(1) 7xxx-seeria alumiiniumisulamite omadused
7XXx-seeria alumiiniumsulamid on alumiiniumsulamid, mille peamiseks legeerelemendiks on Zn, ja need on kuumtöödeldud alumiiniumsulamid. Kui sulamile lisatakse Mg, muutub see Al-Zn-Mg sulamiks. Sulamil on head termilise deformatsiooni omadused ja lai karastusvahemik. Sobivates kuumtöötlustingimustes võib see saavutada suure tugevuse ja head keevitusomadused. Sellel on üldiselt hea korrosioonikindlus ja teatud kalduvus korrosioonile. See on ülitugev keevitatav alumiiniumsulam. Al-Zn-Mg-Cu sulam töötatakse välja Al-Zn-Mg sulami baasil Cu lisamise teel. Selle tugevus on suurem kui 2X-seeria alumiiniumsulamitel. Seda nimetatakse üldiselt ülitugevaks alumiiniumisulamiks. Sulami voolavuspiir on lähedane tõmbetugevusele, voolavuspiiri suhe on kõrge ja eritugevus on samuti kõrge, kuid plastilisus ja tugevus kõrgel temperatuuril on madal. See sobib kandvate konstruktsiooniosade jaoks, mida kasutatakse toatemperatuuril ja alla 120 kraadi. Sulamit on lihtne töödelda ning sellel on hea korrosioonikindlus ja kõrge sitkus. Seda sulamite seeriat kasutatakse laialdaselt lennunduses ja kosmosetööstuses ning sellest on saanud üks olulisemaid konstruktsioonimaterjale selles valdkonnas.
(2) Legeerivad elemendid ja lisandid ning nende funktsioonid
① Al-Zn-Mg sulam Zn ja Mg on Al-Zn-Mg sulami peamised legeerivad elemendid ning nende sisaldus ei ületa tavaliselt 7,5%.
Zn ja Mg: kui Zn ja Mg sisaldus sulamis suureneb, suureneb selle tõmbetugevus ja kuumtöötlusefekt üldiselt vastavalt. Sulami pingekorrosiooni tendents on seotud Zn ja Mg sisalduse summaga. Kõrge Mg ja madala Zn või kõrge Zn ja madala Mg sisaldusega sulamite puhul, kui Zn ja Mg sisalduste summa ei ületa 7%, on sulamil hea pingekorrosioonikindlus. Sulami keevituspragude kalduvus väheneb koos Mg sisalduse suurenemisega.
Al-Zn-Mg sulamitesse on lisatud mikrokoguseid Mn, Cr, Cu, Zr ja Ti ning peamised lisandid hõlmavad Fe ja Si.
Mn ja Cr: Mn ja Cr lisamine võib parandada sulami pingekorrosioonikindlust. Mn sisaldus on 0,2%~
{{0}},4% juures on mõju märkimisväärne. Cr lisamise mõju on suurem kui Mn lisamisel. Kui Mn ja Cr lisatakse samaaegselt, on pingekorrosiooni tendentsi vähendav toime parem. Sobiv lisatud Cr kogus on 0,1%~0,2%.
Zr: Zr võib oluliselt parandada A{{0}}Zn-Mg sulamite keevitatavust. Kui sulamile AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35 lisatakse 0,2% Zr, vähenevad keevituspraod oluliselt. Zr võib tõsta ka sulami lõplikku ümberkristallimise temperatuuri. AlZn4,5Mg1,8Mn0.6 sulamis, kui Zr-i sisaldus on suurem kui 0,2%, on sulami lõplik ümberkristallimistemperatuur üle 500 kraadi. Seetõttu säilitab materjal ka pärast kustutamist oma tugevuse. Deformeerunud kude. 0,1% kuni 0,2% Zr lisamine Mn sisaldavatele Al-Zn-Mg sulamitele võib samuti parandada sulami pingekorrosioonikindlust, kuid Zr omab madalamat mõju kui Cr.
Ti: Ti lisamine sulamile võib täpsustada sulami tera suurust valatud olekus ja parandada sulami keevitatavust, kuid selle mõju on madalam kui Zr-l. Kui lisada Ti ja Zr korraga, on efekt parem. AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3 sulamis Ti-sisaldusega 0,12%, kui Zr-i sisaldus ületab 0.15%, on sulamil hea omadus keevitatavus ja venivus ning see võib saavutada sama efekti kui ainult 0,2% Zr lisamisel. Ti võib samuti tõsta sulami ümberkristallimistemperatuuri.
Cu: Al-Zn-Mg sulamitele väikese koguse Cu lisamine võib parandada pingekorrosioonikindlust ja tõmbetugevust. Kuid sulami keevitatavus on vähenenud.
Fe: Fe võib vähendada sulami korrosioonikindlust ja mehaanilisi omadusi, eriti kõrge Mn-sisaldusega sulamite puhul. Seetõttu peaks Fe sisaldus olema võimalikult madal ja selle sisaldus peaks olema piiratud alla 0,3%.
Si: Si võib vähendada sulami tugevust, veidi vähendada paindejõudlust ja suurendada keevituspragude tekkimise tõenäosust. Si sisaldus sulamis peaks olema väiksem kui 0,3%.
② Al-Zn-Mg-Cu sulam Al-Zn-Mg-Cu sulam on kuumtöödeldav sulam. Peamised tugevdavad elemendid on Zn ja Mg. Cu omab ka teatud tugevdavat toimet, kuid selle põhiülesanne on parandada materjali korrosioonikindlust.
Zn ja Mg: Zn ja Mg on peamised tugevdavad elemendid. Kui nad eksisteerivad koos, moodustavad nad η (MgZn2) ja T (Al2Mg2Zn3) faasid. η-faasil ja T-faasil on AI-s suur lahustuvus ja need muutuvad dramaatiliselt temperatuuri tõustes ja langedes. MgZn2 lahustuvus eutektilisel temperatuuril on 28%, mis väheneb toatemperatuuril 4-5%. Sellel on tugev vananemist tugevdav toime. Zn ja Mg sisalduse suurenemine võib oluliselt parandada tugevust ja kõvadust, kuid see vähendab plastilisust, pingekorrosioonikindlust ja purunemiskindlust.
Cu: kui Zn/Mg on suurem kui 2,2 ja Cu sisaldus on suurem kui Mg, võivad Cu ja teised elemendid tekitada tugevdatud S (CuMgAlz) faasi, et suurendada sulami tugevust, kuid vastupidisel juhul võib S-faasi olemasolu on väga väike. Cu võib vähendada potentsiaalset erinevust terade piiri ja graanulisisese vahel, samuti võib muuta sademe faasi struktuuri ja täpsustada tera piiri sademefaasi, kuid sellel on vähe mõju terade piiri mittesademelise tsooni laiusele. See võib pärssida teradevahelise pragunemise kalduvust, parandades seeläbi sulami pingekorrosioonikindlust. Kui Cu sisaldus on aga suurem kui 3%, sulami korrosioonikindlus halveneb. Cu võib suurendada sulami üleküllastumist, kiirendada sulami kunstlikku vananemisprotsessi vahemikus 100–200 kraadi C, laiendada GP-tsooni stabiilset temperatuurivahemikku ning parandada tõmbetugevust, plastilisust ja väsimustugevust. Vahemikus, kus Cu sisaldus ei ole liiga kõrge, suureneb Cu sisalduse suurenemisega tsüklilise deformatsiooni väsimuskindlus ja purunemiskindlus ning söövitavas keskkonnas väheneb pragude kasvukiirus, kuid Cu lisamisel on kalduvus teradevahelise korrosiooni ja punktkorrosiooni tekitamiseks. Cu mõju purunemiskindlusele on seotud Zn/Mg suhtega. Kui suhe on väike, siis mida suurem on Cu sisaldus, seda halvem on sitkus; kui suhe on suur, isegi kui Cu sisaldus on kõrge, on sitkus endiselt väga hea.
Samuti on sulamis vähesel määral mikroelemente nagu Mn, Cr, Zr, V, Ti, B. Fe ja Si on sulamis kahjulikud lisandid ning nende koostoimed on järgmised.
Mn, Cr: väikese koguse üleminekuelementide, nagu Mn ja Cr, lisamine mõjutab oluliselt sulami struktuuri ja omadusi. Need elemendid võivad valuploki homogeniseerimisel lõõmutamisel tekitada hajutatud osakesi, takistada dislokatsioonide ja terade piiride liikumist, tõstes seeläbi ümberkristallimistemperatuuri, takistades tõhusalt terade kasvu, rafineerides terasid ja tagades, et struktuur jääb pärast ümberkristallimata või osaliselt ümberkristalliseerituks. kuumtöötlemine ja kuumtöötlemine, nii et tugevus paraneb, kuid samal ajal on parem pingekorrosioonikindlus. Pingekorrosioonikindluse parandamise seisukohalt on Cr lisamine parem kui Mn lisamine.
Zr: Viimasel ajal on olnud trend asendada Cr ja Mn Zr-ga. Zr võib oluliselt tõsta sulami ümberkristallimistemperatuuri. Olenemata sellest, kas tegemist on kuum- või külmdeformatsiooniga, saab pärast kuumtöötlemist saada mitterekristalliseerunud struktuuri. Zr võib parandada ka sulami kõvenevust, keevitatavust, purunemiskindlust, pingekorrosioonikindlust jne. Zr on Al-Zn-Mg-Cu sulamites väga paljulubav lisaaine.
Ti ja B: Ti ja B võivad sulami terad valatud olekus täpsustada ja tõsta sulami ümberkristallimistemperatuuri.
Fe ja Si: Fe ja Si on vältimatud kahjulikud lisandid 7XxX alumiiniumsulamites, mis pärinevad peamiselt toorainest, samuti sulatamisel ja valamisel kasutatavatest tööriistadest ja seadmetest. Need lisandid esinevad peamiselt kõva ja rabeda FeAl: ja vaba Si kujul. Need lisandid võivad moodustada ka jämedaid ühendeid, nagu (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) koos Mn ja Criga. FeAl3-l on terade rafineerimise efekt, kuid sellel on suurem mõju korrosioonikindlusele. Lahustumatu faasi sisalduse suurenedes suureneb ka lahustumatu faasi mahuosa. Need lahustumatud teised faasid purunevad ja pikenevad deformatsiooni ajal, mille tulemuseks on ribaline struktuur ja osakesed paiknevad mööda deformatsioonisuunda sirgjooneliselt. Kuna lisandiosakesed jaotuvad terade sees või terade piiridel, tekivad plastilise deformatsiooni käigus mõnel osakese-maatriksi piiril poorid, mille tulemusena tekivad mikropraod, millest saavad alguse makropraod. Lisaks on sellel suur mõju väsimuspragude kasvukiirusele. Sellel on teatav mõju, mis vähendab hävitamise ajal kohalikku plastilisust. Lisandite arvu suurenemine lühendab osakeste vahelist kaugust, vähendades seeläbi plastilise deformatsiooni voolavust prao otsa ümber. Kuna Fe ja Si sisaldav faas on toatemperatuuril raskesti lahustuv, mängib see sälku ja muutub kergesti pragude allikaks, põhjustades materjali purunemise, millel on väga ebasoodne mõju venivusele, eriti selle purunemiskindlusele. sulam. Seetõttu on uute sulamite projekteerimisel ja tootmisel Fe ja Si sisaldus rangelt kontrollitud. Lisaks kõrge puhtusastmega metallist tooraine kasutamisele rakendatakse mõningaid meetmeid ka sulatus- ja valamisprotsessis, et vältida nende kahe elemendi segunemist sulamiga.