(1) Kenmerken van aluminiumlegeringen uit de 6xxx-serie
Aluminiumlegeringen uit de 6xxx-serie zijn aluminiumlegeringen met magnesium en silicium als de belangrijkste legeringselementen en de Mg2Si-fase als de versterkingsfase. Het zijn warmtebehandelbare aluminiumlegeringen. De legeringen hebben de voordelen van gemiddelde sterkte, hoge corrosiebestendigheid, geen neiging tot spanningscorrosie, goede lasprestaties, onveranderde corrosieprestaties in de laszone, goede vervormbaarheid en verwerkbaarheid. Wanneer koper in de legering zit, kan de sterkte van de legering dicht bij die van aluminiumlegeringen uit de 2xxx-serie liggen en is de verwerkbaarheid beter dan die van aluminiumlegeringen uit de 2XXx-serie, maar de corrosiebestendigheid verslechtert. De legering heeft goede smeedprestaties. De meest gebruikte legeringen in deze serie zijn 6061- en 6063-legeringen, die de beste algehele prestaties en economie hebben. De belangrijkste producten zijn geëxtrudeerde profielen en de grootste toepassing van deze legering zijn architectonische profielen.
(2) De rol van de belangrijkste legerings- en onzuiverheidselementen
De belangrijkste legeringselementen van aluminiumlegeringen uit de 6XXX-serie zijn Mg, Si en Cu. Hun rollen zijn als volgt.
1) De rol van g en Si
De verandering van het Mg- en Si-gehalte heeft weinig effect op de treksterkte en de rek van de Al-Mg-Si-legering in de gegloeide toestand.
Met de toename van het Mg- en Si-gehalte neemt de treksterkte van de Al-Mg-Si-legering in de gebluste natuurlijke verouderingstoestand toe en neemt de rek af. Wanneer het totale gehalte aan Mg en Si constant is, heeft de verandering van de Mg- en Si-gehalteverhouding ook een groot effect op de prestaties. Met een vast Mg-gehalte neemt de treksterkte van de legering toe met de toename van het Si-gehalte. Met een vast Mg2Si-fasegehalte en een toename van het Si-gehalte wordt het versterkende effect van de legering verbeterd, terwijl de rek enigszins wordt verbeterd. Met een vast Si-gehalte neemt de treksterkte van de legering toe met de toename van het Mg-gehalte. Voor legeringen met een klein Si-gehalte bevindt de maximale treksterkte zich in het (Al)-Mg2Si-Mg2Al driefasengebied. De maximale treksterkte van de A1-Mg-Si-legering ternaire legering bevindt zich in het a(Al)-Mg2Si-Si driefasengebied.
De invloed van Mg en Si op de mechanische eigenschappen van de legering in de gebluste kunstmatige verouderingstoestand is in principe gelijk aan die van de legering in de gebluste natuurlijke verouderingstoestand. De treksterkte is echter sterk verbeterd en de maximale waarde bevindt zich nog steeds in het driefasengebied a(Al)-MgzSi-Si, terwijl de rek dienovereenkomstig afneemt.
Wanneer er rest Si en MgSi in de legering aanwezig zijn, neemt de corrosieweerstand af naarmate hun hoeveelheid toeneemt. Wanneer de legering zich echter in het a(Al-MgzSi tweefasengebied bevindt en de legering in het eenfasegebied waar de MgSi-fase volledig is opgelost in de matrix, is de corrosieweerstand het beste. Alle legeringen hebben geen neiging tot spanningscorrosiescheuren.
Wanneer de legering wordt gelast, is de neiging tot lassen van scheuren relatief groot, maar in het a(Al-Mg2Si tweefasengebied heeft de legering met een samenstelling van 0.2%~0.4%Si en 1.2%~1.4%Mg en in het a(Al)-Mg2Si-Si driefasengebied heeft de legering met een samenstelling van 1.2%~2.0%Si en 0.8%~2.0%Mg een relatief kleine neiging tot lassen van scheuren.
2) Effect van Cu
Na het toevoegen van Cu aan de AI-Mg-Si-legering, hangt de bestaansvorm van Cu in de structuur niet alleen af van het Cu-gehalte, maar ook van het Mg- en Si-gehalte. Wanneer het Cu-gehalte erg klein is en de Mg:Si-verhouding 1,73:1 is, wordt de MgSi-fase gevormd en wordt alle Cu opgelost in de matrix; wanneer het Cu-gehalte hoog is en de Mg:Si-verhouding kleiner is dan 1,08, kan de W-fase (AlCuMgsSi) worden gevormd en vormt de resterende Cu CuAl; wanneer het Cu-gehalte hoog is en de Mg:Si-verhouding groter is dan 1,73, kunnen de S-fase (AlCuMg) en CuAl-fasen worden gevormd. De W-fase verschilt van de S-fase, CuAl-fase en MgSi-fase. Het is slechts gedeeltelijk opgelost in de vaste toestand en het versterkende effect is niet zo groot als dat van de MgSi-fase.
Het toevoegen van Cu aan de legering verbetert niet alleen de plasticiteit van de legering tijdens hete verwerking aanzienlijk, maar verhoogt ook het versterkende effect van warmtebehandeling. Het kan ook het extrusie-effect onderdrukken en de anisotropie verminderen die optreedt na de toevoeging van Mn.
3) De rol van Mn, Cr, Ti, Fe en Zn
De sporenelementen die aan de 6XXX-serie A1-legering zijn toegevoegd, zijn onder meer Mn, Cr en Ti, terwijl de onzuiverheden voornamelijk Fe, Zn, enz. zijn. Hun functies zijn als volgt.
Mn: Mn toevoegen aan de legering kan de sterkte, corrosiebestendigheid, slagvastheid en buigeigenschappen verbeteren. Wanneer Cu en Mn worden toegevoegd aan AlMg{{0}}.7Si1.0 legering, neemt de sterkte van de legering toe met de toename van het Mn-gehalte wanneer het Mn-gehalte minder is dan 0,2%. Echter, naarmate het Mn-gehalte blijft toenemen, vormen Mn en Si de AlMnSi-fase, die een deel van het Si verliest dat nodig is om de Mg2Si-fase te vormen, en het versterkende effect van de AlMnSi-fase is kleiner dan dat van de Mg2Si-fase. Daarom neemt het versterkende effect van de legering af.
Wanneer Mn en Cu tegelijkertijd worden toegevoegd, is het versterkende effect niet zo goed als wanneer alleen Mn wordt toegevoegd, maar het kan de rek vergroten en de korrelgrootte van het gegloeide product verbeteren.
Wanneer Mn aan de legering wordt toegevoegd, wordt het rekristallisatieproces van de legering beïnvloed door de ernstige intrakristallijne segregatie van Mn in de a-fase, wat resulteert in korrelgroving van het gegloeide product. Om fijnkorrelige materialen te verkrijgen, moet de ingot worden gehomogeniseerd bij hoge temperatuur (550 graden) om Mn-segregatie te elimineren. Het is beter om snel op te warmen tijdens het gloeien.
Cr: Cr en Mn hebben vergelijkbare effecten. Cr remt de neerslag van de Mg2Si-fase bij de korrelgrens, vertraagt het natuurlijke verouderingsproces en verbetert de sterkte na kunstmatige veroudering. Cr kan de korrels verfijnen en de korrels na herkristallisatie slank maken, waardoor de corrosiebestendigheid van de legering wordt verbeterd. Het Cr-gehalte is over het algemeen 0.15%~0.3%.
Ti: Door {{0}}.02%~0.1% Ti en 0,01%~0,2% Cr toe te voegen aan aluminiumlegeringen uit de 6XXX-serie kan de kolomvormige kristalstructuur van de staaf worden verkleind, de smeedprestaties van de legering worden verbeterd en de korrels van het product worden verfijnd.
Fe: Een kleine hoeveelheid Fe (minder dan {{0}}.4%) kan de korrels verfijnen. Wanneer het Fe-gehalte 0,7% overschrijdt, wordt een onoplosbare (AlMnFeSi) fase gegenereerd, die de sterkte, plasticiteit en corrosiebestendigheid van het product vermindert. Wanneer Fe in de legering zit, kan de kleur van het product na anodisatiebehandeling verslechteren.
Zn: Een kleine hoeveelheid onzuiverheid Zn heeft weinig effect op de sterkte van de legering en het gehalte ervan mag maximaal 0.3% bedragen.