Koje su karakteristike, glavni legirajući elementi i funkcije aluminijskih legura serije 2xxx?
(1) Karakteristike aluminijskih legura serije 2xxx
Legure aluminijuma serije 2xxX su legure aluminijuma sa bakrom kao glavnim legirajućim elementom. Oni uključuju Al-Cu-Mg legure, Al-Cu-Mg-Fe-Ni legure i Al-Cu-Mn legure. Ove legure su termički obrađene legure aluminijuma.
Aluminijske legure serije 2xXX odlikuju se visokom čvrstoćom i obično se nazivaju tvrdim aluminijskim legurama. Imaju dobru otpornost na toplinu i svojstva obrade, ali njihova otpornost na koroziju nije tako dobra kao kod većine drugih aluminijskih legura. Pod određenim uslovima dolazi do intergranularne korozije. Stoga ploču često treba premazati slojem čistog aluminija ili slojem legure aluminija serije 6xXx koja ima elektrohemijsku zaštitu za ploču jezgra kako bi se uvelike poboljšala njena otpornost na koroziju. Među njima, legura Al-Cu-Mg-Fe-Ni ima izuzetno složen hemijski sastav i fazni sastav. Ima visoku čvrstoću na visokim temperaturama i dobre performanse procesa. Uglavnom se koristi za dijelove otporne na toplinu koji rade ispod 150~250 stupnjeva; iako je čvrstoća na sobnoj temperaturi legure AI-Cu-Mn niža od one legure Al-Cu-Mg 2A12 i 2A14, njena čvrstoća je veća od obje na 225~250 stepeni ili više. Osim toga, legura ima dobre procesne performanse i lako se zavari. Uglavnom se koristi u konstrukcijskim dijelovima i otkovcima otpornim na toplinu. Ova serija legura ima široku primenu u vazduhoplovstvu i vazduhoplovstvu.
(2) Glavni legirajući elementi i njihova uloga
①Glavni razredi legura AI-Cu-Mg legura su 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12, itd. Glavni dodani elementi su Cu, Mg i Mn.
Njihovi efekti na legure su sljedeći.
a. Utjecaj sadržaja Cu i Mg na mehanička svojstva legura. Kada je sadržaj Mg 1%~2%, kada se sadržaj Cu poveća sa 1.0% na 4%, vlačna čvrstoća legure u kaljenom stanju raste od 20{{14 }}MPa do 380MPa; vlačna čvrstoća legure u kaljenom prirodnom stanju starenja raste sa 300MPa na 480MPa. Kada je sadržaj Cu u rasponu od 1%~4%, kada se sadržaj Mg poveća od 0,5% do 2,0%, rastezanja legure raste; kada sadržaj Mg nastavi da raste, čvrstoća legure opada.
Vlačna čvrstoća legure koja sadrži 4.0% Cu i 2.0% Mg je najveća; legura koja sadrži 3%~4% Cu i 0.5%~1.3% Mg ima najveći efekat gašenja i prirodnog starenja. Ispitivanje pokazuje da vlačna čvrstoća AI-Cu-Mg ternarne legure koja sadrži 4%~6% Cu i 1%~2% Mg može dostići 490~510MPa u stanju gašenja i prirodnog starenja.
b. Utjecaj sadržaja Cu i Mg na toplinsku otpornost legure. Iz vrijednosti testa izdržljivosti legure AI-Cu-Mg koja sadrži 0.6%Mn na 200 stepena i naprezanja od 160MPa, može vidi se da legura koja sadrži Cu 3,5%~6% i Mg1,2%~2,0% ima najveću izdržljivost. U ovom trenutku, legura se nalazi na ili blizu AI-S (AlCuMg) pseudobinarne sekcije. Legura udaljena od pseudobinarne sekcije, odnosno kada je sadržaj Mg manji od 1,2%, a maksimalna čvrstoća veća od 2,0%, njena izdržljivost se smanjuje. Ako se sadržaj Mg poveća na 3,0% ili više, izdržljivost legure će se brzo smanjiti.
Slična pravila su dobijena u testu pri naponu od 250 stepeni i 100MPa. U literaturi se ističe da se legura najveće izdržljivosti na 300 stepeni nalazi u oblasti +S faze desno od AI-S binarnog preseka sa većim sadržajem Mg.
c. Utjecaj sadržaja Cu i Mg na otpornost legura na koroziju. Al-Cu binarne legure sa sadržajem Cu od 3%~5% imaju vrlo nisku otpornost na koroziju u stanju gašenja i prirodnog starenja. Dodavanje 0.5%Mg može smanjiti potencijal čvrste otopine i djelimično poboljšati otpornost legure na koroziju. Kada je sadržaj Mg veći od 1.0%, lokalna korozija legure se povećava, a istezanje nakon korozije naglo opada. Za legure sa sadržajem Cu većim od 4.0% i sadržajem Mg većim od 1.0%, Mg smanjuje rastvorljivost Cu u Al. U kaljenom stanju, legura ima nerastvorljive CuAl₂ i S faze, a prisustvo ovih faza ubrzava koroziju. Legure sa sadržajem Cu od 3%~5% i sadržajem Mg od 1%~4% nalaze se u istom faznom području, a njihova otpornost na koroziju je slična u stanju kaljenja i prirodnog starenja. Legure u aS fazi imaju lošiju otpornost na koroziju od onih u a-CuAl₂-S regiji. Intergranularna korozija je glavna sklonost koroziji Al-Cu-Mg legura.
Mn: Mn se dodaje Al-Cu-Mg leguri uglavnom da bi se eliminisali štetni efekti Fe i poboljšala otpornost na koroziju. Mn može malo povećati čvrstoću legure na sobnoj temperaturi, ali smanjiti plastičnost. Mn također može odgoditi i oslabiti proces umjetnog starenja Al-Cu Mg legure i poboljšati otpornost legure na toplinu. Mn je također jedan od glavnih faktora koji čine da legura Al-Cu-Mg ima efekat ekstruzije. Dodatak Mn je općenito manji od 1.0%. Ako je sadržaj previsok, mogu se formirati gruba (FeMn)Al6 krhka jedinjenja koja smanjuju plastičnost legure.
d. Mala količina elemenata u tragovima koji se dodaju Al-Cu-Mg legurama uključuju Ti i Zr, a nečistoće su uglavnom Fe, Si i Zn, itd., a njihovi efekti su sljedeći.
Ti: Dodavanje Ti leguri može poboljšati livena zrna i smanjiti sklonost stvaranju pukotina tokom livenja.
Zr: Mala količina Zr ima sličan učinak kao Ti, pročišćavajući livena zrna, smanjujući sklonost pucanju kod livenja i zavarivanja i poboljšavajući plastičnost ingota i zavarenih spojeva. Dodavanje Zr ne utječe na čvrstoću hladno deformiranih proizvoda koji sadrže legure Mn
Blago poboljšava čvrstoću legura bez Mn. Si: Za Al-Cu-Mg legure sa sadržajem Mg manjim od 1.0%, sadržaj Si preko 0.5% može poboljšati brzinu i snagu vještačkog starenja bez uticaja na sposobnost prirodnog starenja. Budući da Si i Mg formiraju Mg2Si fazu, blagotvorno deluje na efekat veštačkog starenja. Međutim, kada se sadržaj Mg poveća na 1,5%, nakon gašenja prirodnog starenja ili tretmana umjetnim starenjem, čvrstoća i toplinska otpornost legure opadaju s povećanjem sadržaja Si. Stoga sadržaj Si treba smanjiti što je više moguće. Osim toga, povećanje sadržaja Si će povećati sklonost legura kao što su 2A12 i 2A06 da formiraju pukotine tokom livenja i smanjiti plastičnost tokom zakivanja. Stoga je sadržaj Si u leguri općenito ograničen na manje od 0,5%. Za legure koje zahtijevaju visoku plastičnost, sadržaj Si bi trebao biti manji.
Fe: Fe i Al formiraju jedinjenja FeAl3 i rastvaraju se u jedinjenjima formiranim od elemenata kao što su Cu, Mn i Si. Ova gruba jedinjenja koja se ne rastvaraju u čvrstom rastvoru smanjuju plastičnost legure, a legura je sklona pucanju tokom deformacije. A učinak jačanja je značajno smanjen. Mala količina Fe (manje od 0.25%) ima mali uticaj na mehanička svojstva legure, poboljšava tendenciju stvaranja pukotina tokom livenja i zavarivanja, ali smanjuje prirodnu brzinu starenja. Da bi se dobili visokoplastični materijali, sadržaj Fe i Si u leguri treba da bude što je moguće niži.
Zn: Mala količina Zn ({{0}}.1%~0.5%) ima mali uticaj na mehanička svojstva Al-Cu-Mg legura na sobnoj temperaturi, ali smanjuje toplinska otpornost legure. Sadržaj Zn u leguri treba ograničiti na manje od 0,3%.
② Al-Cu-Mg-Fe-Ni legura Glavni razredi legure ove serije legura su 2A70, 2A80, 2A90, itd.Uloga svakog elementa legure je sljedeća.
Cu i Mg: Utjecaj sadržaja Cu i Mg na čvrstoću na sobnoj temperaturi i otpornost na toplinu gore navedenih legura sličan je onom kod legure AI-Cu-Mg. Budući da je sadržaj Cu i Mg u ovoj seriji legura manji od sadržaja legure AI-Cu-Mg, legura se nalazi u a+ S (AlCuMg) dvofaznom području, tako da legura ima veću čvrstoću na sobnoj temperaturi i dobru toplinu. otpor; osim toga, kada je sadržaj Cu nizak, čvrsta otopina niske koncentracije ima malu tendenciju razlaganja, što je korisno za toplinsku otpornost legure.
Ni: Ni i Cu u leguri mogu formirati nerastvorljivo ternarno jedinjenje. Kada je sadržaj Ni nizak, nastaje (AICuNi), a kada je visok sadržaj Ni nastaje Al3(CuNi)2. Stoga, prisustvo Ni može smanjiti koncentraciju Cu u čvrstoj otopini. Rezultati mjerenja konstante rešetke u ugašenom stanju također dokazuju iscrpljivanje atoma otopljenog Cu u čvrstom rastvoru legure. Kada je sadržaj Fe vrlo nizak, povećanje sadržaja Ni može smanjiti tvrdoću legure i smanjiti učinak jačanja legure.
Fe: Kao i Ni, Fe također može smanjiti koncentraciju Cu u čvrstoj otopini. Kada je sadržaj nikla vrlo nizak, tvrdoća legure u početku značajno opada sa povećanjem sadržaja Fe, ali kada sadržaj Fe dostigne određenu vrijednost, počinje ponovo rasti.
Ni i Fe: Kada se Fe i Ni dodaju leguri AICu2.2Mg1.65 u isto vrijeme, karakteristike promjene tvrdoće pri gašenju prirodnog starenja, gašenju umjetnog starenja, gašenju i žarenju su slične, a maksimalna vrijednost se pojavljuje na poziciji gdje su sadržaji Ni i Fe slični, a konstanta rešetke u stanju gašenja izgleda minimalna vrijednost u ovoj tački.
Kada je sadržaj Fe u leguri veći od sadržaja Ni, pojavit će se faza Al7Cu2Fe. Naprotiv, kada je sadržaj Ni u leguri veći od sadržaja Fe, pojavit će se AlCuNi faza. Pojava gornje ternarne faze koja sadrži Cu smanjuje sadržaj Cu u čvrstoj otopini. Tek kada su sadržaji Fe i Ni jednaki, nastaju sve faze AlgFeNi. U ovom slučaju, pošto nema viška Fe ili Ni za formiranje nerastvorljive faze koja sadrži Cu, Cu u leguri ne samo da formira S (Al2CuMg) fazu, već i povećava koncentraciju Cu u čvrstom rastvoru, što je korisno za poboljšanje čvrstoće legure i njene otpornosti na toplinu.
Sadržaj Fe i Ni može uticati na toplotnu otpornost legure. AlgFeNi faza je tvrdo i krto jedinjenje sa vrlo malo rastvorljivosti u Al. Nakon kovanja i termičke obrade, kada se rasprše i rasporede u strukturi, mogu značajno poboljšati toplinsku otpornost legure. Na primjer, legura AICu2.2Mg1.65 sadrži 1.0% Ni, a legura sa 0.7%~0.9% Fe ima najveću vrijednost izdržljive čvrstoće.
Si: Dodavanje 0,5% do 1,2% Si leguri 2A80 poboljšava čvrstoću legure na sobnoj temperaturi, ali smanjuje otpornost legure na toplinu.
Dodavanje {{0}}.02%~0.1% Ti leguri Ti:2A70 oplemenjuje livena zrna i poboljšava performanse procesa kovanja, što je korisno za otpornost na toplotu, ali ima mali uticaj na performanse na sobnoj temperaturi.
③ Al-Cu-Mn legura. Glavne klase legura ove serije legura su 2A16, 2A17, itd.
Funkcije glavnih legirajućih elemenata su sljedeće.
Cu: Na sobnoj temperaturi i visokoj temperaturi, kako se sadržaj Cu povećava, jačina legure se povećava. Kada sadržaj Cu dostigne 5.0%, čvrstoća legure je blizu maksimalne vrijednosti. Osim toga, Cu može poboljšati performanse zavarivanja legure.
Mn: Mn je glavni element za poboljšanje legure otporne na toplinu. Povećava energiju aktivacije atoma u čvrstoj otopini, smanjuje koeficijent difuzije otopljenih atoma i brzinu razgradnje čvrste otopine. Kada se čvrsti rastvor raspadne, proces formiranja i rasta precipitirane faze T (Al2oCu2Mn3) faze je takođe veoma spor, tako da je legura takođe veoma stabilna kada se dugo zagreva na određenoj visokoj temperaturi. Dodavanje odgovarajućeg Mn (0.6%~0.8%) može poboljšati čvrstoću na sobnoj temperaturi i izdržljivost legure u stanju kaljenja i prirodnog starenja. Međutim, ako je sadržaj Mn previsok, T faza se povećava, granica se povećava, efekat difuzije se ubrzava, a toplinska otpornost legure se smanjuje. Osim toga, Mn također može smanjiti sklonost pucanju tokom zavarivanja legure.
Elementi u tragovima koji se dodaju leguri Al-Cu-Mn su Mg, Ti i Zr, dok su glavni elementi nečistoće Fe, Si, Zn itd., a njihovi efekti su sljedeći.
Mg: Kada sadržaj Cu i Mn u 2A16 leguri ostane nepromijenjen, 0.25%~0.45% Mg se dodaje kako bi se formirala legura 2A17. Mg može poboljšati čvrstoću legure na sobnoj temperaturi i poboljšati otpornost na toplinu ispod 150~225 stepeni. Međutim, kada temperatura dalje raste, čvrstoća legure značajno opada. Međutim, dodavanje Mg može pogoršati performanse zavarivanja legure, tako da u leguri 2A16 koja se koristi za zavarljivost otpornu na toplinu, sadržaj nečistoće Mg ne bi trebao biti veći od 0.05%. Ti: Ti može rafinirati livena zrna, povećati temperaturu rekristalizacije legure, smanjiti sklonost raspadanju prezasićene čvrste otopine i stabilizirati strukturu legure na visokoj temperaturi. Međutim, kada je sadržaj Ti veći od {{20}}.3%, stvaraju se gruba jedinjenja TiAls u obliku igle, što smanjuje otpornost legure na toplinu. Sadržaj Ti u leguri je specificiran na 0.1%~0.2%. Zr: Kada se 0,1%~0,25% Zr doda leguri 2219, zrna se mogu rafinirati, a temperatura rekristalizacije i stabilnost čvrste otopine legure mogu se povećati, čime se poboljšava otpornost legure na toplinu i poboljšava zavarljivost. legura i plastičnost šava. Međutim, kada je sadržaj Zr visok, mogu se stvoriti krhkija jedinjenja ZrAl3.
Fe: Kada sadržaj Fe u leguri premaši {{0}}.45%, formira se nerastvorljiva faza AlCu2Fe, koja može smanjiti mehanička svojstva legure u stanju kaljenja i starenja i izdržljivost pri 300 stepeni. Stoga sadržaj Fe treba ograničiti na manje od 0,3%.
Si: Mala količina Si ({{0}}.4%) nema očigledan uticaj na mehanička svojstva sobne temperature, ali smanjuje izdržljivost na 300 stepeni. Kada sadržaj Si pređe 0,4%, mehanička svojstva legure na sobnoj temperaturi će biti smanjena. Stoga je sadržaj Si ograničen na manje od 0,3%.
Zn: Mala količina Zn ({{0}}}.3%) nema efekta na svojstva legure na sobnoj temperaturi, ali može ubrzati brzinu difuzije Cu u Al i smanjiti izdržljivost legure. legura na 300 stepeni, tako da je ograničena na manje od 0,1%.
Koje su vrste i namjene aluminijskih legura serije 2xxx?
Alloy 2011
Vrste: cijevi za izvlačenje žice, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice
Primjene: vijci i obrađeni proizvodi koji zahtijevaju dobre performanse rezanja
Alloy 2014
Vrste: ploče, debele ploče, vučene cijevi, ekstrudirane cijevi, šipke, profili, žice, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice, otkovci
Primjene: koristi se u aplikacijama koje zahtijevaju veliku čvrstoću i tvrdoću (uključujući visoke temperature). Teški otkovci, debele ploče i ekstrudirani materijali se koriste za konstrukcijske delove aviona, višestepene raketne rezervoare za gorivo prvog stepena i delove svemirskih letelica, točkove, okvire kamiona i delove sistema ogibljenja
Alloy 2017
Vrste: ploče, ekstrudirani profili, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice, žice za zakovice, otkovci
Primjena: To je prva legura serije 2XXX koja se industrijsko primjenjuje. Njegov trenutni opseg primjene je relativno uzak, uglavnom zakovice, opći dijelovi strojeva, avioni, brodovi, transport, građevinski dijelovi, strukturni dijelovi transportnih vozila, propeleri i pribor
Alloy 2024
Vrste: ploče, debele ploče, vučene cijevi, ekstrudirane cijevi, profili, šipke, žice, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice, žice za zakovice
Primene: Konstrukcije aviona (kože, okviri, rebra, pregrade, itd.), zakovice, komponente projektila, točkovi kamiona, komponente propelera i drugi različiti strukturni delovi
Alloy 2036
Vrste: Automobilske karoserije
Primjena: Automobilski dijelovi od lima
Legura 2048
Sorte: Ploče
Primjene: Vazduhoplovstvo i konstrukcijski dijelovi oružja
Legura 2117
Vrste: hladno obrađene šipke i žice, žice za zakovice
Primene: Koristi se kao zakovice za konstrukcijske delove sa radnim temperaturama ne većim od 100 stepeni
Legura 2124
Sorte: Debele ploče
Primjena: Vazdušni strukturni dijelovi
Legura 2218
Vrste: Otkovci, folije
Primjene: Klipovi motora aviona i dizel motora, glave cilindra avionskih motora, impeleri mlaznih motora i prstenovi kompresora
Legura 2219
Vrste: ploče, debele ploče, folije, ekstrudirane cijevi, profili, šipke, žice, hladno obrađene šipke, otkovci
Primjene: Svemirske rakete za zavarivanje rezervoara oksidatora i rezervoara za gorivo, omotača nadzvučnih aviona i strukturnih dijelova, radna temperatura -270~300 stepeni. Dobra zavarljivost, visoka otpornost na lom, visoka otpornost na korozijsko pucanje pod naponom u stanju T8
Legura 2319
Raznolikost: Žica
Primjena: Šipke za zavarivanje i lem za punjenje za zavarivanje legure 2219
Legura 2618
Raznolikost: Debele ploče, ekstrudirane šipke, otkovci i otkovci
Primena: Cilindri motora i drugi delovi, kao i delovi otporni na toplotu koji zahtevaju rad na 150~250 stepeni. Debele ploče se koriste kao obloge za avione, šipke, otkovci, a slobodni otkovci se koriste za izradu klipova, avijacije
Legura 2A01
Raznolikost: hladno obrađene šipke i žice, žice za zakovice
Primena: Koristi se kao zakovice za konstrukcijske delove sa radnim temperaturama do 100 stepeni
Legura 2A02
Raznolikost: šipke, otkovci
Primena: lopatice aksijalnog kompresora, impeleri i diskovi turbomlaznih motora sa radnim temperaturama od 200~300 stepeni
Legura 2A04
Raznolikost: žice za zakovice
Primena: Koristi se za izradu zakovica za konstrukcijske delove sa radnom temperaturom od 120~250 stepeni
Legura 2A06
Raznovrsnost: ploča, ekstrudirani profil, žica za zakovice
Primena: Konstrukcijski delovi aviona sa radnom temperaturom od 150~250 stepeni i konstrukcione zakovice aviona sa radnom temperaturom od 125~250 stepeni
Legura 2A10
Raznolikost: Žica za zakovice
Primjena: Veća čvrstoća od legure 2A01, koja se koristi za proizvodnju strukturnih zakovica za avione sa radnom temperaturom manjom ili jednakom 100 stepeni
Legura 2A50
Raznolikost: Otkovci, šipke, ploče
Primjena: dijelovi srednje čvrstoće složenih oblika
Legura 2B50
Raznolikost: Otkovci
Primjena: kotač kompresora avionskog motora, vodeći kotač, ventilator, impeler itd.
Legura 2A90
Raznolikost: ekstrudirane šipke, otkovci i otkovci
Primjena: dijelovi motora aviona i drugi dijelovi s visokom radnom temperaturom, otkovci od legure postepeno se zamjenjuju 2A70