Quali microstrutture si riscontrano nell'alluminio e nelle sue leghe?

Microstrutture delle leghe di alluminio fuso

Microstrutture delle leghe Al-Si

La frazione in massa di silicio w_Si è generalmente 5%-13%. Queste leghe ipoeutettiche ed eutettiche non possono essere indurite mediante trattamento termico. Una semplice lega eutettica binaria Al-Si, come la ZL102, presenta una struttura eutettica α + Si allo stato di colata. Il silicio si presenta sotto forma di aghi grossolani e poligoni. La modifica con sali di sodio, fosforo o altri elementi affina il silicio eutettico grossolano e migliora le proprietà meccaniche e la lavorabilità.

Le leghe Al-Si contengono una quantità relativamente esigua di elementi indurenti e la loro temperatura di tempra è ben lontana dal punto eutettico; pertanto, il surriscaldamento è un fenomeno raro durante il trattamento di solubilizzazione. Se una temperatura di solubilizzazione eccessiva provoca una fusione incipiente, nella struttura si formano globuli rifusi, fusione ai bordi dei grani e silicio agglomerato e ingrossato.

Microstrutture delle leghe Al-Cu

La frazione in massa di rame w_Cu è 4%-11%. Queste leghe possono essere indurite mediante trattamento termico, principalmente attraverso la fase θ, Al₂Cu. Piccole aggiunte di magnesio e zinco possono dare origine alla fase S, Al₂CuMg, o fase T, AlCuZn, per un ulteriore rinforzo. Le elevate proprietà meccaniche a temperatura ambiente e a temperature elevate rendono questo sistema la base per leghe di alluminio fuso ad alta resistenza e resistenti al calore.

Microstrutture delle leghe di alluminio-magnesio

Le leghe Al-Mg presentano la densità più bassa e la massima resistenza alla corrosione tra le leghe di alluminio, in particolare contro la corrosione elettrochimica. Allo stato di tempra, la struttura è monofasica α. Se Mg₂Se è presente, il suo potenziale elettrodico inferiore lo rende anodico rispetto ad α, quindi Mg₂Durante la corrosione elettrochimica, il Si viene continuamente consumato fino a quando non rimane una superficie monofasica α e la corrosione si arresta. Queste leghe presentano scarsa colabilità, un processo di fusione complesso e bassa resistenza a caldo. I gradi ad alto contenuto di magnesio possono diventare fragili durante un lungo periodo di utilizzo, limitandone l'impiego.

Microstrutture delle leghe di zinco-alluminio

Allo stato di fusione, le fasi presenti sono: α, silicio, Mg₂Sì, e una piccola quantità di fase β nera, nociva e simile ad aghi, Al₉Si₂Fe₂. Mg₂Il Si è spesso difficile da rilevare a causa del suo basso contenuto.

Microstrutture dell’alluminio lavorato e delle sue leghe

Microstrutture dell'alluminio commercialmente puro

La frazione in massa dell'alluminio w_Al L'alluminio commercialmente puro ha generalmente una composizione compresa tra 98,80% e 99,99%; il ferro e il silicio costituiscono le principali fasi di impurità. A bassi tenori di ferro e silicio, il silicio si dissolve nella matrice mentre il ferro forma aghi o sottili strisce di Al₃Fe. A tenori più elevati si formano composti ternari. Se il ferro supera il silicio, si forma una fase α irregolare, a forma di placca o scheletrica, Al₁₂Fe₃Sì, le forme. Se il silicio supera il ferro, si forma la fase β aghiforme o a strisce sottili, Al₉Si₂Fe₂, moduli.

Leghe di alluminio resistenti alla corrosione

L'alluminio resistente alla corrosione comprende i sistemi di leghe Al-Mn e Al-Mg.

Microstrutture delle leghe Al-Mn

Una qualità comune è la 3A21, con il manganese come principale elemento d'aggiunta. Quando w_Mn > 1.6%, abbondante Al fragile₆I composti di Mn rendono la lega soggetta a fessurazione durante la deformazione. Oltre alla soluzione solida α e all’Al₆Mn; le fasi possono includere Al₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si) e β(Al₉Si₂Fe₂).

Leghe di alluminio-magnesio

Dopo il ricottura, una lega di Al-Mg con w_Mg < 2% è una soluzione solida monofasica di tipo α. All’aumentare del magnesio, β(Al₈Mg₅) appare. Al di sopra di 5% Mg, la struttura è costituita da α + β(Al₈Mg₅), e la duttilità diminuisce. Le fasi principali possono includere α, β(Al₈Mg₅), Al₆Mn, Al₇Cr e Al₃Ti, con fasi di impurità quali Al₃Fe, (FeMn)Al₆, e Mg₂Sì. La fase β nell'eutettico è scheletrica e, prima dell'incisione, appare di colore grigio chiaro.

Leghe di duralluminio

Le leghe di duralluminio sono trattabili termicamente e comprendono i sistemi Al-Cu-Mg e Al-Cu-Mn.

Microstrutture delle leghe Al-Cu-Mg

Nell'angolo ricco di alluminio del diagramma ternario di equilibrio Al-Cu-Mg, la solidificazione può produrre S(Al₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅), e α. I tenori effettivi di magnesio sono relativamente bassi, il che colloca le leghe nei campi di fase α + S, α + θ + S o α + θ. Le due principali fasi di rinforzo sono quindi θ e S.

Leghe di Al-Cu-Mn

La frazione massica di rame può raggiungere il 6%-7%. Il rame e l'alluminio formano la fase di rinforzo Al₂Cu, che rafforza la lega dopo la tempra e l’invecchiamento artificiale. A w_Mn = 0,4%-0,5%, T(Al finemente disperso₂CuMn₂) migliora la resistenza al calore. Un eccesso di manganese aumenta e rende più grossolana la fase T, allargando i confini di fase e accelerando la diffusione. La resistenza al calore diminuisce quindi e aumenta la tendenza alla formazione di cricche a caldo durante la saldatura.

Leghe di super-duraluminio

Le leghe comuni di superduraluminio contengono α, MgZn₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), un α + T(Al₂Mg₃Zn₃) eutettiche e fasi di impurità quali (FeMn)Al₆ e Mg₂Sì.

Forgiatura delle leghe di alluminio

Le leghe di alluminio per forgiatura si dividono generalmente in due sistemi.

Leghe Al-Mg-Si-Cu

Quando il contenuto di rame è molto basso e il rapporto di massa magnesio/silicio è pari a 1,73, Mg₂Si si forma e tutto il rame si dissolve nella matrice. A tenori di rame più elevati e con un rapporto magnesio/silicio inferiore a 1,08, ω(AlCu₄Mg₅Si₄) può formarsi, mentre il rame rimanente forma θ(Al₂Cu). L’aggiunta di rame alle leghe Al-Mg-Si può quindi introdurre ω, S e θ oltre al Mg₂Sì.

Leghe di Al-Cu-Mg-Fe-Ni

Queste leghe contengono meno rame e magnesio rispetto al duralluminio e, di conseguenza, presentano una maggiore quantità di fase S, Al₂CuMg. Il ferro e il nichel formano l'Al₉Il FeNi, che presenta una buona stabilità termica. Il ferro in eccesso forma Al₇Cu₂Fe, mentre un eccesso di nichel può formare AlCuNi.