(1) Característiques dels aliatges d'alumini de la sèrie 7xxx
Els aliatges d'alumini de la sèrie 7XXx són aliatges d'alumini amb Zn com a element d'aliatge principal i són aliatges d'alumini tractables tèrmicament. Quan s'afegeix Mg a l'aliatge, es converteix en aliatge Al-Zn-Mg. L'aliatge té bones propietats de deformació tèrmica i un ampli rang d'extinció. En condicions de tractament tèrmic adequades, pot obtenir una alta resistència i bones propietats de soldadura. Generalment té una bona resistència a la corrosió i una certa tendència a la corrosió per estrès. És un aliatge d'alumini soldable d'alta resistència. L'aliatge Al-Zn-Mg-Cu es desenvolupa sobre la base de l'aliatge Al-Zn-Mg afegint Cu. La seva resistència és superior a la dels aliatges d'alumini de la sèrie 2X. Generalment s'anomena aliatge d'alumini d'alta resistència. La resistència a la fluència de l'aliatge és propera a la resistència a la tracció, la relació de resistència a la fluència és alta i la resistència específica també és alta, però la plasticitat i la resistència a alta temperatura són baixes. És adequat per a peces estructurals de càrrega utilitzades a temperatura ambient i per sota dels 120 graus. L'aliatge és fàcil de processar i té una bona resistència a la corrosió i una alta tenacitat. Aquesta sèrie d'aliatges s'utilitzen àmpliament en els camps de l'aviació i l'aeroespacial, i s'han convertit en un dels materials estructurals més importants en aquest camp.
(2) Elements d'aliatge i elements d'impuresa i les seves funcions
① L'aliatge Al-Zn-Mg Zn i Mg són els principals elements d'aliatge de l'aliatge Al-Zn-Mg, i el seu contingut generalment no supera el 7,5%.
Zn i Mg: a mesura que augmenta el contingut de Zn i Mg de l'aliatge, la seva resistència a la tracció i l'efecte del tractament tèrmic generalment augmenten en conseqüència. La tendència a la corrosió per tensió de l'aliatge està relacionada amb la suma del contingut de Zn i Mg. Per als aliatges amb alt Mg i baix Zn o alt Zn i baix Mg, sempre que la suma del contingut de Zn i Mg no sigui superior al 7%, l'aliatge té una bona resistència a la corrosió per estrès. La tendència a les esquerdes de soldadura de l'aliatge disminueix amb l'augment del contingut de Mg.
Les traces d'elements afegits als aliatges Al-Zn-Mg inclouen Mn, Cr, Cu, Zr i Ti, i les impureses principals inclouen Fe i Si.
Mn i Cr: afegir Mn i Cr pot millorar la resistència a la corrosió per estrès de l'aliatge. El contingut de Mn és del 0,2%~
Amb un {{0}},4%, l'efecte és significatiu. L'efecte d'afegir Cr és més gran que d'afegir Mn. Si s'afegeixen Mn i Cr al mateix temps, l'efecte de reduir la tendència a la corrosió per estrès serà millor. La quantitat adequada de Cr afegit és 0,1%~0,2%.
Zr: Zr pot millorar significativament la soldabilitat dels aliatges A{{0}}Zn-Mg. Quan s'afegeix 0.2% Zr a l'aliatge AlZn5Mg3Cu0.35Cr{0.35, les esquerdes de soldadura es redueixen significativament. Zr també pot augmentar la temperatura final de recristal·lització de l'aliatge. A l'aliatge AlZn4,5Mg1,8Mn0.6, quan el contingut de Zr és superior al 0,2%, la temperatura final de recristal·lització de l'aliatge és superior a 500 graus. Per tant, el material encara conserva la seva resistència després de l'extinció. Teixit deformat. L'addició del 0,1% al 0,2% de Zr als aliatges d'Al-Zn-Mg que contenen Mn també pot millorar la resistència a la corrosió per estrès de l'aliatge, però Zr té un efecte menor que el Cr.
Ti: afegir Ti a l'aliatge pot refinar la mida del gra de l'aliatge en estat de fosa i millorar la soldabilitat de l'aliatge, però el seu efecte és inferior al de Zr. Si s'afegeixen Ti i Zr al mateix temps, l'efecte és millor. A l'aliatge AlZn5Mg3Cr0.3Cu{0.3 amb un contingut de Ti de 0,12%, quan el contingut de Zr supera 0},15%, l'aliatge té un bon soldabilitat i allargament, i pot aconseguir el mateix efecte que quan s'afegeix més de 0,2% Zr sol. Ti també pot augmentar la temperatura de recristal·lització de l'aliatge.
Cu: afegir una petita quantitat de Cu als aliatges Al-Zn-Mg pot millorar la resistència a la corrosió per estrès i la resistència a la tracció. Tanmateix, la soldabilitat de l'aliatge es redueix.
Fe: Fe pot reduir la resistència a la corrosió i les propietats mecàniques de l'aliatge, especialment per als aliatges amb un alt contingut de Mn. Per tant, el contingut de Fe ha de ser el més baix possible i el seu contingut s'hauria de limitar a menys de 0,3%.
Si: Si pot reduir la resistència de l'aliatge, reduir lleugerament el rendiment de flexió i augmentar la tendència a les esquerdes de soldadura. El contingut de Si a l'aliatge s'hauria de limitar a menys de 0,3%.
② Aliatge Al-Zn-Mg-Cu L'aliatge Al-Zn-Mg-Cu és un aliatge amb tractament tèrmic. Els principals elements de reforç són Zn i Mg. El Cu també té un cert efecte d'enfortiment, però la seva funció principal és millorar la resistència a la corrosió del material.
Zn i Mg: Zn i Mg són els principals elements de reforç. Quan coexisteixen, formaran fases η (MgZn2) i T (Al2Mg2Zn3). La fase η i la fase T tenen una gran solubilitat en AI i canvien dràsticament amb l'augment i la baixada de la temperatura. La solubilitat de MgZn₂ a la temperatura eutèctica és del 28%, que es redueix al 4% ~ 5% a temperatura ambient. Té un fort efecte d'enfortiment de l'envelliment. L'augment del contingut de Zn i Mg pot millorar molt la resistència i la duresa, però reduirà la plasticitat, la resistència a la corrosió per estrès i la tenacitat a la fractura.
Cu: quan Zn/Mg és superior a 2,2 i el contingut de Cu és superior al Mg, Cu i altres elements poden produir una fase S (CuMgAlz) reforçada per augmentar la resistència de l'aliatge, però en el cas contrari, la possibilitat de la l'existència de la fase S és molt petita. El Cu pot reduir la diferència de potencial entre el límit del gra i el intragranular, i també pot canviar l'estructura de la fase de precipitat i refinar la fase de precipitació del límit del gra, però té poc efecte en l'amplada de la zona de no precipitació del límit del gra. Pot inhibir la tendència d'esquerdes intergranulars, millorant així la resistència a la corrosió per estrès de l'aliatge. Tanmateix, quan el contingut de Cu és superior al 3%, la resistència a la corrosió de l'aliatge es deteriora. El Cu pot augmentar la sobresaturació de l'aliatge, accelerar el procés d'envelliment artificial de l'aliatge entre 100 i 200 graus C, ampliar el rang de temperatura estable de la zona GP i millorar la resistència a la tracció, la plasticitat i la resistència a la fatiga. En el rang on el contingut de Cu no és massa alt, la resistència a la fatiga de la tensió cíclica i la tenacitat a la fractura augmenten amb l'augment del contingut de Cu, i la taxa de creixement de les esquerdes es redueix al medi corrosiu, però l'addició de Cu té una tendència. per produir corrosió intergranular i corrosió per picada. L'efecte del Cu sobre la tenacitat a la fractura està relacionat amb la relació Zn/Mg. Quan la proporció és petita, com més gran sigui el contingut de Cu, pitjor serà la duresa; quan la proporció és gran, fins i tot si el contingut de Cu és alt, la duresa encara és molt bona.
També hi ha una petita quantitat d'elements traça com ara Mn, Cr, Zr, V, Ti, B a l'aliatge. Fe i Si són impureses nocives a l'aliatge i les seves interaccions són les següents.
Mn, Cr: afegir una petita quantitat d'elements de transició com ara Mn i Cr té un efecte significatiu en l'estructura i les propietats de l'aliatge. Aquests elements poden produir partícules disperses durant el recuit d'homogeneïtzació del lingot, evitar la migració de dislocacions i límits de gra, augmentant així la temperatura de recristal·lització, evitant eficaçment el creixement dels grans, refinant els grans i assegurant que l'estructura romangui sense recristal·litzar o parcialment recristal·litzada després. treball en calent i tractament tèrmic, de manera que es millora la resistència alhora que té una millor resistència a la corrosió per estrès. Pel que fa a la millora de la resistència a la corrosió per estrès, afegir Cr és millor que afegir Mn.
Zr: Recentment, hi ha hagut una tendència a substituir Cr i Mn per Zr. Zr pot augmentar molt la temperatura de recristal·lització de l'aliatge. Tant si es tracta de deformació en calent com en fred, es pot obtenir una estructura no recristal·litzada després del tractament tèrmic. Zr també pot millorar l'enduribilitat de l'aliatge, la soldabilitat, la tenacitat a la fractura, la resistència a la corrosió per estrès, etc. Zr és un oligoelement additiu molt prometedor en aliatges Al-Zn-Mg-Cu.
Ti i B: Ti i B poden refinar els grans de l'aliatge en estat de fosa i augmentar la temperatura de recristal·lització de l'aliatge.
Fe i Si: Fe i Si són impureses nocives inevitables en aliatges d'alumini 7XxX, que provenen principalment de matèries primeres, així com d'eines i equips utilitzats en fosa i fosa. Aquestes impureses existeixen principalment en forma de FeAl dur i fràgil: i Si lliure. Aquestes impureses també poden formar compostos gruixuts com ara (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) amb Mn i Cr. FeAl3 té l'efecte de refinar els grans, però té un major impacte en la resistència a la corrosió. A mesura que augmenta el contingut de la fase insoluble, també augmenta la fracció de volum de la fase insoluble. Aquestes segones fases insolubles es trencaran i s'allargaran durant la deformació, donant lloc a una estructura en bandes, i les partícules es disposen en línia recta al llarg de la direcció de deformació. Atès que les partícules d'impureses es distribueixen a l'interior dels grans o als límits dels grans, durant la deformació plàstica, es produeixen porus en alguns límits partícules-matrius, donant lloc a microesquerdes, que es converteixen en l'origen de macroesquerdes. A més, té una gran influència en la taxa de creixement de les esquerdes de fatiga. Té un cert efecte de reduir la plasticitat local durant la destrucció. L'augment del nombre d'impureses escurça la distància entre partícules, reduint així la fluïdesa de la deformació plàstica al voltant de la punta de l'esquerda. Com que la fase que conté Fe i Si és difícil de dissoldre a temperatura ambient, juga un paper d'osca i es converteix fàcilment en una font d'esquerdes, fent que el material es trenqui, la qual cosa té un efecte molt advers sobre l'allargament, especialment la duresa a la fractura del aliatge. Per tant, quan es dissenyen i es produeixen nous aliatges, el contingut de Fe i Si es controla estrictament. A més d'utilitzar matèries primeres metàl·liques d'alta puresa, també es prenen algunes mesures durant el procés de fusió i fosa per evitar que aquests dos elements es barregin a l'aliatge.