Stop aluminiowo-magnezowy

Stopy aluminiowo-magnezowe ( AlMg ) to stopy aluminium - tj. Stopy składające się głównie z aluminium - zawierające magnez jako główny pierwiastek stopowy . Większość standardowych stopów nadal zawiera niewielkie ilości manganu ( AlMg (Mn) ).

Ten artykuł dotyczy wyłącznie czystych stopów AlMg i stopów AlMg (Mn), które należą do stopów o średniej wytrzymałości, naturalnie twardych (których nie można utwardzać obróbką cieplną) i są znormalizowane w serii 5000. Do hartowania stopy aluminium z magnezem jako główny składnik stopowy jest nie omówione tutaj:

• Stopy aluminiowo-magnezowo-miedziowe (AlMgCu)
• Stopy aluminiowo-magnezowo-krzemowe (AlMgSi, seria 6000)

Aplikacje i przetwarzanie

Stopy AlMg należą do najważniejszych materiałów konstrukcyjnych do stopów aluminium. Można je łatwo formować na zimno , tj. Poddawać obróbce przez walcowanie i kucie , i są łatwe do spawania przy zawartości co najmniej 3% Mg. AlMg rzadko jest przetwarzany przez wytłaczanie , ponieważ w profilach wytłaczanych należy unikać późniejszych zmian wytrzymałości.

Większość stopu AlMg są przetwarzane w produkty walcowane, jak również rur, prętów, drutów oraz otwartej formie albo kute elementy . Część jest również przetwarzana na wytłaczane profile o prostych przekrojach.

Ze względu na dobrą odporność na korozję i wysoką wytrzymałość w niskich temperaturach, AlMg jest stosowany w przemyśle stoczniowym , w budowie aparatury do aparatury chemicznej i rurociągów, w technice chłodniczej i samochodach . Dobra spawalność jest kluczowa przy stosowaniu w budowie samolotów , również z dodatkami skandu i cyrkonu dla lepszej spawalności.

Rozpuszczalność magnezu i fazy

Rozpuszczalność magnezu z aluminium jest bardzo wysoka i wynosi maksymalnie od 14% do 17% w temperaturze 450 ° C, w zależności od literaturze. Przy 34,5% występuje eutektyka z Al ₈ Mg ₅ (czasami nazywana również Al ₃ Mg ₂ ), fazą międzymetaliczną ( fazą). Rozpuszczalność Mg gwałtownie spada wraz ze spadkiem temperatury: w 100 ° C nadal wynosi 2%, w temperaturze pokojowej 0,2%. ${\ displaystyle \ beta}$

W przypadku czystych stopów AlMg separacja fazy odbywa się w czterostopniowym procesie; w przypadku technicznie stosowanych stopów z dodatkowymi pierwiastkami stopowymi i zanieczyszczeniami proces jest znacznie bardziej skomplikowany:${\ displaystyle \ beta}$

• Przede wszystkim tworzą się klastry zwane w przypadku aluminium strefami GP . Są to lokalne nagromadzenia atomów magnezu w siatce aluminiowej, które nie tworzą jeszcze własnej fazy, a także nie mają regularnego układu.
• Tworzenie spójnej fazy. Ich kryształy mają taką samą orientację przestrzenną jak kryształy mieszanego kryształu glinu.${\ displaystyle \ beta ''}$
• Utworzenie fazy częściowo spójnej . Jest tylko częściowo zorientowana w kierunku sieci krystalicznej mieszanego Al.${\ displaystyle \ beta '}$
• Tworzenie fazy niespójnej . Nie ma orientacji przestrzennej z mieszanym kryształem Al.${\ displaystyle \ beta}$

W przypadku stopów technicznych opady różnią się z następujących powodów:

• Niska dyfuzja magnezu w aluminium
• Do utworzenia stref i fazy GP wymagane jest wysokie przesycenie 7% Mg i więcej, czego nie osiąga się w większości stopów. W AlMg4,5Mn0,7 nie stwierdzono stref ani faz GP nawet po dłuższym wyżarzaniu w temperaturach do 250 ° C , chociaż faza jest już obecna po kilku dniach .${\ displaystyle \ beta ''}$${\ displaystyle \ beta ''}$${\ displaystyle \ beta}$
• Dyslokacje nie są wystarczającymi jądrami do utworzenia fazy, fazy lub fazy. Powodem jest niewielka różnica objętości między tymi fazami a matrycą.${\ displaystyle \ beta ''}$${\ displaystyle \ beta '}$${\ displaystyle \ beta}$

Struktura

okrągły korpus testowy z AlMg3, bez uszlachetnienia ziarna (2 ×)

Okrągła próbka do badań wykonana z AlMg3 uszlachetnionego ziarnem

Dyfuzja magnezu w aluminium jest bardzo mała. Powodem jest duża różnica wielkości między promieniem atomów glinu i atomów magnezu ( ). Dlatego po odlaniu tylko część magnezu wytrąca się ze stałego roztworu, podczas gdy większość magnezu występuje w glinie w postaci przesyconego roztworu. Tego stanu nie można wyeliminować nawet przez długotrwałe wyżarzanie. ${\ Displaystyle r_ {Al}: r_ {Mg} = 1,43: 1,6}$${\ displaystyle \ alpha}$

Nadmiar magnezu jest wydalany głównie na granicach ziaren i na cząstkach dyspersji w ziarnie. Szybkość procesu zależy od zawartości Mg i temperatury i rośnie wraz z obydwoma. Na granicach ziaren początkowo osadzają się tak zwane płytki, cienkie płytki, które nie są połączone, tj. Nie tworzą jeszcze ciągłej warstwy wokół ziaren. W 70 ° C tworzą się po 3 miesiącach, w 100 ° C po 3 dniach, aw 150 ° C po 1 do 9 godzin. W miarę upływu czasu w podwyższonej temperaturze płytki rosną razem w spójny film. Ma to negatywny wpływ na odporność na korozję, ale można go ponownie rozwiązać poprzez obróbkę cieplną. Odpowiednie jest wyżarzanie w 420 ° C przez jedną godzinę, a następnie powolne chłodzenie do 20 ° C / h lub odpuszczanie w 200 ° C do 240 ° C. Płytki fazy przekształcają się w liczne małe cząstki, które w literaturze fachowej określane są jako „perłowe”. Nie tworzą już spójnego filmu.${\ displaystyle \ beta}$

Skład odmian znormalizowanych

Składy niektórych znormalizowanych typów podano w poniższej tabeli. Proporcje składników stopowych w procentach masowych . Dostępne są drobne gradacje zawartości Mg i Mn. Wolne od Mn są bardzo rzadkie. Standardowe stopy to AlMg3Mn, AlMg4.5Mn0,7 oraz AlMg4.5Mn0.4 do karoserii. Do stopów do przeróbki plastycznej stosuje się zawartość magnezu do 5% i manganu do 1%.

W przypadku stopów odlewniczych możliwa jest również zawartość Mg do 10%; Jednak zawartość 7% i więcej uważa się za trudną do wylewania .

korozja

Uważa się, że stopy aluminiowo-magnezowe są bardzo odporne na korozję, ale ma to zastosowanie tylko wtedy, gdy faza występuje jako faza nieciągła . Dlatego stopy o zawartości Mg poniżej 3% są zawsze odporne na korozję; w przypadku wyższych zawartości należy zastosować odpowiednią obróbkę cieplną, aby zapewnić, że ta faza nie będzie występowała jako ciągła warstwa na granicach ziaren.${\ displaystyle \ beta}$

Faza i faza są bardzo niegodziwy porównaniu do aluminium i mają charakter anodowy. Dlatego AlMg podatny na korozję międzykrystaliczną, jeśli${\ displaystyle \ beta '}$${\ displaystyle \ beta}$

1. fazę wytrąca się w postaci ciągłej warstwy na granicach ziaren i w tym samym czasie,${\ displaystyle \ beta}$
2. materiał znajduje się w agresywnym środowisku.

Stopy w stanach podatnych na korozję międzykrystaliczną są wyżarzane w temperaturach od 200 ° C do 250 ° C z powolnym chłodzeniem ( wyżarzanie heterogenizacyjne ). W rezultacie warstwa -fazowa zmienia się w fazę globulitową, a materiał jest odporny na korozję międzykrystaliczną.${\ displaystyle \ beta}$${\ displaystyle \ beta}$

Właściwości mechaniczne

stół

Wytrzymałość i wydłużenie przy zerwaniu w próbie rozciągania

Siła jest zwiększona poprzez dodanie magnezu. Przy niskich zawartościach Mg wzrost wytrzymałości jest stosunkowo silny, przy wyższych zawartościach jest zawsze słabszy. Magnez bardzo efektywnie zwiększa wytrzymałość w porównaniu z innymi pierwiastkami; w przeliczeniu na% Mg jest zatem silniejszy niż w przypadku pierwiastków alternatywnych. Nawet przy średnich zawartościach Mg wzrost wytrzymałości poprzez dodatek manganu jest większy niż w przypadku dodatkowego magnezu, co jest jednym z powodów, dla których większość stopów AlMg nadal zawiera mangan. Przyczyną dużego wzrostu wytrzymałości magnezu jest wysoka energia wiązania wolnych miejsc na atomach Mg. Przestrzenie te nie są już wtedy obecne jako wolne przestrzenie. Jednak są one korzystne dla odkształcenia plastycznego.

Granica plastyczności rośnie liniowo wraz ze wzrostem zawartości Mg od około 45 N / mm2 przy 1% Mg do około 120 N / mm2 przy 4% Mg Wytrzymałość na rozciąganie również wzrasta liniowo, ale z większym gradientem. Przy 1% Mg wynosi około 60 N / mm², przy 4% Mg 240 N / mm².

W przypadku wydłużenia przy zerwaniu istnieją różne stwierdzenia: badania nad stopami Reinstbasis pokazujące rosnące wydłużenie przy zerwaniu o około 20% odkształcenia przy 1% Mg do 30% przy 5% Mg. : Na początku gwałtownie spada z 38% wydłużenia i 1% Mg do 34% wydłużenia i około 1,8% Mg, przy 3% Mg osiąga minimum przy tylko 32% wydłużeniu, a następnie ponownie wzrasta do około 35% wydłużenia przy 5 % Mg.

Te krzywe przepływu dla AlMg wykazują typowe zachowanie dla metali zwiększania naprężenia uplastyczniającego z prawdziwym wydłużenia lub stopnia odkształcenia. W przypadku wszystkich stopów wzrost jest stosunkowo silny przy małych wydłużeniach i mniejszy przy wyższych wydłużeniach. Jednak krzywe dla wyższych gatunków stopowych są zawsze wyższe niż krzywe dla niższych stopów. Na przykład, przy rzeczywistym wydłużeniu 0,2, AlMg0,5 ma granicę plastyczności około 100 N / mm², AlMg1 150 N / mm², AlMg3 230 N / mm², a AlMg4,5Mn0,4 około 300 N / mm². Im wyższa zawartość stopu i większe wydłużenie, tym większy efekt PLC i efekt Lüdersa .

Wpływ wielkości ziarna

W przypadku czystego aluminium wielkość ziarna ma niewielki wpływ na wytrzymałość metali. W przypadku stopów wpływ ten wzrasta wraz z zawartością stopu. Przy 5% Mg materiały o uziarnieniu 50 µm osiągają równomierne wydłużenie około 0,25, przy 250 µm około 0,28. AlMg8 osiąga już jednolite wydłużenie 0,3 przy średnicy ziarna 200 µm. Wraz ze wzrostem wielkości ziarna zmniejsza się zarówno ekspansja Lüdersa , jak i efekt Lüdersa .

Utwardzanie i obróbka cieplna

Przy bardzo wysokich stopniach odkształcenia w przypadku silnie utwardzonych stopów mięknięcie może również wystąpić w temperaturze pokojowej. W długoterminowym badaniu trwającym ponad 50 lat spadek siły można było zmierzyć do końca. Im wyższy stopień odkształcenia i wyższa zawartość stopu, tym większy spadek. Samo zmiękczenie jest bardzo wyraźne na początku i szybko ustępuje. Efektowi tego można uniknąć poprzez wyżarzanie stabilizujące w temperaturze około 120 ° C do 170 ° C przez kilka godzin.

Zobacz też

• Stop magnezu - Niektóre gatunki zawierają aluminium jako główny pierwiastek stopowy

literatura

• Friedrich Ostermann: Technologia aplikacji aluminium. 3. Wydanie. Springer, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 , s. 102-116.
• Aluminiowa kieszonkowa książka - Tom 1: Podstawy i materiały . Aluminium-Verlag, Düsseldorf, wydanie 16, 2002, s. 103, 134-136, 152 i nast.
• George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Handbook of Aluminium Volume 1: Physical Metallurgy and Processes . Marcel Dekker, Yew York, Bazylea. 2003, 1296 str. 160-168.

Indywidualne dowody

1. ^ Friedrich Ostermann: Technologia aplikacji aluminium. 3. Wydanie. Springer, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 , s. 102 i nast .
2. ^ Friedrich Ostermann: Technologia aplikacji aluminium. 3. Wydanie. Springer, 2014, ISBN 978-3-662-43806-0 , s. 103.
3. ^ Ostermann, s. 104.
4. ^ Ostermann, s. 105.
5. ^ Ostermann, s. 105.
6. ^ Ostermann, s. 105.
7. ^ Ostermann: Technologia aplikacji aluminium, załącznik.
8. ^ Aluminiowa oprawa miękka, załącznik.
9. ↑ Andreas Bühring-Polaczek , Walter Michaeli , Günter Spur (red.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, s.67 .
10. ↑ Ostermann: Technologia aplikacji Aluminium, str.103
11. ↑ Ostermann: Technologia aplikacji Aluminium, str. 106
12. ^ Aluminiowa oprawa miękka, s. 136.
13. ^ Ostermann: Technologia aplikacji aluminium, załącznik
14. ↑ Ostermann: Technologia aplikacji Aluminium, str. 106.
15. ^ Ostermann: Technologia aplikacji aluminium, wydanie 3, str. 106-108. (Odniesienie do następujących badań: Falkenstein, H.-P., Gruhl, W., Scharf, G.: Wkład w formowanie materiałów aluminiowych. Metall. 37, 1197-1202 (1983); i: Yanagawa, M., Ohie , S., Koga, S., Hino, M.: Kontrolowanie współczynników ciągliwości w stopach Al-Mg. Kobelco Technol. Rev. 16, 25-30 (1993))
16. ^ Aluminium-Taschenbuch, wydanie 16, s. 135. (w odniesieniu do Scharf, G; Wpływ składu chemicznego materiałów do obróbki plastycznej AlMgSi. Aluminium 58 (1982) 7, s. 391/397)
17. ↑ George E. Totten, D. Scott MacKenzie: Podręcznik aluminium Tom 1: Metalurgia fizyczna i procesy. Marcel Dekker, Yew York, Bazylea. 2003, 1296 s. 165.
18. ^ Ostermann: Technologia aplikacji aluminium, s.107.
19. ↑ Ostermann: Technologia aplikacji Aluminium, str. 109 i nast.
20. ↑ Ostermann: Technologia aplikacji Aluminium, str. 110 i nast.