Koje su karakteristike, glavni legirajući elementi i funkcije aluminijskih legura serije 2xxx?
(1) Karakteristike aluminijskih legura serije 2xxx
Aluminijske legure serije 2xxX su aluminijske legure s bakrom kao glavnim legirajućim elementom. Uključuju Al-Cu-Mg legure, Al-Cu-Mg-Fe-Ni legure i Al-Cu-Mn legure. Ove legure su toplinski obrađene legure aluminija.
Aluminijske legure serije 2xXX karakterizira visoka čvrstoća i obično se nazivaju tvrdim aluminijskim legurama. Imaju dobru otpornost na toplinu i svojstva obrade, ali njihova otpornost na koroziju nije tako dobra kao kod većine drugih aluminijskih legura. Pod određenim uvjetima dolazi do interkristalne korozije. Stoga je ploču često potrebno presvući slojem čistog aluminija ili slojem aluminijske legure serije 6xXx koja ima elektrokemijsku zaštitu za jezgru ploče kako bi se uvelike poboljšala njezina otpornost na koroziju. Među njima legura Al-Cu-Mg-Fe-Ni ima izuzetno složen kemijski i fazni sastav. Ima visoku čvrstoću na visokim temperaturama i dobre performanse procesa. Uglavnom se koristi za dijelove otporne na toplinu koji rade ispod 150 ~ 250 stupnjeva; iako je čvrstoća legure AI-Cu-Mn na sobnoj temperaturi niža od čvrstoće legure Al-Cu-Mg 2A12 i 2A14, njena čvrstoća je veća od obje na 225~250 stupnjeva ili više. Osim toga, legura ima dobre procesne performanse i lako se zavariva. Uglavnom se koristi u zavarljivim konstrukcijskim dijelovima i ukovcima otpornim na toplinu. Ova serija legura naširoko se koristi u zrakoplovstvu i zrakoplovstvu.
(2) Glavni legirajući elementi i njihova uloga
①Glavne vrste legura AI-Cu-Mg legura su 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12 itd. Glavni dodani elementi su Cu, Mg i Mn.
Njihovi učinci na legure su sljedeći.
a. Utjecaj sadržaja Cu i Mg na mehanička svojstva legura. Kada je sadržaj Mg 1%~2%, kada se sadržaj Cu povećava sa 1.0% na 4%, vlačna čvrstoća legure u kaljenom stanju raste sa 20{{14 }}MPa do 380MPa; vlačna čvrstoća legure u kaljenom stanju prirodnog starenja raste s 300MPa na 480MPa. Kada je sadržaj Cu u rasponu od 1%~4%, kada se sadržaj Mg poveća s 0,5% na 2,0%, vlačna čvrstoća legure raste; kada sadržaj Mg nastavi rasti, čvrstoća legure opada.
Vlačna čvrstoća legure koja sadrži 4.0% Cu i 2.0% Mg je najveća; legura koja sadrži 3%~4% Cu i 0.5%~1.3% Mg ima najveći učinak kaljenja i prirodnog starenja. Ispitivanje pokazuje da vlačna čvrstoća ternarne legure AI-Cu-Mg koja sadrži 4%~6% Cu i 1%~2% Mg može doseći 490~510MPa u stanju kaljenja i prirodnog starenja.
b. Utjecaj sadržaja Cu i Mg na otpornost legure na toplinu. Iz vrijednosti ispitivanja izdržljivosti legure AI-Cu-Mg koja sadrži 0.6%Mn na 200 stupnja i naprezanja od 160MPa, može vidi se da legura koja sadrži Cu 3,5%~6% i Mg1,2%~2,0% ima najveću izdržljivost. U ovom trenutku, legura se nalazi na ili u blizini AI-S (AlCuMg) pseudo-binarne sekcije. Legura dalje od pseudo-binarnog presjeka, to jest, kada je sadržaj Mg manji od 1,2%, a maksimalna čvrstoća veća od 2,0%, njezina izdržljivost opada. Ako se sadržaj Mg poveća na 3,0% ili više, izdržljivost legure će se brzo smanjiti.
Slična pravila dobivena su u testu na 250 stupnjeva i naprezanju od 100 MPa. Literatura ističe da se legura s najvećom izdržljivošću na 300 stupnjeva nalazi u području +S faze desno od AI-S binarnog odjeljka s višim sadržajem Mg.
c. Utjecaj sadržaja Cu i Mg na otpornost legura na koroziju. Al-Cu binarne legure sa sadržajem Cu od 3%~5% imaju vrlo nisku otpornost na koroziju u stanju kaljenja i prirodnog starenja. Dodavanje 0.5%Mg može smanjiti potencijal krute otopine i djelomično poboljšati otpornost legure na koroziju. Kada je sadržaj Mg veći od 1.0%, lokalna korozija legure se povećava, a istezanje nakon korozije naglo se smanjuje. Za legure s udjelom Cu većim od 4.0% i sadržajem Mg većim od 1.0%, Mg smanjuje topljivost Cu u Al. U kaljenom stanju, legura ima netopljive CuAl₂ i S faze, a prisutnost ovih faza ubrzava koroziju. Legure s udjelom Cu od 3%~5% i udjelom Mg od 1%~4% nalaze se u istom faznom području, a otpornost na koroziju im je slična u stanju kaljenja i prirodnog starenja. Legure u području aS faze imaju lošiju otpornost na koroziju od onih u području a-CuAl₂-S. Interkristalna korozija je glavna sklonost koroziji Al-Cu-Mg legura.
Mn: Mn se dodaje Al-Cu-Mg leguri uglavnom kako bi se uklonili štetni učinci Fe i poboljšala otpornost na koroziju. Mn može malo povećati čvrstoću legure na sobnoj temperaturi, ali smanjiti plastičnost. Mn također može odgoditi i oslabiti proces umjetnog starenja Al-Cu Mg legure i poboljšati toplinsku otpornost legure. Mn je također jedan od glavnih čimbenika koji čine Al-Cu-Mg leguru efektom ekstruzije. Dodatak Mn općenito je manji od 1.0%. Ako je sadržaj previsok, mogu nastati grubi (FeMn)Al6 krti spojevi, smanjujući plastičnost legure.
d. Mala količina elemenata u tragovima dodanih Al-Cu-Mg legurama uključuje Ti i Zr, a nečistoće su uglavnom Fe, Si i Zn, itd., a njihovi učinci su sljedeći.
Ti: Dodavanje Ti leguri može pročistiti lijevana zrna i smanjiti sklonost stvaranju pukotina tijekom lijevanja.
Zr: Mala količina Zr ima sličan učinak kao Ti, pročišćavajući lijevana zrna, smanjujući sklonost pucanju kod lijevanja i zavarivanja i poboljšavajući plastičnost ingota i zavarenih spojeva. Dodatak Zr ne utječe na čvrstoću hladno deformiranih proizvoda koji sadrže legure Mn
Malo poboljšava čvrstoću legura bez Mn. Si: Za Al-Cu-Mg legure s udjelom Mg manjim od 1.0%, sadržaj Si veći od 0.5% može poboljšati brzinu i snagu umjetnog starenja bez utjecaja na sposobnost prirodnog starenja. Budući da Si i Mg tvore fazu Mg2Si, to je korisno za učinak umjetnog starenja. Međutim, kada se sadržaj Mg poveća na 1,5%, nakon prirodnog ili umjetnog starenja kaljenja, čvrstoća i toplinska otpornost legure opadaju s povećanjem sadržaja Si. Stoga sadržaj Si treba smanjiti što je više moguće. Osim toga, povećanje sadržaja Si povećat će sklonost legura kao što su 2A12 i 2A06 stvaranju pukotina tijekom lijevanja i smanjiti plastičnost tijekom zakivanja. Stoga je sadržaj Si u leguri općenito ograničen na manje od 0,5%. Za legure koje zahtijevaju visoku plastičnost, sadržaj Si bi trebao biti manji.
Fe: Fe i Al tvore spojeve FeAl3 i otapaju se u spojevima koje tvore elementi kao što su Cu, Mn i Si. Ovi grubi spojevi koji se ne otapaju u čvrstoj otopini smanjuju plastičnost legure, a legura je sklona pucanju tijekom deformacije. I učinak jačanja je značajno smanjen. Mala količina Fe (manje od 0.25%) malo utječe na mehanička svojstva legure, poboljšava tendenciju stvaranja pukotina tijekom lijevanja i zavarivanja, ali smanjuje prirodnu stopu starenja. Da bi se dobili visoko plastični materijali, sadržaj Fe i Si u leguri treba biti što niži.
Zn: Mala količina Zn ({{0}}.1%~0.5%) ima mali učinak na mehanička svojstva Al-Cu-Mg legura pri sobnoj temperaturi, ali smanjuje toplinska otpornost legure. Sadržaj Zn u leguri trebao bi biti ograničen na manje od 0,3%.
② Legura Al-Cu-Mg-Fe-Ni Glavne kvalitete legura ove serije legura su 2A70, 2A80, 2A90, itd.Uloga svakog elementa legure je sljedeća.
Cu i Mg: Utjecaj sadržaja Cu i Mg na čvrstoću na sobnoj temperaturi i otpornost na toplinu gore navedenih legura sličan je onom legure AI-Cu-Mg. Budući da je sadržaj Cu i Mg u ovoj seriji legura niži nego u AI-Cu-Mg leguri, legura se nalazi u a+ S (AlCuMg) dvofaznom području, tako da legura ima višu čvrstoću na sobnoj temperaturi i dobru toplinu otpornost; osim toga, kada je sadržaj Cu nizak, kruta otopina niske koncentracije ima malu tendenciju raspadanja, što je korisno za toplinsku otpornost legure.
Ni: Ni i Cu u leguri mogu tvoriti netopljivi ternarni spoj. Kada je sadržaj Ni nizak, nastaje (AICuNi), a kada je sadržaj Ni visok, nastaje Al3(CuNi)2. Stoga prisutnost Ni može smanjiti koncentraciju Cu u čvrstoj otopini. Rezultati mjerenja konstante rešetke u gašenom stanju također dokazuju osiromašenje atoma otopljene tvari Cu u čvrstoj otopini legure. Kada je sadržaj Fe vrlo nizak, povećanje sadržaja Ni može smanjiti tvrdoću legure i smanjiti učinak ojačanja legure.
Fe: Poput Ni, Fe također može smanjiti koncentraciju Cu u čvrstoj otopini. Kada je sadržaj nikla vrlo nizak, tvrdoća legure u početku značajno opada s povećanjem sadržaja Fe, ali kada sadržaj Fe dosegne određenu vrijednost, počinje ponovno rasti.
Ni i Fe: Kada se Fe i Ni dodaju leguri AICu2.2Mg1.65 u isto vrijeme, karakteristike promjene tvrdoće pod kaljenjem prirodnim starenjem, kaljenjem umjetnim starenjem, kaljenjem i žarenjem su slične, a maksimalna vrijednost pojavljuje se na poziciji gdje su sadržaji Ni i Fe slični, a konstanta rešetke u stanju gašenja pojavljuje se kao minimalna vrijednost u ovoj točki.
Kada je sadržaj Fe u leguri veći od sadržaja Ni, pojavit će se faza Al7Cu2Fe. Naprotiv, kada je sadržaj Ni u leguri veći od sadržaja Fe, pojavit će se AlCuNi faza. Pojava gore navedene ternarne faze koja sadrži Cu smanjuje sadržaj Cu u čvrstoj otopini. Tek kada su sadržaji Fe i Ni jednaki, generiraju se sve AlgFeNi faze. U ovom slučaju, budući da nema viška Fe ili Ni za stvaranje netopljive faze koja sadrži Cu, Cu u leguri ne samo da tvori S (Al2CuMg) fazu, već također povećava koncentraciju Cu u čvrstoj otopini, što je korisno za poboljšanje čvrstoće legure i njezine otpornosti na toplinu.
Sadržaj Fe i Ni može utjecati na toplinsku otpornost legure. AlgFeNi faza je tvrd i krt spoj s vrlo malom topljivošću u Al. Nakon kovanja i toplinske obrade, kada se rasprše i rasporede u strukturi, mogu značajno poboljšati otpornost legure na toplinu. Na primjer, legura AICu2.2Mg1.65 sadrži 1.0% Ni, a legura s 0.7%~0.9% Fe ima najveću vrijednost izdržljivosti.
Si: Dodavanje 0.5% do 1,2% Si leguri 2A80 poboljšava čvrstoću legure na sobnoj temperaturi, ali smanjuje otpornost legure na toplinu.
Dodavanje {{0}}.02%~0,1% Ti leguri Ti:2A70 pročišćava lijevana zrna i poboljšava performanse procesa kovanja, što je korisno za otpornost na toplinu, ali ima mali učinak na performanse pri sobnoj temperaturi.
③ Al-Cu-Mn legura. Glavne kvalitete legura ove serije legura su 2A16, 2A17 itd.
Funkcije glavnih legirajućih elemenata su sljedeće.
Cu: Na sobnoj i visokoj temperaturi, kako se sadržaj Cu povećava, čvrstoća legure raste. Kada sadržaj Cu dosegne 5.0%, čvrstoća legure je blizu maksimalne vrijednosti. Osim toga, Cu može poboljšati učinkovitost zavarivanja legure.
Mn: Mn je glavni element za poboljšanje legure otporne na toplinu. Povećava energiju aktivacije atoma u krutoj otopini, smanjuje koeficijent difuzije atoma otopljene tvari i brzinu razgradnje krute otopine. Kada se čvrsta otopina raspada, proces formiranja i rasta istaložene faze T (Al2oCu2Mn3) faze je također vrlo spor, tako da je legura također vrlo stabilna kada se dugo zagrijava na određenoj visokoj temperaturi. Dodavanje odgovarajućeg Mn (0.6%~0.8%) može poboljšati čvrstoću na sobnoj temperaturi i izdržljivost legure u stanju kaljenja i prirodnog starenja. Međutim, ako je sadržaj Mn previsok, T faza se povećava, međupovršina se povećava, učinak difuzije se ubrzava, a toplinska otpornost legure se smanjuje. Osim toga, Mn također može smanjiti tendenciju pucanja tijekom zavarivanja legura.
Elementi u tragovima dodani Al-Cu-Mn leguri su Mg, Ti i Zr, dok su glavni elementi nečistoće Fe, Si, Zn itd., a njihovi učinci su sljedeći.
Mg: Kada sadržaj Cu i Mn u leguri 2A16 ostane nepromijenjen, dodaje se 0.25%~0.45% Mg da se dobije legura 2A17. Mg može poboljšati čvrstoću legure na sobnoj temperaturi i poboljšati otpornost na toplinu ispod 150~225 stupnjeva. Međutim, daljnjim porastom temperature čvrstoća legure znatno opada. Međutim, dodavanje Mg može pogoršati učinkovitost zavarivanja legure, tako da u leguri 2A16 koja se koristi za zavarivanje otporno na toplinu, sadržaj nečistoće Mg ne bi trebao prelaziti 0.05%. Ti: Ti može pročistiti lijevana zrna, povećati temperaturu rekristalizacije legure, smanjiti tendenciju raspadanja prezasićene krute otopine i stabilizirati strukturu legure na visokoj temperaturi. Međutim, kada je sadržaj Ti veći od {{20}},3%, stvaraju se grubi igličasti spojevi TiAls, koji smanjuju otpornost legure na toplinu. Sadržaj Ti u leguri je specificiran na 0.1%~0.2%. Zr: Kada se 0,1% ~ 0,25% Zr doda leguri 2219, zrna se mogu pročistiti, a temperatura rekristalizacije i stabilnost čvrste otopine legure mogu se povećati, čime se poboljšava otpornost legure na toplinu i poboljšava zavarljivost legure i plastičnosti zavara. Međutim, kada je sadržaj Zr visok, mogu nastati lomljiviji spojevi ZrAl3.
Fe: Kada sadržaj Fe u leguri premaši {{0}}.45%, formira se netopljiva faza AlCu2Fe, koja može smanjiti mehanička svojstva legure u stanju kaljenja i starenja i izdržljivost na 300 stupnjeva. Stoga sadržaj Fe treba ograničiti na manje od 0,3%.
Si: Mala količina Si ({{0}}.4%) nema očit učinak na mehanička svojstva sobne temperature, ali smanjuje izdržljivost na 300 stupnjeva. Kada sadržaj Si prijeđe 0,4%, mehanička svojstva legure pri sobnoj temperaturi bit će smanjena. Stoga je sadržaj Si ograničen na manje od 0,3%.
Zn: Mala količina Zn ({{0}}.3%) nema utjecaja na svojstva legure pri sobnoj temperaturi, ali može ubrzati brzinu difuzije Cu u Al i smanjiti izdržljivost legura na 300 stupnjeva, tako da je ograničena na manje od 0,1%.
Koje su vrste i namjena aluminijskih legura serije 2xxx?
Legura 2011
Vrste: cijevi za izvlačenje žice, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice
Primjene: vijci i strojno obrađeni proizvodi koji zahtijevaju dobru izvedbu rezanja
Legura 2014
Vrste: ploče, debele ploče, vučene cijevi, ekstrudirane cijevi, šipke, profili, žice, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice, otkivci
Primjene: koristi se u aplikacijama koje zahtijevaju visoku čvrstoću i tvrdoću (uključujući visoke temperature). Teški otkovci, debele ploče i ekstrudirani materijali koriste se za konstrukcijske dijelove zrakoplova, spremnike goriva za višestupanjske rakete prvog stupnja i dijelove svemirskih letjelica, kotače, okvire kamiona i dijelove sustava ovjesa
Legura 2017
Vrste: ploče, ekstrudirani profili, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice, žice za zakivanje, otkivci
Primjene: To je prva legura serije 2XXX koja se industrijski primjenjuje. Njegov trenutni raspon primjene je relativno uzak, uglavnom zakovice, opći dijelovi strojeva, zrakoplovi, brodovi, transport, građevinski strukturni dijelovi, strukturni dijelovi transportnih vozila, propeleri i pribor
Legura 2024
Varijante: ploče, debele ploče, vučene cijevi, ekstrudirane cijevi, profili, šipke, žice, hladno obrađene šipke, hladno obrađene žice, žice za zakovice
Primjene: Strukture zrakoplova (oplata, okviri, rebra, pregrade itd.), zakovice, komponente projektila, kotači kamiona, komponente propelera i drugi različiti strukturni dijelovi
Legura 2036
Vrste: limovi za karoseriju automobila
Primjena: limeni dijelovi karoserije automobila
Legura 2048
Sorte: Ploče
Primjene: strukturni dijelovi zrakoplovstva i strukturni dijelovi oružja
Legura 2117
Vrste: Hladno obrađene šipke i žice, žice za zakovice
Primjene: Koristi se kao zakovice za konstrukcijske dijelove s radnom temperaturom koja ne prelazi 100 stupnjeva
Legura 2124
Sorte: Debele ploče
Primjene: konstrukcijski dijelovi zrakoplovstva
Legura 2218
Vrste: otkovci, folije
Primjene: klipovi motora zrakoplova i dizel motora, glave cilindara motora zrakoplova, impeleri mlaznih motora i kompresorski prstenovi
Legura 2219
Varijante: Ploče, debele ploče, folije, ekstrudirane cijevi, profili, šipke, žice, hladno obrađene šipke, otkovci
Primjene: spremnici oksidatora i spremnici goriva za zavarivanje svemirskih raketa, nadzvučne letjelice i strukturni dijelovi, radna temperatura -270~300 stupnjeva. Dobra zavarljivost, visoka otpornost na lom, visoka otpornost na pucanje od korozije u T8 stanju
Legura 2319
Raznolikost: žica
Primjena: Šipke za zavarivanje i dodatni lem za zavarivanje legure 2219
Legura 2618
Raznolikost: debele ploče, ekstrudirane šipke, otkovci i otkovci
Primjena: Cilindri motora i drugi dijelovi, kao i dijelovi otporni na toplinu koji zahtijevaju rad na 150~250 stupnjeva. Debele ploče se koriste kao obloge zrakoplova, šipke, kalupni otkivci, a slobodni otkivci koriste se za izradu klipova, zrakoplovstva
Legura 2A01
Raznolikost: Hladno obrađene šipke i žice, žice za zakovice
Primjena: Koristi se kao zakovice za konstrukcijske dijelove s radnom temperaturom koja ne prelazi 100 stupnjeva
Legura 2A02
Raznolikost: šipke, otkovci
Primjena: Lopatice aksijalnog kompresora, impeleri i diskovi turbomlaznih motora s radnom temperaturom od 200 ~ 300 stupnjeva
Legura 2A04
Varijanta: Žice za zakovice
Primjena: Koristi se za izradu zakovica za konstrukcijske dijelove s radnom temperaturom od 120 ~ 250 stupnjeva
Legura 2A06
Raznolikost: ploča, ekstrudirani profil, žica za zakivanje
Primjena: Strukturalni dijelovi zrakoplova s radnom temperaturom od 150 ~ 250 stupnjeva i konstrukcijske zakovice zrakoplova s radnom temperaturom od 125 ~ 250 stupnjeva
Legura 2A10
Varijanta: Žica za zakovice
Primjena: Veća čvrstoća od legure 2A01, koristi se za proizvodnju konstrukcijskih zakovica zrakoplova s radnom temperaturom manjom od ili jednakom 100 stupnjeva
Legura 2A50
Raznolikost: otkovci, šipke, ploče
Primjena: Srednje čvrsti dijelovi složenih oblika
Legura 2B50
Raznolikost: otkovci
Primjena: kompresorski kotač zrakoplovnog motora, vodeći kotač, ventilator, impeler itd.
Legura 2A90
Raznolikost: ekstrudirane šipke, otkovci i otkovci
Primjena: Dijelovi motora zrakoplova i drugi dijelovi s visokom radnom temperaturom, otkovci od legura postupno se zamjenjuju 2A70