Hvad er egenskaberne, hovedlegeringselementerne og funktionerne for 2xxx-seriens aluminiumslegeringer?
(1) Karakteristika for 2xxx serie aluminiumslegeringer
2xxX-seriens aluminiumslegeringer er aluminiumslegeringer med kobber som det vigtigste legeringselement. De omfatter Al-Cu-Mg-legeringer, Al-Cu-Mg-Fe-Ni-legeringer og Al-Cu-Mn-legeringer. Disse legeringer er varmebehandlede aluminiumslegeringer.
2xXX-serien aluminiumslegeringer er kendetegnet ved høj styrke og kaldes normalt hårde aluminiumslegeringer. De har god varmebestandighed og forarbejdningsegenskaber, men deres korrosionsbestandighed er ikke så god som de fleste andre aluminiumslegeringer. Under visse forhold vil der forekomme intergranulær korrosion. Derfor skal pladen ofte belægges med et lag af rent aluminium eller et lag af 6xXx-seriens aluminiumslegering, der har elektrokemisk beskyttelse af kernepladen for i høj grad at forbedre dens korrosionsbestandighed. Blandt dem har Al-Cu-Mg-Fe-Ni-legering ekstremt kompleks kemisk sammensætning og fasesammensætning. Det har høj styrke ved høj temperatur og god procesydelse. Det bruges hovedsageligt til varmebestandige dele, der arbejder under 150 ~ 250 grader; Selvom stuetemperaturstyrken af AI-Cu-Mn-legering er lavere end for Al-Cu-Mg-legering 2A12 og 2A14, er dens styrke højere end begge ved 225~250 grader eller højere. Derudover har legeringen god procesydelse og er nem at svejse. Det bruges hovedsageligt i varmebestandige svejsbare strukturelle dele og smedegods. Denne serie af legeringer er meget udbredt inden for luftfart og rumfart.
(2) Vigtigste legeringselementer og deres roller
①De vigtigste legeringskvaliteter af AI-Cu-Mg-legeringer er 2A01, 2A02, 2A06, 2A10, 2A11, 2A12 osv. De vigtigste tilføjede elementer er Cu, Mg og Mn.
Deres virkninger på legeringerne er som følger.
en. Effekt af Cu- og Mg-indhold på legeringernes mekaniske egenskaber. Når Mg-indholdet er 1%~2%, når Cu-indholdet stiger fra 1,0% til 4%, stiger legeringens trækstyrke i den bratkølede tilstand fra 20{{14 }}MPa til 380MPa; legeringens trækstyrke i den slukkede naturlige ældningstilstand stiger fra 300 MPa til 480 MPa. Når Cu-indholdet er i intervallet 1% ~ 4%, når Mg-indholdet stiger fra 0,5% til 2,0%, øges legeringens trækstyrke; når Mg-indholdet fortsætter med at stige, falder legeringens styrke.
Trækstyrken af legeringen indeholdende 4.0% Cu og 2.0% Mg er den højeste; legeringen, der indeholder 3%~4% Cu og 0,5%~1,3% Mg, har den største sluknings- og naturlige ældningseffekt. Testen viser, at trækstyrken af den ternære AI-Cu-Mg-legering, der indeholder 4%~6% Cu og 1%~2% Mg, kan nå 490~510MPa i sluknings- og naturlig ældningstilstand.
b. Indflydelsen af Cu- og Mg-indhold på legeringens varmebestandighed. Ud fra udholdenhedsstyrketestværdierne for AI-Cu-Mg-legering, der indeholder 0.6%Mn ved 200 grader og 160MPa stress, kan den ses, at legeringen indeholdende Cu 3,5%~6% og Mg1,2%~2,0% har den højeste udholdenhedsstyrke. På dette tidspunkt er legeringen placeret på eller nær den AI-S (AlCuMg) pseudo-binære sektion. Legeringen væk fra den pseudo-binære sektion, det vil sige, når Mg-indholdet er mindre end 1,2% og den maksimale styrke er større end 2,0%, falder dens udholdenhedsstyrke. Hvis Mg-indholdet øges til 3,0 % eller mere, vil legeringsudholdenhedsstyrken falde hurtigt.
Lignende regler blev opnået i testen ved 250 grader og 100 MPa stress. Litteraturen påpeger, at legeringen med den højeste udholdenhedsstyrke ved 300 grader er placeret i +S-faseområdet til højre for den AI-S binære sektion med et højere Mg-indhold.
c. Effekt af Cu og Mg indhold på korrosionsbestandighed af legeringer. Al-Cu binære legeringer med Cu-indhold på 3% ~ 5% har meget lav korrosionsbestandighed i tilstanden af bratkøling og naturlig aldring. Tilsætning af 0,5 %Mg kan reducere potentialet for en fast opløsning og delvist forbedre legeringens korrosionsbestandighed. Når Mg-indholdet er større end 1,0 %, øges den lokale korrosion af legeringen, og forlængelsen efter korrosion aftager kraftigt. For legeringer med Cu-indhold større end 4,0% og Mg-indhold større end 1,0%, reducerer Mg opløseligheden af Cu i Al. I den bratkølede tilstand har legeringen uopløselige CuAl2- og S-faser, og tilstedeværelsen af disse faser accelererer korrosion. Legeringer med Cu-indhold på 3%~5% og Mg-indhold på 1%~4% er placeret i samme faseområde, og deres korrosionsbestandighed er ens i tilstanden af bratkøling og naturlig aldring. Legeringerne i aS-faseområdet har dårligere korrosionsbestandighed end dem i a-CuAl2-S-området. Intergranulær korrosion er den vigtigste korrosionstendens hos Al-Cu-Mg-legeringer.
Mn: Mn tilsættes til Al-Cu-Mg-legering hovedsageligt for at eliminere de skadelige virkninger af Fe og forbedre korrosionsbestandigheden. Mn kan øge legeringens stuetemperaturstyrke lidt, men reducere plasticiteten. Mn kan også forsinke og svække den kunstige ældningsproces af Al-Cu Mg-legering og forbedre legeringens varmebestandighed. Mn er også en af de vigtigste faktorer, der gør Al-Cu-Mg legering har ekstruderingseffekt. Tilsætningen af Mn er generelt mindre end 1,0%. Hvis indholdet er for højt, kan der dannes grove (FeMn)Al6 sprøde forbindelser, hvilket reducerer legeringens plasticitet.
d. Den lille mængde sporstoffer, der tilsættes til Al-Cu-Mg-legeringer, omfatter Ti og Zr, og urenhederne er hovedsageligt Fe, Si og Zn osv., og deres virkninger er som følger.
Ti: Tilføjelse af Ti til legeringen kan forfine de støbte korn og reducere tendensen til at danne revner under støbningen.
Zr: En lille mængde Zr har en lignende effekt som Ti, forfiner de støbte korn, reducerer tendensen til at revne i støbning og svejsning og forbedrer plasticiteten af barrer og svejsede samlinger. Tilføjelse af Zr påvirker ikke styrken af kolddeformerede produkter, der indeholder Mn-legeringer
Det forbedrer en smule styrken af Mn-fri legeringer. Si: For Al-Cu-Mg-legeringer med Mg-indhold mindre end 1,0% kan Si-indhold, der overstiger 0,5%, forbedre hastigheden og styrken af kunstig aldring uden at påvirke den naturlige ældningsevne. Fordi Si og Mg danner Mg2Si fase, er det gavnligt for den kunstige ældningseffekt. Men når Mg-indholdet øges til 1,5 %, efter afbrydelse af naturlig ældning eller kunstig ældningsbehandling, falder legeringens styrke og varmebestandighed med stigningen i Si-indholdet. Derfor bør Si-indholdet reduceres så meget som muligt. Derudover vil stigningen i Si-indhold øge tendensen hos legeringer som 2A12 og 2A06 til at danne revner under støbning og reducere plasticiteten under nitning. Derfor er Si-indholdet i legeringen generelt begrænset til mindre end 0,5%. For legeringer, der kræver høj plasticitet, bør Si-indholdet være lavere.
Fe: Fe og Al danner FeAl3-forbindelser og opløses i forbindelser dannet af grundstoffer som Cu, Mn og Si. Disse grove forbindelser, der ikke opløses i den faste opløsning, reducerer legeringens plasticitet, og legeringen er tilbøjelig til at revne under deformation. Og den styrkende effekt er væsentligt reduceret. En lille mængde Fe (mindre end 0,25%) har ringe effekt på legeringens mekaniske egenskaber, forbedrer tendensen til revnedannelse under støbning og svejsning, men reducerer den naturlige ældningshastighed. For at opnå højplastiske materialer bør Fe- og Si-indholdet i legeringen være så lavt som muligt.
Zn: En lille mængde Zn ({{0}}.1%~0.5%) har ringe effekt på de mekaniske egenskaber ved stuetemperatur af Al-Cu-Mg-legeringer, men reducerer legeringens varmebestandighed. Zn-indholdet i legeringen bør begrænses til mindre end 0,3 %.
② Al-Cu-Mg-Fe-Ni-legering De vigtigste legeringskvaliteter i denne serie af legeringer er 2A70, 2A80, 2A90 osv.Hvert legeringselements rolle er som følger.
Cu og Mg: Indflydelsen af Cu- og Mg-indhold på rumtemperaturstyrken og varmebestandigheden af ovennævnte legeringer svarer til AI-Cu-Mg-legeringens. Da Cu- og Mg-indholdet i denne serie af legeringer er lavere end for AI-Cu-Mg-legering, er legeringen placeret i a+ S (AlCuMg) tofaseområdet, så legeringen har højere stuetemperaturstyrke og god varme modstand; derudover, når Cu-indholdet er lavt, har den lavkoncentrationsfaste opløsning en lille tendens til at nedbrydes, hvilket er gavnligt for legeringens varmebestandighed.
Ni: Ni og Cu i legeringen kan danne en uopløselig ternær forbindelse. Når Ni-indholdet er lavt, dannes (AICuNi), og når Ni-indholdet er højt, dannes Al3(CuNi)2. Derfor kan tilstedeværelsen af Ni reducere koncentrationen af Cu i den faste opløsning. Måleresultaterne af gitterkonstanten i den slukkede tilstand beviser også udtømningen af Cu-opløste atomer i den faste legeringsopløsning. Når Fe-indholdet er meget lavt, kan stigningen i Ni-indhold reducere legeringens hårdhed og reducere legeringens styrkende effekt.
Fe: Ligesom Ni kan Fe også reducere koncentrationen af Cu i den faste opløsning. Når nikkelindholdet er meget lavt, falder hårdheden af legeringen betydeligt i begyndelsen med stigningen af Fe-indholdet, men når Fe-indholdet når en vis værdi, begynder det at stige igen.
Ni og Fe: Når Fe og Ni føjes til AICu2.2Mg1.65 legeringen på samme tid, er hårdhedsændringsegenskaberne under bratkøling af naturlig aldring, bratkøling af kunstig aldring, bratkøling og udglødning ens, og en maksimal værdi vises ved positionen hvor Ni- og Fe-indholdet er ens, og gitterkonstanten i quenching-tilstanden er en minimumsværdi på dette tidspunkt.
Når Fe-indholdet i legeringen er større end Ni-indholdet, vil Al7Cu2Fe-fasen fremkomme. Tværtimod, når Ni-indholdet i legeringen er større end Fe-indholdet, vil AlCuNi-fasen fremkomme. Udseendet af den ovennævnte Cu-holdige ternære fase reducerer Cu-indholdet i den faste opløsning. Kun når Fe- og Ni-indholdet er ens, genereres alle AlgFeNi-faser. I dette tilfælde, da der ikke er overskydende Fe eller Ni til at danne en uopløselig Cu-holdig fase, danner Cu i legeringen ikke kun S (Al2CuMg)-fasen, men øger også koncentrationen af Cu i den faste opløsning, hvilket er gavnligt til at forbedre legeringens styrke og varmebestandighed.
Fe- og Ni-indhold kan påvirke legeringens varmebestandighed. AlgFeNi-fasen er en hård og skør forbindelse med meget lille opløselighed i Al. Efter smedning og varmebehandling, når de er spredt og fordelt i strukturen, kan de forbedre legeringens varmebestandighed betydeligt. For eksempel indeholder AICu2.2Mg1.65-legeringen 1.0% Ni, og legeringen med 0.7%~0.9% Fe har den højeste varige styrkeværdi.
Si: Tilføjelse af 0,5 % til 1,2 % Si til 2A80-legering forbedrer legeringens stuetemperaturstyrke, men reducerer legeringens varmebestandighed.
Tilføjelse af {{0}}.02%~0.1% Ti til Ti:2A70-legering forfiner de støbte korn og forbedrer smedningsprocessens ydeevne, hvilket er gavnligt for varmebestandigheden, men har ringe effekt på rumtemperaturydelsen.
③ Al-Cu-Mn legering. De vigtigste legeringskvaliteter i denne serie af legeringer er 2A16, 2A17 osv.
Funktionerne af de vigtigste legeringselementer er som følger.
Cu: Ved stuetemperatur og høj temperatur, når Cu-indholdet stiger, øges legeringsstyrken. Når Cu-indholdet når 5,0 %, er legeringsstyrken tæt på maksimumværdien. Derudover kan Cu forbedre legeringens svejseydelse.
Mn: Mn er hovedelementet til at forbedre den varmebestandige legering. Det øger aktiveringsenergien af atomer i den faste opløsning, reducerer diffusionskoefficienten for opløste atomer og nedbrydningshastigheden af den faste opløsning. Når den faste opløsning nedbrydes, er dannelsen og vækstprocessen af den udfældede fase T (Al2oCu2Mn3) fase også meget langsom, så legeringen er også meget stabil, når den opvarmes i lang tid ved en vis høj temperatur. Tilføjelse af passende Mn (0,6%~0,8%) kan forbedre legeringens styrke ved stuetemperatur og udholdenhed i den bratkølende og naturlige ældningstilstand. Men hvis Mn-indholdet er for højt, øges T-fasen, grænsefladen øges, diffusionseffekten accelereres, og legeringens varmebestandighed reduceres. Derudover kan Mn også reducere revne-tendensen under legeringssvejsning.
Sporelementerne tilsat Al-Cu-Mn-legering er Mg, Ti og Zr, mens de vigtigste urenhedselementer er Fe, Si, Zn osv., og deres virkninger er som følger.
Mg: Når indholdet af Cu og Mn i 2A16-legering forbliver uændret, tilsættes 0.25%~0.45% Mg for at danne 2A17-legering. Mg kan forbedre legeringens stuetemperaturstyrke og forbedre varmemodstanden under 150~225 grader. Men når temperaturen stiger yderligere, falder legeringens styrke betydeligt. Tilsætning af Mg kan dog forringe legeringens svejseydelse, så i 2A16-legeringen, der anvendes til varmebestandig svejsning, bør indholdet af urenhed Mg ikke overstige 0.05 %. Ti: Ti kan forfine de støbte korn, øge legeringens omkrystallisationstemperatur, reducere nedbrydningstendensen af den overmættede faste opløsning og stabilisere strukturen af legeringen ved høj temperatur. Men når Ti-indholdet er større end {{20}},3 %, dannes der grove nåleformede TiAls-forbindelser, som reducerer legeringens varmemodstand. Ti-indholdet i legeringen er specificeret til at være 0,1%~0,2%. Zr: Når 0,1% ~ 0,25% Zr tilsættes til 2219-legeringen, kan kornene raffineres, og legeringens omkrystallisationstemperatur og faste opløsningsstabilitet kan øges, hvorved legeringens varmebestandighed forbedres og svejsbarheden af legeringen forbedres. legeringen og svejsningens plasticitet. Når Zr-indholdet er højt, kan der imidlertid dannes mere skøre forbindelser ZrAl3.
Fe: Når Fe-indholdet i legeringen overstiger {{0}},45 %, dannes en uopløselig fase AlCu2Fe, som kan reducere legeringens mekaniske egenskaber i bratkølings- og ældningstilstanden og udholdenhedsstyrken ved kl. 300 grader. Derfor bør Fe-indholdet begrænses til mindre end 0,3 %.
Si: En lille mængde Si ({{0}}.4%) har ingen indlysende effekt på de mekaniske egenskaber ved stuetemperatur, men reducerer udholdenhedsstyrken ved 300 grader. Når Si-indholdet overstiger 0,4%, vil legeringens mekaniske egenskaber ved stuetemperatur blive reduceret. Derfor er Si-indholdet begrænset til mindre end 0,3%.
Zn: En lille mængde Zn ({{0}}.3%) har ingen effekt på legeringens rumtemperaturegenskaber, men det kan accelerere diffusionshastigheden af Cu i Al og reducere udholdenhedsstyrken af legeringen ved 300 grader, så den er begrænset til mindre end 0,1%.
Hvad er typerne og anvendelserne af 2xxx-seriens aluminiumslegeringer?
Legering 2011
Typer: trådtræksrør, koldbearbejdede stænger, koldbearbejdede tråde
Anvendelser: skruer og bearbejdede produkter, der kræver god skæreydelse
Legering 2014
Typer: plader, tykke plader, trukne rør, ekstruderede rør, stænger, profiler, tråde, koldbearbejdede stænger, koldbearbejdede tråde, smedninger
Anvendelser: Anvendes i applikationer, der kræver høj styrke og hårdhed (herunder høje temperaturer). Kraftige smedegods, tykke plader og ekstruderede materialer bruges til flystrukturdele, flertrins raket første-trins brændstoftanke og rumfartøjsdele, hjul, lastbilrammer og dele af ophængssystem
Legering 2017
Typer: plader, ekstruderede profiler, koldbearbejdede stænger, koldbearbejdede tråde, nittetråde, smedninger
Anvendelser: Det er den første 2XXX-serie legering, der anvendes industrielt. Dets nuværende anvendelsesområde er relativt snævert, hovedsageligt nitter, generelle maskindele, fly, skibe, transport, bygningskonstruktionsdele, konstruktionsdele til transportkøretøjer, propeller og tilbehør
Legering 2024
Sorter: Plader, tykke plader, trukne rør, ekstruderede rør, profiler, stænger, tråde, koldbearbejdede stænger, koldbearbejdede tråde, nittetråde
Anvendelser: Flystrukturer (skind, rammer, ribber, skotter osv.), nitter, missilkomponenter, lastbilhjul, propelkomponenter og andre forskellige strukturelle dele
Legering 2036
Varianter: Karosseriplader til biler
Anvendelsesområde: Pladedele til biler
Legering 2048
Sorter: Tallerkener
Anvendelser: Luftfartskonstruktionsdele og våbenkonstruktionsdele
Legering 2117
Sorter: Koldbearbejdede stænger og tråde, nittetråde
Anvendelse: Anvendes som nitter til konstruktionsdele med arbejdstemperaturer på ikke over 100 grader
Legering 2124
Sorter: Tykke plader
Anvendelser: Strukturelle dele til rumfart
Legering 2218
Sorter: Smedegods, folier
Anvendelse: Flymotor- og dieselmotorstempler, cylinderhoveder til flymotorer, jetmotorhjul og kompressorringe
Legering 2219
Sorter: Plader, tykke plader, folier, ekstruderede rør, profiler, stænger, tråde, koldbearbejdede stænger, smedninger
Anvendelser: Rumraketsvejsning oxidationstanke og brændstoftanke, supersoniske flyskind og strukturelle dele, driftstemperatur -270~300 grader. God svejsbarhed, høj brudsejhed, høj modstand mod spændingskorrosion i T8-tilstand
Legering 2319
Sort: Tråd
Anvendelse: Svejsestænger og svejselodde til svejsning af 2219 legering
Legering 2618
Sort: Tykke plader, ekstruderede stænger, smedegods og smedegods
Anvendelse: Motorcylindre og andre dele, såvel som varmebestandige dele, der kræver arbejde ved 150 ~ 250 grader. Tykke plader bruges som flyskind, stænger, formsmedning og frit smedegods bruges til fremstilling af stempler, luftfart
Legering 2A01
Sort: Koldbearbejdede stænger og tråde, nittetråde
Anvendelse: Anvendes som nitter til konstruktionsdele med arbejdstemperaturer på ikke over 100 grader
Legering 2A02
Sort: Stænger, smedegods
Anvendelse: Aksiale kompressorblade, pumpehjul og skiver af turbojetmotorer med arbejdstemperaturer på 200 ~ 300 grader
Legering 2A04
Sort: Nittetråde
Anvendelse: Bruges til at lave nitter til strukturelle dele med arbejdstemperatur på 120 ~ 250 grader
Legering 2A06
Sort: Plade, ekstruderet profil, nittetråd
Anvendelse: Fly strukturelle dele med arbejdstemperatur på 150 ~ 250 grader og fly strukturelle nitter med arbejdstemperatur på 125 ~ 250 grader
Legering 2A10
Sort: Nittetråd
Anvendelse: Højere styrke end 2A01 legering, bruges til fremstilling af flystrukturnitter med arbejdstemperatur mindre end eller lig med 100 grader
Legering 2A50
Sort: Smedegods, stænger, plader
Anvendelse: Mellemstærke dele med komplekse former
Legering 2B50
Sort: Smedegods
Anvendelse: Luftfartøjsmotorkompressorhjul, styrehjul, ventilator, pumpehjul osv.
Legering 2A90
Sort: Ekstruderet stænger, smedegods og smedegods
Anvendelse: Flymotordele og andre dele med høj arbejdstemperatur, legeret smedning erstattes gradvist af 2A70