알루미늄과 그 합금에는 어떤 미세구조가 나타나는가?

주조 알루미늄 합금의 미세구조

알루미늄-실리콘 합금의 미세구조

실리콘 질량 분율 w_Si 일반적으로 5%-13%입니다. 이러한 저공융 및 공융 합금은 열처리를 통해 강도를 높일 수 없습니다. ZL102와 같은 단순한 이원계 Al-Si 공융 합금은 주조 상태에서 α + Si 공융 구조를 띱니다. 실리콘은 거친 침상 및 다각형 형태로 나타납니다. 나트륨 염, 인 또는 기타 원소를 첨가하여 개질하면 거친 공융 실리콘이 미세화되어 기계적 특성과 가공성이 향상됩니다.

Al-Si 합금은 강화 원소의 함량이 상대적으로 적고, 담금질 온도가 공융점과는 거리가 멀기 때문에 용체화 처리 중 과열 현상이 드물게 발생합니다. 만약 과도한 용체화 온도로 인해 초기 용융이 발생하면, 조직에 재용융된 구상, 입계 용융, 그리고 응집되어 거칠어진 실리콘이 형성됩니다.

알루미늄-구리 합금의 미세구조

구리의 질량 분율 w_Cu 4%-11%입니다. 이 합금들은 열처리를 통해, 주로 θ 상을 통해 강도를 높일 수 있으며, Al₂Cu. 소량의 마그네슘과 아연을 첨가하면 S 상이 형성될 수 있으며, Al₂보강을 위한 CuMg(T상) 및 AlCuZn. 실온 및 고온에서 뛰어난 기계적 특성을 지닌 이 계는 고강도 내열 주조 알루미늄 합금의 기초가 됩니다.

Al-Mg 합금의 미세구조

Al-Mg 합금은 알루미늄 합금 중 밀도가 가장 낮고, 특히 전기화학적 부식에 대한 내식성이 가장 높습니다. 담금질 상태에서는 구조가 단일 상인 α입니다. 만약 Mg가₂Si가 존재할 경우, 그 음극 전위가 더 낮기 때문에 α보다 양극성이 되므로, Mg는₂전기화학적 부식이 진행되는 동안 Si는 지속적으로 소모되어, 결국 단상 α 표면만 남게 되면 부식이 중단됩니다. 이러한 합금은 주조성이 나쁘고, 용융 공정이 복잡하며, 고온 강도가 낮습니다. 마그네슘 함량이 높은 등급의 경우 장기간 사용 시 취성이 발생할 수 있어 사용이 제한됩니다.

알루미늄-아연 합금의 미세구조

주조 상태에서는 α, 실리콘, Mg 등의 상이 포함된다.₂Si, 그리고 소량의 유해한 바늘 모양의 β 상, Al₉Si₂Fe₂. Mg₂Si는 함량이 낮기 때문에 관측하기가 종종 어렵습니다.

전신 알루미늄 및 그 합금의 미세구조

상업용 순수 알루미늄의 미세구조

알루미늄의 질량 분율 w_알 상업용 순수 알루미늄의 조성은 일반적으로 98.80%-99.99%이며, 철과 규소가 주요 불순물 상을 형성한다. 철과 규소 함량이 낮을 경우, 규소는 기질에 용해되고 철은 바늘 모양 또는 미세한 띠 모양의 Al을 형성한다.₃Fe. 함량이 높아지면 삼원 화합물이 형성된다. 철의 함량이 실리콘을 초과하면 불규칙한 판상 또는 골격상의 α 상이 형성되며, Al₁₂Fe₃네, 형태입니다. 실리콘 함량이 철을 초과하면 바늘 모양이나 가는 띠 모양의 β 상이 나타나며, Al₉Si₂Fe₂, 양식.

내식성 알루미늄 합금

내식성 알루미늄은 Al-Mn 및 Al-Mg 합금 계로 구성된다.

Al-Mn 합금의 미세구조

일반적인 등급은 3A21이며, 망간이 주된 첨가 원소입니다. 이때 w_Mn > 1.6%, 다량의 취성 알루미늄₆Mn 화합물은 합금이 변형 과정에서 균열이 발생하기 쉽게 만듭니다. α 고체 용액과 Al 외에도₆Mn, 상에는 Al이 포함될 수 있음₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si) 및 β(Al₉Si₂Fe₂).

Al-Mg 합금

어닐링 후, 다음 성분을 가진 Al-Mg 합금은 w_Mg < 2%는 단상 α 용질용액이다. 마그네슘 함량이 증가함에 따라, β(Al₈Mg₅)가 나타납니다. 5% Mg 이상에서는 구조가 α + β(Al)로 구성됩니다.₈Mg₅), 그리고 연성이 감소한다. 주요 상으로는 α, β(Al₈Mg₅), 알₆Mn, Al₇Cr 및 Al₃Ti, Al과 같은 불순물 상을 포함하는₃Fe, (FeMn)Al₆, 그리고 Mg₂네. 공융의 β상은 골격 구조를 띠고 있으며, 에칭 전에는 밝은 회색으로 보입니다.

듀랄루민 합금

듀랄루민 합금은 열처리가 가능하며, Al-Cu-Mg 및 Al-Cu-Mn 계를 포함한다.

Al-Cu-Mg 합금의 미세구조

Al-Cu-Mg 삼원 평형 다이어그램에서 알루미늄이 풍부한 모서리 부근에서는, 응고 과정에서 S(Al)이 생성될 수 있다.₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅), 그리고 α. 실제 마그네슘 함량은 비교적 낮아, 합금은 α + S, α + θ + S 또는 α + θ 상 영역에 속한다. 따라서 두 가지 주요 강화상은 θ와 S이다.

Al-Cu-Mn 합금

구리의 질량 분율은 6%-7%에 달할 수 있다. 구리와 알루미늄은 강화 상인 Al을 형성한다.₂Cu는 담금질 및 인위적 노화 처리 후 합금의 강도를 높여줍니다. w_Mn = 0.4%-0.5%, 미세하게 분산된 T(Al₂CuMn₂) 내열성을 향상시킵니다. 망간이 과다하면 T상이 증가하고 입자가 거칠어지며, 이로 인해 상 경계가 확대되고 확산이 가속화됩니다. 그 결과 내열성이 떨어지고 용접 시 고온 균열 발생 경향이 증가합니다.

슈퍼듀랄루민 합금

일반적인 슈퍼듀랄루민 합금에는 α, MgZn이 포함되어 있습니다.₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), α + T(Al₂Mg₃Zn₃) 공융상 및 (FeMn)Al과 같은 불순물 상₆ 그리고 Mg₂네.

알루미늄 합금의 단조

단조용 알루미늄 합금은 일반적으로 두 가지 계열로 나뉩니다.

Al-Mg-Si-Cu 합금

구리 함량이 매우 낮고 마그네슘 대 실리콘의 질량비가 1.73일 때, Mg₂Si가 형성되고 모든 구리가 매트릭스에 용해된다. 구리 함량이 높고 마그네슘 대 실리콘 비율이 1.08 미만일 경우, ω(AlCu₄Mg₅Si₄)가 형성될 수 있으며, 나머지 구리는 θ(Al₂Cu). 따라서 Al-Mg-Si 합금에 구리를 첨가하면 Mg 외에도 ω, S, θ를 도입할 수 있다.₂네.

Al-Cu-Mg-Fe-Ni 합금

이 합금들은 듀랄루민보다 구리와 마그네슘 함량이 적기 때문에 S 상의 함량이 더 많으며, Al₂CuMg. 철과 니켈은 Al을 형성한다₉열적 안정성이 우수한 FeNi. 과잉 철은 Al을 형성한다.₇Cu₂Fe의 경우, 니켈이 과잉일 때는 AlCuNi가 형성될 수 있다.