銅
アルミニウム - 銅合金のアルミニウムに富む部分が 548 である場合、アルミニウム中の銅の最大溶解度は 5.65% です。温度が 302℃まで下がると、銅の溶解度は 0.45% になります。銅は重要な合金元素であり、一定の固溶体強化効果があります。さらに、時効により析出したCuAl2には明らかな時効強化効果があります。アルミニウム合金の銅含有量は通常 2.5% ～ 5% であり、銅含有量が 4% ～ 6.8% のときに強化効果が最も優れているため、ほとんどのジュラルミン合金の銅含有量はこの範囲内にあります。アルミニウム - 銅合金には、シリコン、マグネシウム、マンガン、クロム、亜鉛、鉄、その他の元素があまり含まれていない可能性があります。
シリコン
Al-Si 合金系のアルミニウムに富む部分の共晶温度が 577 ℃の場合、固溶体中のシリコンの最大溶解度は 1.65% になります。温度が下がると溶解度は低下しますが、これらの合金は一般に熱処理によって強化することができません。アルミニウムとシリコンの合金は、鋳造性と耐食性に優れています。マグネシウムとシリコンを同時にアルミニウムに添加してアルミニウム-マグネシウム-シリコン合金を形成する場合、強化相はMgSiになります。マグネシウムとシリコンの質量比は 1.73:1 です。 Al-Mg-Si合金の組成を設計する際には、マトリックス上でマグネシウムとシリコンの含有量をこの比率で構成します。一部の Al-Mg-Si 合金の強度を向上させるために、適切な量の銅が添加され、耐食性に対する銅の悪影響を相殺するために適切な量のクロムが添加されます。
Al-Mg2Si合金系の平衡状態図のアルミニウムに富む部分におけるアルミニウムへのMg2Siの最大溶解度は1.85%であり、温度が低下するにつれての減速は小さい。異形アルミニウム合金においては、アルミニウムにシリコンを単独で添加するのは溶接材料に限られており、アルミニウムへのシリコンの添加にも一定の強化効果がある。
マグネシウム
溶解度曲線は、温度が低下するとアルミニウム中のマグネシウムの溶解度が大幅に低下することを示していますが、ほとんどの工業用変形アルミニウム合金のマグネシウム含有量は 6% 未満です。シリコン含有量も少ないです。このタイプの合金は熱処理によって強化することはできませんが、良好な溶接性、良好な耐食性、および中程度の強度を備えています。マグネシウムによるアルミニウムの強化は明らかです。マグネシウムが 1% 増加するごとに、引張強度は約 34MPa 増加します。マンガンを１％未満添加すると、強化効果を補うことができる。したがって、マンガンを添加するとマグネシウム含有量を減らし、高温割れの傾向を減らすことができます。さらに、マンガンは Mg5Al8 化合物を均一に析出させ、耐食性と溶接性能を向上させます。
マンガン
Al-Mn合金系の平坦な平衡状態図の共晶温度が658℃である場合、固溶体中のマンガンの最大溶解度は1.82%です。合金の強度は溶解度の増加とともに増加します。マンガン含有量が0.8%の場合、伸びは最大値に達します。 Al-Mn合金は非時効硬化合金であり、熱処理によって強化することができません。マンガンはアルミニウム合金の再結晶プロセスを防止し、再結晶温度を上昇させ、再結晶粒を大幅に微細化します。再結晶粒の微細化は主に、MnAl6 化合物の分散粒子が再結晶粒の成長を妨げることに起因します。 MnAl6 のもう 1 つの機能は、不純物の鉄を溶解して (Fe, Mn)Al6 を形成し、鉄の有害な影響を軽減することです。マンガンはアルミニウム合金の重要な元素です。単独で添加すると、Al-Mn 二元合金を形成できます。多くの場合、他の合金元素と一緒に添加されます。したがって、ほとんどのアルミニウム合金にはマンガンが含まれています。
亜鉛
アルミニウム中の亜鉛の溶解度は、Al-Zn 合金系の平衡状態図のアルミニウムが豊富な部分の 275 度で 31.6% ですが、125 度では溶解度は 5.6% に低下します。 アルミニウムに亜鉛を単独で添加しても、亜鉛の改善は非常に限られています。変形条件下でのアルミニウム合金の強度。同時に、応力腐食割れが発生する傾向があるため、その用途は制限されます。亜鉛とマグネシウムをアルミニウムに同時に添加すると、合金に顕著な強化効果をもたらす強化相 Mg/Zn2 が形成されます。 Mg/Zn2 含有量を 0.5% から 12% に増加すると、引張強度と降伏強度が大幅に増加します。マグネシウム含有量が Mg/Zn2 相の形成に必要な量を超える超硬アルミニウム合金では、亜鉛とマグネシウムの比率が約 2.7 に制御されると、耐応力腐食割れ性が最大になります。例えば、Al-Zn-Mgに銅元素を添加すると、Al-Zn-Mg-Cu系合金が形成されます。下地強化効果はアルミニウム合金の中で最も大きい。また、航空宇宙、航空産業、電力産業においても重要なアルミニウム合金材料です。
鉄とシリコン
Al-Cu-Mg-Ni-Fe系展伸アルミニウム合金には合金元素として鉄が添加され、Al-Mg-Si系展伸アルミニウム合金、Al-Si系溶接棒およびアルミニウム-シリコン鋳物には合金元素としてシリコンが添加されます。合金。ベースのアルミニウム合金では、シリコンと鉄が一般的な不純物元素であり、合金の特性に大きな影響を与えます。これらは主に FeCl3 と遊離シリコンとして存在します。シリコンが鉄より大きい場合はβ-FeSiAl3（またはFe2Si2Al9）相が形成され、鉄がシリコンより大きい場合はα-Fe2SiAl8（またはFe3Si2Al12）相が形成される。鉄とケイ素の比率が適切でないと鋳物割れの原因となります。鋳造アルミニウム中の鉄含有量が多すぎると、鋳物は脆くなります。
チタンとボロン
チタンはアルミニウム合金に一般的に使用される添加元素で、Al-Ti または Al-Ti-B 母合金の形で添加されます。チタンとアルミニウムは TiAl2 相を形成します。これは結晶化中に非自然核となり、鋳造組織や溶接組織を微細化する役割を果たします。 Al-Ti 合金がパッケージ反応を受ける場合、臨界チタン含有量は約 0.15% です。ホウ素が存在する場合、減速は 0.01% とわずかです。
クロム
クロムは、Al-Mg-Si 系、Al-Mg-Zn 系、および Al-Mg 系合金の一般的な添加元素です。 600℃におけるアルミニウムへのクロムの溶解度は0.8%であり、室温では基本的に不溶です。クロムはアルミニウム中に (CrFe)Al7 や (CrMn)Al12 などの金属間化合物を形成し、再結晶の核生成と成長プロセスを妨げ、合金に一定の強化効果をもたらします。また、合金の靱性を向上させ、応力腐食割れに対する感受性を軽減します。
ただし、この部位により焼入れ感度が上昇し、陽極酸化皮膜が黄色くなります。アルミニウム合金に添加されるクロムの量は、一般に 0.35% を超えず、合金内の遷移元素の増加に伴って減少します。
ストロンチウム
ストロンチウムは、金属間化合物相の挙動を結晶学的に変化させることができる界面活性元素です。したがって、ストロンチウム元素による改質処理により、合金の塑性加工性や最終製品の品質を向上させることができます。ストロンチウムは、有効改質時間が長く、効果が高く、再現性があるため、近年、Al-Si 鋳造合金におけるナトリウムの使用に取って代わりました。押出用アルミニウム合金に0.015%～0.03%のストロンチウムを添加すると、インゴット内のβ-AlFeSi相がα-AlFeSi相に変化し、インゴットの均質化時間が60%～70%短縮され、材料の機械的特性と塑性加工性が向上します。製品の表面粗さを改善します。
高シリコン (10% ～ 13%) の変形アルミニウム合金の場合、0.02% ～ 0.07% のストロンチウム元素を添加すると、初晶を最小限に抑えることができ、機械的特性も大幅に向上します。引張強さ бb は 233MPa から 236MPa に増加し、降伏強さ б0.2 は 204MPa から 210MPa に増加し、伸び б5 は 9% から 12% に増加しました。過共晶 Al-Si 合金にストロンチウムを添加すると、一次シリコン粒子のサイズが小さくなり、塑性加工特性が向上し、スムーズな熱間圧延および冷間圧延が可能になります。
ジルコニウム
ジルコニウムもアルミニウム合金の一般的な添加剤です。一般にアルミニウム合金への添加量は0.1%～0.3%です。ジルコニウムとアルミニウムは ZrAl3 化合物を形成しますが、これが再結晶プロセスを妨げ、再結晶粒を微細化する可能性があります。ジルコニウムも鋳造組織を微細化することができますが、その効果はチタンに比べて小さいです。ジルコニウムの存在は、チタンとホウ素の結晶粒微細化効果を減少させます。 Al-Zn-Mg-Cu合金では、ジルコニウムはクロムやマンガンに比べて焼入れ感度への影響が小さいため、再結晶組織を微細化するにはクロムやマンガンの代わりにジルコニウムを使用することが適切です。
希土類元素
希土類元素は、アルミニウム合金鋳造中の成分の過冷却を増加させ、結晶粒を微細化し、二次結晶間隔を減少させ、合金内のガスおよび介在物を減少させ、介在相を球状化する傾向を与えるために、アルミニウム合金に添加されます。また、溶融物の表面張力を低下させ、流動性を高め、インゴットへの鋳造を容易にすることができ、これはプロセスのパフォーマンスに大きな影響を与えます。各種レアアースは０．１％程度添加するとよい。混合希土類（混合La-Ce-Pr-Ndなど）の添加により、Al-0.65%Mg-0.61%Si合金における時効GPゾーン形成の臨界温度が低下する。マグネシウムを含むアルミニウム合金は、希土類元素の変成作用を刺激する可能性があります。
不純物
バナジウムはアルミニウム合金中で VAl11 耐火性化合物を形成し、溶解および鋳造プロセス中に粒子を微細化する役割を果たしますが、その役割はチタンやジルコニウムに比べて小さいです。バナジウムには、再結晶組織を微細化し、再結晶温度を高める効果もあります。
アルミニウム合金中のカルシウムの固溶度は極めて低く、アルミニウムとCaAl4化合物を形成します。カルシウムはアルミニウム合金の超塑性元素です。約 5% のカルシウムと 5% のマンガンを含むアルミニウム合金には超塑性があります。カルシウムとケイ素はアルミニウムに不溶な CaSi を形成します。シリコンの固溶量が減少するため、工業用純アルミニウムの導電性を若干向上させることができます。カルシウムはアルミニウム合金の切削性能を向上させることができます。 CaSi2 は熱処理によってアルミニウム合金を強化することができません。微量のカルシウムは、溶融アルミニウムから水素を除去するのに役立ちます。
鉛、スズ、ビスマス元素は低融点金属です。アルミニウムへの固溶度は小さいため、合金の強度はわずかに低下しますが、切削性能を向上させることができます。ビスマスは凝固中に膨張するため、供給に有利です。高マグネシウム合金にビスマスを添加すると、ナトリウム脆化を防ぐことができます。
アンチモンは主に鋳造アルミニウム合金の改質剤として使用され、変形アルミニウム合金にはほとんど使用されません。ナトリウム脆化を防ぐために、Al-Mg 変形アルミニウム合金のビスマスのみを置き換えてください。アンチモン元素は、ホットプレスおよびコールドプレスプロセスの性能を向上させるために、一部の Al-Zn-Mg-Cu 合金に添加されています。
ベリリウムは、変形したアルミニウム合金の酸化膜の構造を改善し、溶解および鋳造時の燃焼損失や介在物を低減します。ベリリウムは、人間にアレルギー中毒を引き起こす可能性のある有毒元素です。したがって、食品や飲料と接触するアルミニウム合金にはベリリウムを含めることはできません。溶接材料中のベリリウム含有量は通常 8μg/ml 以下に管理されます。溶接母材として使用されるアルミニウム合金もベリリウム含有量を管理する必要があります。
ナトリウムはアルミニウムにほとんど溶けず、最大固溶度は 0.0025% 未満です。ナトリウムの融点は低く（97.8℃）、合金中にナトリウムが存在すると、凝固中にデンドライト表面または粒界に吸着され、熱間加工中に粒界のナトリウムが液体吸着層を形成します。脆性亀裂、NaAlSi 化合物の形成をもたらし、遊離ナトリウムは存在せず、「ナトリウム脆性」を引き起こしません。
マグネシウムの含有量が2％を超えると、マグネシウムがケイ素を奪い、遊離ナトリウムを析出させ、「ナトリウム脆性」を引き起こします。したがって、高マグネシウムアルミニウム合金にはナトリウム塩フラックスの使用は許可されません。 「ナトリウム脆化」を防ぐ方法には、塩素処理が含まれます。塩素処理によりナトリウムが NaCl を形成し、スラグに排出されます。ビスマスを添加して Na2Bi を形成し、金属マトリックスに侵入します。アンチモンを添加して Na3Sb を形成するか、希土類元素を添加しても同じ効果が得られます。
MAT Aluminium の May Jiang が編集
投稿時刻: 2024 年 8 月 8 日
