Alaşım Geliştirmenin Amacı
Alüminyum alaşımı geliştirme, mukavemet, tokluk, korozyon direnci ve şekillendirilebilirliğin hedef kombinasyonuna ulaşmak için kimyanın, işlemenin ve ısıl işlemin kontrollü manipülasyonudur. Saf alüminyum yumuşak ve esnektir; Her ticari alaşım, dislokasyon hareketini engelleyen veya mikro yapıyı iyileştiren elementler ekler. Mühendisliğin görevi, hangi mekanizmanın gerekli özelliği kabul edilebilir maliyetle sağladığına karar vermek, ardından bu mekanizmayı üretimde tekrarlanabilir hale getirecek işleme rotasını belirlemektir.
Modern uygulamalarda beş mekanizma hakimdir: çökeltme sertleştirmesi, skandiyum mikroalaşımı, lityum eklemeleri, 6xxx levhada fırında sertleştirme ve yüksek-sıcaklıkta servis için hızlı katılaştırma.
7xxx Serisinde Yağış Sertleştirmesi
Zn-Mg-Cu alaşımlarında çözünen madde kümeleri, oda sıcaklığında yaklaşık 24 saatlik doğal yaşlanma içinde tutarlı Guinier-Preston bölgelerini oluşturur. Bu alaşımlar için standart T6 yöntemi, yaklaşık 475 derecede 2 saat boyunca çözelti muamelesinden, suyla söndürmeden ve ardından yaklaşık 120 derecede 24 saat boyunca yapay yaşlandırmadan oluşur.
Yapay yaşlandırma sırasında MgZn'ye dayalı yarı kararlı η' fazı2, güç artışını sağlayan dislokasyon hareketini çekirdekleştirir ve engeller. Takas-klasiktir: Aşırı-yaşlanmış T7 temperi, AA7075-T7351'de olduğu gibi stres-korozyon çatlamasına karşı önemli ölçüde daha iyi direnç kazanmak için tepe gücünden yaklaşık %10 feda eder.
| Adım | Tipik durum | Amaç |
|---|---|---|
| Doğal yaşlanma | Oda sıcaklığı, 24 saate kadar | Tutarlı GP bölgeleri oluşturur |
| Çözüm tedavisi | 475 derece, 2 saat | Çözünür fazları çözer |
| söndür | Soğuk su | Aşırı doymuş katı çözeltiyi korur |
| Yapay yaşlanma | 120 derece, 24 saat | İnce η' (MgZn) çökelir2) |
| Aşırı-yaşlanma | T7 durumu | Korozyon direnci için en yüksek gücü takas eder |
Havacılık ve uzay malzemesi spesifikasyonları genellikle minimum düzlem-gerinim kırılma dayanıklılığını 28 MPa·m'nin üzerinde belirler1/2AA7150-T7751 gibi yüksek-mukavemetli 7xxx plakalı kalın kanat-sert bölümleri için. Kırılma tokluğu ASTM B645 prosedürleriyle ölçülür, böylece gereksinimin mukavemet ve hasar toleransı yönleri karşılaştırılabilir şartlarda değerlendirilebilir.
Skandiyum Mikroalaşımı, Tane İnceltme ve Kaynaklanabilirlik
Bir alüminyum alaşımına yaklaşık %0,2 oranında skandiyum eklenmesi, döküm tanecik yapısını dönüştürerek tane boyutunu kabaca 500 μm'den yaklaşık 10 μm'ye düşürür. Mekanizma tutarlı Al oluşumudur3Genellikle 3-5 nm boyutunda Sc nanoçökeltileri, hem dislokasyonları hem de tane sınırlarını sabitler ve yüksek sıcaklıkta işleme sonrasında bile yeniden kristalleşmeye direnç gösterir.
Mikroalaşım ilavesi için özellik kazancı büyüktür: tavlanmış Al-Mg-Sc malzemesinde akma mukavemeti yaklaşık 150 MPa'dan yaklaşık 350 MPa'ya yükselir. Skandiyum aynı zamanda AA2219 gibi kaynaklanabilir yüksek-mukavemetli alaşımlardaki sıcak-çatlama duyarlılığını da ortadan kaldırır, bu nedenle büyük kriyojenik itici tank kubbeleri için kaynaklanabilir Al-Cu-Sc çeşitleri kullanılır. Sınırlayıcı faktör her zaman maliyet olmuştur ve artık daha geniş bir ürün yelpazesinde eklemenin ekonomik olmasını sağlamak için, artık geliştirme çabalarının büyük bir kısmı skandiyumun proses yan ürünlerinden ve maden atıklarından geri kazanılmasına harcanmaktadır.
Lityum İlaveleri ve Yoğunluğun Azaltılması
Alüminyuma eklenen her %1 lityum, yoğunluğu yaklaşık %3 azaltır ve sertliği artırır; bu nedenle, lityum-içeren alaşımlar, ağırlık-kritik yapılar ve kriyojenik tankaj için çekicidir. 2195 ailesi gibi yaklaşık %1,0 Li içeren alaşımlar, fırlatma aracı tankajında 2219'un yerini almış- ve araç başına önemli ağırlık tasarrufu sağlamıştır.
| Özellik | Detay |
|---|---|
| Çökelti fazı | T1(Al2CuLi) |
| Yaşlanma uygulaması | Dubleks: 32 saat boyunca 155 derece, ardından 24 saat boyunca 190 derece |
| Temizliği eritin | Oksijeni 10 ppm'nin altında tutmak için vakumlu ark yeniden eritme |
| Gövde kullanımı | AA2099-T86 gövde kaplamaları için plaka ve levha |
| İşleme | Lityum reaktivitesi nedeniyle mineral-yağ-bazlı soğutuculara ihtiyaç duyar |
Dubleks yaşlanma tedavisi mevcuttur çünkü T1çökelme yavaştır ve daha yüksek-sıcaklık adımı, alaşıma gücünü ve dayanıklılık dengesini veren çökeltiler gibi plakayı-büyütmeden önce, daha düşük sıcaklıkta çekirdeklenmelidir. Lityum kolayca oksitlendiğinden ve oksit kalıntıları çatlak başlatıcı görevi gördüğünden, temiz erime de aynı derecede önemlidir.
6xxx Serisinde Fırında Sertleştirme
Otomotiv gövde panelleri, boyahanede şekillendirilen ve daha sonra güçlendirilen T4P koşulundaki Al-Mg-Si levhayı kullanır. Mg2Yaklaşık 2 x 5 nm boyutundaki Si '' iğneleri, boya-fırınlama döngüsü sırasında, tipik olarak 185 derecede 20 dakika boyunca çökelir ve panelin zaten oluşturulduğu yerde akma mukavemetini artırır.
AA6016-T4P levha, DP780 gibi çift fazlı çelik referansına göre yaklaşık %20 daha yüksek-pişme sonrası mukavemete ulaşır.
Elektrokaplama yapışması demir-/-silikon oranının yaklaşık 1,5:1'in üzerinde tutulmasına bağlıdır, böylece yüzey kimyası ön işlem hattı boyunca tutarlı kalır.
Enerji emilimi yaklaşık 15 kJ/kg'a ulaştığında ölçülen çarpışma performansı, benzer çelik kesitlerde yaklaşık 8 kJ/kg'dır.
Büyük tek-parçalı gövde altı dökümleri ve 6xxx alaşımlarından yapılmış yapısal paneller aynı fırında-sertleştirme rotasını kullanır, böylece preste şekillendirilebilirlik ve hizmetteki dayanıklılık birbirinden ayrılır.
Hızlı Katılaşma ve Yüksek-Sıcaklık Alaşımları
Geleneksel dökme alüminyum alaşımları yaklaşık 150 derecenin üzerinde mukavemetlerini kaybederler çünkü mukavemetleri kabalaşır. Hızlı katılaşma, termal olarak kararlı parçacıkların ince bir dağılımını oluşturarak bu sınırı aşmaktadır. Örneğin sprey biriktirme, 10'un üzerindeki dispersoid popülasyonu tarafından desteklenen, 300 derecede yaklaşık 400 MPa kuvvete ulaşan bir Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si alaşımı üretir.17/m350 nm Al'den12(Fe,V)3Kabalaşmaya direnen Si parçacıkları.
Eklemeli üretim aynı fikri karmaşık şekillere kadar genişletiyor. Seçici lazer eritme, ince, aşırı doymuş hücre yapılarına ve iyi boyutsal özgürlüğe sahip turboşarj tekerlekleri ve AlSi10Mg fren kaliperleri oluşturmak için kullanılırken, kompresör bölümleri için geliştirilen Al-Ce-Mg alaşımları, dağılımlarını kaybetmeden 250 derece civarındaki servis sıcaklıklarına dayanabilir. Tasarımcılar için pratik mesaj, alaşım geliştirmenin artık yalnızca eriyiğe element ekleme meselesi olmadığıdır; toz yolu, katılaşma hızı ve ısıl işlem artık aynı derecede güçlü araçlardır.
Sıkça Sorulan Sorular
S: Alüminyum alaşımlarında çökelme sertleşmesi nedir?
Yaşlanma sırasında oluşan ince dağılmış parçacıklar ile güçlendirilir. Çözünen, söndürme yoluyla aşırı doymuş çözeltide tutulur, daha sonra GP bölgeleri ve dislokasyon hareketini engelleyen yarı kararlı fazlar olarak çökelir.
S: Neden en yüksek-yaşlı T6 yerine T7 temperini kullanalım?
T7'nin aşırı-yaşlandırılması, en yüksek gücün yaklaşık %10'unu kaybeder ancak sürekli yük altındaki kalın kesitler için önemli olan gerilim-korozyon çatlama direncini ve boyutsal kararlılığı büyük ölçüde artırır.
S: Tane yapısını inceltmek için ne kadar skandiyuma ihtiyaç vardır?
Yaklaşık %0,2 genellikle Al-döküm tane boyutunu kabaca 500 μm'den yaklaşık 10 μm'ye düşürmek için yeterlidir.33-5 nm'lik Sc nanoçökeltileri.
S: Lityum-içeren alaşımlar neden iki aşamada yaşlandırılıyor?
T1(Al2CuLi) çökelmesi yavaştır, dolayısıyla 155 derecede, ardından 190 derecede çift yönlü yaşlandırma, önce fazı çekirdeklendirir ve ardından onu en iyi mukavemet ve dayanıklılığı verecek boyuta büyütür.
S: Gövde panellerinde fırınlanmış-sertleştirilmiş 6xxx sacın sınırları nelerdir?
Elektrokaplama yapışması için preste şekillendirilebilirlik ve yüzey kimyasının stabilitesi; demir-/-silikon oranının yaklaşık 1,5:1'in üzerinde kontrol edilmesinin nedeni budur.
Soru: Alüminyumun 250 derecenin üzerinde hizmet vermesini sağlayan mekanizma hangisidir?
Hızlı katılaşma işlemi. Al gibi kararlı parçacıkların yoğun bir dağılımını oluşturur.12(Fe,V)3Si, yüksek sıcaklıkta kabalaşmaya karşı direnç gösterir.
