(1) Χαρακτηριστικά των κραμάτων αλουμινίου σειράς 7xxx
Τα κράματα αλουμινίου της σειράς 7XXx είναι κράματα αλουμινίου με τον Zn ως κύριο στοιχείο κράματος και είναι κράματα αλουμινίου που μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία. Όταν προστίθεται Mg στο κράμα, γίνεται κράμα Al-Zn-Mg. Το κράμα έχει καλές ιδιότητες θερμικής παραμόρφωσης και ευρύ φάσμα σβέσης. Υπό κατάλληλες συνθήκες θερμικής επεξεργασίας, μπορεί να αποκτήσει υψηλή αντοχή και καλές ιδιότητες συγκόλλησης. Γενικά έχει καλή αντοχή στη διάβρωση και μια ορισμένη τάση στη διάβρωση. Είναι ένα συγκολλήσιμο κράμα αλουμινίου υψηλής αντοχής. Το κράμα Al-Zn-Mg-Cu αναπτύσσεται με βάση το κράμα Al-Zn-Mg με την προσθήκη Cu. Η αντοχή του είναι υψηλότερη από αυτή των κραμάτων αλουμινίου της σειράς 2X. Ονομάζεται γενικά κράμα αλουμινίου εξαιρετικά υψηλής αντοχής. Η αντοχή διαρροής του κράματος είναι κοντά στην αντοχή εφελκυσμού, η αναλογία αντοχής διαρροής είναι υψηλή και η ειδική αντοχή είναι επίσης υψηλή, αλλά η πλαστικότητα και η αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία είναι χαμηλές. Είναι κατάλληλο για φέροντα δομικά μέρη που χρησιμοποιούνται σε θερμοκρασία δωματίου και κάτω από 120 βαθμούς. Το κράμα είναι εύκολο στην επεξεργασία και έχει καλή αντοχή στη διάβρωση και υψηλή σκληρότητα. Αυτή η σειρά κραμάτων χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της αεροπορίας και της αεροδιαστημικής και έχουν γίνει ένα από τα πιο σημαντικά δομικά υλικά σε αυτόν τον τομέα.
(2) Στοιχεία κράματος και στοιχεία ακαθαρσίας και οι λειτουργίες τους
① Το κράμα Al-Zn-Mg Ο Zn και το Mg είναι τα κύρια στοιχεία κράματος στο κράμα Al-Zn-Mg και η περιεκτικότητά τους γενικά δεν υπερβαίνει το 7,5%.
Zn και Mg: Καθώς η περιεκτικότητα σε Zn και Mg στο κράμα αυξάνεται, η αντοχή σε εφελκυσμό και η επίδραση θερμικής επεξεργασίας γενικά αυξάνονται ανάλογα. Η τάση διάβρωσης των τάσεων του κράματος σχετίζεται με το άθροισμα της περιεκτικότητας σε Zn και Mg. Για κράματα με υψηλό Mg και χαμηλό Zn ή υψηλό Zn και χαμηλό Mg, εφόσον το άθροισμα της περιεκτικότητας σε Zn και Mg δεν υπερβαίνει το 7%, το κράμα έχει καλή αντοχή στη διάβρωση. Η τάση ρωγμών συγκόλλησης του κράματος μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε Mg.
Τα ίχνη προστιθέμενων στοιχείων στα κράματα Al-Zn-Mg περιλαμβάνουν Mn, Cr, Cu, Zr και Ti, και οι κύριες ακαθαρσίες περιλαμβάνουν Fe και Si.
Mn και Cr: Η προσθήκη Mn και Cr μπορεί να βελτιώσει την αντοχή στη διάβρωση των καταπονήσεων του κράματος. Το περιεχόμενο Mn είναι 0,2%~
Στο {{0}},4%, το αποτέλεσμα είναι σημαντικό. Η επίδραση της προσθήκης Cr είναι μεγαλύτερη από την προσθήκη Mn. Εάν προστεθούν ταυτόχρονα Mn και Cr, το αποτέλεσμα της μείωσης της τάσης διάβρωσης με τάση θα είναι καλύτερο. Η κατάλληλη ποσότητα Cr που προστέθηκε είναι 0,1%~0,2%.
Zr: Το Zr μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη συγκολλησιμότητα των κραμάτων A{{0}}Zn-Mg. Όταν προστίθεται 0.2% Zr στο κράμα AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35, οι ρωγμές συγκόλλησης μειώνονται σημαντικά. Το Zr μπορεί επίσης να αυξήσει την τελική θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του κράματος. Στο κράμα AlZn4,5Mg1,8Mn0,6, όταν η περιεκτικότητα σε Zr είναι υψηλότερη από 0,2%, η τελική θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του κράματος είναι πάνω από 500 βαθμούς . Επομένως, το υλικό εξακολουθεί να διατηρεί τη δύναμή του μετά το σβήσιμο. Παραμορφωμένος ιστός. Η προσθήκη 0,1% έως 0,2% Zr σε κράματα Al-Zn-Mg που περιέχουν Mn μπορεί επίσης να βελτιώσει την αντοχή στη διάβρωση των τάσεων του κράματος, αλλά το Zr έχει μικρότερη επίδραση από το Cr.
Ti: Η προσθήκη Ti στο κράμα μπορεί να βελτιώσει το μέγεθος των κόκκων του κράματος στη χυτή κατάσταση και να βελτιώσει τη συγκολλησιμότητα του κράματος, αλλά η επίδρασή του είναι χαμηλότερη από αυτή του Zr. Εάν προστεθούν Ti και Zr ταυτόχρονα, το αποτέλεσμα είναι καλύτερο. Στο κράμα AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3 με περιεκτικότητα σε Ti 0.12%, όταν η περιεκτικότητα σε Zr υπερβαίνει το 0.15%, το κράμα έχει καλή συγκολλησιμότητα και επιμήκυνση και μπορεί να επιτύχει το ίδιο αποτέλεσμα όπως όταν προστίθεται μόνο περισσότερο από 0,2% Zr. Το Ti μπορεί επίσης να αυξήσει τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του κράματος.
Cu: Η προσθήκη μικρής ποσότητας Cu σε κράματα Al-Zn-Mg μπορεί να βελτιώσει την αντοχή στη διάβρωση και την αντοχή σε εφελκυσμό. Ωστόσο, η συγκολλησιμότητα του κράματος μειώνεται.
Fe: Ο Fe μπορεί να μειώσει την αντοχή στη διάβρωση και τις μηχανικές ιδιότητες του κράματος, ειδικά για κράματα με υψηλή περιεκτικότητα σε Mn. Επομένως, η περιεκτικότητα σε Fe θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη και η περιεκτικότητά της θα πρέπει να περιορίζεται σε λιγότερο από 0,3%.
Si: Το Si μπορεί να μειώσει την αντοχή του κράματος, να μειώσει ελαφρώς την απόδοση κάμψης και να αυξήσει την τάση ρωγμών συγκόλλησης. Η περιεκτικότητα σε Si στο κράμα θα πρέπει να περιορίζεται σε λιγότερο από 0,3%.
② Κράμα Al-Zn-Mg-Cu Το κράμα Al-Zn-Mg-Cu είναι ένα θερμικά επεξεργάσιμο κράμα. Τα κύρια ενισχυτικά στοιχεία είναι ο Zn και το Mg. Το Cu έχει επίσης ένα ορισμένο ενισχυτικό αποτέλεσμα, αλλά η κύρια λειτουργία του είναι να βελτιώσει την αντίσταση στη διάβρωση του υλικού.
Zn και Mg: Το Zn και το Mg είναι τα κύρια ενισχυτικά στοιχεία. Όταν συνυπάρχουν, θα σχηματίσουν φάσεις η (MgZn2) και T (Al2Mg2Zn3). Η φάση η και η φάση Τ έχουν μεγάλη διαλυτότητα στο AI και αλλάζουν δραματικά με την άνοδο και την πτώση της θερμοκρασίας. Η διαλυτότητα του MgZn2 στην ευτηκτική θερμοκρασία είναι 28%, η οποία μειώνεται σε 4%~5% σε θερμοκρασία δωματίου. Έχει ισχυρή δράση ενίσχυσης της γήρανσης. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε Zn και Mg μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή και τη σκληρότητα, αλλά θα μειώσει την πλαστικότητα, την αντοχή στη διάβρωση και την αντοχή στη θραύση.
Cu: Όταν Zn/Mg είναι μεγαλύτερο από 2,2 και η περιεκτικότητα σε Cu είναι μεγαλύτερη από Mg, ο Cu και άλλα στοιχεία μπορούν να παράγουν μια ενισχυμένη φάση S (CuMgAlz) για να αυξήσουν την αντοχή του κράματος, αλλά στην αντίθετη περίπτωση, η πιθανότητα η ύπαρξη της φάσης S είναι πολύ μικρή. Το Cu μπορεί να μειώσει τη διαφορά δυναμικού μεταξύ του ορίου των κόκκων και του ενδοκοκκώδους, και μπορεί επίσης να αλλάξει τη δομή της φάσης ιζήματος και να βελτιώσει τη φάση του ορίου ιζήματος κόκκων, αλλά έχει μικρή επίδραση στο πλάτος της ζώνης μη κατακρημνίσματος ορίου κόκκου. Μπορεί να αναστείλει την τάση διακοκκώδους ρωγμής, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή στη διάβρωση των τάσεων του κράματος. Ωστόσο, όταν η περιεκτικότητα σε Cu είναι μεγαλύτερη από 3%, η αντίσταση στη διάβρωση του κράματος επιδεινώνεται. Το Cu μπορεί να αυξήσει τον υπερκορεσμό του κράματος, να επιταχύνει τη διαδικασία τεχνητής γήρανσης του κράματος μεταξύ 100 και 200 βαθμούς C, να επεκτείνει το σταθερό εύρος θερμοκρασίας της ζώνης GP και να βελτιώσει την αντοχή σε εφελκυσμό, την πλαστικότητα και την αντοχή σε κόπωση. Στο εύρος όπου η περιεκτικότητα σε Cu δεν είναι πολύ υψηλή, η αντίσταση στην κυκλική καταπόνηση στην κόπωση και η αντοχή στη θραύση αυξάνονται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε Cu και ο ρυθμός ανάπτυξης ρωγμών μειώνεται στο διαβρωτικό μέσο, αλλά η προσθήκη Cu έχει τάση να παράγει διακοκκώδη διάβρωση και διάβρωση με κοιλότητες. Η επίδραση του Cu στην αντοχή στη θραύση σχετίζεται με την αναλογία Zn/Mg. Όταν η αναλογία είναι μικρή, όσο μεγαλύτερη είναι η περιεκτικότητα σε Cu, τόσο χειρότερη είναι η σκληρότητα. όταν η αναλογία είναι μεγάλη, ακόμα κι αν η περιεκτικότητα σε Cu είναι υψηλή, η σκληρότητα εξακολουθεί να είναι πολύ καλή.
Υπάρχει επίσης μια μικρή ποσότητα ιχνοστοιχείων όπως Mn, Cr, Zr, V, Ti, B στο κράμα. Το Fe και το Si είναι επιβλαβείς ακαθαρσίες στο κράμα και οι αλληλεπιδράσεις τους είναι οι εξής.
Mn, Cr: Η προσθήκη μικρής ποσότητας μεταβατικών στοιχείων όπως Mn και Cr έχει σημαντική επίδραση στη δομή και τις ιδιότητες του κράματος. Αυτά τα στοιχεία μπορούν να παράγουν διασκορπισμένα σωματίδια κατά τη διάρκεια της ανόπτησης ομογενοποίησης του πλινθώματος, να αποτρέψουν τη μετανάστευση των εξαρθρώσεων και των ορίων κόκκων, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης, εμποδίζοντας αποτελεσματικά την ανάπτυξη κόκκων, καθαρίζοντας κόκκους και διασφαλίζοντας ότι η δομή παραμένει μη ανακρυσταλλωμένη ή μερικώς ανακρυσταλλωμένη μετά θερμή εργασία και θερμική επεξεργασία, έτσι ώστε η αντοχή να βελτιώνεται ενώ έχει καλύτερη αντοχή στη διάβρωση των καταπονήσεων. Όσον αφορά τη βελτίωση της αντοχής στη διάβρωση των τάσεων, η προσθήκη Cr είναι καλύτερη από την προσθήκη Mn.
Zr: Πρόσφατα, υπήρξε μια τάση να αντικατασταθούν τα Cr και Mn με Zr. Το Zr μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του κράματος. Είτε πρόκειται για θερμή είτε για ψυχρή παραμόρφωση, η μη ανακρυσταλλωμένη δομή μπορεί να ληφθεί μετά από θερμική επεξεργασία. Το Zr μπορεί επίσης να βελτιώσει τη σκληρυνσιμότητα του κράματος, τη συγκολλησιμότητα, την αντοχή σε θραύση, την αντοχή στη διάβρωση, κ.λπ. Το Zr είναι ένα πολλά υποσχόμενο ιχνοπρόσθετο στοιχείο στα κράματα Al-Zn-Mg-Cu.
Ti και B: Τα Ti και B μπορούν να καθαρίσουν τους κόκκους του κράματος στη χυτή κατάσταση και να αυξήσουν τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του κράματος.
Fe και Si: Το Fe και το Si είναι αναπόφευκτες επιβλαβείς ακαθαρσίες στα κράματα αλουμινίου 7XxX, τα οποία προέρχονται κυρίως από πρώτες ύλες, καθώς και από εργαλεία και εξοπλισμό που χρησιμοποιούνται στην τήξη και τη χύτευση. Αυτές οι ακαθαρσίες υπάρχουν κυρίως με τη μορφή σκληρού και εύθραυστου FeAl: και ελεύθερου Si. Αυτές οι ακαθαρσίες μπορούν επίσης να σχηματίσουν χονδροειδείς ενώσεις όπως (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) με Mn και Cr. Το FeAl3 έχει ως αποτέλεσμα τη διύλιση των κόκκων, αλλά έχει μεγαλύτερη επίδραση στην αντοχή στη διάβρωση. Καθώς η περιεκτικότητα σε αδιάλυτη φάση αυξάνεται, το κλάσμα όγκου της αδιάλυτης φάσης αυξάνεται επίσης. Αυτές οι αδιάλυτες δεύτερες φάσεις θα σπάσουν και θα επιμηκυνθούν κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης, με αποτέλεσμα μια δομή με ταινίες και τα σωματίδια διατάσσονται σε ευθεία γραμμή κατά μήκος της κατεύθυνσης παραμόρφωσης. Δεδομένου ότι τα σωματίδια ακαθαρσίας κατανέμονται μέσα στους κόκκους ή στα όρια των κόκκων, κατά τη διάρκεια της πλαστικής παραμόρφωσης, εμφανίζονται πόροι σε ορισμένα όρια σωματιδίων-μήτρας, με αποτέλεσμα μικρορωγμές, οι οποίες γίνονται η πηγή μακρορωγμών. Επιπλέον, έχει μεγάλη επίδραση στον ρυθμό ανάπτυξης των ρωγμών κόπωσης. Έχει μια ορισμένη επίδραση στη μείωση της τοπικής πλαστικότητας κατά την καταστροφή. Η αύξηση του αριθμού των ακαθαρσιών μειώνει την απόσταση μεταξύ των σωματιδίων, μειώνοντας έτσι τη ρευστότητα της πλαστικής παραμόρφωσης γύρω από το άκρο της ρωγμής. Επειδή η φάση που περιέχει Fe και Si είναι δύσκολο να διαλυθεί σε θερμοκρασία δωματίου, παίζει ρόλο εγκοπής και γίνεται εύκολα πηγή ρωγμής, προκαλώντας το σπάσιμο του υλικού, κάτι που έχει πολύ δυσμενή επίδραση στην επιμήκυνση, ειδικά στην αντοχή σε θραύση του κράμα. Επομένως, κατά το σχεδιασμό και την παραγωγή νέων κραμάτων, η περιεκτικότητα σε Fe και Si ελέγχεται αυστηρά. Εκτός από τη χρήση πρώτων υλών μετάλλων υψηλής καθαρότητας, λαμβάνονται επίσης ορισμένα μέτρα κατά τη διαδικασία τήξης και χύτευσης για να αποτραπεί η ανάμειξη αυτών των δύο στοιχείων στο κράμα.