एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में विभिन्न तत्वों की भूमिका

ताँबा

जब एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातु का एल्यूमीनियम युक्त भाग 548 है, तो एल्यूमीनियम में तांबे की अधिकतम घुलनशीलता 5.65% 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 घोल मजबूत करने वाला प्रभाव होता है। इसके अलावा, उम्र बढ़ने से अवक्षेपित CuAl2 का स्पष्ट रूप से उम्र बढ़ने को मजबूत करने वाला प्रभाव होता है। एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में तांबे की सामग्री आमतौर पर 2.5% और 5% के बीच होती है, और मजबूती प्रभाव तब सबसे अच्छा होता है जब तांबे की सामग्री 4% और 6.8% के बीच होती है, इसलिए अधिकांश ड्यूरालुमिन मिश्र धातुओं की तांबे की सामग्री इस सीमा के भीतर होती है। एल्यूमीनियम-तांबा मिश्र धातुओं में सिलिकॉन, मैग्नीशियम, मैंगनीज, क्रोमियम, जस्ता, लोहा और अन्य तत्व कम हो सकते हैं।

सिलिकॉन

जब अल-सी मिश्र धातु प्रणाली के एल्यूमीनियम-समृद्ध हिस्से का यूटेक्टिक तापमान 577 है, तो ठोस समाधान में सिलिकॉन की अधिकतम घुलनशीलता 1.65% है। यद्यपि घटते तापमान के साथ घुलनशीलता कम हो जाती है, इन मिश्र धातुओं को आम तौर पर गर्मी 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 जोड़ा जाता है, तो मजबूत करने का चरण MgSi होता है। मैग्नीशियम और सिलिकॉन का द्रव्यमान अनुपात 1.73:1 है। अल-एमजी-सी मिश्र धातु की संरचना को डिजाइन करते समय, मैग्नीशियम और सिलिकॉन की सामग्री को मैट्रिक्स पर इस अनुपात में कॉन्फ़िगर किया गया है। कुछ अल-एमजी-सी मिश्र धातुओं की ताकत में सुधार करने के लिए, उचित मात्रा में तांबा मिलाया जाता है, और संक्षारण प्रतिरोध पर तांबे के प्रतिकूल प्रभावों को दूर करने के लिए उचित मात्रा में क्रोमियम मिलाया जाता है।

अल-Mg2Si मिश्र धातु प्रणाली के संतुलन चरण आरेख के एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग में एल्यूमीनियम में Mg2Si की अधिकतम घुलनशीलता 1.85% है, और तापमान घटने के साथ मंदी छोटी है। विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में, एल्यूमीनियम में अकेले सिलिकॉन का जोड़ वेल्डिंग सामग्री तक सीमित है, और एल्यूमीनियम में सिलिकॉन के जुड़ने से भी एक निश्चित मजबूत प्रभाव पड़ता है।

मैगनीशियम

यद्यपि घुलनशीलता वक्र दर्शाता है कि जैसे-जैसे तापमान घटता है, 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 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 एल्युमीनियम का मजबूत होना स्पष्ट है। मैग्नीशियम में प्रत्येक 1% वृद्धि के लिए, तन्य शक्ति लगभग 34MPa बढ़ जाती है। यदि 1% से कम मैंगनीज मिलाया जाता है, तो सुदृढ़ीकरण प्रभाव को पूरक किया जा सकता है। इसलिए, मैंगनीज मिलाने से मैग्नीशियम की मात्रा कम हो सकती है और गर्म टूटने की प्रवृत्ति कम हो सकती है। इसके अलावा, मैंगनीज Mg5Al8 यौगिकों को समान रूप से अवक्षेपित कर सकता है, जिससे संक्षारण प्रतिरोध और वेल्डिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

मैंगनीज

जब अल-एमएन मिश्र धातु प्रणाली के फ्लैट संतुलन चरण आरेख का यूटेक्टिक तापमान 658 है, तो ठोस समाधान में मैंगनीज की अधिकतम घुलनशीलता 1.82% है। घुलनशीलता में वृद्धि के साथ मिश्र धातु की ताकत बढ़ जाती है। जब मैंगनीज सामग्री 0.8% होती है, तो बढ़ाव अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाता है। अल-एमएन मिश्र धातु एक गैर-उम्र सख्त मिश्र धातु है, अर्थात, इसे गर्मी उपचार द्वारा मजबूत नहीं किया जा सकता है। मैंगनीज एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की पुनर्क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया को रोक सकता है, पुनर्क्रिस्टलीकरण तापमान बढ़ा सकता है, और पुनर्क्रिस्टलीकृत अनाज को महत्वपूर्ण रूप से परिष्कृत कर सकता है। पुन: क्रिस्टलीकृत अनाजों 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। MnAl6 का एक अन्य कार्य अशुद्ध लौह को घोलकर (Fe, Mn)Al6 बनाना है, जिससे लौह के हानिकारक प्रभाव कम हो जाते हैं। एल्यूमीनियम मिश्रधातु में मैंगनीज एक महत्वपूर्ण तत्व है। अल-एमएन बाइनरी मिश्र धातु बनाने के लिए इसे अकेले जोड़ा जा सकता है। अधिक बार, इसे अन्य मिश्र धातु तत्वों के साथ जोड़ा जाता है। इसलिए, अधिकांश एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में मैंगनीज होता है।

जस्ता

अल-ज़ेडएन मिश्र धातु प्रणाली के संतुलन चरण आरेख के एल्यूमीनियम-समृद्ध भाग में एल्यूमीनियम में जस्ता की घुलनशीलता 275 पर 31.6% है, जबकि इसकी घुलनशीलता 125 पर 5.6% तक गिर जाती है। एल्यूमीनियम में अकेले जस्ता जोड़ने से इसमें बहुत सीमित सुधार होता है विरूपण की स्थिति में एल्यूमीनियम मिश्र धातु की ताकत। साथ ही, तनाव संक्षारण क्रैकिंग की प्रवृत्ति होती है, जिससे इसका अनुप्रयोग सीमित हो जाता है। एक ही समय में एल्युमीनियम में जिंक और मैग्नीशियम मिलाने से मजबूतीकरण चरण Mg/Zn2 बनता है, जिसका मिश्र धातु पर महत्वपूर्ण मजबूत प्रभाव पड़ता है। जब Mg/Zn2 सामग्री 0.5% से 12% तक बढ़ जाती है, तो तन्य शक्ति और उपज शक्ति में काफी वृद्धि हो सकती है। सुपरहार्ड एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में जहां मैग्नीशियम की मात्रा एमजी/जेडएन2 चरण बनाने के लिए आवश्यक मात्रा से अधिक हो जाती है, जब जिंक और मैग्नीशियम का अनुपात लगभग 2.7 पर नियंत्रित होता है, तो तनाव संक्षारण क्रैकिंग प्रतिरोध सबसे बड़ा होता है। उदाहरण के लिए, Al-Zn-Mg में तांबा तत्व जोड़ने से Al-Zn-Mg-Cu श्रृंखला मिश्र धातु बनती है। आधार सुदृढ़ीकरण प्रभाव सभी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में सबसे बड़ा है। यह एयरोस्पेस, विमानन उद्योग और विद्युत ऊर्जा उद्योग में भी एक महत्वपूर्ण एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री है।

लोहा और सिलिकॉन

Al-Cu-Mg-Ni-Fe श्रृंखला गढ़ा एल्यूमीनियम मिश्र धातु में मिश्र धातु तत्वों के रूप में लोहे को जोड़ा जाता है, और Al-Mg-Si श्रृंखला गढ़ा एल्यूमीनियम में मिश्र धातु तत्वों के रूप में सिलिकॉन जोड़ा जाता है और Al-Si श्रृंखला वेल्डिंग रॉड और एल्यूमीनियम-सिलिकॉन कास्टिंग में जोड़ा जाता है। मिश्र। आधार 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 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 यह कास्टिंग में दरारें पैदा करेगा। जब कास्ट एल्यूमीनियम में लोहे की मात्रा बहुत अधिक हो जाती है, तो कास्टिंग भंगुर हो जाएगी।

टाइटेनियम और बोरोन

टाइटेनियम एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला एक योगात्मक तत्व है, जिसे अल-टीआई या अल-टीआई-बी मास्टर मिश्र धातु के रूप में जोड़ा जाता है। टाइटेनियम और एल्यूमीनियम 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 अल-टीआई मिश्र धातु एक पैकेज प्रतिक्रिया से गुजरती है, तो टाइटेनियम की महत्वपूर्ण सामग्री लगभग 0.15% होती है। यदि बोरॉन मौजूद है, तो मंदी 0.01% जितनी छोटी है।

क्रोमियम

क्रोमियम अल-एमजी-सी श्रृंखला, अल-एमजी-जेडएन श्रृंखला और अल-एमजी श्रृंखला मिश्र धातुओं में एक सामान्य योजक तत्व है। 600°C पर, एल्यूमीनियम में क्रोमियम की घुलनशीलता 0.8% है, और यह मूल रूप से कमरे के तापमान पर अघुलनशील है। क्रोमियम एल्युमीनियम में (CrFe)Al7 और (CrMn)Al12 जैसे इंटरमेटेलिक यौगिक बनाता है, जो पुनर्क्रिस्टलीकरण की न्यूक्लियेशन और विकास प्रक्रिया में बाधा डालता है और मिश्र धातु पर एक निश्चित मजबूत 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।

हालाँकि, साइट शमन संवेदनशीलता को बढ़ाती है, जिससे एनोडाइज्ड फिल्म पीली हो जाती है। एल्यूमीनियम मिश्र धातु में जोड़े गए 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 से मिश्र धातु की प्लास्टिक कार्यशीलता और अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार हो सकता है। अपने लंबे प्रभावी संशोधन समय, अच्छे प्रभाव और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता 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 समरूपीकरण समय 60% ~ 70% कम हो जाता है, जिससे सामग्री के यांत्रिक गुणों और प्लास्टिक प्रक्रिया में सुधार होता है; उत्पादों की सतह खुरदरापन में सुधार।

उच्च-सिलिकॉन (10% ~ 13%) विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए, 0.02% ~ 0.07% स्ट्रोंटियम तत्व जोड़ने से प्राथमिक क्रिस्टल को न्यूनतम किया जा सकता है, और यांत्रिक गुणों में भी काफी सुधार होता है। तन्य शक्ति бb 233MPa से बढ़कर 236MPa हो गई है, और उपज शक्ति б0.2 204MPa से बढ़कर 210MPa हो गई है, और बढ़ाव б5 9% से बढ़कर 12% हो गई 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

एल्युमीनियम मिश्रधातुओं में ज़िरकोनियम भी एक सामान्य योजक है। आम तौर पर, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में जोड़ी जाने वाली मात्रा 0.1% ~ 0.3% होती है। ज़िरकोनियम और एल्यूमीनियम ZrAl3 यौगिक बनाते हैं, जो पुनर्क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में बाधा डाल सकते हैं और पुनर्क्रिस्टलीकृत अनाज को परिष्कृत कर सकते हैं। ज़िरकोनियम भी कास्टिंग संरचना को परिष्कृत कर सकता है, लेकिन प्रभाव टाइटेनियम से छोटा होता है। ज़िरकोनियम की उपस्थिति टाइटेनियम और बोरॉन के अनाज शोधन प्रभाव को कम कर देगी। अल-जेडएन-एमजी-सीयू मिश्र धातुओं में, चूंकि जिरकोनियम का क्रोमियम और मैंगनीज की तुलना में शमन संवेदनशीलता पर कम प्रभाव पड़ता है, इसलिए पुनर्क्रिस्टलीकृत संरचना को परिष्कृत करने के लिए क्रोमियम और मैंगनीज के बजाय जिरकोनियम का उपयोग करना उचित है।

दुर्लभ पृथ्वी तत्व

एल्यूमीनियम मिश्र धातु कास्टिंग के दौरान घटक सुपरकूलिंग को बढ़ाने, अनाज को परिष्कृत करने, माध्यमिक क्रिस्टल रिक्ति को कम करने, मिश्र धातु में गैसों और समावेशन को कम करने और समावेशन चरण को गोलाकार बनाने के लिए दुर्लभ पृथ्वी तत्वों को एल्यूमीनियम मिश्र धातु में जोड़ा जाता है। यह पिघले हुए सतह के तनाव को भी कम कर सकता है, तरलता 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-सीई-पीआर-एनडी, आदि) को जोड़ने से अल-0.65%एमजी-0.61%सी मिश्र धातु में उम्र बढ़ने वाले जी?पी क्षेत्र के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण तापमान कम हो जाता है। मैग्नीशियम युक्त एल्यूमीनियम मिश्र धातु दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के कायापलट को उत्तेजित कर सकते हैं।

अपवित्रता

वैनेडियम एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में VAl11 दुर्दम्य 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 छोटी होती है। वैनेडियम में पुनर्क्रिस्टलीकृत संरचना को परिष्कृत करने और पुनर्क्रिस्टलीकरण तापमान को बढ़ाने का भी प्रभाव होता है।

एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में कैल्शियम की ठोस घुलनशीलता बेहद कम है, और यह एल्यूमीनियम के साथ CaAl4 यौगिक बनाता है। कैल्शियम एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का एक सुपरप्लास्टिक तत्व है। लगभग 5% कैल्शियम और 5% मैंगनीज वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातु में सुपरप्लास्टिकिटी होती है। कैल्शियम और सिलिकॉन CaSi बनाते हैं, जो एल्यूमीनियम में अघुलनशील है। चूंकि सिलिकॉन की ठोस घोल मात्रा कम हो जाती है, इसलिए औद्योगिक शुद्ध एल्यूमीनियम की विद्युत चालकता में थोड़ा सुधार किया जा सकता है। कैल्शियम एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के काटने के प्रदर्शन में सुधार कर सकता है। CaSi2 ताप उपचार के माध्यम से एल्यूमीनियम मिश्र धातु को मजबूत नहीं कर सकता है। कैल्शियम की थोड़ी मात्रा पिघले एल्युमीनियम से हाइड्रोजन निकालने में सहायक होती है।

सीसा, टिन और बिस्मथ तत्व कम गलनांक वाली धातुएँ हैं। एल्यूमीनियम में उनकी ठोस घुलनशीलता कम है, जो मिश्र धातु की ताकत को थोड़ा कम कर देती है, लेकिन काटने के प्रदर्शन में सुधार कर सकती है। जमने के दौरान बिस्मथ फैलता है, जो खिलाने के लिए फायदेमंद होता है। उच्च मैग्नीशियम मिश्रधातुओं में बिस्मथ मिलाने से सोडियम उत्सर्जन को रोका जा सकता है।

एंटीमनी का उपयोग मुख्य रूप से कास्ट एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में एक संशोधक के रूप में किया जाता है, और विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में इसका उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। सोडियम उत्सर्जन को रोकने के लिए केवल अल-एमजी विकृत एल्यूमीनियम मिश्र धातु में बिस्मथ बदलें। गर्म दबाने और ठंडे दबाने की प्रक्रियाओं के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए कुछ अल-जेडएन-एमजी-सीयू मिश्र धातुओं में सुरमा तत्व जोड़ा 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 भोजन और पेय पदार्थों के संपर्क में आने वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में शामिल नहीं किया जा सकता है। वेल्डिंग सामग्री में बेरिलियम सामग्री आमतौर पर 8μg/ml से नीचे नियंत्रित होती है। वेल्डिंग सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को बेरिलियम सामग्री को भी नियंत्रित करना 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 मिश्र धातु में सोडियम मौजूद होता है, तो यह जमने के दौरान डेंड्राइट सतह या अनाज सीमा पर सोख लिया जाता है, गर्म प्रसंस्करण के दौरान, अनाज सीमा पर सोडियम एक तरल सोखना परत बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप भंगुर दरार होती है, 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 छीन लेता है और मुक्त सोडियम को अवक्षेपित कर देता 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, जिसके कारण सोडियम NaCl बनाता है और स्लैग में छोड़ दिया जाता है, जिसमें Na2Bi बनाने के लिए बिस्मथ मिलाया जाता है और धातु मैट्रिक्स में प्रवेश किया जाता है; Na3Sb बनाने के लिए सुरमा मिलाने या रेयर अर्थ मिलाने से भी समान प्रभाव हो सकता है।

MAT एल्यूमिनियम से मे जियांग द्वारा संपादित