Acht wichtige Metallelemente, die die Leistung von Aluminiumlegierungen beeinflussen

Die acht Hauptelemente, die die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen beeinflussen, sind: Vanadium, Kalzium, Blei, Zinn, Wismut, Antimon, Beryllium und Natrium sowie andere Metallelemente. Aufgrund der unterschiedlichen Verwendung der fertigen Aluminiumspulen im Verarbeitungsprozess sind diese Verunreinigungselemente aufgrund der unterschiedlichen Schmelzpunkte, der unterschiedlichen Strukturen und Verbindungen, die von Aluminium gebildet werden, auch unterschiedlich, sodass auch die Auswirkungen auf die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen unterschiedlich sind.

1. Metallische Elemente: Der Einfluss von Kupferelementen
Kupfer ist ein wichtiges Legierungselement mit einer gewissen lösungsverfestigenden Wirkung. Das durch Alterung ausgeschiedene CuAl2 hat eine signifikante alterungsverfestigende Wirkung. Der Kupfergehalt in Aluminiumplatten beträgt üblicherweise 2,5–5 %, und die Verstärkungswirkung ist bei einem Kupfergehalt von 4–6,8 % optimal. Daher liegt der Kupfergehalt von Duraluminiumlegierungen in den meisten Abteilungen in diesem Bereich.

2. Metallische Elemente: Der Einfluss von Siliziumelementen
Die maximale Löslichkeit von Mg2Si in Aluminium beträgt 1,85 % und die Verzögerung bei sinkender Temperatur ist gering.

3. Metallische Elemente: Der Einfluss von Magnesium
Die Verstärkung von Magnesium gegenüber Aluminium ist signifikant. Pro 1 % Magnesiumzusatz erhöht sich die Zugfestigkeit um etwa 34 MPa. Eine Zugabe von weniger als 1 % Mangan kann die Verstärkungswirkung verstärken. Daher kann die Zugabe von Mangan den Magnesiumgehalt senken und gleichzeitig die Heißrissneigung verringern. Mangan kann zudem die Mg5Al8-Verbindung gleichmäßig ausfällen und so die Korrosionsbeständigkeit und die Schweißeigenschaften verbessern.

4. Metallische Elemente: Der Einfluss von Manganelementen
Die maximale Löslichkeit von Mangan in festen Lösungen beträgt 1,82 %. Die Festigkeit der Legierung steigt mit zunehmender Löslichkeit, und die Dehnung erreicht ihren Höchstwert bei einem Mangangehalt von 0,8 %. Al-Mn-Legierungen sind langzeitaushärtbare Legierungen, d. h. sie können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden.

5. Metallische Elemente: Der Einfluss von Zink
Die Löslichkeit von Zink in Aluminium beträgt bei 275 °C 31,6 %, während die Löslichkeit von Zink bei 125 °C auf 5,6 % sinkt. Wird Aluminium nur Zink zugesetzt, ist die Festigkeitsentwicklung der Aluminiumlegierung unter der Voraussetzung einer Verformung sehr begrenzt und es kommt zu Spannungsrisserosion und -neigung, was ihre Anwendung einschränkt.

6. Metallische Elemente: Der Einfluss von Eisen und Silizium
Eisen wird als Legierungselement in Al-Cu-Mg-Ni-Fe-Aluminiumlegierungen, Silizium in Al-Mg-Si-Aluminiumlegierungen, Al-Si-Elektroden und Aluminium-Silizium-Schmiedelegierungen zugesetzt. Eisen kommt hauptsächlich in Form von FeCl3 und freiem Silizium vor. Ist der Siliziumgehalt höher als der Eisengehalt, bildet sich die β-FeSiAl3-Phase (oder Fe2Si2Al9), ist der Eisengehalt höher als der Siliziumgehalt, bildet sich die α-Fe2SiAl8-Phase (oder Fe3Si2Al12). Ein falsches Verhältnis von Eisen und Silizium führt zu Rissen in den Gussteilen, ein zu hoher Eisengehalt im Aluminiumguss führt zu Sprödigkeit der Gussteile.

7. Metallische Elemente: Der Einfluss von Titan und Bor
Titan ist ein häufig verwendetes Zusatzelement in Aluminiumlegierungen und wird in Form von Al-Ti- oder Al-Ti-B-Vorlegierungen zugesetzt. Titan und Aluminium bilden die TiAl2-Phase, die während der Kristallisation zum nicht-spontanen Kern wird und zur Verfeinerung der Schmiedestruktur und der Schweißstruktur beiträgt. Der kritische Titangehalt beträgt etwa 0,15 %, wenn die Al-Ti-Legierung eingekapselt ist, und die Verzögerung beträgt nur 0,01 %, wenn Bor vorhanden ist.

8. Metallische Elemente: Der Einfluss von Chrom und Strontium
Chrom bildet in Aluminiumplatten intermetallische Verbindungen wie (CrFe)Al7 und (CrMn)Al12, die die Keimbildung und den Wachstumsprozess der Rekristallisation behindern, die Legierung bis zu einem gewissen Grad stärken und auch die Zähigkeit der Legierung verbessern sowie die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion verringern können. Allerdings erhöht dies die Abschreckempfindlichkeit, sodass der Eloxalfilm gelb wird. Der Chromzusatz in der Aluminiumlegierung beträgt im Allgemeinen nicht mehr als 0,35 % und nimmt mit zunehmenden Übergangselementen in der Legierung ab. Strontium wird der Aluminiumlegierung für die Extrusion in Mengen von 0,015–0,03 % hinzugefügt, sodass die β-AlFeSi-Phase im Barren zur α-AlFeSi-Phase (chinesisches Schriftzeichen) wird, wodurch die durchschnittliche Zeit des Barrens um 60–70 % reduziert und die mechanische Funktion und plastische Verarbeitbarkeit des Materials verbessert wird; die Rauheit der Produktoberfläche wird verbessert. Für hohe Silizium (10 % ~ 13 %) defoBei geschmiedeter Aluminiumlegierung kann die Zugabe von 0,02 % bis 0,07 % Strontium die anfängliche Kristallbildung auf ein Minimum reduzieren und die mechanische Funktion deutlich verbessern. Die Zugfestigkeit bb wird von 233 MPa auf 236 MPa verbessert, die Streckgrenze b0,2 von 204 MPa auf 210 MPa erhöht und die Dehnung b5 von 9 % auf 12 % gesteigert. Die Zugabe von Strontium zur übereutektischen Al-Si-Legierung kann die Größe der primären kristallinen Siliziumpartikel reduzieren, die plastische Verarbeitung verbessern und ein reibungsloses Warm- und Kaltwalzen ermöglichen.