Cuivre
Lorsque la partie riche en aluminium de l'alliage aluminium-cuivre est de 548, la solubilité maximale du cuivre dans l'aluminium est de 5,65 %. Lorsque la température descend à 302, la solubilité du cuivre est de 0,45 %. Le cuivre est un élément d'alliage important et a un certain effet de renforcement des solutions solides. De plus, le CuAl2 précipité par le vieillissement a un effet fortifiant évident du vieillissement. La teneur en cuivre des alliages d'aluminium se situe généralement entre 2,5 % et 5 %, et l'effet de renforcement est meilleur lorsque la teneur en cuivre est comprise entre 4 % et 6,8 %, de sorte que la teneur en cuivre de la plupart des alliages de duralumin se situe dans cette plage. Les alliages aluminium-cuivre peuvent contenir moins de silicium, de magnésium, de manganèse, de chrome, de zinc, de fer et d'autres éléments.
Silicium
Lorsque la partie riche en aluminium du système d'alliage Al-Si a une température eutectique de 577, la solubilité maximale du silicium dans la solution solide est de 1,65 %. Bien que la solubilité diminue avec la température, ces alliages ne peuvent généralement pas être renforcés par un traitement thermique. L'alliage aluminium-silicium présente d'excellentes propriétés de moulage et une excellente résistance à la corrosion. Si du magnésium et du silicium sont ajoutés à l'aluminium en même temps pour former un alliage aluminium-magnésium-silicium, la phase de renforcement est MgSi. Le rapport massique du magnésium au silicium est de 1,73:1. Lors de la conception de la composition de l'alliage Al-Mg-Si, les teneurs en magnésium et silicium sont configurées dans ce rapport sur la matrice. Afin d'améliorer la résistance de certains alliages Al-Mg-Si, une quantité appropriée de cuivre est ajoutée, ainsi qu'une quantité appropriée de chrome pour compenser les effets néfastes du cuivre sur la résistance à la corrosion.
La solubilité maximale du Mg2Si dans l'aluminium dans la partie riche en aluminium du diagramme de phases d'équilibre du système d'alliage Al-Mg2Si est de 1,85 %, et la décélération est faible à mesure que la température diminue. Dans les alliages d'aluminium déformés, l'ajout de silicium seul à l'aluminium est limité aux matériaux de soudage, et l'ajout de silicium à l'aluminium a également un certain effet de renforcement.
Magnésium
Bien que la courbe de solubilité montre que la solubilité du magnésium dans l'aluminium diminue considérablement à mesure que la température diminue, la teneur en magnésium dans la plupart des alliages d'aluminium déformés industriels est inférieure à 6 %. La teneur en silicium est également faible. Ce type d'alliage ne peut pas être renforcé par traitement thermique, mais présente une bonne soudabilité, une bonne résistance à la corrosion et une résistance moyenne. Le renforcement de l’aluminium par le magnésium est évident. Pour chaque augmentation de 1 % du magnésium, la résistance à la traction augmente d’environ 34 MPa. Si moins de 1 % de manganèse est ajouté, l’effet fortifiant peut être complété. Par conséquent, l’ajout de manganèse peut réduire la teneur en magnésium et réduire la tendance à la fissuration à chaud. De plus, le manganèse peut également précipiter uniformément les composés Mg5Al8, améliorant ainsi la résistance à la corrosion et les performances de soudage.
Manganèse
Lorsque la température eutectique du diagramme de phases d'équilibre plat du système d'alliage Al-Mn est de 658, la solubilité maximale du manganèse dans la solution solide est de 1,82 %. La résistance de l’alliage augmente avec l’augmentation de la solubilité. Lorsque la teneur en manganèse est de 0,8 %, l'allongement atteint la valeur maximale. L'alliage Al-Mn est un alliage qui ne durcit pas avec le vieillissement, c'est-à-dire qu'il ne peut pas être renforcé par un traitement thermique. Le manganèse peut empêcher le processus de recristallisation des alliages d'aluminium, augmenter la température de recristallisation et affiner considérablement les grains recristallisés. Le raffinement des grains recristallisés est principalement dû au fait que les particules dispersées de composés MnAl6 gênent la croissance des grains recristallisés. Une autre fonction du MnAl6 est de dissoudre les impuretés du fer pour former (Fe, Mn)Al6, réduisant ainsi les effets nocifs du fer. Le manganèse est un élément important des alliages d'aluminium. Il peut être ajouté seul pour former un alliage binaire Al-Mn. Le plus souvent, il est ajouté à d’autres éléments d’alliage. C’est pourquoi la plupart des alliages d’aluminium contiennent du manganèse.
Zinc
La solubilité du zinc dans l'aluminium est de 31,6 % à 275 °C dans la partie riche en aluminium du diagramme de phases d'équilibre du système d'alliage Al-Zn, tandis que sa solubilité chute à 5,6 % à 125 °C. L'ajout de zinc seul à l'aluminium entraîne une amélioration très limitée de la résistance de l'alliage d'aluminium dans des conditions de déformation. Dans le même temps, il existe une tendance à la fissuration par corrosion sous contrainte, limitant ainsi son application. L'ajout simultané de zinc et de magnésium à l'aluminium forme la phase de renforcement Mg/Zn2, qui a un effet de renforcement significatif sur l'alliage. Lorsque la teneur en Mg/Zn2 passe de 0,5 % à 12 %, la résistance à la traction et la limite d'élasticité peuvent être considérablement augmentées. Dans les alliages d'aluminium ultradurs où la teneur en magnésium dépasse la quantité requise pour former la phase Mg/Zn2, lorsque le rapport zinc/magnésium est contrôlé à environ 2,7, la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte est la plus élevée. Par exemple, l'ajout d'un élément de cuivre à Al-Zn-Mg forme un alliage de la série Al-Zn-Mg-Cu. L'effet de renforcement de la base est le plus important parmi tous les alliages d'aluminium. C'est également un matériau d'alliage d'aluminium important dans l'industrie aérospatiale, aéronautique et électrique.
Fer et silicium
Le fer est ajouté comme éléments d'alliage dans les alliages d'aluminium corroyé de la série Al-Cu-Mg-Ni-Fe, et le silicium est ajouté comme éléments d'alliage dans l'aluminium corroyé de la série Al-Mg-Si et dans les baguettes de soudage de la série Al-Si et les pièces moulées en aluminium-silicium. alliages. Dans les alliages d’aluminium de base, le silicium et le fer sont des impuretés courantes qui ont un impact significatif sur les propriétés de l’alliage. Ils existent principalement sous forme de FeCl3 et de silicium libre. Lorsque le silicium est plus gros que le fer, une phase β-FeSiAl3 (ou Fe2Si2Al9) se forme, et lorsque le fer est plus gros que le silicium, une phase α-Fe2SiAl8 (ou Fe3Si2Al12) se forme. Lorsque le rapport fer/silicium est inapproprié, cela provoquera des fissures dans la pièce moulée. Lorsque la teneur en fer de la fonte d’aluminium est trop élevée, la pièce moulée devient cassante.
Titane et Bore
Le titane est un élément additif couramment utilisé dans les alliages d’aluminium, ajouté sous forme d’alliage maître Al-Ti ou Al-Ti-B. Le titane et l'aluminium forment la phase TiAl2, qui devient un noyau non spontané lors de la cristallisation et joue un rôle dans le raffinement de la structure de coulée et de la structure de soudure. Lorsque les alliages Al-Ti subissent une réaction d'emballage, la teneur critique en titane est d'environ 0,15 %. Si du bore est présent, le ralentissement est aussi faible que 0,01 %.
Chrome
Le chrome est un élément additif courant dans les alliages des séries Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn et Al-Mg. À 600°C, la solubilité du chrome dans l’aluminium est de 0,8 % et il est pratiquement insoluble à température ambiante. Le chrome forme des composés intermétalliques tels que (CrFe)Al7 et (CrMn)Al12 dans l'aluminium, ce qui entrave le processus de nucléation et de croissance de recristallisation et a un certain effet de renforcement sur l'alliage. Il peut également améliorer la ténacité de l’alliage et réduire la susceptibilité à la fissuration par corrosion sous contrainte.
Cependant, le site augmente la sensibilité à la trempe, rendant le film anodisé jaune. La quantité de chrome ajoutée aux alliages d'aluminium ne dépasse généralement pas 0,35 % et diminue avec l'augmentation des éléments de transition dans l'alliage.
Strontium
Le strontium est un élément tensioactif qui peut modifier cristallographiquement le comportement des phases de composés intermétalliques. Par conséquent, un traitement de modification avec un élément strontium peut améliorer l’ouvrabilité plastique de l’alliage et la qualité du produit final. En raison de son long temps de modification efficace, de son bon effet et de sa reproductibilité, le strontium a remplacé l'utilisation du sodium dans les alliages de coulée Al-Si ces dernières années. L'ajout de 0,015 % à 0,03 % de strontium à l'alliage d'aluminium pour l'extrusion transforme la phase β-AlFeSi dans le lingot en phase α-AlFeSi, réduisant le temps d'homogénéisation du lingot de 60 % à 70 %, améliorant les propriétés mécaniques et l'aptitude au traitement plastique des matériaux ; améliorer la rugosité de surface des produits.
Pour les alliages d'aluminium déformés à haute teneur en silicium (10 % ~ 13 %), l'ajout de 0,02 % ~ 0,07 % d'élément de strontium peut réduire les cristaux primaires au minimum et les propriétés mécaniques sont également considérablement améliorées. La résistance à la traction бb est augmentée de 233MPa à 236MPa, la limite d'élasticité б0,2 est passée de 204MPa à 210MPa et l'allongement б5 est passé de 9 % à 12 %. L'ajout de strontium à l'alliage hypereutectique Al-Si peut réduire la taille des particules de silicium primaire, améliorer les propriétés de traitement du plastique et permettre un laminage à chaud et à froid en douceur.
Zirconium
Le zirconium est également un additif courant dans les alliages d'aluminium. Généralement, la quantité ajoutée aux alliages d'aluminium est de 0,1 % à 0,3 %. Le zirconium et l'aluminium forment des composés ZrAl3, qui peuvent gêner le processus de recristallisation et affiner les grains recristallisés. Le zirconium peut également affiner la structure de coulée, mais l'effet est moindre que celui du titane. La présence de zirconium réduira l’effet d’affinage des grains du titane et du bore. Dans les alliages Al-Zn-Mg-Cu, étant donné que le zirconium a un effet moindre sur la sensibilité à la trempe que le chrome et le manganèse, il convient d'utiliser du zirconium à la place du chrome et du manganèse pour affiner la structure recristallisée.
Éléments de terres rares
Des éléments de terres rares sont ajoutés aux alliages d'aluminium pour augmenter la surfusion des composants lors de la coulée de l'alliage d'aluminium, affiner les grains, réduire l'espacement des cristaux secondaires, réduire les gaz et les inclusions dans l'alliage et avoir tendance à sphéroïdiser la phase d'inclusion. Il peut également réduire la tension superficielle de la masse fondue, augmenter la fluidité et faciliter la coulée en lingots, ce qui a un impact significatif sur les performances du processus. Il est préférable d'ajouter diverses terres rares à raison d'environ 0,1 %. L'ajout de terres rares mixtes (mélange La-Ce-Pr-Nd, etc.) réduit la température critique pour la formation de la zone G?P vieillissante dans l'alliage Al-0,65%Mg-0,61%Si. Les alliages d'aluminium contenant du magnésium peuvent stimuler le métamorphisme des éléments des terres rares.
Impureté
Le vanadium forme un composé réfractaire VAl11 dans les alliages d'aluminium, qui joue un rôle dans le raffinage des grains pendant le processus de fusion et de coulée, mais son rôle est moindre que celui du titane et du zirconium. Le vanadium a également pour effet d'affiner la structure recristallisée et d'augmenter la température de recristallisation.
La solubilité solide du calcium dans les alliages d’aluminium est extrêmement faible et forme un composé CaAl4 avec l’aluminium. Le calcium est un élément superplastique des alliages d'aluminium. Un alliage d'aluminium contenant environ 5 % de calcium et 5 % de manganèse est superplasticité. Le calcium et le silicium forment du CaSi, insoluble dans l'aluminium. Étant donné que la quantité de silicium dans la solution solide est réduite, la conductivité électrique de l'aluminium pur industriel peut être légèrement améliorée. Le calcium peut améliorer les performances de coupe des alliages d'aluminium. Le CaSi2 ne peut pas renforcer les alliages d'aluminium par traitement thermique. Des traces de calcium sont utiles pour éliminer l’hydrogène de l’aluminium fondu.
Les éléments plomb, étain et bismuth sont des métaux à bas point de fusion. Leur solubilité solide dans l'aluminium est faible, ce qui réduit légèrement la résistance de l'alliage, mais peut améliorer les performances de coupe. Le bismuth se dilate lors de la solidification, ce qui est bénéfique pour l'alimentation. L'ajout de bismuth aux alliages à haute teneur en magnésium peut empêcher la fragilisation par le sodium.
L'antimoine est principalement utilisé comme modificateur dans les alliages d'aluminium moulés et est rarement utilisé dans les alliages d'aluminium déformés. Remplacez uniquement le bismuth dans l’alliage d’aluminium déformé Al-Mg pour éviter la fragilisation par le sodium. Un élément antimoine est ajouté à certains alliages Al-Zn-Mg-Cu pour améliorer les performances des processus de pressage à chaud et à froid.
Le béryllium peut améliorer la structure du film d'oxyde dans les alliages d'aluminium déformés et réduire les pertes par combustion et les inclusions lors de la fusion et de la coulée. Le béryllium est un élément toxique pouvant provoquer des intoxications allergiques chez l'homme. Par conséquent, le béryllium ne peut pas être contenu dans les alliages d’aluminium entrant en contact avec des aliments et des boissons. La teneur en béryllium des matériaux de soudage est généralement contrôlée en dessous de 8 μg/ml. Les alliages d'aluminium utilisés comme substrats de soudage doivent également contrôler la teneur en béryllium.
Le sodium est presque insoluble dans l'aluminium et la solubilité solide maximale est inférieure à 0,0025 %. le point de fusion du sodium est bas (97,8 ℃), lorsque le sodium est présent dans l'alliage, il est adsorbé sur la surface de la dendrite ou le joint de grain lors de la solidification, lors du traitement à chaud, le sodium sur le joint de grain forme une couche d'adsorption liquide, entraînant une fissuration fragile, la formation de composés NaAlSi, aucun sodium libre n'existe et ne produit pas de « sodium cassant ».
Lorsque la teneur en magnésium dépasse 2 %, le magnésium enlève le silicium et précipite le sodium libre, ce qui entraîne une « fragilité du sodium ». Par conséquent, l’utilisation de flux de sel de sodium dans les alliages d’aluminium à haute teneur en magnésium n’est pas autorisée. Les méthodes permettant d'éviter la « fragilisation par le sodium » comprennent la chloration, qui provoque la formation de sodium NaCl et son rejet dans les scories, l'ajout de bismuth pour former Na2Bi et pénétrer dans la matrice métallique ; l'ajout d'antimoine pour former Na3Sb ou l'ajout de terres rares peuvent également avoir le même effet.
Edité par May Jiang de MAT Aluminium
Heure de publication : 08 août 2024
