Jakie mikrostruktury występują w aluminium i jego stopach?

Mikrostruktury stopów odlewowych aluminium

Mikrostruktury stopów Al-Si

Udział masowy krzemu w_Si wynosi zazwyczaj 5%–13%. Tych stopów hipoeutektycznych i eutektycznych nie można utwardzić poprzez obróbkę cieplną. Prosty dwuskładnikowy stop eutektyczny Al–Si, taki jak ZL102, w stanie odlewanym ma strukturę eutektyczną α + Si. Krzem występuje w postaci gruboziarnistych igieł i wielokątów. Modyfikacja za pomocą soli sodowych, fosforu lub innych pierwiastków powoduje rozdrobnienie gruboziarnistego krzemu eutektycznego oraz poprawia właściwości mechaniczne i skrawalność.

Stopy Al-Si zawierają stosunkowo niewiele pierwiastków wzmacniających, a ich temperatura hartowania jest daleka od punktu eutektycznego, dlatego przegrzanie podczas obróbki rozpuszczającej występuje rzadko. Jeśli zbyt wysoka temperatura rozpuszczania spowoduje początkowe topnienie, w strukturze pojawiają się ponownie stopione kulki, topnienie na granicach ziaren oraz aglomerowany, zgrubiały krzem.

Mikrostruktury stopów Al-Cu

Udział masowy miedzi w_Cu to 4%-11%. Stopy te można utwardzać poprzez obróbkę cieplną, głównie poprzez fazę θ, Al₂Cu. Niewielkie dodatki magnezu i cynku mogą powodować powstanie fazy S, Al₂CuMg, czyli faza T, oraz AlCuZn, służące do dodatkowego wzmocnienia. Wysokie właściwości mechaniczne w temperaturze pokojowej i podwyższonej sprawiają, że układ ten stanowi podstawę wysokowytrzymałych, żaroodpornych stopów odlewanych aluminium.

Mikrostruktury stopów Al-Mg

Stopy Al-Mg charakteryzują się najniższą gęstością i najwyższą odpornością na korozję spośród stopów aluminium, zwłaszcza na korozję elektrochemiczną. W stanie hartowanym struktura jest jednofazowa α. Jeśli Mg₂Jeśli obecny jest Si, to jego niższy potencjał elektrodowy sprawia, że jest on anodowy względem α, więc Mg₂W trakcie korozji elektrochemicznej Si jest stale zużywane, aż pozostaje powierzchnia złożona wyłącznie z fazy α, a korozja ustaje. Stopów tych charakteryzują się słabą odlewalnością, skomplikowanym procesem topienia oraz niską wytrzymałością w wysokich temperaturach. Gatunki o wysokiej zawartości magnezu mogą stać się kruche w trakcie długotrwałej eksploatacji, co ogranicza ich zastosowanie.

Mikrostruktury stopów cynku i aluminium

W stanie odlewowym fazy obejmują α, krzem i Mg₂Tak, oraz niewielka ilość szkodliwej, czarnej, igiełkowatej fazy β, Al₉Si₂Fe₂. Mg₂Si jest często trudne do wykrycia ze względu na jego niską zawartość.

Mikrostruktury aluminium do przeróbki plastycznej i jego stopów

Mikrostruktury aluminium o czystości handlowej

Udział masowy aluminium w_Al W przypadku aluminium o czystości handlowej wynosi on zazwyczaj od 98,80% do 99,99%; żelazo i krzem stanowią główne fazy zanieczyszczeń. Przy niskiej zawartości żelaza i krzemu krzem rozpuszcza się w matrycy, a żelazo tworzy igiełkowate lub cienkie pasmowe Al₃Fe. Przy wyższych zawartościach powstają związki trójskładnikowe. Jeśli zawartość żelaza przewyższa zawartość krzemu, powstaje nieregularna faza α o budowie płytkowej lub szkieletowej, Al₁₂Fe₃Tak, formy. Jeśli zawartość krzemu przewyższa zawartość żelaza, powstaje faza β o strukturze igiełkowej lub w postaci cienkich pasków, Al₉Si₂Fe₂, formularze.

Odporne na korozję stopy aluminium

Aluminium odporne na korozję obejmuje układy stopów Al-Mn i Al-Mg.

Mikrostruktury stopów Al-Mn

Powszechnie stosowanym gatunkiem jest 3A21, którego głównym składnikiem dodatkowym jest mangan. Gdy w_Mn > 1.6%, duża zawartość kruchego glinu₆Związki manganu sprawiają, że stop jest podatny na pękanie podczas odkształcania. Oprócz roztworu stałego α oraz Al₆Mn; fazy mogą zawierać Al₆(FeMn), T(Al₂Mn₃Si₂), α(Al₁₂Fe₃Si) oraz β(Al₉Si₂Fe₂).

Stopy Al-Mg

Po wyżarzaniu stop Al-Mg o w_Mg < 2% jest jednofazowym roztworem stałym α. Wraz ze wzrostem zawartości magnezu, β(Al₈Mg₅) pojawia się. Powyżej 5% Mg struktura składa się z α + β(Al₈Mg₅), a plastyczność maleje. Główne fazy mogą obejmować α, β(Al₈Mg₅), Al₆Mn, Al₇Cr oraz Al₃Ti, zawierający fazy zanieczyszczeń, takie jak Al₃Fe, (FeMn)Al₆, oraz Mg₂Tak. Faza β w eutektyce ma strukturę szkieletową i przed wytrawieniem ma kolor jasnoszary.

Stopy duraluminium

Stopy duraluminu poddają się obróbce cieplnej i obejmują układy Al-Cu-Mg oraz Al-Cu-Mn.

Mikrostruktury stopów Al-Cu-Mg

W obszarze diagramu równowagi trójskładnikowego Al-Cu-Mg, bogatym w aluminium, w trakcie krzepnięcia może powstać S(Al₂CuMg), θ(Al₂Cu), T(Al₆CuMg₄), β(Al₈Mg₅) oraz α. Rzeczywista zawartość magnezu jest stosunkowo niska, co powoduje, że stopy te należą do pól fazowych α + S, α + θ + S lub α + θ. Dwiema głównymi fazami wzmacniającymi są zatem φ i S.

Stopy Al-Cu-Mn

Udział masowy miedzi może wynosić od 6% do 7%. Miedź i aluminium tworzą fazę wzmacniającą Al₂Cu, który wzmacnia stop po hartowaniu i sztucznym starzeniu. W w_Mn = 0,4%–0,5%, drobno zdyspergowany T(Al₂CuMn₂) poprawia odporność na wysoką temperaturę. Nadmiar manganu powoduje wzrost i zgrubienie fazy T, co prowadzi do poszerzenia granic fazowych i przyspieszenia dyfuzji. W rezultacie spada odporność na wysoką temperaturę, a wzrasta skłonność do pękania na gorąco podczas spawania.

Stopy superduraluminu

Typowe stopy superduraluminu zawierają α, MgZn₂, T(Al₂Mg₃Zn₃), α + T(Al₂Mg₃Zn₃) eutektyczne oraz fazy zanieczyszczeń, takie jak (FeMn)Al₆ oraz Mg₂Tak.

Kucie stopów aluminium

Stopy aluminium przeznaczone do kucia dzieli się zasadniczo na dwa systemy.

Stopy Al-Mg-Si-Cu

Gdy zawartość miedzi jest bardzo niska, a stosunek mas magnezu do krzemu wynosi 1,73, Mg₂Si przyjmuje postać i cała miedź rozpuszcza się w matrycy. Przy wyższej zawartości miedzi i stosunku magnezu do krzemu poniżej 1,08, ω(AlCu₄Mg₅Si₄) może się tworzyć, a pozostała miedź tworzy θ(Al₂Cu). Dodanie miedzi do stopów Al-Mg-Si może zatem spowodować pojawienie się składników ω, S i θ oprócz Mg₂Tak.

Stopy Al-Cu-Mg-Fe-Ni

Stopów tych zawiera mniej miedzi i magnezu niż duraluminium, a zatem zawierają więcej fazy S, Al₂CuMg. Żelazo i nikiel tworzą Al₉FeNi, który charakteryzuje się dobrą stabilnością termiczną. Nadmiar żelaza tworzy Al₇Cu₂Fe, natomiast nadmiar niklu może tworzyć AlCuNi.