アルミニウムおよびその合金にはどのような微細組織が見られるか？

鋳造アルミニウム合金の微細組織

アルミニウム・シリコン合金の微細組織

シリコンの質量分率 w_Si は一般的に5%～13%である。これらの低共晶および共晶合金は、熱処理によって強化することはできない。ZL102のような単純な二元Al-Si共晶合金は、鋳造状態においてα＋Si共晶組織を示す。 シリコンは粗大な針状および多角形の結晶として現れる。ナトリウム塩、リン、またはその他の元素による改質により、粗大な共晶シリコンが微細化され、機械的特性および被削性が向上する。.

Al-Si合金には強化元素が比較的少なく、焼入れ温度も共晶点から大きく離れているため、溶体化処理中に過熱が生じることはめったにない。しかし、溶体化温度が高すぎると溶融の兆候が現れ、組織には再溶融した球状組織、粒界溶融、および凝集・粗大化したシリコンが生じる。.

Al-Cu合金の微細組織

銅の質量分率 w_Cu は4%-11%である。これらの合金は、主にθ相を介して熱処理によって強化することができる。Al₂Cu. 少量のマグネシウムおよび亜鉛を添加すると、S相が形成されることがある。Al₂CuMg（T相）およびAlCuZnは、補強材として用いられる。室温および高温域において高い機械的特性を示すため、この系は高強度・耐熱性鋳造アルミニウム合金の基盤となっている。.

Al-Mg合金の微細組織

Al-Mg合金は、アルミニウム合金の中で最も密度が低く、特に電気化学的腐食に対する耐食性が最も高い。焼入れ状態では、組織は単相αである。もしMgが₂Siが存在する場合、その負極電位が低いため、αよりも陽極側となる。したがって、Mgは₂電気化学的腐食が進むにつれてSiが継続的に消費され、最終的に単相のα相表面が残り、腐食が停止する。これらの合金は、鋳造性が悪く、溶解工程が複雑で、高温強度が低い。高マグネシウム含有グレードは、長期間の使用により脆化する可能性があるため、その用途は限定的である。.

Al-Zn合金の微細構造

鋳造直後の状態では、相にはα、シリコン、Mgが含まれる₂Si、および少量の有害な黒色の針状のβ相、Al₉Si₂Fe₂. Mg₂Siは含有量が少ないため、観測が難しい場合が多い。.

展伸アルミニウムおよびその合金の微細組織

商業用純アルミニウムの微細組織

アルミニウムの質量分率 w_Al 商業用純アルミニウムの組成は、一般的に98.80%～99.99%であり、鉄とケイ素が主な不純物相を形成する。鉄およびケイ素の含有量が少ない場合、ケイ素はマトリックスに溶解し、鉄は針状または細長い帯状のAlを形成する。₃Fe。含有量が高くなると、三元化合物が形成される。鉄がケイ素を上回ると、不規則な板状または骨格状のα相、Al₁₂Fe₃Si、結晶形。シリコンが鉄を上回る場合、針状または細長い帯状のβ相、Al₉Si₂Fe₂, フォーム。.

耐食性アルミニウム合金

耐食性アルミニウムには、Al-MnおよびAl-Mg合金系が含まれる。.

Al-Mn合金の微細構造

一般的なグレードは3A21で、主添加元素としてマンガンを含んでいます。その際、 w_Mn > 1.6%、脆性アルミニウムが豊富₆Mn化合物の存在により、この合金は変形時に割れが生じやすくなります。α固溶体やAlに加え、₆Mn、相にはAlが含まれる場合がある₆(FeMn)、T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si）およびβ(Al₉Si₂Fe₂).

Al-Mg合金

焼鈍後、Al-Mg合金は w_Mg < 2%は単相のα固溶体である。マグネシウムが増加するにつれて、β(Al₈Mg₅)が現れる。5% Mgを超えると、その構造はα＋β(Al₈Mg₅)、また延性が低下する。主相としては、α、β(Al₈Mg₅), Al₆Mn、Al₇Cr、およびAl₃Ti、Alなどの不純物相を含む₃Fe、(FeMn)Al₆, 、およびMg₂はい。共晶中のβ相は骨格状であり、エッチング前は薄い灰色に見えます。.

ジュラルミン合金

ジュラルミン合金は熱処理が可能であり、Al-Cu-Mg系およびAl-Cu-Mn系が含まれる。.

Al-Cu-Mg合金の微細組織

Al-Cu-Mg三元系平衡図のアルミニウムが豊富な領域では、凝固によってS(Al)が生成されることがある。₂CuMg)、θ(Al₂Cu）、T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅)、およびα。実際のマグネシウム含有量は比較的低いため、これらの合金はα＋S、α＋θ＋S、あるいはα＋θの相領域に分類される。したがって、主な強化相はθとSの2つである。.

Al-Cu-Mn合金

銅の質量分率は6%～7%に達する。銅とアルミニウムは、強化相Alを形成する。₂Cuは、焼入れおよび人工時効処理後に合金を強化する。その w_Mn = 0.4%-0.5%、微細に分散したT(Al₂CuMn₂) 耐熱性を向上させる。マンガンが過剰になると、T相が増加・粗大化し、相境界が拡大して拡散が促進される。その結果、耐熱性が低下し、溶接時の熱割れ傾向が高まる。.

スーパーデュラルミン合金

一般的なスーパーデュラルミン合金には、α相、MgZn相が含まれている。₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), α + T(Al₂Mg₃Zn₃) 共晶相、および(FeMn)Alなどの不純物相₆ およびMg₂はい。.

アルミニウム合金の鍛造

鍛造用アルミニウム合金は、一般的に2つの系に分類される。.

Al-Mg-Si-Cu合金

銅の含有量が極めて少なく、マグネシウムとケイ素の質量比が1.73の場合、Mg₂Siが形成され、銅はすべてマトリックス中に溶解する。銅含有量が高く、マグネシウム対シリコン比が1.08未満の場合、ω(AlCu₄Mg₅Si₄)が生成され、残りの銅はθ(Al₂Cu）。したがって、Al-Mg-Si合金に銅を添加すると、Mgに加えてω、S、およびθが導入されることになる₂はい。.

Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金

これらの合金は、デュラルミンよりも銅とマグネシウムの含有量が少ないため、S相の含有量が多く、Al₂CuMg。鉄とニッケルはAlを形成する₉FeNiは熱安定性に優れている。過剰な鉄はAlを形成する。₇Cu₂Feの場合、ニッケルが過剰になるとAlCuNiが形成される。.