(1) Karakteristike aluminijskih legura serije 7xxx
Legure aluminijuma serije 7XXx su legure aluminijuma sa Zn kao glavnim legirajućim elementom i aluminijumske legure koje se mogu termički obrađivati. Kada se leguri doda Mg, ona postaje Al-Zn-Mg legura. Legura ima dobra svojstva termičke deformacije i širok raspon gašenja. Pod odgovarajućim uslovima termičke obrade, može dobiti visoku čvrstoću i dobra svojstva zavarivanja. Općenito ima dobru otpornost na koroziju i određenu sklonost koroziji pod naponom. To je zavariva aluminijska legura visoke čvrstoće. Al-Zn-Mg-Cu legura je razvijena na bazi Al-Zn-Mg legure dodavanjem Cu. Njegova snaga je veća od jačine aluminijumskih legura serije 2X. Općenito se naziva legura aluminija ultra-visoke čvrstoće. Granica tečenja legure je blizu vlačne čvrstoće, omjer čvrstoće tečenja je visok, a specifična čvrstoća je također visoka, ali su plastičnost i čvrstoća na visokoj temperaturi niske. Pogodan je za nosive konstrukcijske dijelove koji se koriste na sobnoj temperaturi i ispod 120 stepeni. Legura je laka za obradu i ima dobru otpornost na koroziju i visoku žilavost. Ova serija legura ima široku primenu u oblastima vazduhoplovstva i vazduhoplovstva i postala je jedan od najvažnijih konstruktivnih materijala u ovoj oblasti.
(2) Legirajući elementi i elementi nečistoće i njihove funkcije
① Al-Zn-Mg legura Zn i Mg su glavni legirajući elementi u Al-Zn-Mg leguri, a njihov sadržaj općenito nije veći od 7,5%.
Zn i Mg: Kako se sadržaj Zn i Mg u leguri povećava, njena vlačna čvrstoća i učinak toplinske obrade općenito se povećavaju u skladu s tim. Sklonost legure koroziji pod naponom povezana je sa zbirom sadržaja Zn i Mg. Za legure sa visokim Mg i niskim Zn ili visokim Zn i malim Mg, sve dok zbir sadržaja Zn i Mg nije veći od 7%, legura ima dobru otpornost na koroziju pod naponom. Sklonost legure pri zavarivanju opada sa povećanjem sadržaja Mg.
Količine u tragovima dodanih elemenata u Al-Zn-Mg legurama uključuju Mn, Cr, Cu, Zr i Ti, a glavne nečistoće uključuju Fe i Si.
Mn i Cr: Dodavanje Mn i Cr može poboljšati otpornost legure na koroziju pod naponom. Sadržaj Mn je 0.2%~
Na {{0}}.4%, efekat je značajan. Efekat dodavanja Cr je veći od dodavanja Mn. Ako se Mn i Cr dodaju istovremeno, učinak smanjenja sklonosti koroziji pod naponom će biti bolji. Odgovarajuća količina dodanog Cr je 0.1%~0.2%.
Zr: Zr može značajno poboljšati zavarljivost A{{0}}Zn-Mg legura. Kada se 0.2% Zr doda leguri AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35, pukotine od zavarivanja su značajno smanjene. Zr također može povećati konačnu temperaturu rekristalizacije legure. U leguri AlZn4.5Mg1.8Mn0.6, kada je sadržaj Zr veći od 0.2%, konačna temperatura rekristalizacije legure je iznad 500 stepeni. Stoga materijal i dalje zadržava svoju snagu nakon gašenja. Deformisano tkivo. Dodavanje 0,1% do 0,2% Zr legurama Al-Zn-Mg koje sadrže Mn također može poboljšati otpornost legure na koroziju pod naponom, ali Zr ima manji učinak od Cr.
Ti: Dodavanje Ti u leguru može poboljšati veličinu zrna legure u lijevanom stanju i poboljšati zavarljivost legure, ali je njegov učinak manji od Zr. Ako se Ti i Zr dodaju istovremeno, efekat je bolji. U leguri AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3 sa sadržajem Ti od 0.12%, kada sadržaj Zr prelazi 0.15%, legura ima dobar zavarljivost i izduženje, i može postići isti efekat kao kada se samo doda više od 0.2% Zr. Ti takođe može povećati temperaturu rekristalizacije legure.
Cu: Dodavanje male količine Cu legurama Al-Zn-Mg može poboljšati otpornost na koroziju pod naponom i vlačnu čvrstoću. Međutim, zavarljivost legure je smanjena.
Fe: Fe može smanjiti otpornost legure na koroziju i mehanička svojstva, posebno za legure s visokim sadržajem Mn. Stoga bi sadržaj Fe trebao biti što je moguće niži, a njegov sadržaj bi trebao biti ograničen na manje od 0,3%.
Si: Si može smanjiti čvrstoću legure, malo smanjiti performanse savijanja i povećati sklonost pucanju zavarivanja. Sadržaj Si u leguri trebao bi biti ograničen na manje od 0,3%.
② Al-Zn-Mg-Cu legura Al-Zn-Mg-Cu legura je legura koja se može termički obrađivati. Glavni elementi za jačanje su Zn i Mg. Cu također ima određeni učinak jačanja, ali njegova glavna funkcija je poboljšanje otpornosti materijala na koroziju.
Zn i Mg: Zn i Mg su glavni elementi za jačanje. Kada koegzistiraju, formiraće η (MgZn2) i T (Al2Mg2Zn3) faze. η faza i T faza imaju veliku rastvorljivost u AI i dramatično se menjaju sa porastom i padom temperature. Rastvorljivost MgZn₂ na eutektičkoj temperaturi je 28%, što je smanjeno na 4%~5% na sobnoj temperaturi. Ima snažan efekat jačanja starenja. Povećanje sadržaja Zn i Mg može značajno poboljšati čvrstoću i tvrdoću, ali će smanjiti plastičnost, otpornost na koroziju pod naponom i žilavost loma.
Cu: Kada je Zn/Mg veći od 2,2 i sadržaj Cu veći od Mg, Cu i drugi elementi mogu proizvesti ojačanu S (CuMgAlz) fazu kako bi se povećala čvrstoća legure, ali u suprotnom slučaju, mogućnost postojanje S faze je vrlo malo. Cu može smanjiti potencijalnu razliku između granice zrna i intragranularnog, a također može promijeniti strukturu precipitatne faze i poboljšati fazu precipitata na granici zrna, ali ima mali utjecaj na širinu zone netaloženja granice zrna. Može inhibirati sklonost intergranularnom pucanju, čime se poboljšava otpornost legure na koroziju pod naponom. Međutim, kada je sadržaj Cu veći od 3%, otpornost legure na koroziju se pogoršava. Cu može povećati prezasićenost legure, ubrzati proces umjetnog starenja legure između 100 i 200 stupnjeva C, proširiti stabilan temperaturni raspon GP zone i poboljšati vlačnu čvrstoću, plastičnost i čvrstoću na zamor. U opsegu u kojem sadržaj Cu nije previsok, otpornost na ciklički zamor i žilavost loma povećavaju se s povećanjem sadržaja Cu, a brzina rasta pukotina se smanjuje u korozivnom mediju, ali dodavanje Cu ima tendenciju za stvaranje intergranularne korozije i korozije udubljenja. Utjecaj Cu na žilavost loma povezan je s omjerom Zn/Mg. Kada je omjer mali, što je veći sadržaj Cu, to je lošija žilavost; kada je omjer velik, čak i ako je sadržaj Cu visok, žilavost je i dalje vrlo dobra.
U leguri postoji i mala količina elemenata u tragovima kao što su Mn, Cr, Zr, V, Ti, B. Fe i Si su štetne nečistoće u leguri, a njihove interakcije su sljedeće.
Mn, Cr: Dodavanje male količine prelaznih elemenata kao što su Mn i Cr ima značajan uticaj na strukturu i svojstva legure. Ovi elementi mogu proizvesti dispergirane čestice tokom homogenizacijskog žarenja ingota, spriječiti migraciju dislokacija i granica zrna, čime se povećava temperatura rekristalizacije, efektivno sprječava rast zrna, rafiniranje zrna i osigurava da struktura ostane nekristalizirana ili djelomično prekristalizirana nakon vruća obrada i termička obrada, tako da je poboljšana čvrstoća uz bolju otpornost na koroziju pod stresom. U smislu poboljšanja otpornosti na koroziju pod naponom, dodavanje Cr je bolje od dodavanja Mn.
Zr: Nedavno je postojao trend zamjene Cr i Mn sa Zr. Zr može značajno povećati temperaturu rekristalizacije legure. Bilo da se radi o vrućoj ili hladnoj deformaciji, nerekristalizirana struktura može se dobiti nakon toplinske obrade. Zr također može poboljšati kaljivost legure, zavarljivost, žilavost na lom, otpornost na koroziju, itd. Zr je vrlo obećavajući aditivni element u tragovima u Al-Zn-Mg-Cu legurama.
Ti i B: Ti i B mogu rafinirati zrna legure u livenom stanju i povećati temperaturu rekristalizacije legure.
Fe i Si: Fe i Si su nezaobilazne štetne nečistoće u 7XxX aluminijskim legurama, koje uglavnom potiču iz sirovina, kao i alata i opreme koji se koriste za topljenje i livenje. Ove nečistoće uglavnom postoje u obliku tvrdog i krhkog FeAl: i slobodnog Si. Ove nečistoće takođe mogu formirati gruba jedinjenja kao što su (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) sa Mn i Cr. FeAl3 ima učinak rafiniranja zrna, ali ima veći utjecaj na otpornost na koroziju. Kako se povećava sadržaj nerastvorljive faze, povećava se i volumenski udio nerastvorljive faze. Ove nerastvorljive druge faze će se slomiti i izdužiti tokom deformacije, što će rezultirati trakastom strukturom, a čestice su raspoređene u pravoj liniji duž pravca deformacije. Budući da su čestice nečistoće raspoređene unutar zrna ili na granicama zrna, tokom plastične deformacije na nekim granicama čestica-matrica nastaju pore, što rezultira mikropukotinama, koje postaju izvor makroprslina. Osim toga, ima veliki utjecaj na brzinu rasta zamornih pukotina. Ima određeni efekat smanjenja lokalne plastičnosti tokom destrukcije. Povećanje broja nečistoća skraćuje razmak između čestica, čime se smanjuje fluidnost plastične deformacije oko vrha pukotine. Budući da je fazu koja sadrži Fe i Si teško otopiti na sobnoj temperaturi, ona igra ulogu zareza i lako postaje izvor pukotina, uzrokujući lomljenje materijala, što ima vrlo negativan utjecaj na istezanje, posebno na otpornost na lom. legura. Stoga se pri projektovanju i proizvodnji novih legura strogo kontroliše sadržaj Fe i Si. Pored upotrebe metalnih sirovina visoke čistoće, tokom procesa topljenja i livenja se preduzimaju i neke mere kako bi se sprečilo mešanje ova dva elementa u leguru.