(1) Karakteristike aluminijskih legura serije 6xxx
Aluminijske legure serije 6xxx su aluminijske legure s magnezijem i silicijem kao glavnim legirajućim elementima i Mg2Si fazom kao fazom za ojačavanje. To su aluminijske legure koje se mogu toplinski obraditi. Prednosti legure su srednja čvrstoća, visoka otpornost na koroziju, nema sklonosti ka korozijskom pucanju, dobra svojstva zavarivanja, nepromijenjena svojstva korozije u zoni zavara, dobra sposobnost oblikovanja i obradivosti. Kada je bakar sadržan u leguri, čvrstoća legure može biti bliska onoj aluminijskih legura serije 2xxx, a obradivost je bolja nego kod legura aluminija serije 2XXx, ali se otpornost na koroziju pogoršava. Legura ima dobre performanse kovanja. Najčešće korištene legure u ovoj seriji su legure 6061 i 6063, koje imaju najbolje sveobuhvatne performanse i ekonomičnost. Glavni proizvodi su ekstrudirani profili, a najveća primjena ove legure su arhitektonski profili.
(2) Uloga glavnih legirajućih i nečistoćih elemenata
Glavni legirajući elementi aluminijskih legura serije 6XXX su Mg, Si i Cu, a njihove uloge su sljedeće.
1) Uloga g i Si
Promjena sadržaja Mg i Si ima mali utjecaj na vlačnu čvrstoću i istezanje Al-Mg-Si legure u žarenom stanju.
S povećanjem udjela Mg i Si raste vlačna čvrstoća Al-Mg-Si legure u kaljenom prirodnom stanju starenja, a rastezanje se smanjuje. Kada je ukupni sadržaj Mg i Si konstantan, promjena omjera sadržaja Mg i Si također ima veliki učinak na performanse. Uz fiksni sadržaj Mg, vlačna čvrstoća legure raste s porastom sadržaja Si. S fiksnim udjelom faze Mg2Si i povećanjem udjela Si poboljšava se učinak ojačanja legure, dok se rastezljivost neznatno poboljšava. Uz fiksni sadržaj Si, vlačna čvrstoća legure raste s porastom sadržaja Mg. Za legure s malim sadržajem Si maksimalna vlačna čvrstoća nalazi se u trofaznom području (Al)-Mg2Si-Mg2Al. Maksimalna vlačna čvrstoća ternarne legure A1-Mg-Si nalazi se u trofaznom području a(Al)-Mg2Si-Si.
Utjecaj Mg i Si na mehanička svojstva legure u kaljenom stanju umjetnog starenja u osnovi je isti kao kod legure u kaljenom stanju prirodnog starenja, ali je vlačna čvrstoća znatno poboljšana, a maksimalna vrijednost još uvijek se nalazi na u a(Al)-MgzSi-Si trofaznom području, dok se istezanje sukladno tome smanjuje.
Kada u leguri ima zaostalog Si i MgSi, otpornost na koroziju opada s povećanjem njihove količine. Međutim, kada se legura nalazi u a(Al-MgzSi dvofaznom području, a legura u jednofaznom području gdje je MgSi faza potpuno otopljena u matrici, otpornost na koroziju je najbolja. Sve legure nemaju tendenciju do pucanja od korozije pod naponom.
Kada je legura zavarena, sklonost zavarivanju pukotina je relativno velika, ali u dvofaznom području a(Al-Mg2Si, legura sa sastavom 0.2%~0.4 %Si i 1,2%~1,4%Mg i u a(Al)-Mg2Si-Si trofaznom području, legura sa sastavom od 1,2%~2.0%Si i 0. 8%~2.0%Mg ima relativno malu tendenciju zavarivanja pukotina.
2) Učinak Cu
Nakon dodavanja Cu leguri AI-Mg-Si, oblik postojanja Cu u strukturi ne ovisi samo o sadržaju Cu, već io sadržaju Mg i Si. Kada je sadržaj Cu vrlo mali, a omjer Mg:Si 1,73:1, nastaje MgSi faza i sav Cu se otapa u matrici; kada je sadržaj Cu visok i omjer Mg:Si manji od 1,08, može se formirati W (AlCuMgsSi) faza, a preostali Cu formira CuAl; kada je sadržaj Cu visok i omjer Mg:Si veći od 1,73, mogu nastati faze S (AlCuMg) i CuAl. W faza se razlikuje od S faze, CuAl faze i MgSi faze. Samo je djelomično otopljen u čvrstom stanju, a njegov učinak ojačanja nije tako velik kao kod faze MgSi.
Dodavanje Cu leguri ne samo da značajno poboljšava plastičnost legure tijekom vruće obrade, već također povećava učinak ojačanja toplinske obrade. Također može potisnuti učinak ekstruzije i smanjiti anizotropiju koja se javlja nakon dodavanja Mn.
3) Uloga Mn, Cr, Ti, Fe i Zn
Dodani elementi u tragovima u slitini A1 serije 6XXX uključuju Mn, Cr i Ti, dok elementi nečistoća uglavnom uključuju Fe, Zn itd., a njihove su funkcije sljedeće.
Mn: Dodavanje Mn leguri može poboljšati čvrstoću, otpornost na koroziju, udarnu žilavost i svojstva savijanja. Kada se leguri AlMg{{0}}.7Si1.0 dodaju Cu i Mn, kada je sadržaj Mn manji od 0,2%, čvrstoća legure raste s povećanjem sadržaja Mn. Međutim, kako se sadržaj Mn nastavlja povećavati, Mn i Si formiraju AlMnSi fazu, koja gubi dio Si potrebnog za formiranje Mg2Si faze, a učinak ojačanja AlMnSi faze manji je od onog Mg2Si faze. Stoga se učinak ojačanja legure smanjuje.
Kada se Mn i Cu dodaju u isto vrijeme, učinak ojačanja nije tako dobar kao dodavanje samog Mn, ali može povećati rastezanje i poboljšati veličinu zrna žarenog proizvoda.
Kada se leguri doda Mn, zbog ozbiljne intrakristalne segregacije Mn u a fazi, utječe na proces rekristalizacije legure, što dovodi do krupljenja zrna žarenog proizvoda. Kako bi se dobili sitnozrnati materijali, ingot se mora homogenizirati na visokoj temperaturi (550 stupnjeva) kako bi se eliminirala segregacija Mn. Bolje je brzo zagrijavanje tijekom žarenja.
Cr: Cr i Mn imaju slične učinke. Cr inhibira taloženje Mg2Si faze na granici zrna, odgađa prirodni proces starenja i poboljšava čvrstoću nakon umjetnog starenja. Cr može pročistiti zrna i učiniti zrna vitkijima nakon rekristalizacije, čime se poboljšava otpornost legure na koroziju. Sadržaj Cr općenito je 0.15%~0.3%.
Ti: Dodavanje {{0}}.02%~0.1% Ti i 0,01%~0,2% Cr aluminijskim legurama serije 6XXX može smanjiti stupčastu kristalnu strukturu ingot, poboljšati učinkovitost kovanja legure i pročistiti zrna proizvoda.
Fe: Mala količina Fe (manje od {{0}}.4%) može pročistiti zrna. Kada sadržaj Fe premaši 0,7%, stvara se netopljiva (AlMnFeSi) faza, koja smanjuje čvrstoću, plastičnost i otpornost proizvoda na koroziju. Kada je legura sadržana u Fe, boja proizvoda nakon tretmana eloksiranjem može se pogoršati.
Zn: Mala količina nečistoće Zn malo utječe na čvrstoću legure, a dopušten je njegov sadržaj do 0,3%.