Hva er egenskapene, hovedlegeringselementene og funksjonene til 2xxx-seriens aluminiumslegeringer?
(1) Karakteristikk av 2xxx-serien aluminiumslegeringer
2xxX-serien aluminiumslegeringer er aluminiumslegeringer med kobber som hovedlegeringselement. De inkluderer Al-Cu-Mg-legeringer, Al-Cu-Mg-Fe-Ni-legeringer og Al-Cu-Mn-legeringer. Disse legeringene er varmebehandlede aluminiumslegeringer.
2xXX-serien aluminiumslegeringer er preget av høy styrke og kalles vanligvis harde aluminiumslegeringer. De har god varmebestandighet og bearbeidingsegenskaper, men deres korrosjonsbestandighet er ikke like god som de fleste andre aluminiumslegeringer. Under visse forhold vil intergranulær korrosjon oppstå. Derfor må platen ofte belegges med et lag av rent aluminium eller et lag av 6xXx-serien aluminiumslegering som har elektrokjemisk beskyttelse for kjerneplaten for å forbedre korrosjonsmotstanden betydelig. Blant dem har Al-Cu-Mg-Fe-Ni-legering ekstremt kompleks kjemisk sammensetning og fasesammensetning. Den har høy styrke ved høy temperatur og god prosessytelse. Den brukes hovedsakelig til varmebestandige deler som arbeider under 150 ~ 250 grader; Selv om romtemperaturstyrken til AI-Cu-Mn-legering er lavere enn for Al-Cu-Mg-legering 2A12 og 2A14, er styrken høyere enn begge ved 225~250 grader eller høyere. I tillegg har legeringen god prosessytelse og er lett å sveise. Den brukes hovedsakelig i varmebestandige sveisbare konstruksjonsdeler og smiing. Denne serien av legeringer er mye brukt i luftfart og romfart.
(2) Hovedlegeringselementer og deres roller
①De viktigste legeringskvalitetene til AI-Cu-Mg-legeringer er 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12, osv. De viktigste tilsatte elementene er Cu, Mg og Mn.
Deres virkninger på legeringene er som følger.
en. Effekt av Cu- og Mg-innhold på de mekaniske egenskapene til legeringene. Når Mg-innholdet er 1%~2%, når Cu-innholdet øker fra 1,0% til 4%, øker strekkstyrken til legeringen i bråkjølt tilstand fra 20{{14 }}MPa til 380MPa; strekkstyrken til legeringen i den utkjølte naturlige aldringstilstanden øker fra 300 MPa til 480 MPa. Når Cu-innholdet er i området 1% ~ 4%, når Mg-innholdet øker fra 0,5% til 2,0%, øker strekkfastheten til legeringen; når Mg-innholdet fortsetter å øke, reduseres styrken til legeringen.
Strekkfastheten til legeringen som inneholder 4.0% Cu og 2.0% Mg er høyest; legeringen som inneholder 3%~4% Cu og 0.5%~1.3% Mg har den største slokkende og naturlige aldringseffekten. Testen viser at strekkstyrken til den ternære AI-Cu-Mg-legeringen som inneholder 4%~6% Cu og 1%~2% Mg, kan nå 490~510MPa i bråkjølings- og naturlig aldringstilstand.
b. Påvirkningen av Cu- og Mg-innhold på legeringens varmebestandighet. Fra utholdenhetsstyrketestverdiene for AI-Cu-Mg-legering som inneholder 0,6 %Mn ved 200 grader og 160MPa-stress, kan den ses at legeringen som inneholder Cu 3,5%~6% og Mg1,2%~2,0% har den høyeste utholdenhetsstyrken. På dette tidspunktet er legeringen plassert på eller i nærheten av AI-S (AlCuMg) pseudo-binær seksjon. Legeringen bort fra den pseudo-binære seksjonen, det vil si når Mg-innholdet er mindre enn 1,2% og maksimal styrke er større enn 2,0%, reduseres utholdenhetsstyrken. Hvis Mg-innholdet økes til 3,0 % eller mer, vil legeringens utholdenhetsstyrke reduseres raskt.
Lignende regler ble oppnådd i testen ved 250 grader og 100 MPa stress. Litteraturen påpeker at legeringen med høyest utholdenhetsstyrke ved 300 grader befinner seg i +S-faseområdet til høyre for AI-S binærseksjonen med høyere Mg-innhold.
c. Effekt av Cu og Mg innhold på korrosjonsbestandighet av legeringer. Al-Cu binære legeringer med Cu-innhold på 3% ~ 5% har svært lav korrosjonsmotstand i tilstanden av quenching og naturlig aldring. Tilsetning av 0,5 %Mg kan redusere potensialet til en fast løsning og delvis forbedre legeringens korrosjonsmotstand. Når Mg-innholdet er større enn 1,0 %, øker den lokale korrosjonen av legeringen, og forlengelsen etter korrosjon avtar kraftig. For legeringer med Cu-innhold større enn 4,0% og Mg-innhold større enn 1,0%, reduserer Mg løseligheten av Cu i Al. I bråkjølt tilstand har legeringen uløselige CuAl2- og S-faser, og tilstedeværelsen av disse fasene akselererer korrosjon. Legeringer med Cu-innhold på 3%~5% og Mg-innhold på 1%~4% er lokalisert i samme faseregion, og deres korrosjonsmotstand er lik i tilstanden av bråkjøling og naturlig aldring. Legeringene i aS-faseområdet har dårligere korrosjonsmotstand enn de i a-CuAl2-S-området. Intergranulær korrosjon er den viktigste korrosjonstendensen til Al-Cu-Mg-legeringer.
Mn: Mn tilsettes Al-Cu-Mg-legering hovedsakelig for å eliminere de skadelige effektene av Fe og forbedre korrosjonsbestandigheten. Mn kan øke romtemperaturstyrken til legeringen noe, men redusere plastisiteten. Mn kan også forsinke og svekke den kunstige aldringsprosessen til Al-Cu Mg-legering og forbedre varmebestandigheten til legeringen. Mn er også en av hovedfaktorene som gjør at Al-Cu-Mg-legering har ekstruderingseffekt. Tilsetningen av Mn er vanligvis mindre enn 1,0%. Hvis innholdet er for høyt, kan det dannes grove (FeMn)Al6 sprø forbindelser som reduserer plastisiteten til legeringen.
d. Den lille mengden sporelementer tilsatt til Al-Cu-Mg-legeringer inkluderer Ti og Zr, og urenhetene er hovedsakelig Fe, Si og Zn, etc., og deres effekter er som følger.
Ti: Tilsetning av Ti til legeringen kan foredle de støpte kornene og redusere tendensen til å danne sprekker under støpingen.
Zr: En liten mengde Zr har en lignende effekt som Ti, foredler de støpte kornene, reduserer tendensen til sprekkdannelse i støping og sveising, og forbedrer plastisiteten til ingots og sveisede skjøter. Tilsetning av Zr påvirker ikke styrken til kalddeformerte produkter som inneholder Mn-legeringer
Det forbedrer styrken til Mn-frie legeringer litt. Si: For Al-Cu-Mg-legeringer med Mg-innhold mindre enn 1,0 %, kan Si-innhold som overstiger 0,5 % forbedre hastigheten og styrken til kunstig aldring uten å påvirke den naturlige aldringsevnen. Fordi Si og Mg danner Mg2Si-fasen, er det gunstig for den kunstige aldringseffekten. Imidlertid, når Mg-innholdet økes til 1,5 %, etter quenching av naturlig aldring eller kunstig aldringsbehandling, reduseres styrken og varmebestandigheten til legeringen med økningen av Si-innholdet. Derfor bør Si-innholdet reduseres så mye som mulig. I tillegg vil økningen i Si-innhold øke tendensen til legeringer som 2A12 og 2A06 til å danne sprekker under støping, og redusere plastisiteten under nagling. Derfor er Si-innholdet i legeringen generelt begrenset til mindre enn 0,5 %. For legeringer som krever høy plastisitet, bør Si-innholdet være lavere.
Fe: Fe og Al danner FeAl3-forbindelser og løses opp i forbindelser dannet av elementer som Cu, Mn og Si. Disse grove forbindelsene som ikke løses opp i den faste løsningen reduserer legeringens plastisitet, og legeringen er utsatt for sprekker under deformasjon. Og den styrkende effekten er betydelig redusert. En liten mengde Fe (mindre enn 0,25 %) har liten effekt på legeringens mekaniske egenskaper, forbedrer tendensen til sprekkdannelse under støping og sveising, men reduserer den naturlige aldringshastigheten. For å oppnå høyplastiske materialer bør Fe- og Si-innholdet i legeringen være så lavt som mulig.
Zn: En liten mengde Zn ({{0}}.1%~0.5%) har liten effekt på de mekaniske egenskapene til romtemperaturen til Al-Cu-Mg-legeringer, men reduserer varmemotstanden til legeringen. Zn-innholdet i legeringen bør begrenses til mindre enn 0,3 %.
② Al-Cu-Mg-Fe-Ni-legering Hovedlegeringskvalitetene i denne serien av legeringer er 2A70, 2A80, 2A90, etc.Rollen til hvert legeringselement er som følger.
Cu og Mg: Påvirkningen av Cu- og Mg-innhold på romtemperaturstyrken og varmebestandigheten til de ovennevnte legeringene er lik den for AI-Cu-Mg-legeringen. Siden Cu- og Mg-innholdet i denne serien av legeringer er lavere enn for AI-Cu-Mg-legering, er legeringen plassert i a+ S (AlCuMg) tofaseområdet, så legeringen har høyere romtemperaturstyrke og god varme motstand; i tillegg, når Cu-innholdet er lavt, har den lavkonsentrasjonsfaste løsningen en liten tendens til å dekomponere, noe som er fordelaktig for legeringens varmebestandighet.
Ni: Ni og Cu i legeringen kan danne en uløselig ternær forbindelse. Når Ni-innholdet er lavt, dannes (AICuNi), og når Ni-innholdet er høyt, dannes Al3(CuNi)2. Derfor kan tilstedeværelsen av Ni redusere konsentrasjonen av Cu i den faste løsningen. Måleresultatene av gitterkonstanten i slukket tilstand beviser også uttømmingen av Cu oppløste atomer i den faste legeringsløsningen. Når Fe-innholdet er svært lavt, kan økningen i Ni-innholdet redusere legeringens hardhet og redusere legeringens styrkende effekt.
Fe: Som Ni kan Fe også redusere konsentrasjonen av Cu i den faste løsningen. Når nikkelinnholdet er svært lavt, reduseres hardheten til legeringen betydelig i begynnelsen med økningen av Fe-innholdet, men når Fe-innholdet når en viss verdi, begynner det å øke igjen.
Ni og Fe: Når Fe og Ni legges til AICu2.2Mg1.65-legeringen samtidig, er egenskapene for hardhetsendring under quenching naturlig aldring, quenching kunstig aldring, quenching og annealing like, og en maksimal verdi vises ved posisjonen hvor Ni- og Fe-innholdet er like, og gitterkonstanten i quenching-tilstanden er en minimumsverdi på dette punktet.
Når Fe-innholdet i legeringen er større enn Ni-innholdet, vil Al7Cu2Fe-fasen vises. Tvert imot, når Ni-innholdet i legeringen er større enn Fe-innholdet, vil AlCuNi-fasen vises. Utseendet til den ovennevnte Cu-holdige ternære fasen reduserer Cu-innholdet i den faste løsningen. Bare når Fe- og Ni-innholdet er like, genereres alle AlgFeNi-fasene. I dette tilfellet, siden det ikke er overskudd av Fe eller Ni for å danne en uløselig Cu-holdig fase, danner Cu i legeringen ikke bare S (Al2CuMg)-fasen, men øker også konsentrasjonen av Cu i den faste løsningen, som er gunstig for å forbedre legeringens styrke og varmebestandighet.
Fe- og Ni-innhold kan påvirke varmemotstanden til legeringen. AlgFeNi-fasen er en hard og sprø forbindelse med svært liten løselighet i Al. Etter smiing og varmebehandling, når de er spredt og fordelt i strukturen, kan de forbedre legeringens varmebestandighet betydelig. For eksempel inneholder AICu2.2Mg1.65-legeringen 1.0% Ni og legeringen med 0.7%~0.9% Fe har den høyeste varige styrkeverdien.
Si: Tilsetning av 0,5 % til 1,2 % Si til 2A80-legering forbedrer legeringens romtemperaturstyrke, men reduserer varmebestandigheten til legeringen.
Tilsetning av {{0}}.02%~0.1% Ti til Ti:2A70-legering foredler de støpte kornene og forbedrer smiprosessytelsen, noe som er gunstig for varmebestandigheten, men har liten effekt på ytelsen ved romtemperatur.
③ Al-Cu-Mn legering. De viktigste legeringskvalitetene i denne serien av legeringer er 2A16, 2A17, etc.
Funksjonene til de viktigste legeringselementene er som følger.
Cu: Ved romtemperatur og høy temperatur, ettersom Cu-innholdet øker, øker legeringsstyrken. Når Cu-innholdet når 5,0 %, er legeringsstyrken nær maksimumsverdien. I tillegg kan Cu forbedre sveiseytelsen til legeringen.
Mn: Mn er hovedelementet for å forbedre den varmebestandige legeringen. Det øker aktiveringsenergien til atomer i den faste løsningen, reduserer diffusjonskoeffisienten til løste atomer og nedbrytningshastigheten til den faste løsningen. Når den faste løsningen brytes ned, er dannelsen og vekstprosessen av den utfelte fase T (Al2oCu2Mn3)-fasen også veldig langsom, så legeringen er også veldig stabil når den varmes opp i lang tid ved en viss høy temperatur. Tilsetning av passende Mn (0.6%~0.8%) kan forbedre romtemperaturstyrken og utholdenhetsstyrken til legeringen i bråkjølings- og naturlig aldringstilstand. Men hvis Mn-innholdet er for høyt, øker T-fasen, grensesnittet øker, diffusjonseffekten akselereres og legeringens varmebestandighet reduseres. I tillegg kan Mn også redusere sprekketendensen under legeringsveising.
Sporelementene tilsatt til Al-Cu-Mn-legeringen er Mg, Ti og Zr, mens de viktigste urenhetselementene er Fe, Si, Zn, etc., og deres effekter er som følger.
Mg: Når innholdet av Cu og Mn i 2A16-legering forblir uendret, tilsettes 0.25%~0.45% Mg for å danne 2A17-legering. Mg kan forbedre romtemperaturstyrken til legeringen og forbedre varmemotstanden under 150~225 grader. Men når temperaturen stiger ytterligere, reduseres styrken til legeringen betydelig. Tilsetning av Mg kan imidlertid forringe sveiseytelsen til legeringen, så i 2A16-legeringen som brukes for varmebestandig sveisbarhet, bør innholdet av urenheter Mg ikke overstige 0.05 %. Ti: Ti kan foredle de støpte kornene, øke rekrystalliseringstemperaturen til legeringen, redusere nedbrytningstendensen til den overmettede faste løsningen og stabilisere strukturen til legeringen ved høy temperatur. Men når Ti-innholdet er større enn {{20}},3 %, genereres grove nåleformede TiAls-forbindelser, noe som reduserer varmemotstanden til legeringen. Ti-innholdet i legeringen er spesifisert til å være 0,1%~0,2%. Zr: Når 0,1% ~ 0,25% Zr tilsettes til 2219-legeringen, kan kornene raffineres, og rekrystalliseringstemperaturen og fast løsningsstabiliteten til legeringen kan økes, og derved forbedre varmemotstanden til legeringen og forbedre sveisbarheten til legeringen. legeringen og plastisiteten til sveisen. Men når Zr-innholdet er høyt, kan mer sprø forbindelser ZrAl3 genereres.
Fe: Når Fe-innholdet i legeringen overstiger {{0}}.45 %, dannes det en uløselig fase AlCu2Fe, som kan redusere legeringens mekaniske egenskaper i bråkjølings- og aldringstilstand og utholdenhetsstyrken ved 300 grader. Derfor bør Fe-innholdet begrenses til mindre enn 0,3 %.
Si: En liten mengde Si ({{0}}.4%) har ingen åpenbar effekt på de mekaniske egenskapene ved romtemperatur, men reduserer utholdenhetsstyrken ved 300 grader. Når Si-innholdet overstiger 0,4 %, vil legeringens mekaniske egenskaper ved romtemperatur reduseres. Derfor er Si-innholdet begrenset til mindre enn 0,3%.
Zn: En liten mengde Zn ({{0}}.3%) har ingen effekt på romtemperaturegenskapene til legeringen, men det kan akselerere diffusjonshastigheten til Cu i Al og redusere utholdenhetsstyrken til legeringen ved 300 grader, så den er begrenset til mindre enn 0,1%.
Hva er typene og bruksområdene for 2xxx-seriens aluminiumslegeringer?
Legering 2011
Typer: trådtrekkerør, kaldbearbeidede stenger, kaldbearbeidede ledninger
Bruksområder: skruer og maskinerte produkter som krever god kutteytelse
Legering 2014
Typer: plater, tykke plater, trukket rør, ekstruderte rør, stenger, profiler, tråder, kaldbearbeidede stenger, kaldbearbeidede ledninger, smiing
Bruksområder: brukes i applikasjoner som krever høy styrke og hardhet (inkludert høye temperaturer). Kraftig smiing, tykke plater og ekstruderte materialer brukes til flykonstruksjonsdeler, flertrinns rakett førstetrinns drivstofftanker og romfartøydeler, hjul, lastebilrammer og opphengssystemdeler
Legering 2017
Typer: plater, ekstruderte profiler, kaldbearbeidede stenger, kaldbearbeidede ledninger, nagletråder, smiing
Bruksområder: Det er den første 2XXX-seriens legering som brukes industrielt. Dets nåværende bruksområde er relativt smalt, hovedsakelig nagler, generelle maskindeler, fly, skip, transport, bygningskonstruksjonsdeler, konstruksjonsdeler for transportkjøretøyer, propeller og tilbehør
Legering 2024
Varianter: Plater, tykke plater, trukket rør, ekstruderte rør, profiler, stenger, tråder, kaldbearbeidede stenger, kaldbearbeidede ledninger, nagletråder
Bruksområder: Flykonstruksjoner (skinn, rammer, ribber, skott, etc.), nagler, missilkomponenter, lastebilhjul, propellkomponenter og andre forskjellige strukturelle deler
Legering 2036
Varianter: Karosseriplater til biler
Bruksområder: Bildeler i metallplater
Legering 2048
Varianter: Tallerkener
Bruksområder: Luftfartskonstruksjonsdeler og våpenkonstruksjonsdeler
Legering 2117
Varianter: Kaldbearbeidede stenger og wirer, nagletråder
Bruksområder: Brukes som nagler for konstruksjonsdeler med arbeidstemperaturer som ikke overstiger 100 grader
Legering 2124
Varianter: Tykke plater
Bruksområder: Luftfartskonstruksjonsdeler
Legering 2218
Varianter: Smiing, folier
Bruksområder: Flymotor- og dieselmotorstempler, sylinderhoder til flymotorer, jetmotorhjul og kompressorringer
Legering 2219
Varianter: Plater, tykke plater, folier, ekstruderte rør, profiler, stenger, tråder, kaldbearbeidede stenger, smiing
Bruksområder: Tanker og drivstofftanker for romrakettsveising, supersoniske flyskinn og strukturelle deler, driftstemperatur -270~300 grader. God sveisbarhet, høy bruddseighet, høy motstand mot spenningskorrosjonssprekker i T8-tilstand
Legering 2319
Variasjon: Tråd
Bruksområde: Sveisestenger og fylllodd for sveising av 2219 legering
Legering 2618
Variasjon: Tykke plater, ekstruderte stenger, smid og smid
Bruksområde: Motorsylindre og andre deler, samt varmebestandige deler som krever arbeid ved 150~250 grader. Tykke plater brukes som flyskinn, stenger, formsmiing og frismiing brukes til å lage stempler, luftfart
Legering 2A01
Variasjon: Kaldbearbeidede stenger og wirer, nagletråder
Bruksområde: Brukes som nagler for konstruksjonsdeler med arbeidstemperaturer som ikke overstiger 100 grader
Legering 2A02
Variasjon: Barer, smiing
Bruksområde: Aksiale kompressorblader, impellere og skiver til turbojetmotorer med arbeidstemperaturer på 200 ~ 300 grader
Legering 2A04
Variasjon: Nagletråder
Bruk: Brukes til å lage nagler for strukturelle deler med arbeidstemperatur på 120 ~ 250 grader
Legering 2A06
Variasjon: Plate, ekstrudert profil, nagletråd
Bruk: Flystrukturdeler med arbeidstemperatur på 150 ~ 250 grader og strukturelle nagler for fly med arbeidstemperatur på 125 ~ 250 grader
Legering 2A10
Variasjon: Nagletråd
Bruksområde: Høyere styrke enn 2A01-legering, brukt til å produsere strukturnitter for fly med arbeidstemperatur mindre enn eller lik 100 grader
Legering 2A50
Variasjon: Smiing, stenger, plater
Bruksområde: Middels sterke deler med komplekse former
Legering 2B50
Variasjon: Smiing
Bruksområde: Kompressorhjul for flymotor, styrehjul, vifte, impeller, etc.
Legering 2A90
Variasjon: Ekstruderte stenger, smid og smid
Bruksområde: Luftfartøymotordeler og andre deler med høy arbeidstemperatur, legeringssmiing blir gradvis erstattet av 2A70