցնել առաջնային սիլիցիումի մասնիկների չափը, բարելավել պլաստիկ մշակման հատկությունները և ապահովել հարթ տաք և սառը գլանում:

Ցիրկոնիում

Զիրկոնիումը նաև ալյումինե համաձուլվածքների տարածված հավելանյութ է: Ընդհանուր առմամբ, ալյումինե համաձուլվածքներին ավելացվող քանակը կազմում է 0.1%~0.3%: Զիրկոնիումը և ալյումինը առաջացնում են ZrAl3 միացություններ, որոնք կարող են խոչընդոտել վերաբյուրեղացման գործընթացը և մաքրել վերաբյուրեղացված հատիկները: Զիրկոնիումը կարող է նաև մաքրել ձուլման կառուցվածքը, բայց դրա ազդեցությունը ավելի փոքր է, քան տիտանը: Ցիրկոնիումի առկայությունը կնվազեցնի տիտանի և բորի հատիկների մաքրման ազդեցությունը: Al-Zn-Mg-Cu համաձուլվածքներում, քանի որ ցիրկոնիումը ավելի փոքր ազդեցություն ունի մարման զգայունության վրա, քան քրոմը և մանգանը, վերաբյուրեղացված կառուցվածքը մաքրելու համար նպատակահարմար է օգտագործել ցիրկոնիում քրոմի և մանգանի փոխարեն:

Հազվագյուտ հողային տարրեր

Ալյումինե համաձուլվածքներին ավելացվում են հազվագյուտ հողային տարրեր՝ ալյումինե համաձուլվածքի ձուլման ընթացքում բաղադրիչների գերսառեցումը մեծացնելու, հատիկները մաքրելու, երկրորդային բյուրեղների միջև հեռավորությունը նվազեցնելու, համաձուլվածքում գազերն ու ներառումները նվազեցնելու և ներառման փուլը գնդաձևացնելու համար։ Այն կարող է նաև նվազեցնել հալույթի մակերեսային լարվածությունը, մեծացնել հեղուկությունը և հեշտացնել ձուլակտորների մեջ ձուլումը, ինչը էական ազդեցություն ունի գործընթացի արդյունավետության վրա։ Ավելի լավ է ավելացնել տարբեր հազվագյուտ հողային տարրեր մոտ 0.1% քանակությամբ։ Խառը հազվագյուտ հողային տարրերի (խառը La-Ce-Pr-Nd և այլն) ավելացումը նվազեցնում է Al-0.65%Mg-0.61%Si համաձուլվածքում G₂P ծերացման գոտու ձևավորման կրիտիկական ջերմաստիճանը։ Մագնեզիում պարունակող ալյումինե համաձուլվածքները կարող են խթանել հազվագյուտ հողային տարրերի մետամորֆիզմը։

Անմաքրություն

Վանադիումը ալյումինե համաձուլվածքներում առաջացնում է VAl11 հրակայուն միացություն, որը դեր է խաղում հատիկների զտման գործում հալման և ձուլման գործընթացում, սակայն դրա դերը ավելի փոքր է, քան տիտանի և ցիրկոնիումի դերը։ Վանադիումը նաև ունի վերաբյուրեղացված կառուցվածքի զտման և վերաբյուրեղացման ջերմաստիճանի բարձրացման ազդեցություն։

Ալյումինե համաձուլվածքներում կալցիումի պինդ լուծելիությունը չափազանց ցածր է, և այն ալյումինի հետ առաջացնում է CaAl4 միացություն: Կալցիումը ալյումինե համաձուլվածքների գերպլաստիկ տարր է: Մոտավորապես 5% կալցիում և 5% մանգան պարունակող ալյումինե համաձուլվածքն ունի գերպլաստիկություն: Կալցիումը և սիլիցիումը առաջացնում են CaSi, որը անլուծելի է ալյումինում: Քանի որ սիլիցիումի պինդ լուծույթում քանակը նվազում է, արդյունաբերական մաքուր ալյումինի էլեկտրահաղորդականությունը կարող է փոքր-ինչ բարելավվել: Կալցիումը կարող է բարելավել ալյումինե համաձուլվածքների կտրման կատարողականությունը: CaSi2-ը չի կարող ամրացնել ալյումինե համաձուլվածքները ջերմային մշակման միջոցով: Կալցիումի հետքային քանակությունները օգտակար են հալված ալյումինից ջրածինը հեռացնելու համար:

Կապարի, անագի և բիսմութի տարրերը ցածր հալման ջերմաստիճան ունեցող մետաղներ են: Ալյումինում դրանց պինդ լուծելիությունը փոքր է, ինչը փոքր-ինչ նվազեցնում է համաձուլվածքի ամրությունը, բայց կարող է բարելավել կտրման արդյունավետությունը: Բիսմութը ընդարձակվում է պնդացման ընթացքում, ինչը օգտակար է սնուցման համար: Բարձր մագնեզիումի պարունակությամբ համաձուլվածքներին բիսմութ ավելացնելը կարող է կանխել նատրիումի փխրունությունը:

Անտիմոնը հիմնականում օգտագործվում է որպես մոդիֆիկատոր ձուլածո ալյումինե համաձուլվածքներում և հազվադեպ է օգտագործվում դեֆորմացված ալյումինե համաձուլվածքներում: Al-Mg դեֆորմացված ալյումինե համաձուլվածքում բիսմութը փոխարինեք միայն նատրիումի փխրունությունը կանխելու համար: Անտիմոնային տարրը որոշ Al-Zn-Mg-Cu համաձուլվածքներին ավելացվում է տաք և սառը սեղմման գործընթացների արդյունավետությունը բարելավելու համար:

Բերիլիումը կարող է բարելավել օքսիդային թաղանթի կառուցվածքը դեֆորմացված ալյումինե համաձուլվածքներում և նվազեցնել այրման կորուստը և ներառումները հալման ու ձուլման ընթացքում: Բերիլիումը թունավոր տարր է, որը կարող է ալերգիկ թունավորում առաջացնել մարդկանց մոտ: Հետևաբար, բերիլիումը չի կարող պարունակվել սննդի և խմիչքների հետ շփվող ալյումինե համաձուլվածքներում: Եռակցման նյութերում բերիլիումի պարունակությունը սովորաբար վերահսկվում է 8 մկգ/մլ-ից ցածր: Եռակցման հիմքերի տեսքով օգտագործվող ալյումինե համաձուլվածքները նույնպես պետք է վերահսկեն բերիլիումի պարունակությունը:

Նատրիումը գրեթե անլուծելի է ալյումինում, իսկ պինդ վիճակում առավելագույն լուծելիությունը կազմում է 0.0025%-ից պակաս։ Նատրիումի հալման ջերմաստիճանը ցածր է (97.8℃)։ Երբ համաձուլվածքում նատրիում կա, այն ադսորբվում է դենդրիտների մակերեսին կամ հատիկների սահմանին պնդացման ընթացքում։ Տաք մշակման ընթացքում հատիկների սահմանին գտնվող նատրիումը առաջացնում է հեղուկ ադսորբցիոն շերտ, որի արդյունքում առաջանում են փխրուն ճաքեր, NaAlSi միացությունների առաջացում, ազատ նատրիում գոյություն չունի և չի առաջացնում «նատրիումի փխրունություն»։

Երբ մագնեզիումի պարունակությունը գերազանցում է 2%-ը, մագնեզիումը կլանում է սիլիցիումը և նստեցնում ազատ նատրիումը, ինչը հանգեցնում է «նատրիումի փխրունության»: Հետևաբար, մագնեզիումի բարձր պարունակությամբ ալյումինե համաձուլվածքում չի թույլատրվում օգտագործել նատրիումի աղի հոսք: «Նատրիումի փխրունությունը» կանխելու մեթոդներից են քլորացումը, որը հանգեցնում է նատրիումի NaCl-ի առաջացմանը և արտանետվում է խարամի մեջ, բիսմութի ավելացումը՝ Na2Bi ձևավորելու համար և մետաղական մատրիցայի մեջ մտնելը. նույն ազդեցությունը կարող է ունենալ նաև անտիմոնի ավելացումը՝ Na3Sb ձևավորելու համար կամ հազվագյուտ հողային միացությունների ավելացումը:

Խմբագրել է Մեյ Ջիանգը՝ MAT Aluminum-ից