Care sunt caracteristicile, principalele elemente de aliere și funcțiile aliajelor de aluminiu din seria 2xxx?
(1) Caracteristicile aliajelor de aluminiu din seria 2xxx
Aliajele de aluminiu din seria 2xxX sunt aliaje de aluminiu cu cuprul ca element principal de aliere. Acestea includ aliaje Al-Cu-Mg, aliaje Al-Cu-Mg-Fe-Ni și aliaje Al-Cu-Mn. Aceste aliaje sunt aliaje de aluminiu tratate termic.
Aliajele de aluminiu din seria 2xXX se caracterizează prin rezistență ridicată și sunt de obicei numite aliaje de aluminiu dur. Au o rezistență bună la căldură și proprietăți de prelucrare, dar rezistența la coroziune nu este la fel de bună ca majoritatea celorlalte aliaje de aluminiu. În anumite condiții, se va produce coroziune intergranulară. Prin urmare, placa trebuie adesea acoperită cu un strat de aluminiu pur sau un strat de aliaj de aluminiu din seria 6xXx, care are protecție electrochimică pentru placa de miez pentru a-și îmbunătăți foarte mult rezistența la coroziune. Printre acestea, aliajul Al-Cu-Mg-Fe-Ni are o compoziție chimică și o compoziție de fază extrem de complexe. Are rezistență ridicată la temperatură ridicată și performanță bună a procesului. Este utilizat în principal pentru piesele rezistente la căldură care lucrează sub 150 ~ 250 de grade; deși rezistența la temperatura camerei a aliajului AI-Cu-Mn este mai mică decât cea a aliajului Al-Cu-Mg 2A12 și 2A14, rezistența sa este mai mare decât ambele la 225 ~ 250 de grade sau mai mare. În plus, aliajul are performanțe bune de proces și este ușor de sudat. Este utilizat în principal în piese structurale și forjate sudabile rezistente la căldură. Această serie de aliaje este utilizată pe scară largă în domeniile aviației și aerospațiale.
(2) Principalele elemente de aliere și rolurile acestora
① Principalele tipuri de aliaje ale aliajelor AI-Cu-Mg sunt 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12 etc. Principalele elemente adăugate sunt Cu, Mg și Mn.
Efectele lor asupra aliajelor sunt după cum urmează.
o. Efectul conținutului de Cu și Mg asupra proprietăților mecanice ale aliajelor. Când conținutul de Mg este de 1%~2%, când conținutul de Cu crește de la 1,0% la 4%, rezistența la rupere a aliajului în starea de stingere crește de la 20{{14 }}MPa la 380MPa; rezistența la tracțiune a aliajului în starea naturală de îmbătrânire stinsă crește de la 300MPa la 480MPa. Când conținutul de Cu este în intervalul 1% ~ 4%, când conținutul de Mg crește de la 0,5% la 2,0%, rezistența la tracțiune a aliajului crește; când conținutul de Mg continuă să crească, rezistența aliajului scade.
Rezistența la rupere a aliajului care conține 4,0% Cu și 2,0% Mg este cea mai mare; aliajul care conține 3%~4% Cu și 0.5%~1,3% Mg are cel mai mare efect de stingere și îmbătrânire naturală. Testul arată că rezistența la tracțiune a aliajului ternar AI-Cu-Mg care conține 4% ~ 6% Cu și 1% ~ 2% Mg poate ajunge la 490 ~ 510MPa în stare de stingere și îmbătrânire naturală.
b. Influența conținutului de Cu și Mg asupra rezistenței la căldură a aliajului. Din valorile testului de rezistență la anduranță ale aliajului AI-Cu-Mg care conține 0,6%Mn la 200 grade și 160MPa, se poate se vede că aliajul care conține Cu 3,5%~6% și Mg1,2%~2,0% are cea mai mare rezistență la rezistență. În acest moment, aliajul este situat pe sau în apropierea secțiunii pseudo-binare AI-S (AlCuMg). Aliajul departe de secțiunea pseudo-binară, adică atunci când conținutul de Mg este mai mic de 1,2% și rezistența maximă este mai mare de 2,0%, rezistența sa de anduranță scade. Dacă conținutul de Mg crește la 3,0% sau mai mult, rezistența de rezistență a aliajului va scădea rapid.
Reguli similare au fost obținute în testul la 250 de grade și 100 MPa. Literatura de specialitate arată că aliajul cu cea mai mare rezistență de rezistență la 300 de grade este situat în regiunea fazei +S din dreapta secțiunii binare AI-S cu un conținut mai mare de Mg.
c. Efectul conținutului de Cu și Mg asupra rezistenței la coroziune a aliajelor. Aliajele binare Al-Cu cu conținut de Cu de 3%~5% au rezistență la coroziune foarte scăzută în stare de călire și îmbătrânire naturală. Adăugarea de 0,5%Mg poate reduce potențialul unei soluții solide și poate îmbunătăți parțial rezistența la coroziune a aliajului. Când conținutul de Mg este mai mare de 1,0%, coroziunea locală a aliajului crește, iar alungirea după coroziune scade brusc. Pentru aliajele cu conținut de Cu mai mare de 4,0% și conținut de Mg mai mare de 1,0%, Mg reduce solubilitatea Cu în Al. În stare de stingere, aliajul are faze insolubile de CuAl₂ și S, iar prezența acestor faze accelerează coroziunea. Aliajele cu conținut de Cu de 3%~5% și conținut de Mg de 1%~4% sunt situate în aceeași regiune de fază, iar rezistența lor la coroziune este similară în starea de călire și îmbătrânire naturală. Aliajele din regiunea de fază aS au o rezistență la coroziune mai slabă decât cele din regiunea a-CuAl₂-S. Coroziunea intergranulară este principala tendință de coroziune a aliajelor Al-Cu-Mg.
Mn: Mn este adăugat aliajului Al-Cu-Mg în principal pentru a elimina efectele nocive ale Fe și pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune. Mn poate crește ușor rezistența la temperatura camerei a aliajului, dar reduce plasticitatea. De asemenea, Mn poate întârzia și slăbi procesul de îmbătrânire artificială al aliajului Al-Cu Mg și poate îmbunătăți rezistența la căldură a aliajului. Mn este, de asemenea, unul dintre principalii factori care fac ca aliajul Al-Cu-Mg să aibă efect de extrudare. Adăugarea de Mn este în general mai mică de 1,0%. Dacă conținutul este prea mare, se pot forma compuși grosieri (FeMn)Al6 fragili, reducând plasticitatea aliajului.
d. Cantitatea mică de oligoelemente adăugate aliajelor Al-Cu-Mg includ Ti și Zr, iar impuritățile sunt în principal Fe, Si și Zn etc., iar efectele lor sunt următoarele.
Ti: Adăugarea de Ti în aliaj poate rafina boabele turnate și poate reduce tendința de a forma fisuri în timpul turnării.
Zr: O cantitate mică de Zr are un efect similar cu Ti, rafinând boabele turnate, reducând tendința de fisurare la turnare și sudare și îmbunătățind plasticitatea lingourilor și îmbinărilor sudate. Adăugarea de Zr nu afectează rezistența produselor deformate la rece care conțin aliaje de Mn
Îmbunătățește ușor rezistența aliajelor fără Mn. Si: Pentru aliajele Al-Cu-Mg cu conținut de Mg mai mic de 1,0%, conținutul de Si care depășește 0,5% poate îmbunătăți viteza și rezistența îmbătrânirii artificiale fără a afecta capacitatea naturală de îmbătrânire. Deoarece Si și Mg formează faza Mg2Si, este benefic pentru efectul de îmbătrânire artificială. Cu toate acestea, atunci când conținutul de Mg este crescut la 1,5%, după stingerea îmbătrânirii naturale sau a tratamentului de îmbătrânire artificială, rezistența și rezistența la căldură a aliajului scad odată cu creșterea conținutului de Si. Prin urmare, conținutul de Si ar trebui redus cât mai mult posibil. În plus, creșterea conținutului de Si va crește tendința aliajelor precum 2A12 și 2A06 de a forma fisuri în timpul turnării și va reduce plasticitatea în timpul niturii. Prin urmare, conținutul de Si din aliaj este în general limitat la mai puțin de 0,5%. Pentru aliajele care necesită plasticitate mare, conținutul de Si ar trebui să fie mai mic.
Fe: Fe și Al formează compuși FeAl3 și se dizolvă în compuși formați din elemente precum Cu, Mn și Si. Acești compuși grosieri care nu se dizolvă în soluția solidă reduc plasticitatea aliajului, iar aliajul este predispus la fisurare în timpul deformării. Și efectul de întărire este redus semnificativ. O cantitate mică de Fe (mai puțin de 0,25%) are un efect redus asupra proprietăților mecanice ale aliajului, îmbunătățește tendința de formare a fisurilor în timpul turnării și sudării, dar reduce rata naturală de îmbătrânire. Pentru a obține materiale foarte plastice, conținutul de Fe și Si din aliaj ar trebui să fie cât mai scăzut posibil.
Zn: O cantitate mică de Zn ({{0}}.1%~0.5%) are un efect redus asupra proprietăților mecanice la temperatura camerei ale aliajelor Al-Cu-Mg, dar reduce rezistența la căldură a aliajului. Conținutul de Zn din aliaj trebuie limitat la mai puțin de 0,3%.
② Aliaj Al-Cu-Mg-Fe-Ni Principalele tipuri de aliaje ale acestei serii de aliaje sunt 2A70, 2A80, 2A90 etc.Rolul fiecărui element de aliaj este următorul.
Cu și Mg: influența conținutului de Cu și Mg asupra rezistenței la temperatura camerei și a rezistenței la căldură a aliajelor de mai sus este similară cu cea a aliajului AI-Cu-Mg. Deoarece conținutul de Cu și Mg din această serie de aliaje este mai mic decât cel al aliajului AI-Cu-Mg, aliajul este situat în regiunea bifazată a+ S (AlCuMg), astfel încât aliajul are rezistență mai mare la temperatura camerei și căldură bună. rezistenţă; în plus, atunci când conținutul de Cu este scăzut, soluția solidă cu concentrație scăzută are o mică tendință de a se descompune, ceea ce este benefic pentru rezistența la căldură a aliajului.
Ni: Ni și Cu din aliaj pot forma un compus ternar insolubil. Când conținutul de Ni este scăzut, se formează (AICuNi), iar când conținutul de Ni este ridicat, se formează Al3(CuNi)2. Prin urmare, prezența Ni poate reduce concentrația de Cu în soluția solidă. Rezultatele măsurătorilor constantei rețelei în starea de stingere dovedesc, de asemenea, epuizarea atomilor de solut de Cu în soluția solidă de aliaj. Când conținutul de Fe este foarte scăzut, creșterea conținutului de Ni poate reduce duritatea aliajului și poate reduce efectul de întărire al aliajului.
Fe: Ca și Ni, Fe poate reduce și concentrația de Cu în soluția solidă. Când conținutul de nichel este foarte scăzut, duritatea aliajului scade semnificativ la început odată cu creșterea conținutului de Fe, dar când conținutul de Fe atinge o anumită valoare, acesta începe să crească din nou.
Ni și Fe: Când Fe și Ni se adaugă la aliajul AICu2.2Mg1.65 în același timp, caracteristicile de schimbare a durității în timpul călirii îmbătrânirii naturale, călirii îmbătrânirii artificiale, călirii și recoacerii sunt similare, iar o valoare maximă apare la poziția unde conținuturile de Ni și Fe sunt similare, iar constanta rețelei în starea de stingere apare o valoare minimă în acest punct.
Când conținutul de Fe din aliaj este mai mare decât conținutul de Ni, va apărea faza Al7Cu2Fe. Dimpotrivă, atunci când conținutul de Ni din aliaj este mai mare decât conținutul de Fe, va apărea faza AlCuNi. Apariția fazei ternare de mai sus care conține Cu reduce conținutul de Cu din soluția solidă. Numai când conținutul de Fe și Ni este egal, sunt generate toate fazele AlgFeNi. În acest caz, deoarece nu există exces de Fe sau Ni pentru a forma o fază insolubilă care conține Cu, Cu din aliaj nu numai că formează faza S (Al2CuMg), dar crește și concentrația de Cu în soluția solidă, care este benefică pentru îmbunătățirea rezistenței aliajului și a rezistenței sale la căldură.
Conținutul de Fe și Ni poate afecta rezistența la căldură a aliajului. Faza AlgFeNi este un compus dur și fragil cu foarte puțină solubilitate în Al. După forjare și tratament termic, atunci când sunt dispersate și distribuite în structură, pot îmbunătăți semnificativ rezistența la căldură a aliajului. De exemplu, aliajul AICu2.2Mg1.65 conține 1,0% Ni, iar aliajul cu 0,7%~0,9% Fe are cea mai mare valoare a rezistenței de durată.
Si: Adăugarea de 0,5% până la 1,2% Si la aliajul 2A80 îmbunătățește rezistența la temperatura camerei a aliajului, dar reduce rezistența la căldură a aliajului.
Adăugarea de {{0}},02%~0,1% Ti la aliajul Ti:2A70 rafinează boabele turnate și îmbunătățește performanța procesului de forjare, care este benefică pentru rezistența la căldură, dar are un efect redus asupra performanței la temperatura camerei.
③ Aliaj Al-Cu-Mn. Principalele tipuri de aliaje ale acestei serii de aliaje sunt 2A16, 2A17 etc.
Funcțiile principalelor elemente de aliere sunt următoarele.
Cu: La temperatura camerei și la temperatură ridicată, pe măsură ce conținutul de Cu crește, rezistența aliajului crește. Când conținutul de Cu atinge 5.0%, rezistența aliajului este aproape de valoarea maximă. În plus, Cu poate îmbunătăți performanța de sudare a aliajului.
Mn: Mn este principalul element de îmbunătățire a aliajului rezistent la căldură. Mărește energia de activare a atomilor din soluția solidă, reduce coeficientul de difuzie al atomilor de soluție și viteza de descompunere a soluției solide. Când soluția solidă se descompune, procesul de formare și creștere a fazei precipitate T (Al2oCu2Mn3) este, de asemenea, foarte lent, astfel încât aliajul este, de asemenea, foarte stabil când este încălzit mult timp la o anumită temperatură ridicată. Adăugarea de Mn adecvat (0.6%~0.8%) poate îmbunătăți rezistența la temperatura camerei și rezistența de rezistență a aliajului în starea de călire și de îmbătrânire naturală. Cu toate acestea, dacă conținutul de Mn este prea mare, faza T crește, interfața crește, efectul de difuzie este accelerat și rezistența la căldură a aliajului este redusă. În plus, Mn poate reduce și tendința de fisurare în timpul sudării aliajelor.
Oligoelementele adăugate aliajului Al-Cu-Mn sunt Mg, Ti și Zr, în timp ce principalele elemente de impuritate sunt Fe, Si, Zn etc., iar efectele lor sunt următoarele.
Mg: Când conținutul de Cu și Mn din aliajul 2A16 rămâne neschimbat, se adaugă 0,25%~0,45% Mg pentru a forma aliajul 2A17. Mg poate îmbunătăți rezistența la temperatura camerei a aliajului și poate îmbunătăți rezistența la căldură sub 150~225 grade . Cu toate acestea, atunci când temperatura crește și mai mult, rezistența aliajului scade semnificativ. Cu toate acestea, adăugarea de Mg poate deteriora performanța de sudare a aliajului, astfel încât în aliajul 2A16 utilizat pentru sudarea rezistentă la căldură, conținutul de impurități Mg nu trebuie să depășească 0.05%. Ti: Ti poate rafina boabele turnate, crește temperatura de recristalizare a aliajului, reduce tendința de descompunere a soluției solide suprasaturate și stabilizează structura aliajului la temperatură ridicată. Cu toate acestea, când conținutul de Ti este mai mare de {{20}},3%, se generează compuși TiAls grosier în formă de ac, ceea ce reduce rezistența la căldură a aliajului. Conținutul de Ti al aliajului este specificat a fi 0,1%~0,2%. Zr: Când se adaugă 0,1% ~ 0,25% Zr la aliajul 2219, boabele pot fi rafinate, iar temperatura de recristalizare și stabilitatea soluției solide a aliajului pot fi crescute, îmbunătățind astfel rezistența la căldură a aliajului și îmbunătățind sudabilitatea aliajul și plasticitatea sudurii. Cu toate acestea, atunci când conținutul de Zr este mare, pot fi generați compuși mai fragili ZrAl3.
Fe: Când conținutul de Fe din aliaj depășește {{0}},45%, se formează o fază insolubilă AlCu2Fe, care poate reduce proprietățile mecanice ale aliajului în starea de călire și îmbătrânire și rezistența de anduranță la 300 de grade. Prin urmare, conținutul de Fe ar trebui limitat la mai puțin de 0,3%.
Si: O cantitate mică de Si ({{0}},4%) nu are un efect evident asupra proprietăților mecanice la temperatura camerei, dar reduce rezistența de rezistență la 3{00 grade . Când conținutul de Si depășește 0,4%, proprietățile mecanice ale aliajului la temperatura camerei vor fi reduse. Prin urmare, conținutul de Si este limitat la mai puțin de 0,3%.
Zn: O cantitate mică de Zn ({{0}},3%) nu are niciun efect asupra proprietăților la temperatura camerei ale aliajului, dar poate accelera viteza de difuzie a Cu în Al și poate reduce rezistența de anduranță a aliajul la 300 de grade, deci este limitat la mai puțin de 0,1%.
Care sunt tipurile și utilizările aliajelor de aluminiu din seria 2xxx?
Aliaj 2011
Tipuri: tuburi de trefilare, bare prelucrate la rece, fire prelucrate la rece
Aplicații: șuruburi și produse prelucrate care necesită performanțe bune de tăiere
Aliaj 2014
Tipuri: plăci, plăci groase, tuburi trase, tuburi extrudate, bare, profile, fire, bare prelucrate la rece, fire prelucrate la rece, forjate
Aplicații: utilizat în aplicații care necesită rezistență și duritate ridicate (inclusiv temperaturi ridicate). Piesele forjate grele, plăcile groase și materialele extrudate sunt utilizate pentru piesele structurale ale aeronavelor, rezervoarele de combustibil din prima etapă pentru rachete în mai multe etape și piese pentru nave spațiale, roți, cadre de camioane și părți ale sistemului de suspensie
Aliaj 2017
Tipuri: plăci, profile extrudate, bare prelucrate la rece, sârme prelucrate la rece, fire de nituri, forjate
Aplicații: Este primul aliaj din seria 2XXX aplicat industrial. Domeniul său de aplicare actual este relativ îngust, în principal nituri, piese de mașini generale, avioane, nave, transport, piese structurale de construcții, piese structurale pentru vehicule de transport, elice și accesorii
Aliaj 2024
Soiuri: Plăci, plăci groase, tuburi trase, tuburi extrudate, profile, bare, fire, bare prelucrate la rece, fire prelucrate la rece, fire de nit
Aplicații: Structuri de aeronave (piei, rame, nervuri, pereți, etc.), nituri, componente de rachete, roți de camioane, componente de elice și alte diferite părți structurale
Aliaj 2036
Soiuri: foi de caroserie auto
Aplicații: Piese din tablă de caroserie auto
Aliaj 2048
Soiuri: farfurii
Aplicații: părți structurale aerospațiale și părți structurale de arme
Aliaj 2117
Soiuri: Bare și fire prelucrate la rece, fire de nituri
Aplicații: Folosit ca nituri pentru piesele structurale cu temperaturi de lucru care nu depășesc 100 de grade
Aliaj 2124
Soiuri: farfurii groase
Aplicații: Piese structurale aerospațiale
Aliaj 2218
Soiuri: forjate, folii
Aplicații: pistoane pentru motoare de aeronave și motor diesel, chiulase de motoare de aeronave, rotoare pentru motoare cu reacție și inele de compresor
Aliaj 2219
Soiuri: plăci, plăci groase, folii, tuburi extrudate, profile, bare, fire, bare prelucrate la rece, forjate
Aplicații: rezervoare de oxidare și rezervoare de combustibil pentru sudarea rachetei spațiale, piese și piese structurale de aeronave supersonice, temperatură de funcționare -270~300 de grade . Sudabilitate bună, rezistență ridicată la rupere, rezistență ridicată la fisurarea prin coroziune sub tensiune în stare T8
Aliaj 2319
Varietate: Sârmă
Aplicație: Tije de sudură și lipire de umplutură pentru sudarea aliajului 2219
Aliaj 2618
Varietate: plăci groase, bare extrudate, forjate și forjate
Aplicație: cilindrii motorului și alte piese, precum și piese rezistente la căldură care necesită lucru la 150 ~ 250 de grade. Plăcile groase sunt folosite ca piei de aeronave, bare, forjare a matrițelor și forjare libere sunt folosite pentru a face pistoane, aviație
Aliaj 2A01
Varietate: Bare și fire prelucrate la rece, fire de nituri
Aplicație: Folosit ca nituri pentru părțile structurale cu temperaturi de lucru care nu depășesc 100 de grade
Aliaj 2A02
Varietate: bare, forjate
Aplicație: palete compresoare axiale, rotoare și discuri ale motoarelor cu turboreacție cu temperaturi de lucru de 200 ~ 300 de grade
Aliaj 2A04
Varietate: fire de nituri
Aplicație: Folosit pentru a face nituri pentru părți structurale cu temperatură de lucru de 120 ~ 250 de grade
Aliaj 2A06
Varietate: placă, profil extrudat, sârmă de nit
Aplicație: Piese structurale pentru aeronave cu temperatură de lucru de 150 ~ 250 de grade și nituri structurale pentru aeronave cu temperatură de lucru de 125 ~ 250 de grade
Aliaj 2A10
Varietate: Sârmă cu nituri
Aplicație: aliaj de rezistență mai mare decât 2A01, utilizat pentru fabricarea niturilor structurale aeronavelor cu temperatură de lucru mai mică sau egală cu 100 de grade
Aliaj 2A50
Varietate: forjate, bare, plăci
Aplicație: Piese de rezistență medie cu forme complexe
Aliaj 2B50
Soi: forjare
Aplicație: roată compresorul motorului de aeronave, roată de ghidare, ventilator, rotor etc.
Aliaj 2A90
Varietate: Bare extrudate, forjate și forjate
Aplicație: Piesele motoarelor de aeronave și alte piese cu temperatură ridicată de lucru, elementele forjate din aliaj sunt înlocuite treptat cu 2A70