Az ötvözetfejlesztés célja
Az alumíniumötvözetek fejlesztése a kémia, a feldolgozás és a hőkezelés ellenőrzött manipulálása a szilárdság, szívósság, korrózióállóság és alakíthatóság cél kombinációjának elérése érdekében. A tiszta alumínium puha és rugalmas; minden kereskedelmi forgalomban kapható ötvözet olyan elemeket ad hozzá, amelyek zavarják a diszlokációs mozgást vagy finomítják a mikrostruktúrát. A mérnöki feladat annak eldöntése, hogy melyik mechanizmus szállítja elfogadható áron a kívánt tulajdonságot, majd rögzítse azt a feldolgozási útvonalat, amely a gyártás során megismételhetővé teszi azt.
Öt mechanizmus uralja a modern gyakorlatot: kicsapásos keményítés, szkandium mikroötvözés, lítium-adalékolás, 6xxx lapos sütőkeményítés és gyors megszilárdítás a magasabb hőmérsékletű{1}}szolgáltatás érdekében.
Csapadék keményedés a 7xxx sorozatban
A Zn{0}}Mg-Cu-ötvözetekben az oldott anyag klaszterei koherens Guinier-Preston-zónákat alkotnak a szobahőmérsékleten történő természetes öregedés után körülbelül 24 órán belül. Ezen ötvözetek standard T6-os útja 2 órán keresztül durván 475 fokos oldatkezelésből, vízzel történő lehűtésből, majd 24 órán keresztül 120 fokos mesterséges öregítésből áll.
A mesterséges öregedés során a metastabil η' fázis, MgZn alapú2, magokat képez és blokkolja a diszlokációs mozgást, ami az erőnövekedést idézi elő. A kompromisszum-klasszikus: a túlöregedett T7 temper a csúcsszilárdság körülbelül 10%-át áldozza fel, hogy jelentősen jobban ellenálljon a feszültség-korróziós repedéseknek, mint az AA7075-T7351 esetében.
| Lépés | Tipikus állapot | Cél |
|---|---|---|
| Természetes öregedés | Szobahőmérséklet, 24 óráig | Összefüggő GP zónákat képez |
| Oldatos kezelés | 475 fok, 2 óra | Oldja az oldható fázisokat |
| Quench | Hideg víz | Megtartja a túltelített szilárd oldatot |
| Mesterséges öregedés | 120 fok, 24 óra | Finom kicsapódás η' (MgZn2) |
| Túl-öregedés | T7 állapotú | Csúcsszilárdságra cseréli a korrózióállóságot |
Az űrrepülési anyagokra vonatkozó előírások általában 28 MPa·m feletti minimális sík{0}}húzási törésállóságot határoznak meg1/2nagy szilárdságú 7xxx lemezben, például AA7150-T7751-ben készült vastag szárny-spar szakaszokhoz. A törési szívósság mérése az ASTM B645 eljárásaival történik, így a követelmény szilárdsági és sérüléstűrési oldala összehasonlítható feltételekkel értékelhető.
Scandium mikroötvözés, szemcsefinomítás és hegeszthetőség
Körülbelül 0,2% szkandium hozzáadása egy alumíniumötvözethez átalakítja az öntött szemcseszerkezetet, és a szemcseméretet körülbelül 500 μm-ről körülbelül 10 μm-re csökkenti. A mechanizmus a koherens Al képződése3Sc nanoprecipitátumok, jellemzően 3-5 nm méretűek, amelyek mind a diszlokációkat, mind a szemcsehatárokat rögzítik, és még magas hőmérsékletű feldolgozás után is ellenállnak az átkristályosodásnak.
A tulajdonságnövekedés nagy a mikroötvöző adalékoknál: az izzított Al-Mg-Sc anyagban a folyáshatár körülbelül 150 MPa-ról körülbelül 350 MPa-ra nő. A Scandium emellett eltávolítja a forró-repedésre való hajlamot a hegeszthető, nagy szilárdságú ötvözetekben, mint például az AA2219, ezért a hegeszthető Al-Cu-Sc változatokat használják a nagy kriogén hajtóanyagtartály kupolákhoz. A korlátozó tényező mindig is a költség volt, és most sok fejlesztési erőfeszítést tesznek a szkandium kinyerésére a folyamat melléktermékeiből és a bányamaradékokból, hogy a hozzáadás gazdaságossá váljon a termékek szélesebb körében.
Lítium hozzáadása és sűrűségcsökkentés
Az alumíniumhoz hozzáadott lítium minden 1%-a körülbelül 3%-kal csökkenti a sűrűséget és növeli a merevséget, ezért a lítium-tartalmú ötvözetek vonzóak a súlykritikus szerkezetekben és a kriogén tartályokban. A körülbelül 1,0 % Li-tartalmú ötvözetek, mint például a 2195-ös család, felváltották a 2219-et az indító-járműtartályokban, és jelentős tömegmegtakarítást eredményeztek járművenként.
| Funkció | Részlet |
|---|---|
| Kicsapódási fázis | T1(Al2CuLi) |
| Öregedés gyakorlata | Duplex: 155 fok 32 óráig, majd 190 fok 24 óráig |
| Olvadásos tisztaság | Vákuumos ív újraolvasztás az oxigén 10 ppm alatti tartására |
| Repülőgép használat | AA2099-T86 lemez és lap törzsburkolatokhoz |
| Megmunkálás | Ásványi-olaj-alapú hűtőfolyadékra van szüksége a lítium reaktivitása miatt |
A duplex öregedéskezelés azért létezik, mert a T1a csapadék lassú, és alacsonyabb hőmérsékleten kell magot képeznie, mielőtt a magasabb-hőmérsékletű lépés a lemezt-csapadékszerűen megnövelné, amely az ötvözet szilárdságának és szívósságának egyensúlyát adja. Ugyanilyen fontos a tiszta olvasztás, mivel a lítium könnyen oxidálódik, és az oxidzárványok repedési iniciátorként működnek.
Bake Hardening a 6xxx sorozatban
Az autókarosszéria panelek Al-Mg-Si-lemezt használnak T4P állapotban, amelyet a fényezőműhelyben alakítottak ki, majd megerősítettek. Mg2A körülbelül 2 x 5 nm-es Si '' tűk kicsapódnak a festési-sütési ciklus során, jellemzően 185 fokon 20 percig, növelve a folyáshatárt ott, ahol a panel már kialakult.
Az AA6016-T4P lap nagyjából 20%-kal nagyobb utósütési szilárdságot- ér el, mint egy kétfázisú acél referencia, például a DP780.
Az elektrobevonat adhéziója attól függ, hogy a vas -szilícium aránya -arányt körülbelül 1,5:1 felett kell tartani, hogy a felületi kémia egyenletes maradjon az előkezelési vonalon keresztül.
Az energiaelnyelésben mért ütközési teljesítmény eléri a körülbelül 15 kJ/kg-ot, szemben a hasonló acélprofilok nagyjából 8 kJ/kg értékével.
A nagyméretű, egy{0}}darabból készült alvázöntvények és a 6xxx ötvözetből készült szerkezeti panelek ugyanazt a kikeményedési utat használják, így a préselési alakíthatóság és az üzemi szilárdság elválik egymástól.
Gyors megszilárdulás és magas{0}}hőmérsékletű ötvözetek
A hagyományos öntött alumíniumötvözetek körülbelül 150 fok felett veszítenek szilárdságukból, mert erősödésük durvábbá válik. A gyors megszilárdulás megkerüli ezt a határt azáltal, hogy termikusan stabil részecskék finom diszperzióját hozza létre. A porlasztásos leválasztás például Al-8,5Fe-1,3V-1,7Si ötvözetet eredményez, amely még mindig eléri a 400 MPa szilárdságát 300 fokon, 10 feletti diszperzoid populációval támogatva.17/m350 nm Al12(Fe,V)3Si részecskék, amelyek ellenállnak a durvulásnak.
Az additív gyártás ugyanezt az ötletet kiterjeszti összetett formákra is. A szelektív lézerolvasztással finom, túltelített cellaszerkezettel és jó méretszabadsággal rendelkező turbófelniket és AlSi10Mg féknyergeket építenek, míg a kompresszorszakaszokhoz kifejlesztett Al-Ce-Mg ötvözetek 250 fok körüli üzemi hőmérsékletet is kibírnak anélkül, hogy elveszítenék diszperziójukat. A tervezők számára a gyakorlati üzenet az, hogy az ötvözetek fejlesztése már nem csupán az olvadékhoz való elemek hozzáadásának kérdése; A porút, a megszilárdulási sebesség és a hőkezelés most egyformán erős karok.
Gyakran Ismételt Kérdések
K: Mi az alumíniumötvözetek csapadékos edzése?
Az öregedés során képződő finoman eloszlatott részecskék erősítik. Az oldott anyagot a kioltással túltelített oldatban tartják, majd GP zónákként és metastabil fázisokként kicsapódnak, amelyek akadályozzák a diszlokáció mozgását.
K: Miért használja a T7 temperamentumot a csúcsidős{1}}T6 helyett?
A T7 túlöregedése a csúcsszilárdság körülbelül 10%-át adja, de nagymértékben javítja a feszültségi-korróziós repedésállóságot és a méretstabilitást, ami a vastag szakaszok esetében fontos tartós terhelés mellett.
K: Mennyi szkandiumra van szükség a szemcseszerkezet finomításához?
Körülbelül 0,2 % általában elegendő ahhoz, hogy az öntött szemcseméretet durván 500 μm-ről körülbelül 10 μm-re csökkentse Al-on keresztül3Sc nanoprecipitátumok 3-5 nm.
K: Miért öregítenek{0}}a lítiumtartalmú ötvözeteket két lépcsőben?
T1(Al2CuLi) kiválása lassú, így a duplex öregítés 155 fokon, majd 190 fokon először magozza ki a fázist, majd növeszti a legjobb szilárdságot és szívósságot biztosító méretre.
K: Milyen korlátok szabják meg az edzett 6xxx lapot a karosszériaelemekben?
A préselési alakíthatóság és a felületi kémia stabilitása az elektromos bevonat adhéziójához, ezért a vas{0}}/-szilícium aránya körülbelül 1,5:1 felett van szabályozva.
K: Melyik mechanizmus teszi lehetővé az alumínium 250 fok feletti kiszolgálását?
Gyors megszilárdulási feldolgozás. Stabil részecskék, például Al sűrű diszperzióját hozza létre12(Fe,V)3Si, amely magas hőmérsékleten ellenáll a durvulásnak.
