Kakšne so značilnosti, glavni legirni elementi in funkcije aluminijevih zlitin serije 2xxx?
(1) Značilnosti aluminijevih zlitin serije 2xxx
Aluminijeve zlitine serije 2xxX so aluminijeve zlitine z bakrom kot glavnim legirnim elementom. Vključujejo zlitine Al-Cu-Mg, zlitine Al-Cu-Mg-Fe-Ni in zlitine Al-Cu-Mn. Te zlitine so toplotno obdelane aluminijeve zlitine.
Za aluminijeve zlitine serije 2xXX je značilna visoka trdnost in se običajno imenujejo trde aluminijeve zlitine. Imajo dobro toplotno odpornost in lastnosti obdelave, vendar njihova odpornost proti koroziji ni tako dobra kot večina drugih aluminijevih zlitin. Pod določenimi pogoji bo prišlo do interkristalne korozije. Zato je treba ploščo pogosto prevleči s plastjo čistega aluminija ali plastjo aluminijeve zlitine serije 6xXx, ki ima elektrokemično zaščito za jedrno ploščo, da močno izboljša njeno odpornost proti koroziji. Med njimi ima zlitina Al-Cu-Mg-Fe-Ni izjemno kompleksno kemično in fazno sestavo. Ima visoko trdnost pri visokih temperaturah in dobro zmogljivost postopka. Uporablja se predvsem za dele, odporne na vročino, ki delujejo pod 150 ~ 250 stopinj; Čeprav je trdnost zlitine AI-Cu-Mn pri sobni temperaturi nižja od trdnosti zlitin Al-Cu-Mg 2A12 in 2A14, je njena trdnost višja od obeh pri 225 ~ 250 stopinjah ali več. Poleg tega ima zlitina dobre procesne lastnosti in je enostavna za varjenje. Uporablja se predvsem v toplotno odpornih varljivih konstrukcijskih delih in odkovkih. Ta serija zlitin se pogosto uporablja v letalstvu in vesolju.
(2) Glavni legirni elementi in njihove vloge
①Glavne stopnje zlitin AI-Cu-Mg zlitin so 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12 itd. Glavni dodani elementi so Cu, Mg in Mn.
Njihovi učinki na zlitine so naslednji.
a. Vpliv vsebnosti Cu in Mg na mehanske lastnosti zlitin. Ko je vsebnost Mg 1%~2%, ko se vsebnost Cu poveča z 1.0% na 4%, se natezna trdnost zlitine v kaljenem stanju poveča z 20{{14 }}MPa do 380MPa; natezna trdnost zlitine v stanju kaljenega naravnega staranja se poveča s 300MPa na 480MPa. Ko je vsebnost Cu v območju 1% ~ 4%, ko se vsebnost Mg poveča z 0,5% na 2,0%, se natezna trdnost zlitine poveča; ko vsebnost Mg še naprej narašča, se trdnost zlitine zmanjša.
Natezna trdnost zlitine, ki vsebuje 4.0% Cu in 2.0% Mg, je največja; zlitina, ki vsebuje 3%~4% Cu in 0.5%~1.3% Mg, ima največji učinek kaljenja in naravnega staranja. Preskus je pokazal, da lahko natezna trdnost trikomponentne zlitine AI-Cu-Mg, ki vsebuje 4%~6% Cu in 1%~2% Mg, doseže 490~510MPa v stanju kaljenja in naravnega staranja.
b. Vpliv vsebnosti Cu in Mg na toplotno obstojnost zlitine. Iz vrednosti preskusa vzdržljivosti zlitine AI-Cu-Mg, ki vsebuje 0.6% Mn pri 200 stopinjah in obremenitvi 160MPa, lahko je razvidno, da ima zlitina, ki vsebuje Cu 3,5 % ~ 6 % in Mg 1,2 % ~ 2,0 %, največjo vzdržljivostno trdnost. V tem času se zlitina nahaja na ali blizu psevdobinarnega odseka AI-S (AlCuMg). Zlitina stran od psevdobinarnega odseka, to je, ko je vsebnost Mg manjša od 1,2 % in največja trdnost večja od 2,0 %, se njena vzdržljivost zmanjša. Če se vsebnost Mg poveča na 3,0 % ali več, se vzdržljivost zlitine hitro zmanjša.
Podobna pravila so bila pridobljena pri preskusu pri 250 stopinjah in obremenitvi 100 MPa. Literatura poudarja, da se zlitina z najvišjo vzdržljivostno trdnostjo pri 300 stopinjah nahaja v območju +S faze desno od binarnega odseka AI-S z višjo vsebnostjo Mg.
c. Vpliv vsebnosti Cu in Mg na korozijsko odpornost zlitin. Binarne zlitine Al-Cu z vsebnostjo Cu 3% ~ 5% imajo zelo nizko odpornost proti koroziji v stanju kaljenja in naravnega staranja. Dodajanje 0,5 %Mg lahko zmanjša potencial trdne raztopine in delno izboljša korozijsko odpornost zlitine. Ko je vsebnost Mg večja od 1.0%, se lokalna korozija zlitine poveča, raztezek po koroziji pa se močno zmanjša. Pri zlitinah z vsebnostjo Cu nad 4.0% in vsebnostjo Mg nad 1.0% Mg zmanjša topnost Cu v Al. V kaljenem stanju ima zlitina netopni fazi CuAl₂ in S, prisotnost teh faz pa pospešuje korozijo. Zlitine z vsebnostjo Cu 3%~5% in vsebnostjo Mg 1%~4% se nahajajo v istem faznem območju, njihova korozijska odpornost pa je podobna v stanju kaljenja in naravnega staranja. Zlitine v območju aS faze imajo slabšo odpornost proti koroziji kot zlitine v območju a-CuAl₂-S. Interkristalna korozija je glavna nagnjenost k koroziji zlitin Al-Cu-Mg.
Mn: Mn se doda zlitini Al-Cu-Mg predvsem za odpravo škodljivih učinkov Fe in izboljšanje odpornosti proti koroziji. Mn lahko rahlo poveča trdnost zlitine pri sobni temperaturi, vendar zmanjša plastičnost. Mn lahko tudi upočasni in oslabi proces umetnega staranja zlitine Al-Cu Mg in izboljša toplotno odpornost zlitine. Mn je tudi eden glavnih dejavnikov, zaradi katerih ima zlitina Al-Cu-Mg ekstrudijski učinek. Dodatek Mn je na splošno manjši od 1.0%. Če je vsebnost previsoka, lahko nastanejo grobe (FeMn)Al6 krhke spojine, ki zmanjšajo plastičnost zlitine.
d. Majhna količina elementov v sledovih, dodanih zlitinam Al-Cu-Mg, vključuje Ti in Zr, nečistoče pa so predvsem Fe, Si in Zn itd., njihovi učinki pa so naslednji.
Ti: Dodajanje tita zlitini lahko izboljša ulito zrno in zmanjša nagnjenost k nastanku razpok med ulivanjem.
Zr: Majhna količina Zr ima podoben učinek kot Ti, saj rafinira lito zrno, zmanjša nagnjenost k razpokam pri litju in varjenju ter izboljša plastičnost ingotov in zvarnih spojev. Dodatek Zr ne vpliva na trdnost hladno deformiranih izdelkov, ki vsebujejo zlitine Mn
Nekoliko izboljša trdnost zlitin brez Mn. Si: Za zlitine Al-Cu-Mg z vsebnostjo Mg manj kot 1.0%, vsebnost Si, ki presega 0.5%, lahko izboljša hitrost in trdnost umetnega staranja, ne da bi to vplivalo na sposobnost naravnega staranja. Ker Si in Mg tvorita fazo Mg2Si, je to koristno za učinek umetnega staranja. Ko pa se vsebnost Mg poveča na 1,5 % po obdelavi z naravnim ali umetnim staranjem, se trdnost in toplotna odpornost zlitine zmanjšata s povečanjem vsebnosti Si. Zato je treba vsebnost Si čim bolj zmanjšati. Poleg tega bo povečanje vsebnosti Si povečalo nagnjenost zlitin, kot sta 2A12 in 2A06, da tvorijo razpoke med ulivanjem, in zmanjšalo plastičnost med kovičenjem. Zato je vsebnost Si v zlitini na splošno omejena na manj kot 0,5 %. Pri zlitinah, ki zahtevajo visoko plastičnost, mora biti vsebnost Si nižja.
Fe: Fe in Al tvorita spojine FeAl3 in se raztopita v spojinah, ki jih tvorijo elementi, kot so Cu, Mn in Si. Te grobe spojine, ki se ne raztopijo v trdni raztopini, zmanjšajo plastičnost zlitine, zlitina pa je med deformacijo nagnjena k pokanju. In učinek krepitve se znatno zmanjša. Majhna količina Fe (manj kot 0,25 %) malo vpliva na mehanske lastnosti zlitine, izboljša nagnjenost k nastanku razpok med litjem in varjenjem, vendar zmanjša naravno stopnjo staranja. Da bi dobili visoko plastične materiale, morajo biti vsebnosti Fe in Si v zlitini čim nižje.
Zn: Majhna količina Zn ({{0}},1%~0,5%) malo vpliva na mehanske lastnosti zlitin Al-Cu-Mg pri sobni temperaturi, vendar zmanjša toplotna odpornost zlitine. Vsebnost Zn v zlitini mora biti omejena na manj kot 0,3 %.
② Zlitina Al-Cu-Mg-Fe-Ni Glavne stopnje zlitin te serije zlitin so 2A70, 2A80, 2A90 itd.Vloga vsakega elementa zlitine je naslednja.
Cu in Mg: Vpliv vsebnosti Cu in Mg na trdnost pri sobni temperaturi in toplotno odpornost zgornjih zlitin je podoben kot pri zlitini AI-Cu-Mg. Ker je vsebnost Cu in Mg v tej seriji zlitin nižja kot v zlitini AI-Cu-Mg, se zlitina nahaja v dvofaznem območju a+ S (AlCuMg), zato ima zlitina večjo trdnost pri sobni temperaturi in dobro toploto odpornost; poleg tega, ko je vsebnost Cu nizka, je trdna raztopina z nizko koncentracijo majhna nagnjenost k razpadu, kar je koristno za toplotno odpornost zlitine.
Ni: Ni in Cu v zlitini lahko tvorita netopno trojno spojino. Pri nizki vsebnosti Ni nastane (AICuNi), pri visoki vsebnosti Ni pa Al3(CuNi)2. Zato lahko prisotnost Ni zmanjša koncentracijo Cu v trdni raztopini. Rezultati meritev konstante rešetke v gašenem stanju prav tako dokazujejo osiromašenje atomov topljenca Cu v trdni raztopini zlitine. Ko je vsebnost Fe zelo nizka, lahko povečanje vsebnosti Ni zmanjša trdoto zlitine in zmanjša ojačitveni učinek zlitine.
Fe: Tako kot Ni lahko tudi Fe zmanjša koncentracijo Cu v trdni raztopini. Pri zelo nizki vsebnosti niklja se trdota zlitine s povečanjem vsebnosti Fe na začetku močno zmanjša, ko pa vsebnost Fe doseže določeno vrednost, začne ponovno naraščati.
Ni in Fe: Ko sta Fe in Ni dodana zlitini AICu2.2Mg1.65 hkrati, so značilnosti spremembe trdote pri kaljenju naravnega staranja, kaljenju pri umetnem staranju, kaljenju in žarjenju podobne, največja vrednost pa se pojavi na položaju kjer sta vsebnosti Ni in Fe podobni, konstanta mreže v stanju kaljenja pa je na tej točki minimalna vrednost.
Ko je vsebnost Fe v zlitini večja od vsebnosti Ni, se pojavi faza Al7Cu2Fe. Nasprotno, ko je vsebnost Ni v zlitini večja od vsebnosti Fe, se pojavi faza AlCuNi. Pojav zgoraj navedene ternarne faze, ki vsebuje Cu, zmanjša vsebnost Cu v trdni raztopini. Šele ko sta vsebnosti Fe in Ni enaki, nastanejo vse faze AlgFeNi. Ker v tem primeru ni presežka Fe ali Ni za tvorbo netopne faze, ki vsebuje Cu, Cu v zlitini ne le tvori S (Al2CuMg) fazo, ampak tudi poveča koncentracijo Cu v trdni raztopini, kar je koristno za izboljšanje trdnosti zlitine in njene toplotne odpornosti.
Vsebnost Fe in Ni lahko vpliva na toplotno odpornost zlitine. Faza AlgFeNi je trda in krhka spojina z zelo malo topnosti v Al. Po kovanju in toplotni obdelavi, ko so razpršeni in porazdeljeni v strukturi, lahko bistveno izboljšajo toplotno odpornost zlitine. Na primer, zlitina AICu2.2Mg1.65 vsebuje 1.0% Ni in zlitina s 0.7%~0.9% Fe ima najvišjo vrednost obstojne trdnosti.
Si: Dodajanje 0,5 % do 1,2 % Si zlitini 2A80 izboljša trdnost zlitine pri sobni temperaturi, vendar zmanjša toplotno odpornost zlitine.
Dodajanje {{0}}.02%~0,1% Ti zlitini Ti:2A70 prečisti ulita zrna in izboljša učinkovitost postopka kovanja, kar je koristno za toplotno odpornost, vendar ima majhen učinek na zmogljivost pri sobni temperaturi.
③ Al-Cu-Mn zlitina. Glavne stopnje zlitin te serije zlitin so 2A16, 2A17 itd.
Funkcije glavnih legirnih elementov so naslednje.
Cu: Pri sobni temperaturi in visoki temperaturi, ko se vsebnost Cu poveča, se poveča trdnost zlitine. Ko vsebnost Cu doseže 5.0%, je trdnost zlitine blizu najvišje vrednosti. Poleg tega lahko Cu izboljša varilno zmogljivost zlitine.
Mn: Mn je glavni element za izboljšanje toplotno odporne zlitine. Poveča aktivacijsko energijo atomov v trdni raztopini, zmanjša difuzijski koeficient atomov topljenca in hitrost razgradnje trdne raztopine. Pri razpadu trdne raztopine je zelo počasen tudi proces nastajanja in rasti izločene faze T (Al2oCu2Mn3), zato je zlitina tudi zelo stabilna pri daljšem segrevanju pri določeni visoki temperaturi. Dodajanje ustreznega Mn (0.6%~0.8%) lahko izboljša trdnost pri sobni temperaturi in vzdržljivost zlitine v stanju kaljenja in naravnega staranja. Če pa je vsebnost Mn previsoka, se faza T poveča, vmesnik se poveča, difuzijski učinek se pospeši in toplotna odpornost zlitine se zmanjša. Poleg tega lahko Mn tudi zmanjša nagnjenost k razpokam med varjenjem zlitin.
Elementi v sledovih, dodani zlitini Al-Cu-Mn, so Mg, Ti in Zr, medtem ko so glavni elementi nečistoče Fe, Si, Zn itd., Njihovi učinki pa so naslednji.
Mg: Ko vsebnost Cu in Mn v zlitini 2A16 ostane nespremenjena, se doda 0.25%~0.45% Mg, da nastane zlitina 2A17. Mg lahko izboljša trdnost zlitine pri sobni temperaturi in izboljša toplotno odpornost pod 150~225 stopinj. Ko pa temperatura še naraste, se trdnost zlitine znatno zmanjša. Vendar lahko dodatek Mg poslabša varilno zmogljivost zlitine, zato v zlitini 2A16, ki se uporablja za toplotno obstojno varjenje, vsebnost nečistoč Mg ne sme presegati 0.05%. Ti: Ti lahko prečisti ulita zrna, poveča temperaturo prekristalizacije zlitine, zmanjša nagnjenost razgradnje prenasičene trdne raztopine in stabilizira strukturo zlitine pri visoki temperaturi. Ko pa je vsebnost Ti večja od {{20}},3%, nastanejo grobe igličaste spojine TiAls, ki zmanjšajo toplotno odpornost zlitine. Vsebnost Ti v zlitini je določena na 0.1%~0.2%. Zr: Ko zlitini 2219 dodamo 0,1 % ~ 0,25 % Zr, lahko zrna prečistimo, temperaturo prekristalizacije in stabilnost trdne raztopine zlitine pa povečamo, s čimer izboljšamo toplotno odpornost zlitine in izboljšamo varivost zlitine. zlitina in plastičnost zvara. Ko pa je vsebnost Zr visoka, lahko nastanejo bolj krhke spojine ZrAl3.
Fe: Ko vsebnost Fe v zlitini preseže {{0}}.45%, nastane netopna faza AlCu2Fe, ki lahko zmanjša mehanske lastnosti zlitine v stanju kaljenja in staranja ter vzdržljivost pri 300 stopinj. Zato je treba vsebnost Fe omejiti na manj kot 0,3 %.
Si: Majhna količina Si ({{0}},4 %) nima očitnega vpliva na mehanske lastnosti pri sobni temperaturi, vendar zmanjša vzdržljivost pri 300 stopinjah. Ko vsebnost Si preseže 0,4 %, se mehanske lastnosti zlitine pri sobni temperaturi zmanjšajo. Zato je vsebnost Si omejena na manj kot 0,3 %.
Zn: majhna količina Zn ({{0}},3 %) ne vpliva na lastnosti zlitine pri sobni temperaturi, lahko pa pospeši hitrost difuzije Cu v Al in zmanjša vzdržljivost zlitine zlitina pri 300 stopinjah, zato je omejena na manj kot 0,1 %.
Kakšne so vrste in uporabe aluminijevih zlitin serije 2xxx?
Zlitina 2011
Vrste: cevi za vlečenje žice, hladno obdelane palice, hladno obdelane žice
Uporaba: vijaki in strojno obdelani izdelki, ki zahtevajo dobro rezalno zmogljivost
Zlitina 2014
Vrste: plošče, debele plošče, vlečene cevi, ekstrudirane cevi, palice, profili, žice, hladno obdelane palice, hladno obdelane žice, odkovki
Aplikacije: uporablja se v aplikacijah, ki zahtevajo visoko trdnost in trdoto (vključno z visokimi temperaturami). Težki odkovki, debele plošče in ekstrudirani materiali se uporabljajo za strukturne dele letal, rezervoarje za gorivo prve stopnje večstopenjskih raket in dele vesoljskih plovil, kolesa, okvirje tovornjakov in dele sistema vzmetenja
Zlitina 2017
Vrste: plošče, ekstrudirani profili, hladno obdelane palice, hladno obdelane žice, žice za kovice, odkovki
Uporaba: Je prva zlitina serije 2XXX, ki se uporablja v industriji. Trenutni obseg uporabe je razmeroma ozek, predvsem zakovice, splošni strojni deli, letala, ladje, transport, gradbeni strukturni deli, strukturni deli transportnih vozil, propelerji in dodatki
Zlitina 2024
Različice: plošče, debele plošče, vlečene cevi, ekstrudirane cevi, profili, palice, žice, hladno obdelane palice, hladno obdelane žice, žice za zakovice
Uporaba: Konstrukcije letal (kože, okvirji, rebra, pregrade itd.), zakovice, komponente izstrelkov, kolesa tovornjakov, komponente propelerjev in drugi različni strukturni deli
Zlitina 2036
Različice: Avtomobilske karoserije
Uporaba: Pločevinasti deli avtomobilske karoserije
Zlitina 2048
Sorte: Plošče
Uporaba: strukturni deli za letalstvo in strukturni deli za orožje
Zlitina 2117
Različice: Hladno obdelane palice in žice, žice za zakovice
Uporaba: Uporablja se kot zakovice za konstrukcijske dele z delovnimi temperaturami, ki ne presegajo 100 stopinj
Zlitina 2124
Sorte: Debele plošče
Uporaba: konstrukcijski deli za letalstvo
Zlitina 2218
Različice: odkovki, folije
Uporaba: bati letalskih in dizelskih motorjev, glave cilindrov letalskih motorjev, propelerji reaktivnih motorjev in kompresorski obroči
Zlitina 2219
Različice: plošče, debele plošče, folije, ekstrudirane cevi, profili, palice, žice, hladno obdelane palice, odkovki
Uporaba: rezervoarji oksidanta za varjenje vesoljskih raket in rezervoarji za gorivo, nadzvočne obloge letal in strukturni deli, delovna temperatura -270~300 stopinj. Dobra varivost, visoka lomna žilavost, visoka odpornost na razpoke zaradi napetostne korozije v stanju T8
Zlitina 2319
Raznolikost: Žica
Uporaba: Varilne palice in polnilni spajki za varjenje zlitine 2219
Zlitina 2618
Raznolikost: debele plošče, ekstrudirane palice, odkovki in odkovki
Uporaba: valji motorja in drugi deli, kot tudi toplotno odporni deli, ki zahtevajo delo pri 150 ~ 250 stopinjah. Debele plošče se uporabljajo kot obloge letal, palice, odkovki in prosti odkovki se uporabljajo za izdelavo batov, letalstva
Zlitina 2A01
Raznolikost: Hladno obdelane palice in žice, žice za zakovice
Uporaba: Uporablja se kot zakovice za konstrukcijske dele z delovnimi temperaturami, ki ne presegajo 100 stopinj
Zlitina 2A02
Raznolikost: palice, odkovki
Uporaba: lopatice aksialnih kompresorjev, rotorji in diski turboreaktivnih motorjev z delovnimi temperaturami 200 ~ 300 stopinj
Zlitina 2A04
Različica: Žice za zakovice
Uporaba: Uporablja se za izdelavo kovic za strukturne dele z delovno temperaturo 120 ~ 250 stopinj
Zlitina 2A06
Raznolikost: plošča, ekstrudirani profil, kovičasta žica
Uporaba: konstrukcijski deli letal z delovno temperaturo 150 ~ 250 stopinj in strukturne zakovice letal z delovno temperaturo 125 ~ 250 stopinj
Zlitina 2A10
Različica: žica za zakovice
Uporaba: Večja trdnost kot zlitina 2A01, ki se uporablja za izdelavo strukturnih kovic za letala z delovno temperaturo manj kot ali enako 100 stopinj
Zlitina 2A50
Raznolikost: odkovki, palice, plošče
Uporaba: Srednje trdni deli kompleksnih oblik
Zlitina 2B50
Raznolikost: Odkovki
Uporaba: kompresorsko kolo letalskega motorja, vodilno kolo, ventilator, impeler itd.
Zlitina 2A90
Raznolikost: ekstrudirane palice, odkovki in odkovki
Uporaba: deli letalskih motorjev in drugi deli z visoko delovno temperaturo, odkovki iz zlitin se postopoma nadomestijo z 2A70