구리
알루미늄-구리 합금의 알루미늄이 풍부한 부분이 548일 때, 알루미늄에서 구리의 최대 용해도는 5.65%입니다. 온도가 302℃로 떨어지면 구리의 용해도는 0.45%입니다. 구리는 중요한 합금 원소이며 특정 고용 강화 효과가 있습니다. 또한 노화에 의해 석출된 CuAl2는 노화 강화 효과가 뚜렷합니다. 알루미늄 합금의 구리 함량은 일반적으로 2.5%~5%이며, 구리 함량이 4%~6.8%일 때 강화 효과가 가장 좋으므로 대부분의 두랄루민 합금의 구리 함량은 이 범위 내에 있습니다. 알루미늄-구리 합금에는 실리콘, 마그네슘, 망간, 크롬, 아연, 철 및 기타 원소가 덜 포함될 수 있습니다.
규소
Al-Si 합금 시스템의 알루미늄이 풍부한 부분이 577의 공융 온도를 가질 때 고용체에서 실리콘의 최대 용해도는 1.65%입니다. 온도가 감소함에 따라 용해도는 감소하지만 일반적으로 이러한 합금은 열처리로 강화될 수 없습니다. 알루미늄-실리콘 합금은 주조성 및 내식성이 우수합니다. 알루미늄에 마그네슘과 실리콘을 동시에 첨가하여 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금을 형성하는 경우 강화상은 MgSi입니다. 마그네슘과 실리콘의 질량비는 1.73:1입니다. Al-Mg-Si 합금의 조성을 설계할 때 마그네슘과 실리콘의 함량은 이 비율로 매트릭스에 구성됩니다. 일부 Al-Mg-Si 합금의 강도를 향상시키기 위해 적당량의 구리를 첨가하고, 내식성에 대한 구리의 악영향을 상쇄하기 위해 적당량의 크롬을 첨가합니다.
Al-Mg2Si 합금 시스템의 평형 상태도에서 알루미늄이 풍부한 부분에서 알루미늄에 대한 Mg2Si의 최대 용해도는 1.85%이며, 온도가 감소함에 따라 감속도가 작습니다. 변형 알루미늄 합금에서 알루미늄에 실리콘만 첨가하는 것은 용접 재료에 국한되며, 알루미늄에 실리콘을 첨가하는 것도 일정한 강화 효과가 있습니다.
마그네슘
용해도 곡선은 온도가 감소함에 따라 알루미늄에 대한 마그네슘의 용해도가 크게 감소한다는 것을 보여 주지만 대부분의 산업용 변형 알루미늄 합금의 마그네슘 함량은 6% 미만입니다. 실리콘 함량도 낮습니다. 이 유형의 합금은 열처리로 강화할 수 없지만 용접성, 내식성 및 중간 강도가 우수합니다. 마그네슘에 의한 알루미늄 강화는 명백합니다. 마그네슘이 1% 증가할 때마다 인장강도는 약 34MPa 증가합니다. 망간을 1% 미만 첨가할 경우 강화효과가 보완될 수 있다. 따라서 망간을 첨가하면 마그네슘 함량을 줄이고 열간 균열 경향을 줄일 수 있습니다. 또한 망간은 Mg5Al8 화합물을 균일하게 석출시켜 내식성과 용접 성능을 향상시킬 수도 있습니다.
망간
Al-Mn 합금계의 편평 평형 상태도의 공융 온도가 658일 때, 고용체 내 망간의 최대 용해도는 1.82%입니다. 용해도가 증가하면 합금의 강도도 증가합니다. 망간 함량이 0.8%일 때 신장률은 최대값에 도달합니다. Al-Mn 합금은 비시효 경화 합금입니다. 즉, 열처리로 강화할 수 없습니다. 망간은 알루미늄 합금의 재결정 과정을 방지하고 재결정 온도를 높이며 재결정 입자를 크게 미세화할 수 있습니다. 재결정립의 미세화는 주로 MnAl6 화합물의 분산입자가 재결정립의 성장을 방해한다는 사실에 기인한다. MnAl6의 또 다른 기능은 불순물 철을 용해하여 (Fe, Mn)Al6을 형성하여 철의 유해한 영향을 줄이는 것입니다. 망간은 알루미늄 합금의 중요한 원소입니다. Al-Mn 이원 합금을 형성하기 위해 단독으로 첨가될 수 있습니다. 더 자주, 다른 합금 원소와 함께 첨가됩니다. 따라서 대부분의 알루미늄 합금에는 망간이 포함되어 있습니다.
아연
알루미늄에 대한 아연의 용해도는 Al-Zn 합금 시스템의 평형 상태도에서 알루미늄이 풍부한 부분인 275에서 31.6%인 반면, 용해도는 125에서 5.6%로 떨어집니다. 알루미늄에 아연만 첨가하면 성능 향상이 매우 제한됩니다. 변형 조건에서 알루미늄 합금의 강도. 동시에 응력 부식 균열이 발생하는 경향이 있어 적용이 제한됩니다. 알루미늄에 아연과 마그네슘을 동시에 첨가하면 강화 단계 Mg/Zn2가 형성되며, 이는 합금에 상당한 강화 효과를 줍니다. Mg/Zn2 함량이 0.5%에서 12%로 증가하면 인장강도와 항복강도가 크게 증가할 수 있습니다. 마그네슘 함량이 Mg/Zn2 상을 형성하는 데 필요한 양을 초과하는 초경질 알루미늄 합금에서는 아연과 마그네슘의 비율이 약 2.7로 제어될 때 응력 부식 균열 저항이 가장 큽니다. 예를 들어, Al-Zn-Mg에 구리 원소를 추가하면 Al-Zn-Mg-Cu 계열 합금이 형성됩니다. 염기 강화 효과는 모든 알루미늄 합금 중에서 가장 큽니다. 또한 항공 우주, 항공 산업 및 전력 산업에서 중요한 알루미늄 합금 소재입니다.
철과 실리콘
철은 Al-Cu-Mg-Ni-Fe 시리즈 단조 알루미늄 합금에 합금 원소로 추가되고, 실리콘은 Al-Mg-Si 시리즈 단조 알루미늄, Al-Si 시리즈 용접봉 및 알루미늄-실리콘 주조에 합금 원소로 추가됩니다. 합금. 기본 알루미늄 합금에서 실리콘과 철은 일반적인 불순물 원소로 합금의 특성에 상당한 영향을 미칩니다. 이들은 주로 FeCl3와 유리 실리콘으로 존재합니다. 규소가 철보다 크면 β-FeSiAl3(또는 Fe2Si2Al9)상이 형성되고, 철이 규소보다 크면 α-Fe2SiAl8(또는 Fe3Si2Al12)이 형성된다. 철과 규소의 비율이 부적절하면 주물에 균열이 발생합니다. 주조 알루미늄의 철 함량이 너무 높으면 주조물이 부서지기 쉽습니다.
티타늄과 붕소
티타늄은 알루미늄 합금에 일반적으로 사용되는 첨가 원소로, Al-Ti 또는 Al-Ti-B 마스터 합금 형태로 첨가됩니다. 티타늄과 알루미늄은 TiAl2상을 형성하는데, 이는 결정화 과정에서 비자발적인 코어가 되어 주조 조직과 용접 구조를 미세화하는 역할을 합니다. Al-Ti 합금이 패키지 반응을 겪을 때 티타늄의 임계 함량은 약 0.15%입니다. 붕소가 존재하는 경우 감속은 0.01%만큼 작습니다.
크롬
크롬은 Al-Mg-Si 시리즈, Al-Mg-Zn 시리즈 및 Al-Mg 시리즈 합금의 일반적인 첨가 원소입니다. 600°C에서 알루미늄에 대한 크롬의 용해도는 0.8%이며 기본적으로 실온에서는 불용성입니다. 크롬은 알루미늄에서 (CrFe)Al7 및 (CrMn)Al12와 같은 금속간 화합물을 형성하여 재결정의 핵 생성 및 성장 과정을 방해하고 합금을 강화하는 효과가 있습니다. 또한 합금의 인성을 향상시키고 응력 부식 균열에 대한 민감성을 줄일 수 있습니다.
그러나 이 부위는 담금질 감도를 증가시켜 양극 산화막을 노란색으로 만듭니다. 알루미늄 합금에 첨가되는 크롬의 양은 일반적으로 0.35%를 초과하지 않으며 합금의 전이 원소가 증가함에 따라 감소합니다.
스트론튬
스트론튬은 금속간 화합물 상의 거동을 결정학적으로 변화시킬 수 있는 표면 활성 원소입니다. 따라서 스트론튬 원소를 이용한 변성 처리는 합금의 소성 가공성과 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있습니다. 긴 유효 수정 시간, 우수한 효과 및 재현성으로 인해 스트론튬은 최근 몇 년 동안 Al-Si 주조 합금에서 나트륨 사용을 대체했습니다. 압출용 알루미늄 합금에 0.015%~0.03% 스트론튬을 첨가하면 잉곳의 β-AlFeSi 상이 α-AlFeSi 상으로 바뀌어 잉곳 균질화 시간이 60%~70% 단축되어 재료의 기계적 특성과 소성 가공성이 향상됩니다. 제품의 표면 거칠기를 개선합니다.
고규소(10%~13%) 변형 알루미늄 합금의 경우 0.02%~0.07% 스트론튬 원소를 첨가하면 1차 결정을 최소한으로 줄일 수 있으며 기계적 특성도 크게 향상됩니다. 인장 강도 бb는 233MPa에서 236MPa로 증가하고 항복 강도 б0.2는 204MPa에서 210MPa로 증가하며 연신율 б5는 9%에서 12%로 증가했습니다. 과공정 Al-Si 합금에 스트론튬을 첨가하면 1차 실리콘 입자의 크기를 줄이고 플라스틱 가공 특성을 개선하며 원활한 열간 및 냉간 압연이 가능합니다.
지르코늄
지르코늄은 또한 알루미늄 합금의 일반적인 첨가제입니다. 일반적으로 알루미늄 합금에 첨가되는 양은 0.1%~0.3%입니다. 지르코늄과 알루미늄은 ZrAl3 화합물을 형성하는데, 이는 재결정 과정을 방해하고 재결정립을 미세화할 수 있습니다. 지르코늄도 주조 구조를 개선할 수 있지만 그 효과는 티타늄보다 작습니다. 지르코늄의 존재는 티타늄과 붕소의 결정립 미세화 효과를 감소시킵니다. Al-Zn-Mg-Cu 합금에서는 지르코늄이 크롬이나 망간보다 담금질 감도에 미치는 영향이 작기 때문에 재결정 구조를 미세화하기 위해 크롬과 망간 대신 지르코늄을 사용하는 것이 적절합니다.
희토류 원소
희토류 원소는 알루미늄 합금 주조 중에 부품 과냉각을 증가시키고, 결정립을 미세화하고, 2차 결정 간격을 줄이고, 합금의 가스 및 개재물을 줄이고, 개재물 상을 구형화하는 경향이 있도록 알루미늄 합금에 첨가됩니다. 또한 용융물의 표면 장력을 줄이고 유동성을 높이며 잉곳 주조를 촉진할 수 있으며 이는 공정 성능에 큰 영향을 미칩니다. 다양한 희토류를 0.1% 정도 첨가하는 것이 좋습니다. 혼합 희토류(La-Ce-Pr-Nd 혼합 등)를 첨가하면 Al-0.65%Mg-0.61%Si 합금에서 노화 G?P 영역이 형성되는 임계 온도가 감소합니다. 마그네슘을 함유한 알루미늄 합금은 희토류 원소의 변성작용을 자극할 수 있습니다.
불결
바나듐은 알루미늄 합금에서 VAl11 내화화합물을 형성하는데, 이는 용해 및 주조 공정에서 결정립을 미세하게 하는 역할을 하지만 그 역할은 티타늄이나 지르코늄에 비해 작습니다. 바나듐은 재결정 조직을 미세화하고 재결정 온도를 높이는 효과도 있다.
알루미늄 합금에서 칼슘의 고용도는 극히 낮으며, 알루미늄과 CaAl4 화합물을 형성합니다. 칼슘은 알루미늄 합금의 초소성 원소입니다. 약 5%의 칼슘과 5%의 망간을 함유한 알루미늄 합금은 초가소성을 갖습니다. 칼슘과 규소는 알루미늄에 불용성인 CaSi를 형성합니다. 실리콘의 고용량을 줄임으로써 공업용 순수알루미늄의 전기전도도를 약간 향상시킬 수 있다. 칼슘은 알루미늄 합금의 절단 성능을 향상시킬 수 있습니다. CaSi2는 열처리를 통해 알루미늄 합금을 강화할 수 없습니다. 미량의 칼슘은 용융된 알루미늄에서 수소를 제거하는 데 도움이 됩니다.
납, 주석, 비스무트 원소는 녹는점이 낮은 금속입니다. 알루미늄에 대한 고용도가 작아 합금의 강도가 약간 감소하지만 절단 성능은 향상될 수 있습니다. 비스무트는 응고 중에 팽창하여 먹이에 유익합니다. 고마그네슘 합금에 비스무트를 첨가하면 나트륨 취성을 방지할 수 있습니다.
안티몬은 주로 주조 알루미늄 합금의 개질제로 사용되며 변형 알루미늄 합금에는 거의 사용되지 않습니다. 나트륨 취성을 방지하기 위해 Al-Mg 변형 알루미늄 합금의 비스무트만 교체하십시오. 일부 Al-Zn-Mg-Cu 합금에는 열간 압착 및 냉간 압착 공정의 성능을 향상시키기 위해 안티몬 원소가 첨가됩니다.
베릴륨은 변형된 알루미늄 합금의 산화막 구조를 개선하고 용융 및 주조 중 연소 손실 및 개재물을 줄일 수 있습니다. 베릴륨은 인간에게 알레르기 중독을 일으킬 수 있는 독성 원소입니다. 따라서 베릴륨은 식품 및 음료와 접촉하는 알루미늄 합금에 포함될 수 없습니다. 용접 재료의 베릴륨 함량은 일반적으로 8μg/ml 이하로 제어됩니다. 용접 기판으로 사용되는 알루미늄 합금도 베릴륨 함량을 제어해야 합니다.
나트륨은 알루미늄에 거의 녹지 않으며 최대 고용도는 0.0025% 미만입니다. 나트륨의 융점이 낮음(97.8℃), 합금에 나트륨이 존재할 경우 응고 시 수상돌기 표면이나 결정립계에 흡착되고, 열간 가공 시 결정입계의 나트륨은 액체 흡착층을 형성하며, 이로 인해 취성 균열이 발생하고 NaAlSi 화합물이 형성되며 유리 나트륨이 존재하지 않으며 "취성 나트륨"이 생성되지 않습니다.
마그네슘 함량이 2%를 초과하면 마그네슘은 규소를 제거하고 유리 나트륨을 침전시켜 "나트륨 취성"을 초래합니다. 따라서 고마그네슘 알루미늄 합금에는 나트륨염 플럭스를 사용할 수 없습니다. "나트륨 취성"을 방지하는 방법에는 나트륨이 NaCl을 형성하여 슬래그로 배출되는 염소화, 비스무트를 첨가하여 Na2Bi를 형성하고 금속 매트릭스에 유입되는 방법이 포함됩니다. Na3Sb를 형성하기 위해 안티몬을 첨가하거나 희토류를 첨가하는 것도 동일한 효과를 가질 수 있습니다.
MAT Aluminium의 May Jiang이 편집함
게시 시간: 2024년 8월 8일
