(1) Karakteristikk av 7xxx-serien aluminiumslegeringer
7XXx-serien aluminiumslegeringer er aluminiumslegeringer med Zn som hovedlegeringselement og er varmebehandlebare aluminiumslegeringer. Når Mg tilsettes legeringen, blir den Al-Zn-Mg-legering. Legeringen har gode termiske deformasjonsegenskaper og et bredt bråkjølingsområde. Under passende varmebehandlingsforhold kan den oppnå høy styrke og gode sveiseegenskaper. Den har generelt god korrosjonsbestandighet og en viss tendens til spenningskorrosjon. Det er en høyfast sveisbar aluminiumslegering. Al-Zn-Mg-Cu-legering er utviklet på basis av Al-Zn-Mg-legering ved å tilsette Cu. Styrken er høyere enn for 2X-seriens aluminiumslegeringer. Det kalles generelt ultra-høystyrke aluminiumslegering. Flytestyrken til legeringen er nær strekkfastheten, flytegrensen er høy, og den spesifikke styrken er også høy, men plastisiteten og høytemperaturstyrken er lav. Den er egnet for bærende konstruksjonsdeler som brukes ved romtemperatur og under 120 grader. Legeringen er enkel å behandle og har god korrosjonsbestandighet og høy seighet. Denne serien av legeringer er mye brukt innen luftfart og romfart, og har blitt et av de viktigste strukturelle materialene på dette feltet.
(2) Legeringselementer og urenhetselementer og deres funksjoner
① Al-Zn-Mg-legering Zn og Mg er de viktigste legeringselementene i Al-Zn-Mg-legering, og innholdet er generelt ikke mer enn 7,5%.
Zn og Mg: Når innholdet av Zn og Mg i legeringen øker, øker dens strekkstyrke og varmebehandlingseffekt generelt tilsvarende. Spenningskorrosjonstendensen til legeringen er relatert til summen av innholdet av Zn og Mg. For legeringer med høy Mg og lav Zn eller høy Zn og lav Mg, så lenge summen av innholdet av Zn og Mg ikke er mer enn 7%, har legeringen god motstand mot spenningskorrosjon. Sveisesprekkestendensen til legeringen avtar med økningen av Mg-innholdet.
Spormengder av tilsatte elementer i Al-Zn-Mg-legeringer inkluderer Mn, Cr, Cu, Zr og Ti, og de viktigste urenhetene inkluderer Fe og Si.
Mn og Cr: Tilsetning av Mn og Cr kan forbedre spenningskorrosjonsmotstanden til legeringen. Mn-innholdet er 0,2 %~
Ved {{0}},4 % er effekten betydelig. Effekten av å legge til Cr er større enn å legge til Mn. Hvis Mn og Cr tilsettes samtidig, vil effekten av å redusere spenningskorrosjonstendensen være bedre. Den passende mengden Cr tilsatt er 0,1%~0,2%.
Zr: Zr kan forbedre sveisbarheten til A{{0}}Zn-Mg-legeringer betydelig. Når 0.2% Zr legges til AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35-legering, reduseres sveisesprekkene betydelig. Zr kan også øke den endelige rekrystalliseringstemperaturen til legeringen. I AlZn4.5Mg1.8Mn0.6-legeringen, når Zr-innholdet er høyere enn 0.2 %, er den endelige rekrystalliseringstemperaturen til legeringen over 500 grader. Derfor beholder materialet fortsatt sin styrke etter bråkjøling. Deformert vev. Tilsetning av 0,1 % til 0,2 % Zr til Al-Zn-Mg-legeringer som inneholder Mn kan også forbedre spenningskorrosjonsmotstanden til legeringen, men Zr har en lavere effekt enn Cr.
Ti: Tilsetning av Ti til legeringen kan avgrense legeringens kornstørrelse i støpt tilstand og forbedre legeringens sveisbarhet, men effekten er lavere enn Zr. Hvis Ti og Zr legges til samtidig, er effekten bedre. I AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3-legeringen med et Ti-innhold på 0.12 %, når Zr-innholdet overstiger 0.15 %, har legeringen god sveisbarhet og forlengelse, og kan oppnå samme effekt som når mer enn 0,2 % Zr tilsettes alene. Ti kan også øke legeringens rekrystalliseringstemperatur.
Cu: Tilsetning av en liten mengde Cu til Al-Zn-Mg-legeringer kan forbedre motstanden mot spenningskorrosjon og strekkfasthet. Imidlertid er legeringens sveisbarhet redusert.
Fe: Fe kan redusere legeringens korrosjonsbestandighet og mekaniske egenskaper, spesielt for legeringer med høyt Mn-innhold. Derfor bør Fe-innholdet være så lavt som mulig, og innholdet bør begrenses til mindre enn 0,3 %.
Si: Si kan redusere styrken til legeringen, redusere bøyeytelsen litt og øke tendensen til sveisesprekker. Innholdet av Si i legeringen bør begrenses til mindre enn 0,3 %.
② Al-Zn-Mg-Cu-legering Al-Zn-Mg-Cu-legering er en varmebehandlebar legering. De viktigste styrkende elementene er Zn og Mg. Cu har også en viss styrkende effekt, men hovedfunksjonen er å forbedre materialets korrosjonsbestandighet.
Zn og Mg: Zn og Mg er de viktigste styrkende elementene. Når de eksisterer side om side, vil de danne η (MgZn2) og T (Al2Mg2Zn3) faser. η-fasen og T-fasen har stor løselighet i AI og endres dramatisk med stigning og fall av temperatur. Løseligheten av MgZn2 ved den eutektiske temperaturen er 28%, som reduseres til 4%~5% ved romtemperatur. Den har en sterk aldringsforsterkende effekt. Økningen i Zn- og Mg-innhold kan i stor grad forbedre styrken og hardheten, men det vil redusere plastisitet, spenningskorrosjonsbestandighet og bruddseighet.
Cu: Når Zn/Mg er større enn 2,2 og Cu-innholdet er større enn Mg, kan Cu og andre grunnstoffer produsere en forsterket S (CuMgAlz) fase for å øke styrken til legeringen, men i motsatt tilfelle vil muligheten for eksistensen av S-fasen er veldig liten. Cu kan redusere potensialforskjellen mellom korngrensen og den intragranulære, og kan også endre bunnfallsfasestrukturen og foredle korngrenseutfellingsfasen, men det har liten effekt på bredden av korngrensen uten nedbørssone. Det kan hemme tendensen til intergranulær sprekkdannelse, og dermed forbedre motstanden mot spenningskorrosjon av legeringen. Men når Cu-innholdet er større enn 3 %, forringes legeringens korrosjonsmotstand. Cu kan øke overmetningen til legeringen, akselerere den kunstige aldringsprosessen til legeringen mellom 100 og 200 grader C, utvide det stabile temperaturområdet til GP-sonen og forbedre strekkstyrken, plastisiteten og utmattelsesstyrken. I området hvor Cu-innholdet ikke er for høyt, økes den sykliske tretthetsmotstanden og bruddseigheten med økningen av Cu-innholdet, og sprekkveksthastigheten reduseres i det korrosive mediet, men tilsetningen av Cu har en tendens. for å produsere intergranulær korrosjon og gropkorrosjon. Effekten av Cu på bruddseigheten er relatert til Zn/Mg-forholdet. Når forholdet er lite, jo høyere Cu-innhold, desto dårligere er seigheten; når forholdet er stort, selv om Cu-innholdet er høyt, er seigheten fortsatt meget god.
Det er også en liten mengde sporstoffer som Mn, Cr, Zr, V, Ti, B i legeringen. Fe og Si er skadelige urenheter i legeringen, og deres interaksjoner er som følger.
Mn, Cr: Tilsetning av en liten mengde overgangselementer som Mn og Cr har en betydelig effekt på strukturen og egenskapene til legeringen. Disse elementene kan produsere dispergerte partikler under homogeniseringsglødingen av barren, forhindre migrering av dislokasjoner og korngrenser, og dermed øke rekrystalliseringstemperaturen, effektivt forhindre vekst av korn, raffinere korn og sikre at strukturen forblir ukrystallisert eller delvis rekrystallisert etter varmbearbeiding og varmebehandling, slik at styrken forbedres samtidig som den har bedre motstand mot spenningskorrosjon. Når det gjelder å forbedre motstanden mot spenningskorrosjon, er det bedre å legge til Cr enn å tilsette Mn.
Zr: Nylig har det vært en trend å erstatte Cr og Mn med Zr. Zr kan i stor grad øke rekrystalliseringstemperaturen til legeringen. Enten det er varm deformasjon eller kald deformasjon, kan ikke-rekrystallisert struktur oppnås etter varmebehandling. Zr kan også forbedre legeringens herdbarhet, sveisbarhet, bruddseighet, spenningskorrosjonsbestandighet osv. Zr er et meget lovende sporadditivelement i Al-Zn-Mg-Cu legeringer.
Ti og B: Ti og B kan foredle legeringens korn i støpt tilstand og øke legeringens rekrystalliseringstemperatur.
Fe og Si: Fe og Si er uunngåelige skadelige urenheter i 7XxX aluminiumslegeringer, som hovedsakelig kommer fra råvarer, samt verktøy og utstyr som brukes i smelting og støping. Disse urenhetene eksisterer hovedsakelig i form av hard og sprø FeAl: og fri Si. Disse urenhetene kan også danne grove forbindelser som (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) med Mn og Cr. FeAl3 har effekt av å raffinere korn, men har større innvirkning på korrosjonsbestandigheten. Når innholdet av uløselig fase øker, øker også volumfraksjonen av den uløselige fasen. Disse uløselige andre fasene vil bryte og forlenges under deformasjon, noe som resulterer i en båndstruktur, og partiklene er anordnet i en rett linje langs deformasjonsretningen. Siden urenhetspartiklene er fordelt inne i kornene eller på korngrensene, under plastisk deformasjon, oppstår porer på noen partikkel-matrisegrenser, noe som resulterer i mikrosprekker, som blir opphavet til makrosprekker. I tillegg har det stor innflytelse på veksthastigheten av utmattelsessprekker. Det har en viss effekt av å redusere lokal plastisitet under ødeleggelse. Økningen i antall urenheter forkorter avstanden mellom partikler, og reduserer derved den plastiske deformasjonsfluiditeten rundt sprekkspissen. Fordi fasen som inneholder Fe og Si er vanskelig å løse opp ved romtemperatur, spiller den en rolle som hakk og blir lett en sprekkkilde, noe som får materialet til å bryte, noe som har en svært negativ effekt på forlengelsen, spesielt bruddseigheten til legering. Derfor, når du designer og produserer nye legeringer, er innholdet av Fe og Si strengt kontrollert. I tillegg til å bruke metallråmaterialer med høy renhet, tas det også noen tiltak under smelte- og støpeprosessen for å forhindre at disse to elementene blandes inn i legeringen.