Alumiiniseokset - seokset, joiden päämassaosa on alumiinia . Alumiiniseosten yleisimmät seosaineet ovat kupari , magnesium , mangaani , pii ja sinkki . Harvemmin - zirkonium , litium , beryllium , titaani . Pohjimmiltaan alumiiniseokset voidaan jakaa kahteen pääryhmään: valetut seokset ja muokatut (rakenteelliset). Rakenteelliset seokset puolestaan jaetaan lämpökäsiteltyihinja termisesti käsittelemätön. Suurin osa valmistetuista metalliseoksista on taottu, joka on tarkoitettu myöhempään taontaan ja meistämiseen [1] .
Listattu Yhdysvaltain kansallisten standardien ( ANSI standardi H35.1 ) ja Venäjän GOST : n mukaisesti . Venäjällä tärkeimmät standardit ovat GOST 1583 "Valettuja alumiiniseoksia. Tekniset tiedot" ja GOST 4784 "Alumiini ja muokatut alumiiniseokset. Merkit. Myös alumiiniseoksille ja niiden merkinnöille on olemassa UNS -merkintä ja kansainvälinen standardi ISO R209 b.
Al-Mg-järjestelmän seoksille on ominaista tyydyttävä lujuus, hyvä sitkeys, erittäin hyvä hitsattavuus ja korroosionkestävyys [2] . Lisäksi näille seoksille on ominaista korkea väsymislujuus.
Tämän järjestelmän seoksissa, jotka sisältävät enintään 6 % Mg:ta, muodostuu eutektinen järjestelmä , jonka atomikoostumus on Al 3 Mg 2 kiinteän magnesiumliuoksen kanssa alumiinissa. Teollisuudessa yleisimmin käytettyjä seoksia, joiden magnesiumpitoisuus on 1-5 %.
Magnesiumpitoisuuden lisääminen lejeeringissä lisää merkittävästi sen lujuutta. Magnesiumpitoisuuden lisäys jokaista prosenttiosuutta sisällöstä lisää lejeeringin vetolujuutta ≈30 MPa [3] ja myötörajaa ≈20 M Pa . Tässä tapauksessa suhteellinen venymä pienenee hieman ja on välillä 30–35 %.
Seokset, joiden magnesiumpitoisuus on enintään 3 % (massasta), eivät muuta kiderakennetta huoneen- ja korotetuissa lämpötiloissa edes olennaisesti työstökarkaistussa tilassa. Magnesiumin pitoisuuden kasvaessa lejeeringissä, kylmätyöstetyssä tilassa, seoksen mekaaninen rakenne muuttuu epävakaaksi. Lisäksi magnesiumpitoisuuden nousu yli 6 % johtaa lejeeringin korroosionkestävyyden heikkenemiseen.
Parantaa kromilla, mangaanilla, titaanilla, piillä tai vanadiinilla seostettujen Al-Mg-järjestelmän metalliseosten lujuusominaisuuksia. Tämän kuparin ja raudan järjestelmän seoksissa olevat epäpuhtaudet eivät ole toivottavia, koska ne vähentävät niiden korroosionkestävyyttä ja hitsattavuutta.
Tämän järjestelmän seoksilla on hyvä lujuus, sitkeys ja työstettävyys, korkea korroosionkestävyys ja hyvä hitsattavuus.
Al-Mn-järjestelmän metalliseosten pääepäpuhtaudet ovat rauta ja pii. Molemmat näistä alkuaineista vähentävät mangaanin liukoisuutta alumiiniin. Hienorakeisen rakenteen saamiseksi tämän järjestelmän seokset seostetaan titaanilla.
Doping riittää[ mitä? ] mangaanin määrä varmistaa kylmämuokatun metallirakenteen vakauden huoneen- ja korotetuissa lämpötiloissa.
Tämän järjestelmän metalliseosten mekaaniset ominaisuudet lämpölujitetussa tilassa saavuttavat ja joskus jopa ylittävät vähähiilisten terästen mekaaniset ominaisuudet . Nämä seokset sopivat hyvin koneistukseen. Niiden merkittävä haittapuoli on alhainen korroosionkestävyys, joten pintaa suojaavia pinnoitteita on käytettävä.
Seoslisäaineina käytetään mangaania, piitä, rautaa ja magnesiumia. Lisäksi magnesiumilla on voimakkain vaikutus lejeeringin ominaisuuksiin: seostus magnesiumin kanssa lisää merkittävästi vetolujuutta ja myötörajaa. Piin lisääminen seokseen lisää sen keinotekoista vanhenemista. Seostaminen raudalla ja nikkelillä lisää seosten lämmönkestävyyttä.
Näiden metalliseosten työkarkaisu karkaisun jälkeen nopeuttaa keinotekoista ikääntymistä ja lisää myös lujuutta ja kestävyyttä jännityskorroosiota vastaan.
Alumiiniseokset, joita kutsutaan myös alkusiineiksi (myös: aeroniksi). Sitä käytetään holkkilaakereissa [4] sekä muotoiltujen sylinterilohkojen valmistuksessa, mm. valu [5] . Niillä on korkea pintakovuus, joten ne eivät mene hyvin sisään.
Tämän järjestelmän seoksilla on riittävän korkea lujuus ja hyvä työstettävyys. Tämän järjestelmän tyypilliset seokset - B95-lejeeringit (USA:ssa 7075 ) ovat lujia alumiiniseoksia. Korkean kovettumisen vaikutus johtuu sinkin (jopa 70 %) ja magnesiumin (jopa 17,4 %) korkeasta liukoisuudesta lejeeringin sulamispisteessä, mutta liukoisuus laskee jyrkästi jäähtyessään.
Näiden metalliseosten merkittävä haitta on erittäin alhainen korroosionkestävyys mekaanisessa rasituksessa. Jännitysten alaisena olevien seosten korroosionkestävyyden lisääntyminen saavutetaan seostamalla kuparilla.
1960-luvulla löydettiin malli: alumiiniseosten seostaminen litiumiin hidastaa luonnollista ja nopeuttaa keinotekoista ikääntymistä. Lisäksi litiumin läsnäolo vähentää lejeeringin tiheyttä ja lisää merkittävästi sen kimmokerrointa [6] . Tämän löydön perusteella[ mitä? ] kehitti uusia järjestelmiä lejeeringeille Al-Mg-Li, Al-Cu-Li ja Al-Mg-Cu-Li.
Vuonna 2019 venäläiset tutkijat kansallisesta tutkimusteknologian yliopistosta MISiS loivat uuden, ainutlaatuisen vahvan alumiini-nikkeli-lantaani-komposiitin. Alumiinisulaan lisättiin seosaineita muodostaen alumiinin kanssa kemiallisia yhdisteitä, jotka lejeeringin jähmettyessä muodostavat vahvan vahvistuskehyksen. Parhaat tulokset lujuuden sekä keveyden ja joustavuuden suhteen saavutettiin Al-La-Ni-seoksilla, joiden La-pitoisuus oli enintään 8 painoprosenttia ja Ni-pitoisuus enintään 5 painoprosenttia [7] . Mikrotutkimusten mukaan seos koostuu primäärisistä Al-kiteistä ja ultrahienosta kolmiosaisesta eutektiikasta (hiukkaspaksuus noin 30–70 nm), joka koostuu Al 3 Ni- ja Al 4 La -binääriyhdisteistä. Lupaavan Al 7 La 4 Ni -lejeeringin yksiakselinen vetokoe valutilassa osoitti vetolujuuden noin 250 ± 10 MPa, myötörajaksi 200 ± 10 MPa ja plastisuuden 3,0 ± 0,2 % [7] . Luonnollisen kiteytymisen ansiosta hiukkaset jakautuvat tasaisesti, jolloin muodostuu vahvistava runko, ja komposiitti on vahvempi ja joustavampi kuin ”jauhemaiset” vastineensa. Uusi seos on erittäin lupaava käytettäväksi ilmailu- ja autoteollisuudessa, nykyaikaisen robotiikan suunnittelussa, mukaan lukien miehittämättömät ilma-alukset, joissa dronin painon vähentäminen on ratkaisevan tärkeää. Lejeerinkin suorituskyky on ylivoimainen muihin alumiinimatriisikomposiitteihin verrattuna. [kahdeksan]
Aakkosnumeerinen merkintäjärjestelmä on otettu käyttöön. Alussa oleva kirjain tarkoittaa:
A - teknistä alumiinia;
D - duralumiini;
AK - alumiiniseos, muokattava;
AB - aviaali;
B - erittäin luja alumiiniseos;
AL - valettu alumiiniseos;
AMg - alumiini-magnesiumseos;
AMts - alumiini-mangaaniseos;
SAP - sintratut alumiinijauheet;
SAS - sintratut alumiiniseokset.
Kirjaimia seuraa lejeeringin lajinumero. Seoslajin numeron takana on kirjain, joka ilmaisee lejeeringin tilan:
M - seos hehkutuksen jälkeen (pehmeä);
T - kovettumisen ja luonnollisen ikääntymisen jälkeen;
A - verhottu (puhdas alumiinikerros levitetään);
H - kylmätyöstetty;
P - puolikarkaistu.
Käyttö: hehkutus, kovettuminen, vanhentaminen.
Hehkutusta on 3 tyyppiä:
Homogenisaatio tasoittaa jyvien kemiallista mikroheterogeenisuutta diffuusion avulla (dendriittisen segregaation väheneminen ).
Uudelleenkiteytyshehkutus palauttaa plastisuuden painekäsittelyn jälkeen.
Lämpökarkaistujen metalliseosten hehkutus poistaa karkaisun kokonaan.
GOST:n [9] mukaisesti piin ja raudan suhteen alumiiniseoksissa tulee olla pienempi kuin yksi.
| Alumiiniseokset | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Brändi | Alkuaineiden massaosuus, % | Tiheys, kg/dm³ | |||||||||||
| GOST | ISO 209-1-89 |
Pii (Si) | rauta (Fe) | Kupari (Cu) | Mangaani (Mn) | Magnesium (Mg) | Chrome (Cr) | Sinkki (Zn) | Titaani (Ti) | Muut | Alumiini ei vähempää | ||
| Jokainen | Summa | ||||||||||||
| AD000 | A199.8 1080A |
0,15 | 0,15 | 0,03 | 0,02 | 0,02 | 0,06 | 0,02 | 0,02 | 99.8 | 2.7 | ||
| AD00 1010 |
A199.7 1070A |
0.2 | 0,25 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,07 | 0,03 | 0,03 | 99.7 | 2.7 | ||
| AD00E 1010E |
EA199,7 1370 |
0.1 | 0,25 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,04 | Boori: 0,02 Vanadiini + titaani: 0,02 |
0.1 | 99.7 | 2.7 | |
Vuodesta 1997 vuoteen 2017 Venäjän federaation energiaministeriö kielsi alumiiniseosten käytön rakennusten ja rakenteiden sähköjohdoissa.