Алюминиево-магниевый сплав

Алюминиево-магниевые сплавы ( AlMg ) - это алюминиевые сплавы, то есть сплавы, которые в основном состоят из алюминия, которые содержат магний в качестве основного легирующего элемента . Большинство стандартизированных сплавов все еще содержат небольшое количество марганца ( AlMg (Mn) ).

В этой статье рассматриваются только чистые сплавы AlMg и сплавы AlMg (Mn), которые относятся к средне-прочным, естественно твердым сплавам (которые не могут быть упрочнены термической обработкой) и стандартизированы в серии 5000. Это не относится к закаливаемым алюминиевым сплавам (термической обработкой) с магнием в качестве основного элемента сплава:

• Алюминиево-магниево-медные сплавы (AlMgCu)
• Алюминиево-магниево-кремниевые сплавы (AlMgSi, серия 6000)

Заявки и обработка

Сплавы AlMg являются одними из самых важных конструкционных материалов для алюминиевых сплавов. Они могут быть легко холодной формируется , т.е. обрабатываются прокатки и ковки , и легко сварного шва с содержанием Mg , по меньшей мере , 3%. AlMg только редко обрабатываются с помощью экструзии , поскольку последующие изменения прочности следует избегать в экструдированных профилей.

Большинство сплавов AlMg перерабатывается в прокат, а также в трубы, прутки, проволоку и открытые или штампованные детали . Деталь также перерабатывается в экструдированные профили простого поперечного сечения.

Благодаря хорошей коррозионной стойкости и высокой прочности при низких температурах, AlMg используется в судостроении , в приборостроении для химических аппаратов и трубопроводов, в холодильной технике и в автомобилях . Хорошая свариваемость имеет решающее значение для использования в авиастроении , в том числе с добавками скандия и циркония для лучшей свариваемости.

Растворимость магния и фаз

Растворимость магния в алюминии очень высока и достигает максимума в 14% до 17% при 450 ° C, в зависимости от литературы. При 34,5% присутствует эвтектика с Al ₈ Mg ₅ (иногда также называемая Al ₃ Mg ₂ ), интерметаллическая фаза ( фаза). Растворимость Mg резко снижается с понижением температуры: при 100 ° C она все еще составляет 2%, при комнатной температуре - 0,2%. ${\ displaystyle \ beta}$

Для чистых сплавов AlMg разделение фаз происходит в соответствии с четырехступенчатым процессом; для технически используемых сплавов с дополнительными легирующими элементами и примесями процесс намного сложнее:${\ displaystyle \ beta}$

• В первую очередь образуются кластеры, которые в случае алюминия называются зонами GP . Это локальные скопления атомов магния в решетке алюминия, которые еще не образуют собственной фазы и также не имеют регулярного расположения.
• Формирование когерентной фазы. Их кристаллы имеют ту же пространственную ориентацию, что и кристаллы смешанного алюминия.${\ displaystyle \ beta ''}$
• Формирование частично когерентной фазы. Он лишь частично ориентирован на решетку смешанного кристалла Al.${\ displaystyle \ beta '}$
• Образование несвязной фазы. Он не имеет пространственной ориентации со смешанным кристаллом Al.${\ displaystyle \ beta}$

В случае технических сплавов разделение отличается от этого по следующим причинам:

• Низкая диффузия магния в алюминии
• Для образования зон и фазы GP требуется высокое пересыщение 7% Mg и более, что не достигается в большинстве сплавов. Зоны или фазы ГП в AlMg4,5Mn0,7 не обнаружены даже после длительного отжига при температурах до 250 ° C , хотя фаза присутствует уже через несколько дней .${\ displaystyle \ beta ''}$${\ displaystyle \ beta ''}$${\ displaystyle \ beta}$
• Дислокации не являются достаточными семенами для формирования фазы, фазы или фазы. Причина - небольшая разница в объемах между этими фазами и матрицей.${\ displaystyle \ beta ''}$${\ displaystyle \ beta '}$${\ displaystyle \ beta}$

структура

круглый образец из AlMg3, без измельчения зерна (2 ×)

круглый образец для испытаний из AlMg3 с измельчением зерна

Диффузия магния в алюминии очень низкая. Причина в большой разнице в размерах между радиусами атомов алюминия и атомов магния ( ). Поэтому после литья только часть магния осаждается из твердого раствора, тогда как большая часть магния присутствует в алюминии в виде перенасыщенного раствора. Это условие не может быть устранено даже длительным отжигом. ${\ displaystyle r_ {Al}: r_ {Mg} = 1,43: 1,6}$${\ displaystyle \ alpha}$

Избыточный магний в основном выводится на границах зерен и на частицах дисперсии в зерне. Скорость процесса зависит от содержания Mg и температуры и увеличивается с обоими. На границах зерен изначально осаждаются так называемые бляшки, тонкие пластины, которые не соединяются, т.е. еще не образуют сплошной слой вокруг зерна. При 70 ° C они образуются через 3 месяца, при 100 ° C через 3 дня и при 150 ° C через 1-9 часов. По прошествии времени при повышенной температуре бляшки срастаются, образуя когезионную пленку. Это отрицательно сказывается на коррозионной стойкости, но снова может быть решено термообработкой. Подходит отжиг при 420 ° C в течение одного часа с последующим медленным охлаждением до 20 ° C / ч или отпуск при температуре от 200 ° C до 240 ° C. Бляшки фазы превращаются в многочисленные мелкие частицы, которые в специальной литературе называют «жемчужными». Они больше не образуют связной пленки.${\ displaystyle \ beta}$

Состав стандартизированных сортов

Состав некоторых стандартизированных типов показан в таблице ниже. Пропорции легирующих элементов в процентах по массе . Имеются мелкие градации содержания Mg и Mn в доступных марках. Без Mn очень редко. Стандартными сплавами являются AlMg3Mn, AlMg4,5Mn0,7, а также AlMg4,5Mn0,4 для корпусов. Для деформируемых сплавов используется содержание магния до 5% и марганца до 1%.

Для литых сплавов также возможно содержание Mg до 10%; Однако считается, что содержимое 7% и более трудно вылить .

коррозия

Считается, что алюминиево-магниевые сплавы очень устойчивы к коррозии, но это применимо только в том случае, если фаза присутствует в виде прерывистой фазы. Поэтому сплавы с содержанием Mg ниже 3% всегда устойчивы к коррозии; в случае более высокого содержания необходимо использовать подходящую термическую обработку, чтобы гарантировать, что эта фаза не присутствует в виде сплошной пленки на границах зерен.${\ displaystyle \ beta}$

Фаза и фаза очень неблагородны по сравнению с алюминием и имеет анодный характер. Следовательно, AlMg подвержен межкристаллитной коррозии, если${\ displaystyle \ beta '}$${\ displaystyle \ beta}$

1. фаза выпадает в осадок в виде непрерывной пленки на границах зерен и в то же время${\ displaystyle \ beta}$
2. материал находится в агрессивной среде.

Сплавы в условиях, подверженных межкристаллитной коррозии, отжигают при температурах от 200 ° C до 250 ° C с медленным охлаждением ( гетерогенизационный отжиг ). В результате пленка α-фазы превращается в глобулярную α-фазу, и материал становится устойчивым к межкристаллитной коррозии.${\ displaystyle \ beta}$${\ displaystyle \ beta}$

Механические свойства

стол

Прочность и удлинение при разрыве при испытании на растяжение

Прочность повышается за счет добавления магния. При низком содержании Mg увеличение прочности относительно велико; при более высоком содержании оно всегда слабее. Магний очень эффективно увеличивает прочность по сравнению с другими элементами; на% Mg, поэтому он сильнее, чем с альтернативными элементами. Даже при среднем содержании Mg увеличение прочности за счет добавления марганца больше, чем за счет добавления магния, что также является одной из причин, по которым большинство сплавов AlMg все еще содержат марганец. Причиной высокого увеличения прочности магния является высокая энергия связи вакансий на атомах Mg. Эти места больше не являются свободными. Однако они благоприятны для пластической деформации.

В текучести линейно возрастает с увеличением содержания Mg от примерно 45 Н / мм 1% Mg до около 120 Н / мм с 4% Mg. Предел прочности при растяжении , также линейно возрастает, но с большим градиентом. При 1% Mg это около 60 Н / мм², при 4% Mg - 240 Н / мм².

Существует различные утверждения для удлинения при разрыве :. Исследование сплавов на основе чистого базисным показывает увеличивая удлинение при разрыве от около 20% удлинения на 1% Mg до 30% при 5% Mg Иногда U-образной кривое для удлинения при разрыве также может быть найдено в литературе : Сначала оно резко падает с удлинения 38% и 1% Mg до удлинения 34% и около 1,8% Mg, при 3% Mg оно достигает минимума только при удлинении 32%, а затем снова увеличивается до примерно 35% удлинения при 5. % Mg.

Эти кривые текучестей для АМга показывает поведение , типичное для металлических материалов повышения напряжения течения с истинным удлинением или степенью деформации. Для всех сплавов увеличение относительно велико при малом удлинении и меньше при более высоком удлинении. Однако кривые для более высоколегированных марок всегда выше кривых для низколегированных. При истинном удлинении 0,2, AlMg0.5 имеет предел текучести около 100 Н / мм², AlMg1 - 150 Н / мм², AlMg3 - 230 Н / мм² и AlMg4.5Mn0.4 - около 300 Н / мм². Выше сплава содержание и тем больше удлинение, тем больше эффект ПЛК и эффект Людерс .

Влияние размера зерна

В случае чистого алюминия размер зерна мало влияет на прочность металлов. В случае сплавов влияние увеличивается с увеличением содержания сплава. При 5% Mg материалы с размером зерна 50 мкм достигают равномерного удлинения около 0,25, при 250 мкм - около 0,28. AlMg8 уже достигает равномерного удлинения 0,3 при диаметре зерна 200 мкм. С увеличением размера зерна, как расширение Людерса и эффект Людерса снижения.

Деформационное упрочнение и термическая обработка

При очень высоких степенях деформации сильно упрочненных сплавов разупрочнение может также происходить при комнатной температуре. В долгосрочном исследовании более 50 лет снижение силы можно было измерить к концу. Чем выше степень деформации и выше содержание сплава, тем больше уменьшение. Само размягчение вначале очень выражено и быстро проходит. Этого эффекта можно избежать путем стабилизационного отжига при температуре от 120 до 170 ° C в течение нескольких часов.

Смотри тоже

• Магниевый сплав - некоторые марки содержат алюминий в качестве основного легирующего элемента.

литература

• Фридрих Остерманн: Применение алюминия в технике. 3. Издание. Springer, 2014 г., ISBN 978-3-662-43806-0 , стр. 102-116.
• Алюминиевая карманная книга - Том 1: Основы и материалы . Aluminium-Verlag, Дюссельдорф, 16-е издание, 2002 г., стр. 103, 134-136, 152 и далее.
• Джордж Э. Тоттен, Д. Скотт Маккензи: Справочник по алюминию Том 1: Металлургия и процессы . Марсель Деккер, Ю-Йорк, Базель. 2003, 1296 с. 160-168.

Индивидуальные доказательства

1. ^ Фридрих Остерманн: Применение алюминия в технологии. 3. Издание. Springer, 2014 г., ISBN 978-3-662-43806-0 , стр. 102 f.
2. ^ Фридрих Остерманн: Применение алюминия в технологии. 3. Издание. Springer, 2014 г., ISBN 978-3-662-43806-0 , стр.103.
3. Перейти ↑ Ostermann, p. 104.
4. ↑ Остерманн, стр.105.
5. ↑ Остерманн, стр.105.
6. ↑ Остерманн, стр.105.
7. ^ Остерманн: Применение алюминия, приложение.
8. ^ Алюминиевая мягкая обложка, приложение.
9. ↑ Андреас Бюринг-Полакчек , Вальтер Михаэли , Günter Spur (ред.): Handbuch Urformen , Hanser, 2014, стр.67 .
10. ↑ Остерманн: Application Technology Aluminium, p. 103
11. ↑ Остерманн: Application Technology Aluminium, p. 106
12. ↑ Алюминиевая карманная книжка, стр.136.
13. ^ Остерманн: Применение алюминия, приложение
14. ↑ Остерманн: Application Technology Aluminium, p. 106.
15. ↑ Остерманн: Применение алюминия, 3-е издание, стр. 106-108. (Ссылка сделана на следующие исследования: Falkenstein, H.-P., Gruhl, W., Scharf, G .: Вклад в формирование алюминиевых материалов. Metall. 37, 1197-1202 (1983); и: Yanagawa, M., Ohie , С., Кога, С., Хино, М .: Управляющие факторы пластичности в сплавах Al-Mg. Kobelco Technol. Rev. 16, 25-30 (1993))
16. ^ Aluminium-Taschenbuch, 16-е издание, стр. 135 (со ссылкой на Scharf, G; Влияние химического состава деформируемых материалов AlMgSi. Алюминий 58 (1982) 7, стр. 391/397)
17. ↑ Джордж Э. Тоттен, Д. Скотт Маккензи: Справочник по алюминию Том 1: Металлургия и процессы. Марсель Деккер, Ю-Йорк, Базель. 2003, 1296 с. 165.
18. ↑ Остерманн: Применение алюминия, с. 107.
19. ↑ Остерманн: Application Technology Aluminium, p. 109 f.
20. ↑ Остерманн: Application Technology Aluminium, p. 110 f.