Алюминиево-марганцевый сплав

Алюминиево-марганцевые сплавы ( сплавы AlMn ) - это алюминиевые сплавы, которые содержат марганец (Mn) в качестве основного легирующего элемента . Они состоят в основном из алюминия (Al); В дополнение к марганцу, который имеет наибольшую долю легирующих элементов (около 1% ), также могут быть включены железо (Fe), кремний (Si), магний (Mg) или медь (Cu). AlMn используется почти исключительно в виде деформируемого сплава и перерабатывается в листы или профили путем прокатки или экструзии . Сплавы устойчивы к коррозии , имеют низкую прочность по сравнению с алюминиевыми сплавами и не подвергаются закалке ( термообработке ) . Они стандартизированы в серии 3000.

Приложения

Алюминиево-марганцевые сплавы используются для применений с низкими требованиями к прочности и, благодаря их коррозионной стойкости, также могут использоваться в химической и пищевой средах. Таким образом, AlMn - это не строительный материал , а функциональный материал .

AlMn перерабатывается в банки для напитков и обычно используется в качестве упаковочного материала. Он используется для устройства и труб в химической промышленности , для кровельных плиток, стеновых покрытий , сосуда под давлением , рольставней , прокатный ворота и теплообменник .

Влияние легирующих элементов

Марганец соединяется с алюминием с образованием интерметаллических фаз и, таким образом, увеличивает прочность. Каждый процент марганца увеличивает прочность примерно на 42 МПа. Железо и кремний в большинстве случаев являются нежелательными сопутствующими элементами, которые нельзя полностью удалить. Магний и медь лучше повышают прочность (70–85 МПа на% Mg) и добавляются в сплав для повышения прочности.

Фазы

Бинарные алюминиево-марганцевые фазы

Алюминий и марганец частично смешиваются в твердом состоянии. Они также образуют разные интерметаллические фазы .

Эвтектической между алюминием и Al 6 Mn составляет 1,3% Mn и 660 ° С, в то время как чистые алюминиевые расплавы при 660,2 ° С В более ранней литературе также можно найти значения 1,8% и 657 ° C или 658 ° C.

При температуре выше 710 ° C образуется Al 4 Mn с содержанием Mn не менее 4%. Однако такие высокие уровни технически не используются. Ниже 510 ° C или 511 ° C образуется Al 12 Mn.

Растворимость марганца в смешанном кристалле алюминия быстро падает с понижением температуры и близка к нулю при комнатной температуре.

Фазы в материалах AlMn с другими элементами

Некоторые материалы AlMn все еще содержат добавки железа (Fe) или кремния (Si). Они образуют фазы Al 3 Fe, Al 8 Fe 2 Si, Al 5 FeSi, Al 15 Si 2 (Mn, Fe) 3 . Кроме того, смешанные кристаллы встречаются в форме Al 12 (Mn, Fe) 3 Si.

  • Из расплава образуются Al 3 Fe и Al 6 (Mn, Fe), алюминий и Al 15 Si 2 (Mn, Fe) 3 при 648 ° C.
  • Из расплава образуются Al 3 Fe, алюминий, Al 15 Si 2 (Mn, Fe) 3 и Al 8 Fe 2 Si при температуре ниже 630 ° C.
  • Из расплава и Al 8 Fe 2 Si образуются алюминий, Al 5 FeSi и Al 15 Si 2 (Mn, Fe) 3 при температуре около 600 ° C.
  • Из расплава и Al 5 FeSi образуются алюминий, кремний и Al 15 Si 2 (Mn, Fe) 3 при температуре около 565 ° C.

структура

Структура после того, как литье в слитки или плиту состоит в основном из пересыщенного твердого раствора и осажденных областей с фазами , содержащих марганец, размер которых составляет около 100 мкм. Большая часть марганца (от 0,7 до 0,9%) все еще растворена в алюминии, поскольку скорость охлаждения после литья слишком велика для того, чтобы весь марганец мог быть отделен диффузией . Причиной этого также является очень низкая скорость диффузии марганца в алюминии.

Структура изменяется посредством гомогенизации и изменения формы (прокатка, ковка). Различные фазы отделены от основной алюминиевой конструкции, размер которой менее одного микрометра. Эти частицы увеличивают прочность по сравнению с чистым алюминием примерно на 25%. Они термически стабильны и растворяются снова с трудом. В измененном и гомогенизированном состоянии наблюдается очень тонкая структура, более крупные, содержащие марганец области из литого состояния больше не присутствуют. Эти мелкодисперсные частицы также препятствуют росту зерна и, таким образом, повышают прочность материала; однако это улучшение незначительно, так как в случае алюминиевых материалов оно, как правило, лишь незначительно зависит от размера зерна.

Присутствие кремния ускоряет осаждение Al 12 (Mn, Fe) 3 Si. Если кремния достаточно, Al 6 (Mn, Fe) превращается в Al 12 (Mn, Fe) 3 Si во время гомогенизации .

Свойства и стандартизованные сплавы

вместе
установка		 код Положение дел
Предел упругости
Прочность на растяжение
деформация разрушения
AlMn1Cu 3003 O ( отожженный )
HX2 ( упрочненный на 1/4 твердости) 		050 МПа
120 МПа 		110 МПа
140 МПа 		0029% 11%
00
AlMn1 3103 O
HX2 		045 МПа
115 МПа 		105 МПа
135 МПа 		0029% 11%
00

литература

  • Фридрих Остерманн: Применение алюминия в технике. 3. Издание. Springer, 2014 г., ISBN 978-3-662-43806-0 , стр. 100-102.
  • Алюминиевая мягкая обложка. Том 1: Основы и материалы. 16-е издание. Beuth-Verlag, Берлин / Вена / Цюрих 2002, ISBN 3-87017-274-6 , стр. 104 f, 122.
  • Джордж Э. Тоттен, Д. Скотт Маккензи: Справочник по алюминию. Том 1: Металлургия и процессы . Марсель Деккер, Нью-Йорк / Базель 2003, ISBN 0-8247-0494-0 , стр. 159f.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Остерманн, стр.100.
  2. ^ Тоттен, Маккензи, стр. 160.
  3. ↑ Алюминиевая обложка в мягкой обложке, стр. 122.
  4. ^ Тоттен, Маккензи, стр. 160.
  5. ↑ Остерманн, Приложение