एल्यूमीनियम मिश्रधातुओं में विभिन्न तत्वों की भूमिका

ताँबा

जब एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातु का एल्यूमीनियम युक्त भाग 548 होता है, तो एल्यूमीनियम में तांबे की अधिकतम घुलनशीलता 5.65% होती है। जब तापमान 302 तक गिर जाता है, तो तांबे की घुलनशीलता 0.45% होती है। तांबा एक महत्वपूर्ण मिश्र धातु तत्व है और इसमें एक निश्चित ठोस समाधान सुदृढ़ीकरण प्रभाव होता है। इसके अलावा, उम्र बढ़ने से अवक्षेपित CuAl2 में स्पष्ट उम्र बढ़ने का सुदृढ़ीकरण प्रभाव होता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में तांबे की मात्रा आमतौर पर 2.5% और 5% के बीच होती है, और मजबूत करने का प्रभाव सबसे अच्छा होता है जब तांबे की मात्रा 4% और 6.8% के बीच होती है, इसलिए अधिकांश ड्यूरलुमिन मिश्र धातुओं की तांबे की मात्रा इस सीमा के भीतर होती है। एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातुओं में कम सिलिकॉन, मैग्नीशियम, मैंगनीज, क्रोमियम, जस्ता, लोहा और अन्य तत्व हो सकते हैं।

सिलिकॉन

जब Al-Si मिश्र धातु प्रणाली के एल्यूमीनियम युक्त भाग का गलनक्रांतिक तापमान 577 होता है, तो ठोस विलयन में सिलिकॉन की अधिकतम घुलनशीलता 1.65% होती है। यद्यपि तापमान घटने के साथ घुलनशीलता कम हो जाती है, इन मिश्र धातुओं को आम तौर पर ऊष्मा उपचार द्वारा मजबूत नहीं किया जा सकता है। एल्यूमीनियम-सिलिकॉन मिश्र धातु में उत्कृष्ट कास्टिंग गुण और संक्षारण प्रतिरोध होता है। यदि एल्यूमीनियम-मैग्नीशियम-सिलिकॉन मिश्र धातु बनाने के लिए मैग्नीशियम और सिलिकॉन को एक ही समय में एल्यूमीनियम में मिलाया जाता है, तो सुदृढ़ीकरण चरण MgSi होता है। मैग्नीशियम से सिलिकॉन का द्रव्यमान अनुपात 1.73:1 है। Al-Mg-Si मिश्र धातु की संरचना को डिजाइन करते समय, मैट्रिक्स पर मैग्नीशियम और सिलिकॉन की सामग्री को इस अनुपात में कॉन्फ़िगर किया जाता है।

Al-Mg2Si मिश्र धातु प्रणाली के संतुलन चरण आरेख के एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग में एल्यूमीनियम में Mg2Si की अधिकतम घुलनशीलता 1.85% है, और तापमान कम होने पर मंदी छोटी होती है। विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में, एल्यूमीनियम में अकेले सिलिकॉन का जोड़ वेल्डिंग सामग्री तक सीमित है, और एल्यूमीनियम में सिलिकॉन के जोड़ का एक निश्चित सुदृढ़ीकरण प्रभाव भी है।

मैगनीशियम

हालांकि घुलनशीलता वक्र से पता चलता है कि तापमान में कमी के साथ एल्यूमीनियम में मैग्नीशियम की घुलनशीलता बहुत कम हो जाती है, अधिकांश औद्योगिक विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मैग्नीशियम की मात्रा 6% से कम होती है। सिलिकॉन की मात्रा भी कम होती है। इस प्रकार के मिश्र धातु को गर्मी उपचार द्वारा मजबूत नहीं किया जा सकता है, लेकिन इसमें अच्छी वेल्डेबिलिटी, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और मध्यम शक्ति होती है। मैग्नीशियम द्वारा एल्यूमीनियम की मजबूती स्पष्ट है। मैग्नीशियम में हर 1% की वृद्धि के लिए, तन्य शक्ति लगभग 34MPa बढ़ जाती है। यदि 1% से कम मैंगनीज जोड़ा जाता है, तो मजबूती प्रभाव को पूरक किया जा सकता है। इसलिए, मैंगनीज जोड़ने से मैग्नीशियम की मात्रा कम हो सकती है और गर्म दरार की प्रवृत्ति कम हो सकती है। इसके अलावा, मैंगनीज भी समान रूप से Mg5Al8 यौगिकों को अवक्षेपित कर सकता है, जिससे संक्षारण प्रतिरोध और वेल्डिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

मैंगनीज

जब Al-Mn मिश्र धातु प्रणाली के समतल संतुलन चरण आरेख का यूटेक्टिक तापमान 658 होता है, तो ठोस घोल में मैंगनीज की अधिकतम घुलनशीलता 1.82% होती है। घुलनशीलता में वृद्धि के साथ मिश्र धातु की ताकत बढ़ जाती है। जब मैंगनीज सामग्री 0.8% होती है, तो बढ़ाव अधिकतम मूल्य पर पहुंच जाता है। Al-Mn मिश्र धातु एक गैर-आयु सख्त मिश्र धातु है, अर्थात इसे गर्मी उपचार द्वारा मजबूत नहीं किया जा सकता है। मैंगनीज एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की पुन: क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को रोक सकता है, पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान को बढ़ा सकता है, और पुन: क्रिस्टलीकृत अनाज को काफी हद तक परिष्कृत कर सकता है। पुन: क्रिस्टलीकृत अनाज का शोधन मुख्य रूप से इस तथ्य के कारण होता है कि MnAl6 यौगिकों के बिखरे हुए कण पुन: क्रिस्टलीकृत अनाज के विकास में बाधा डालते हैं इसे अकेले मिलाकर Al-Mn बाइनरी मिश्र धातु बनाई जा सकती है। अधिकतर इसे अन्य मिश्रधातु तत्वों के साथ मिलाया जाता है। इसलिए, अधिकांश एल्युमिनियम मिश्रधातुओं में मैंगनीज होता है।

जस्ता

अल-जेडएन मिश्र धातु प्रणाली के संतुलन चरण आरेख के एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग में एल्यूमीनियम में जिंक की घुलनशीलता 275 पर 31.6% है, जबकि 125 पर इसकी घुलनशीलता घटकर 5.6% हो जाती है। एल्यूमीनियम में अकेले जिंक मिलाने से विरूपण की स्थितियों में एल्यूमीनियम मिश्र धातु की ताकत में बहुत सीमित सुधार होता है। साथ ही, तनाव संक्षारण दरार की प्रवृत्ति होती है, जिससे इसका अनुप्रयोग सीमित हो जाता है। एल्यूमीनियम में जिंक और मैग्नीशियम को एक ही समय में मिलाने से सुदृढ़ीकरण चरण Mg/Zn2 बनता है, जिसका मिश्र धातु पर महत्वपूर्ण सुदृढ़ीकरण प्रभाव पड़ता है। जब Mg/Zn2 सामग्री 0.5% से बढ़ाकर 12% कर दी जाती है, तो तन्य शक्ति और उपज शक्ति में उल्लेखनीय रूप से वृद्धि हो सकती है। उदाहरण के लिए, Al-Zn-Mg में तांबा तत्व मिलाने से Al-Zn-Mg-Cu श्रृंखला मिश्र धातु बनती है। सभी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में आधार सुदृढ़ीकरण प्रभाव सबसे बड़ा है। यह एयरोस्पेस, विमानन उद्योग और विद्युत ऊर्जा उद्योग में भी एक महत्वपूर्ण एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री है।

लोहा और सिलिकॉन

लोहे को Al-Cu-Mg-Ni-Fe श्रृंखला गढ़ा एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मिश्र धातु तत्व के रूप में जोड़ा जाता है, और सिलिकॉन को Al-Mg-Si श्रृंखला गढ़ा एल्यूमीनियम और Al-Si श्रृंखला वेल्डिंग रॉड और एल्यूमीनियम-सिलिकॉन कास्टिंग मिश्र धातुओं में मिश्र धातु तत्व के रूप में जोड़ा जाता है। बेस एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में, सिलिकॉन और लोहा सामान्य अशुद्धता तत्व हैं, जो मिश्र धातु के गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं। वे मुख्य रूप से FeCl3 और मुक्त सिलिकॉन के रूप में मौजूद होते हैं। जब सिलिकॉन लोहे से बड़ा होता है, तो β-FeSiAl3 (या Fe2Si2Al9) चरण बनता है, और जब लोहा सिलिकॉन से बड़ा होता है, तो α-Fe2SiAl8 (या Fe3Si2Al12) बनता है। जब लोहे और सिलिकॉन का अनुपात अनुचित होता है, तो

टाइटेनियम और बोरोन

टाइटेनियम एल्युमिनियम मिश्रधातुओं में आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला एक योजक तत्व है, जिसे Al-Ti या Al-Ti-B मास्टर मिश्रधातु के रूप में जोड़ा जाता है। टाइटेनियम और एल्युमिनियम मिलकर TiAl2 चरण बनाते हैं, जो क्रिस्टलीकरण के दौरान एक गैर-सहज कोर बन जाता है और कास्टिंग संरचना और वेल्ड संरचना को परिष्कृत करने में भूमिका निभाता है। जब Al-Ti मिश्रधातु पैकेज प्रतिक्रिया से गुज़रती है, तो टाइटेनियम की महत्वपूर्ण सामग्री लगभग 0.15% होती है। यदि बोरॉन मौजूद है, तो मंदी 0.01% जितनी कम है।

क्रोमियम

क्रोमियम Al-Mg-Si श्रृंखला, Al-Mg-Zn श्रृंखला और Al-Mg श्रृंखला मिश्र धातुओं में एक आम योजक तत्व है। 600 डिग्री सेल्सियस पर, एल्यूमीनियम में क्रोमियम की घुलनशीलता 0.8% है, और यह मूल रूप से कमरे के तापमान पर अघुलनशील है। क्रोमियम एल्यूमीनियम में (CrFe)Al7 और (CrMn)Al12 जैसे इंटरमेटेलिक यौगिक बनाता है, जो पुनर्संरचना की न्यूक्लियेशन और वृद्धि प्रक्रिया में बाधा डालता है और मिश्र धातु पर एक निश्चित सुदृढ़ीकरण प्रभाव डालता है। यह मिश्र धातु की कठोरता में भी सुधार कर सकता है और तनाव संक्षारण दरार की संवेदनशीलता को कम कर सकता है।

हालांकि, यह साइट शमन संवेदनशीलता को बढ़ाती है, जिससे एनोडाइज्ड फिल्म पीली हो जाती है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मिलाए जाने वाले क्रोमियम की मात्रा आम तौर पर 0.35% से अधिक नहीं होती है, और मिश्र धातु में संक्रमण तत्वों की वृद्धि के साथ घट जाती है।

स्ट्रोंटियम

स्ट्रोंटियम एक सतह-सक्रिय तत्व है जो क्रिस्टलोग्राफिक रूप से इंटरमेटेलिक यौगिक चरणों के व्यवहार को बदल सकता है। इसलिए, स्ट्रोंटियम तत्व के साथ संशोधन उपचार मिश्र धातु की प्लास्टिक कार्यशीलता और अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है। अपने लंबे प्रभावी संशोधन समय, अच्छे प्रभाव और पुनरुत्पादकता के कारण, स्ट्रोंटियम ने हाल के वर्षों में अल-सी कास्टिंग मिश्र धातुओं में सोडियम के उपयोग को बदल दिया है। एक्सट्रूज़न के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातु में 0.015% ~ 0.03% स्ट्रोंटियम जोड़ने से पिंड में β-AlFeSi चरण α-AlFeSi चरण में बदल जाता है, जिससे पिंड के समरूपीकरण समय में 60% ~ 70% की कमी आती है, जिससे सामग्रियों के यांत्रिक गुणों और प्लास्टिक प्रक्रिया में सुधार होता है; उत्पादों की सतह खुरदरापन में सुधार होता है।

उच्च-सिलिकॉन (10%~13%) विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए, 0.02%~0.07% स्ट्रोंटियम तत्व जोड़ने से प्राथमिक क्रिस्टल को न्यूनतम तक कम किया जा सकता है, और यांत्रिक गुणों में भी काफी सुधार होता है। तन्य शक्ति бb 233MPa से 236MPa तक बढ़ जाती है, और उपज शक्ति б0.2 204MPa से 210MPa तक बढ़ जाती है, और बढ़ाव б5 9% से 12% तक बढ़ जाता है। हाइपरयूटेक्टिक अल-सी मिश्र धातु में स्ट्रोंटियम जोड़ने से प्राथमिक सिलिकॉन कणों का आकार कम हो सकता है, प्लास्टिक प्रसंस्करण गुणों में सुधार हो सकता है, और चिकनी गर्म और ठंडी रोलिंग सक्षम हो सकती है।

zirconium

ज़िरकोनियम भी एल्युमिनियम मिश्र धातुओं में एक आम योजक है। आम तौर पर, एल्युमिनियम मिश्र धातुओं में जोड़ी जाने वाली मात्रा 0.1%~0.3% होती है। ज़िरकोनियम और एल्युमिनियम ZrAl3 यौगिक बनाते हैं, जो पुनर्क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में बाधा डाल सकते हैं और पुनर्क्रिस्टलीकृत अनाज को परिष्कृत कर सकते हैं। ज़िरकोनियम कास्टिंग संरचना को भी परिष्कृत कर सकता है, लेकिन इसका प्रभाव टाइटेनियम से कम होता है। ज़िरकोनियम की उपस्थिति टाइटेनियम और बोरॉन के अनाज शोधन प्रभाव को कम कर देगी। Al-Zn-Mg-Cu मिश्र धातुओं में, चूँकि ज़िरकोनियम का शमन संवेदनशीलता पर क्रोमियम और मैंगनीज़ की तुलना में कम प्रभाव होता है, इसलिए पुनर्क्रिस्टलीकृत संरचना को परिष्कृत करने के लिए क्रोमियम और मैंगनीज़ के बजाय ज़िरकोनियम का उपयोग करना उचित है।

दुर्लभ मृदा तत्व

एल्युमिनियम मिश्र धातु की ढलाई के दौरान घटक सुपरकूलिंग को बढ़ाने, अनाज को परिष्कृत करने, द्वितीयक क्रिस्टल स्पेसिंग को कम करने, मिश्र धातु में गैसों और समावेशन को कम करने और समावेशन चरण को गोलाकार बनाने के लिए एल्युमिनियम मिश्र धातुओं में दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को जोड़ा जाता है। यह पिघल के सतही तनाव को भी कम कर सकता है, तरलता को बढ़ा सकता है, और सिल्लियों में ढलाई की सुविधा प्रदान कर सकता है, जिसका प्रक्रिया प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। लगभग 0.1% की मात्रा में विभिन्न दुर्लभ पृथ्वी को जोड़ना बेहतर है। मिश्रित दुर्लभ पृथ्वी (मिश्रित ला-सी-पीआर-एनडी, आदि) को जोड़ने से Al-0.65%Mg-0.61%Si मिश्र धातु में उम्र बढ़ने वाले G?P क्षेत्र के गठन के लिए महत्वपूर्ण तापमान कम हो जाता है। मैग्नीशियम युक्त एल्युमिनियम मिश्र धातु दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के कायापलट को उत्तेजित कर सकते हैं।

अपवित्रता

वैनेडियम एल्युमिनियम मिश्रधातुओं में VAl11 अपवर्तक यौगिक बनाता है, जो पिघलने और ढलाई प्रक्रिया के दौरान अनाज को परिष्कृत करने में भूमिका निभाता है, लेकिन इसकी भूमिका टाइटेनियम और ज़िरकोनियम की तुलना में कम है। वैनेडियम में पुनर्क्रिस्टलीकृत संरचना को परिष्कृत करने और पुनर्क्रिस्टलीकरण तापमान को बढ़ाने का प्रभाव भी होता है।

एल्युमिनियम मिश्रधातुओं में कैल्शियम की ठोस घुलनशीलता अत्यंत कम होती है, तथा यह एल्युमिनियम के साथ CaAl4 यौगिक बनाता है। कैल्शियम एल्युमिनियम मिश्रधातुओं का एक सुपरप्लास्टिक तत्व है। लगभग 5% कैल्शियम तथा 5% मैंगनीज युक्त एल्युमिनियम मिश्रधातु में सुपरप्लास्टिकता होती है। कैल्शियम तथा सिलिकॉन मिलकर CaSi बनाते हैं, जो एल्युमिनियम में अघुलनशील होता है। चूँकि सिलिकॉन की ठोस विलयन मात्रा कम हो जाती है, इसलिए औद्योगिक शुद्ध एल्युमिनियम की विद्युत चालकता में थोड़ा सुधार किया जा सकता है। कैल्शियम एल्युमिनियम मिश्रधातुओं के काटने के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। CaSi2 ऊष्मा उपचार के माध्यम से एल्युमिनियम मिश्रधातुओं को मजबूत नहीं कर सकता। कैल्शियम की ट्रेस मात्रा पिघले हुए एल्युमिनियम से हाइड्रोजन को निकालने में सहायक होती है।

सीसा, टिन और बिस्मथ तत्व कम गलनांक वाली धातुएँ हैं। एल्युमिनियम में उनकी ठोस घुलनशीलता कम होती है, जो मिश्रधातु की ताकत को थोड़ा कम करती है, लेकिन काटने के प्रदर्शन को बेहतर बना सकती है। बिस्मथ जमने के दौरान फैलता है, जो फीडिंग के लिए फायदेमंद है। उच्च मैग्नीशियम मिश्रधातुओं में बिस्मथ मिलाने से सोडियम भंगुरता को रोका जा सकता है।

एंटीमनी का उपयोग मुख्य रूप से कास्ट एल्युमिनियम मिश्रधातुओं में संशोधक के रूप में किया जाता है, और विकृत एल्युमिनियम मिश्रधातुओं में इसका उपयोग बहुत कम किया जाता है। सोडियम भंगुरता को रोकने के लिए केवल Al-Mg विकृत एल्युमिनियम मिश्रधातु में बिस्मथ को प्रतिस्थापित करें। गर्म दबाव और ठंडे दबाव प्रक्रियाओं के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए कुछ Al-Zn-Mg-Cu मिश्रधातुओं में एंटीमनी तत्व मिलाया जाता है।

बेरिलियम विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में ऑक्साइड फिल्म की संरचना में सुधार कर सकता है और पिघलने और ढलाई के दौरान जलने के नुकसान और समावेशन को कम कर सकता है। बेरिलियम एक विषैला तत्व है जो मनुष्यों में एलर्जी विषाक्तता पैदा कर सकता है। इसलिए, बेरिलियम को एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में शामिल नहीं किया जा सकता है जो भोजन और पेय पदार्थों के संपर्क में आते हैं। वेल्डिंग सामग्री में बेरिलियम की मात्रा आमतौर पर 8μg/ml से कम नियंत्रित की जाती है। वेल्डिंग सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में भी बेरिलियम की मात्रा को नियंत्रित किया जाना चाहिए।

सोडियम एल्यूमीनियम में लगभग अघुलनशील है, और अधिकतम ठोस घुलनशीलता 0.0025% से कम है। सोडियम का गलनांक कम (97.8℃) होता है, जब सोडियम मिश्र धातु में मौजूद होता है, तो यह ठोसकरण के दौरान डेन्ड्राइट सतह या अनाज की सीमा पर सोख लिया जाता है, गर्म प्रसंस्करण के दौरान, अनाज की सीमा पर सोडियम एक तरल सोखना परत बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप भंगुर दरारें होती हैं, NaAlSi यौगिकों का निर्माण होता है, कोई मुक्त सोडियम मौजूद नहीं होता है, और "सोडियम भंगुर" उत्पन्न नहीं होता है।

जब मैग्नीशियम की मात्रा 2% से अधिक हो जाती है, तो मैग्नीशियम सिलिकॉन को हटा देता है और मुक्त सोडियम को अवक्षेपित करता है, जिसके परिणामस्वरूप "सोडियम भंगुरता" होती है। इसलिए, उच्च मैग्नीशियम एल्यूमीनियम मिश्र धातु को सोडियम नमक प्रवाह का उपयोग करने की अनुमति नहीं है। "सोडियम भंगुरता" को रोकने के तरीकों में क्लोरीनीकरण शामिल है, जो सोडियम को NaCl बनाने का कारण बनता है और स्लैग में छुट्टी दे दी जाती है, बिस्मथ को Na2Bi बनाने और धातु मैट्रिक्स में प्रवेश करने के लिए जोड़ा जाता है; Na3Sb बनाने के लिए एंटीमनी जोड़ना या दुर्लभ पृथ्वी को जोड़ना भी एक ही प्रभाव हो सकता है।

MAT एल्युमिनियम से मई जियांग द्वारा संपादित