Восемь основных элементов, влияющих на характеристики алюминиевых сплавов, — это ванадий, кальций, свинец, олово, висмут, сурьма, бериллий и натрий. В зависимости от предполагаемого использования готового алюминиевого рулона при обработке добавляются различные элементы. Эти примесные элементы из-за их разных температур плавления и разной структуры образуют разные соединения с алюминием и, таким образом, по-разному влияют на характеристики алюминиевого сплава.
1. Элемент Металл: влияние меди.
Медь является важным легирующим элементом и обеспечивает некоторое упрочнение твердого раствора. Кроме того, CuAl2, выделяющийся во время старения, оказывает значительный эффект усиления старения. Содержание меди в алюминиевых пластинах обычно составляет от 2,5% до 5%. Когда содержание меди составляет от 4% до 6,8%, эффект упрочнения является оптимальным, поэтому большинство твердых алюминиевых сплавов имеют содержание меди в этом диапазоне.
2. Элемент Металл: влияние кремния.
Для систем сплавов Al-Mg2Si согласно фазовой диаграмме сплава максимальная растворимость Mg2Si в алюминии составляет 1,85 % и медленно снижается с понижением температуры. В деформированных алюминиевых сплавах кремний сам по себе в основном добавляется в алюминиевые пластины для сварочных материалов, но добавление кремния в алюминий также обеспечивает определенный упрочняющий эффект.
3. Металлические элементы: влияние магния.
Магний оказывает значительное упрочняющее действие на алюминий. На каждый 1% увеличения содержания магния предел прочности увеличивается примерно на 34 МПа. Если добавить менее 1% марганца, это может усилить укрепляющий эффект. Следовательно, после добавления марганца можно снизить содержание магния, что также снижает риск горячего растрескивания. Кроме того, марганец помогает соединениям Mg5Al8 осаждаться более равномерно, улучшая коррозионную стойкость и свариваемость.
4. Металлические элементы: влияние марганца.
Марганец имеет максимальную растворимость 1,82% в твердом растворе. Прочность сплава продолжает увеличиваться по мере растворения большего количества марганца, а удлинение достигает своего пика при 0,8% марганца. Сплавы Al-Mn естественным образом затвердевают-без термической обработки, то есть их нельзя укрепить посредством термической обработки.
5. Металлические элементы: влияние цинка.
В системе сплава Al-Zn растворимость цинка в алюминии составляет 31,6% при 275 градусах в богатой алюминием области равновесной фазовой диаграммы, но падает до 5,6% при 125 градусах. Когда цинк добавляется только к алюминию, его вклад в упрочнение сплава при деформации очень ограничен, а также он имеет тенденцию вызывать коррозионное растрескивание под напряжением, что ограничивает его использование.
6. Металлические элементы: влияние железа и кремния.
В качестве легирующих элементов добавляют железо в кованые алюминиевые сплавы Al-Cu-Mg-Ni-Fe и кремний в кованые алюминиевые сплавы Al-Mg-Si и Al-Si, а также алюминиевые-кремниевые кованые сплавы. В других алюминиевых сплавах кремний и железо являются обычными примесями, которые существенно влияют на свойства сплава. В основном они существуют в виде FeCl3 и свободного кремния. Когда содержание кремния выше, чем железа, образуется фаза -FeSiAl3 (или Fe2Si2Al9), тогда как если содержание железа выше, чем кремния, образуется фаза -Fe2SiAl8 (или Fe3Si2Al12). Неправильное соотношение железа-к-кремния может привести к растрескиванию отливок, а слишком большое количество железа в литом алюминии может сделать отливки хрупкими.
7. Металлические элементы: влияние титана и бора.
Титан — это часто добавляемый элемент в алюминиевые сплавы, обычно добавляемый в виде лигатур Al-Ti или Al-Ti-B. Титан образует фазу TiAl2 с алюминием, служащую центром не-спонтанного зародышеобразования во время кристаллизации и помогающим улучшить кованую и сварную структуру. В сплавах Al-Ti критическое содержание титана для возникновения сверхпроводящей реакции составляет около 0,15%, но при наличии бора оно снижается до 0,01%.
8. Металлические элементы: влияние хрома и стронция.
Хром образует в алюминиевых листах интерметаллические соединения типа (CrFe)Al7 и (CrMn)Al12, которые препятствуют процессам зарождения и роста рекристаллизации. Это обеспечивает некоторое упрочнение сплава, улучшает ударную вязкость сплава и снижает чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Однако это также увеличивает чувствительность к закалке и придает анодированной пленке желтый цвет. Добавка хрома в алюминиевых сплавах обычно не превышает 0,35% и уменьшается по мере увеличения количества переходных элементов в сплаве. Добавление 0,015%–0,03% стронция в алюминиевые сплавы для экструзии преобразует фазу -AlFeSi в литых слитках в китайскую-характерную-фазу -AlFeSi, сокращая время гомогенизации литых слитков на 60–70 %, улучшая механические свойства и пластическую обрабатываемость материала, а также шероховатость поверхности изделий. Для высококремнистых (10–13%) алюминиевых сплавов, деформированных, добавление 0,02–0,07 % стронция позволяет минимизировать первичные кристаллы и значительно улучшить механические свойства: предел прочности σb возрастает с 233 МПа до 236 МПа, предел текучести σ0,2 увеличивается с 204 МПа до 210 МПа, удлинение δ5 увеличивается с 9% до 12%. В заэвтектических сплавах Al-Si добавка стронция может уменьшить размер частиц первичного кремния, улучшить пластическую обрабатываемость и обеспечить плавную горячую и холодную прокатку.
