Quines són les característiques, els principals elements d'aliatge i les funcions dels aliatges d'alumini de la sèrie 2xxx?
(1) Característiques dels aliatges d'alumini de la sèrie 2xxx
Els aliatges d'alumini de la sèrie 2xxX són aliatges d'alumini amb el coure com a element d'aliatge principal. Inclou aliatges Al-Cu-Mg, aliatges Al-Cu-Mg-Fe-Ni i aliatges Al-Cu-Mn. Aquests aliatges són aliatges d'alumini tractats tèrmicament.
Els aliatges d'alumini de la sèrie 2xXX es caracteritzen per una gran resistència i solen anomenar-se aliatges d'alumini dur. Tenen una bona resistència a la calor i propietats de processament, però la seva resistència a la corrosió no és tan bona com la majoria dels altres aliatges d'alumini. En determinades condicions, es produirà corrosió intergranular. Per tant, sovint s'ha de recobrir la placa amb una capa d'alumini pur o una capa d'aliatge d'alumini de la sèrie 6xXx que tingui protecció electroquímica per a la placa central per millorar considerablement la seva resistència a la corrosió. Entre ells, l'aliatge Al-Cu-Mg-Fe-Ni té una composició química i una composició de fase extremadament complexes. Té una gran resistència a alta temperatura i un bon rendiment del procés. S'utilitza principalment per a peces resistents a la calor que treballen per sota de 150 ~ 250 graus; tot i que la resistència a la temperatura ambient de l'aliatge AI-Cu-Mn és inferior a la de l'aliatge Al-Cu-Mg 2A12 i 2A14, la seva resistència és més alta que ambdós a 225 ~ 250 graus o més. A més, l'aliatge té un bon rendiment de procés i és fàcil de soldar. S'utilitza principalment en peces estructurals soldables i forjades resistents a la calor. Aquesta sèrie d'aliatges s'utilitza àmpliament en els camps de l'aviació i aeroespacial.
(2) Principals elements d'aliatge i les seves funcions
①Els principals graus d'aliatge dels aliatges AI-Cu-Mg són 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12, etc. Els principals elements afegits són Cu, Mg i Mn.
Els seus efectes sobre els aliatges són els següents.
a. Efecte del contingut de Cu i Mg sobre les propietats mecàniques dels aliatges. Quan el contingut de Mg és de l'1% ~ 2%, quan el contingut de Cu augmenta de l'1,0% al 4%, la resistència a la tracció de l'aliatge en estat apagat augmenta de 20{{14 }}MPa a 380MPa; la resistència a la tracció de l'aliatge en l'estat d'envelliment natural apagat augmenta de 300MPa a 480MPa. Quan el contingut de Cu està en el rang de l'1% ~ 4%, quan el contingut de Mg augmenta del 0,5% al 2,0%, la resistència a la tracció de l'aliatge augmenta; quan el contingut de Mg continua augmentant, la resistència de l'aliatge disminueix.
La resistència a la tracció de l'aliatge que conté 4,0% Cu i 2,0% Mg és la més alta; l'aliatge que conté 3% ~ 4% Cu i 0.5% ~ 1,3% Mg té el major efecte d'apagat i envelliment natural. La prova mostra que la resistència a la tracció de l'aliatge ternari AI-Cu-Mg que conté 4% ~ 6% Cu i 1% ~ 2% Mg pot arribar als 490 ~ 510MPa en l'estat d'extinció i envelliment natural.
b. La influència del contingut de Cu i Mg en la resistència a la calor de l'aliatge. A partir dels valors de la prova de resistència de l'aliatge AI-Cu-Mg que conté 0,6% Mn a 200 graus i 160MPa de tensió, es pot veureu que l'aliatge que conté Cu 3,5% ~ 6% i Mg1,2% ~ 2,0% té la resistència més alta. En aquest moment, l'aliatge es troba sobre o prop de la secció pseudobinària AI-S (AlCuMg). L'aliatge s'allunya de la secció pseudobinària, és a dir, quan el contingut de Mg és inferior a l'1,2% i la resistència màxima és superior al 2,0%, la seva resistència disminueix. Si el contingut de Mg augmenta a un 3,0% o més, la resistència de l'aliatge disminuirà ràpidament.
Es van obtenir regles similars a la prova a 250 graus i una tensió de 100 MPa. La literatura assenyala que l'aliatge amb la resistència més alta a 300 graus es troba a la regió de fase + S a la dreta de la secció binària AI-S amb un contingut de Mg més alt.
c. Efecte del contingut de Cu i Mg sobre la resistència a la corrosió dels aliatges. Els aliatges binaris d'Al-Cu amb un contingut de Cu del 3% al 5% tenen una resistència a la corrosió molt baixa en estat d'extinció i envelliment natural. L'addició de 0,5%Mg pot reduir el potencial d'una solució sòlida i millorar parcialment la resistència a la corrosió de l'aliatge. Quan el contingut de Mg és superior a l'1,0%, la corrosió local de l'aliatge augmenta i l'allargament després de la corrosió disminueix bruscament. Per als aliatges amb un contingut de Cu superior al 4,0% i un contingut de Mg superior a l'1,0%, el Mg redueix la solubilitat del Cu en Al. En estat apagat, l'aliatge té fases insolubles de CuAl₂ i S, i la presència d'aquestes fases accelera la corrosió. Els aliatges amb un contingut de Cu d'un 3% ~ 5% i un contingut de Mg d'un 1% ~ 4% es troben a la mateixa regió de fase, i la seva resistència a la corrosió és similar en l'estat d'extinció i envelliment natural. Els aliatges de la regió de fase aS tenen una resistència a la corrosió més pobre que els de la regió a-CuAl₂-S. La corrosió intergranular és la principal tendència a la corrosió dels aliatges Al-Cu-Mg.
Mn: S'afegeix Mn a l'aliatge Al-Cu-Mg principalment per eliminar els efectes nocius del Fe i millorar la resistència a la corrosió. Mn pot augmentar lleugerament la resistència a la temperatura ambient de l'aliatge, però reduir la plasticitat. El Mn també pot retardar i debilitar el procés d'envelliment artificial de l'aliatge Al-Cu Mg i millorar la resistència a la calor de l'aliatge. El Mn també és un dels principals factors que fan que l'aliatge Al-Cu-Mg tingui efecte d'extrusió. L'addició de Mn és generalment inferior a l'1,0%. Si el contingut és massa alt, es poden formar compostos fràgils (FeMn)Al6 gruixuts, reduint la plasticitat de l'aliatge.
d. La petita quantitat d'elements traça afegits als aliatges Al-Cu-Mg inclouen Ti i Zr, i les impureses són principalment Fe, Si i Zn, etc., i els seus efectes són els següents.
Ti: afegir Ti a l'aliatge pot refinar els grans de fosa i reduir la tendència a formar esquerdes durant la fosa.
Zr: una petita quantitat de Zr té un efecte similar al de Ti, perfeccionant els grans colats, reduint la tendència a esquerdar-se en la fosa i la soldadura i millorant la plasticitat dels lingots i les juntes soldades. L'addició de Zr no afecta la resistència dels productes deformats en fred que contenen aliatges de Mn
Millora lleugerament la resistència dels aliatges lliures de Mn. Si: per als aliatges d'Al-Cu-Mg amb un contingut de Mg inferior a l'1.0%, el contingut de Si superior al 0.5% pot millorar la velocitat i la força de l'envelliment artificial sense afectar la capacitat d'envelliment natural. Com que Si i Mg formen la fase Mg2Si, és beneficiós per a l'efecte d'envelliment artificial. Tanmateix, quan el contingut de Mg augmenta a l'1,5%, després d'apagar l'envelliment natural o el tractament d'envelliment artificial, la força i la resistència a la calor de l'aliatge disminueixen amb l'augment del contingut de Si. Per tant, el contingut de Si s'ha de reduir tant com sigui possible. A més, l'augment del contingut de Si augmentarà la tendència dels aliatges com el 2A12 i el 2A06 a formar esquerdes durant la fosa i reduirà la plasticitat durant el reblat. Per tant, el contingut de Si en l'aliatge es limita generalment a menys del 0,5%. Per als aliatges que requereixen una alta plasticitat, el contingut de Si hauria de ser menor.
Fe: Fe i Al formen compostos FeAl3 i es dissolen en compostos formats per elements com Cu, Mn i Si. Aquests compostos gruixuts que no es dissolen a la solució sòlida redueixen la plasticitat de l'aliatge i l'aliatge és propens a esquerdar-se durant la deformació. I l'efecte d'enfortiment es redueix significativament. Una petita quantitat de Fe (menys de 0,25%) té poc efecte sobre les propietats mecàniques de l'aliatge, millora la tendència a la formació d'esquerdes durant la fosa i la soldadura, però redueix la taxa d'envelliment natural. Per obtenir materials altament plàstics, el contingut de Fe i Si de l'aliatge ha de ser el més baix possible.
Zn: una petita quantitat de Zn ({{0}},1%~0,5%) té poc efecte sobre les propietats mecàniques a temperatura ambient dels aliatges Al-Cu-Mg, però redueix la resistència a la calor de l'aliatge. El contingut de Zn de l'aliatge s'ha de limitar a menys del 0,3%.
② Aliatge Al-Cu-Mg-Fe-Ni Els principals graus d'aliatge d'aquesta sèrie d'aliatges són 2A70, 2A80, 2A90, etc.El paper de cada element d'aliatge és el següent.
Cu i Mg: la influència del contingut de Cu i Mg en la resistència a la temperatura ambient i la resistència a la calor dels aliatges anteriors és similar a la de l'aliatge AI-Cu-Mg. Com que el contingut de Cu i Mg d'aquesta sèrie d'aliatges és inferior al de l'aliatge AI-Cu-Mg, l'aliatge es troba a la regió bifàsica a+ S (AlCuMg), de manera que l'aliatge té una resistència a la temperatura ambient més alta i una bona calor resistència; a més, quan el contingut de Cu és baix, la solució sòlida de baixa concentració té una petita tendència a descompondre's, cosa que és beneficiosa per a la resistència a la calor de l'aliatge.
Ni: Ni i Cu de l'aliatge poden formar un compost ternari insoluble. Quan el contingut de Ni és baix, es forma (AICuNi), i quan el contingut de Ni és alt, es forma Al3(CuNi)2. Per tant, la presència de Ni pot reduir la concentració de Cu a la solució sòlida. Els resultats de la mesura de la constant de gelosia en estat apagat també demostren l'esgotament dels àtoms de solut de Cu a la solució sòlida d'aliatge. Quan el contingut de Fe és molt baix, l'augment del contingut de Ni pot reduir la duresa de l'aliatge i reduir l'efecte de reforç de l'aliatge.
Fe: Igual que Ni, Fe també pot reduir la concentració de Cu a la solució sòlida. Quan el contingut de níquel és molt baix, la duresa de l'aliatge disminueix significativament al principi amb l'augment del contingut de Fe, però quan el contingut de Fe arriba a un cert valor, comença a augmentar de nou.
Ni i Fe: quan s'afegeixen Fe i Ni a l'aliatge AICu2.2Mg1.65 al mateix temps, les característiques de canvi de duresa sota l'envelliment natural, l'envelliment artificial, l'extinció i el recuit són similars i apareix un valor màxim a la posició. on els continguts de Ni i Fe són similars i la constant de gelosia en estat d'extinció apareix com un valor mínim en aquest punt.
Quan el contingut de Fe de l'aliatge és superior al contingut de Ni, apareixerà la fase Al7Cu2Fe. Per contra, quan el contingut de Ni en l'aliatge és superior al contingut de Fe, apareixerà la fase AlCuNi. L'aparició de la fase ternària que conté Cu anterior redueix el contingut de Cu a la solució sòlida. Només quan els continguts de Fe i Ni són iguals, es generen totes les fases AlgFeNi. En aquest cas, com que no hi ha excés de Fe o Ni per formar una fase insoluble que conté Cu, el Cu de l'aliatge no només forma la fase S (Al2CuMg), sinó que també augmenta la concentració de Cu a la solució sòlida, que és beneficiós per millorar la resistència de l'aliatge i la seva resistència a la calor.
El contingut de Fe i Ni pot afectar la resistència a la calor de l'aliatge. La fase AlgFeNi és un compost dur i trencadís amb molt poca solubilitat en Al. Després de la forja i el tractament tèrmic, quan es dispersen i es distribueixen a l'estructura, poden millorar significativament la resistència a la calor de l'aliatge. Per exemple, l'aliatge AICu2.2Mg1.65 conté 1,0% Ni i l'aliatge amb 0,7%~0,9% Fe té el valor de resistència més alt.
Si: afegir 0,5% a 1,2% Si a l'aliatge 2A80 millora la resistència a la temperatura ambient de l'aliatge, però redueix la resistència a la calor de l'aliatge.
L'addició de {{0}},02% ~ 0,1% de Ti a l'aliatge Ti:2A70 perfecciona els grans de fosa i millora el rendiment del procés de forja, que és beneficiós per a la resistència a la calor, però té poc efecte en el rendiment a temperatura ambient.
③ Aliatge Al-Cu-Mn. Els principals graus d'aliatge d'aquesta sèrie d'aliatges són 2A16, 2A17, etc.
Les funcions dels principals elements d'aliatge són les següents.
Cu: a temperatura ambient i alta temperatura, a mesura que augmenta el contingut de Cu, augmenta la resistència de l'aliatge. Quan el contingut de Cu arriba al 5.0%, la resistència de l'aliatge s'aproxima al valor màxim. A més, el Cu pot millorar el rendiment de soldadura de l'aliatge.
Mn: Mn és l'element principal per millorar l'aliatge resistent a la calor. Augmenta l'energia d'activació dels àtoms de la solució sòlida, redueix el coeficient de difusió dels àtoms de solut i la velocitat de descomposició de la solució sòlida. Quan la solució sòlida es descompon, el procés de formació i creixement de la fase precipitada T (Al2oCu2Mn3) també és molt lent, de manera que l'aliatge també és molt estable quan s'escalfa durant molt de temps a una temperatura determinada. L'addició de Mn adequat (0.6% ~ 0.8%) pot millorar la resistència a la temperatura ambient i la resistència de l'aliatge en l'estat d'extinció i envelliment natural. Tanmateix, si el contingut de Mn és massa alt, la fase T augmenta, la interfície augmenta, l'efecte de difusió s'accelera i la resistència a la calor de l'aliatge es redueix. A més, el Mn també pot reduir la tendència a les esquerdes durant la soldadura d'aliatges.
Els oligoelements afegits a l'aliatge Al-Cu-Mn són Mg, Ti i Zr, mentre que els principals elements d'impuresa són Fe, Si, Zn, etc., i els seus efectes són els següents.
Mg: quan el contingut de Cu i Mn de l'aliatge 2A16 es manté sense canvis, s'afegeix 0,25%~{0,45% Mg per formar l'aliatge 2A17. El magnesi pot millorar la resistència a la temperatura ambient de l'aliatge i millorar la resistència a la calor per sota dels 15 0~225 graus. Tanmateix, quan la temperatura augmenta encara més, la resistència de l'aliatge disminueix significativament. Tanmateix, l'addició de Mg pot deteriorar el rendiment de soldadura de l'aliatge, de manera que en l'aliatge 2A16 utilitzat per a la soldadura resistent a la calor, el contingut d'impuresa Mg no hauria de superar el 0.05%. Ti: Ti pot refinar els grans de fosa, augmentar la temperatura de recristal·lització de l'aliatge, reduir la tendència a la descomposició de la solució sòlida sobresaturada i estabilitzar l'estructura de l'aliatge a alta temperatura. Tanmateix, quan el contingut de Ti és superior al {{20}},3%, es generen compostos de TiAls en forma d'agulla gruixudes, que redueixen la resistència a la calor de l'aliatge. El contingut de Ti de l'aliatge s'especifica com a 0,1%~0,2%. Zr: quan s'afegeix un 0,1% ~ 0,25% de Zr a l'aliatge 2219, els grans es poden refinar i es pot augmentar la temperatura de recristal·lització i l'estabilitat de la solució sòlida de l'aliatge, millorant així la resistència a la calor de l'aliatge i millorant la soldabilitat de l'aliatge. l'aliatge i la plasticitat de la soldadura. Tanmateix, quan el contingut de Zr és alt, es poden generar compostos més trencadissos ZrAl3.
Fe: quan el contingut de Fe de l'aliatge supera el {{0}}.45%, es forma una fase insoluble AlCu2Fe, que pot reduir les propietats mecàniques de l'aliatge en l'estat d'apagat i envelliment i la resistència a la resistència a 300 graus. Per tant, el contingut de Fe s'hauria de limitar a menys del 0,3%.
Si: una petita quantitat de Si ({{0}},4%) no té cap efecte evident sobre les propietats mecàniques de la temperatura ambient, però redueix la força de resistència a 300 graus. Quan el contingut de Si supera el 0,4%, es reduiran les propietats mecàniques de l'aliatge a temperatura ambient. Per tant, el contingut de Si es limita a menys del 0,3%.
Zn: una petita quantitat de Zn ({{0}},3%) no té cap efecte sobre les propietats de la temperatura ambient de l'aliatge, però pot accelerar la velocitat de difusió de Cu en Al i reduir la resistència de l'aliatge a 300 graus, de manera que està limitat a menys del 0,1%.
Quins són els tipus i usos dels aliatges d'alumini de la sèrie 2xxx?
Aliatge 2011
Tipus: tubs de trefilatge, barres treballades en fred, filferros treballats en fred
Aplicacions: cargols i productes mecanitzats que requereixen un bon rendiment de tall
Aliatge 2014
Tipus: plaques, plaques gruixudes, tubs estirats, tubs extruïts, barres, perfils, filferros, barres treballades en fred, filferros treballats en fred, forja
Aplicacions: s'utilitza en aplicacions que requereixen una gran resistència i duresa (incloses les altes temperatures). Els forjats pesats, les plaques gruixudes i els materials extruïts s'utilitzen per a peces estructurals d'avions, dipòsits de combustible de primera etapa de coets multietapa i peces de naus espacials, rodes, bastidors de camions i peces del sistema de suspensió.
Aliatge 2017
Tipus: plaques, perfils extrusats, barres treballades en fred, filferros treballats en fred, filferros de reblons, forjades
Aplicacions: És el primer aliatge de la sèrie 2XXX que s'aplica industrialment. El seu rang d'aplicació actual és relativament estret, principalment reblons, peces de maquinària general, avions, vaixells, transport, peces estructurals de construcció, peces estructurals de vehicles de transport, hèlixs i accessoris.
Aliatge 2024
Varietats: plaques, plaques gruixudes, tubs estirats, tubs extruïts, perfils, barres, filferros, barres treballades en fred, filferros treballats en fred, filferros reblons
Aplicacions: estructures d'aeronaus (pells, marcs, costelles, mampares, etc.), reblons, components de míssils, rodes de camions, components d'hèlix i altres peces estructurals diverses.
Aliatge 2036
Varietats: xapes de carrosseria d'automoció
Aplicacions: peces de xapa de carrosseria d'automòbils
Aliatge 2048
Varietats: Plats
Aplicacions: peces estructurals aeroespacials i peces estructurals d'armes
Aliatge 2117
Varietats: Barres i filferros treballats en fred, filferros de reblons
Aplicacions: S'utilitza com a reblons per a peces estructurals amb temperatures de treball que no superin els 100 graus
Aliatge 2124
Varietats: Plats gruixuts
Aplicacions: peces estructurals aeroespacials
Aliatge 2218
Varietats: Forjades, làmines
Aplicacions: pistons de motor d'avió i motor dièsel, culatas de motor d'avió, impulsors de motor a reacció i anells de compressor
Aliatge 2219
Varietats: Planxes, plaques gruixudes, làmines, tubs extruïts, perfils, barres, filferros, barres treballades en fred, forjades
Aplicacions: dipòsits oxidants de soldadura de coets espacials i dipòsits de combustible, pells d'avions supersònics i peces estructurals, temperatura de funcionament -270~300 graus. Bona soldabilitat, alta tenacitat a la fractura, alta resistència a l'esquerda per corrosió per tensió en estat T8
Aliatge 2319
Varietat: Filferro
Aplicació: varetes de soldadura i soldadura de farciment per soldar aliatge 2219
Aliatge 2618
Varietat: Plaques gruixudes, barres extrusionades, forjades i forjades
Aplicació: cilindres del motor i altres peces, així com peces resistents a la calor que requereixen treballar a 150 ~ 250 graus. Les plaques gruixudes s'utilitzen com a pells d'avions, barres, forjades de matriu i forjades lliures s'utilitzen per fabricar pistons, aviació
Aliatge 2A01
Varietat: barres i filferros treballats en fred, filferros de reblons
Aplicació: S'utilitza com a reblons per a peces estructurals amb temperatures de treball que no superin els 100 graus
Aliatge 2A02
Varietat: Barres, forja
Aplicació: pales de compressors axials, impulsors i discos de motors turborreactors amb temperatures de treball de 200 ~ 300 graus
Aliatge 2A04
Varietat: Fils de rebló
Aplicació: S'utilitza per fer reblons per a peces estructurals amb una temperatura de treball de 120 ~ 250 graus
Aliatge 2A06
Varietat: Placa, perfil extruït, filferro rebló
Aplicació: peces estructurals d'avions amb una temperatura de treball de 150 ~ 250 graus i reblons estructurals d'avions amb una temperatura de treball de 125 ~ 250 graus
Aliatge 2A10
Varietat: fil de rebló
Aplicació: aliatge de major resistència que 2A01, utilitzat per fabricar reblons estructurals d'avions amb una temperatura de treball inferior o igual a 100 graus
Aliatge 2A50
Varietat: Forjades, barres, plaques
Aplicació: peces de resistència mitjana amb formes complexes
Aliatge 2B50
Varietat: Forjades
Aplicació: Roda del compressor del motor d'avions, roda guia, ventilador, impulsor, etc.
Aliatge 2A90
Varietat: Barres extrusionades, forjades i forjades
Aplicació: peces de motor d'avions i altres peces amb alta temperatura de treball, les forges d'aliatge es substitueixen gradualment per 2A70