(1) Karakteristika for 7xxx-seriens aluminiumslegeringer
7XXx-seriens aluminiumslegeringer er aluminiumslegeringer med Zn som det vigtigste legeringselement og er varmebehandlelige aluminiumslegeringer. Når der tilsættes Mg til legeringen, bliver det Al-Zn-Mg legering. Legeringen har gode termiske deformationsegenskaber og et bredt bratkølingsområde. Under passende varmebehandlingsforhold kan den opnå høj styrke og gode svejseegenskaber. Det har generelt god korrosionsbestandighed og en vis tendens til spændingskorrosion. Det er en højstyrke svejsbar aluminiumslegering. Al-Zn-Mg-Cu-legering er udviklet på basis af Al-Zn-Mg-legering ved tilsætning af Cu. Dens styrke er højere end 2X-seriens aluminiumslegeringer. Det kaldes generelt ultra-højstyrke aluminiumslegering. Legeringens flydestyrke er tæt på trækstyrken, flydespændingsforholdet er højt, og den specifikke styrke er også høj, men plasticiteten og højtemperaturstyrken er lav. Den er velegnet til bærende konstruktionsdele, der anvendes ved stuetemperatur og under 120 grader. Legeringen er let at behandle og har god korrosionsbestandighed og høj sejhed. Denne serie af legeringer er meget udbredt inden for luftfart og rumfart og er blevet et af de vigtigste strukturelle materialer på dette område.
(2) Legeringselementer og urenhedselementer og deres funktioner
① Al-Zn-Mg-legering Zn og Mg er de vigtigste legeringselementer i Al-Zn-Mg-legering, og deres indhold er generelt ikke mere end 7,5%.
Zn og Mg: Når indholdet af Zn og Mg i legeringen stiger, stiger dens trækstyrke og varmebehandlingseffekt generelt tilsvarende. Legeringens spændingskorrosionstendens er relateret til summen af indholdet af Zn og Mg. For legeringer med høj Mg og lav Zn eller høj Zn og lav Mg, så længe summen af indholdet af Zn og Mg ikke er mere end 7%, har legeringen god modstand mod spændingskorrosion. Svejserevnetendensen af legeringen falder med stigningen i Mg-indholdet.
Spormængder af tilsatte grundstoffer i Al-Zn-Mg-legeringer omfatter Mn, Cr, Cu, Zr og Ti, og de vigtigste urenheder omfatter Fe og Si.
Mn og Cr: Tilføjelse af Mn og Cr kan forbedre legeringens modstandskorrosionsbestandighed. Mn-indholdet er 0,2%~
Ved {{0}},4 % er effekten signifikant. Effekten af at tilføje Cr er større end at tilføje Mn. Hvis Mn og Cr tilsættes samtidig, vil effekten af at reducere tendensen til spændingskorrosion være bedre. Den passende mængde Cr tilsat er 0,1%~0,2%.
Zr: Zr kan markant forbedre svejsbarheden af A{{0}}Zn-Mg legeringer. Når 0.2% Zr føjes til AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35-legering, reduceres svejserevner betydeligt. Zr kan også øge den endelige omkrystallisationstemperatur af legeringen. I legeringen AlZn4.5Mg1.8Mn0.6, når Zr-indholdet er højere end 0.2%, er legeringens endelige omkrystallisationstemperatur over 500 grader. Derfor bevarer materialet stadig sin styrke efter bratkøling. Deformeret væv. Tilføjelse af 0,1 % til 0,2 % Zr til Al-Zn-Mg-legeringer indeholdende Mn kan også forbedre legeringens modstandskorrosionsbestandighed, men Zr har en lavere effekt end Cr.
Ti: Tilføjelse af Ti til legeringen kan forfine legeringens kornstørrelse i støbt tilstand og forbedre legeringens svejsbarhed, men dens effekt er lavere end Zr. Hvis Ti og Zr tilføjes samtidigt, er effekten bedre. I AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3-legeringen med et Ti-indhold på 0.12 %, når Zr-indholdet overstiger 0.15 %, har legeringen god svejsbarhed og forlængelse og kan opnå samme effekt, som når mere end 0,2 % Zr tilsættes alene. Ti kan også øge legeringens omkrystallisationstemperatur.
Cu: Tilføjelse af en lille mængde Cu til Al-Zn-Mg-legeringer kan forbedre modstandskorrosionsbestandigheden og trækstyrken. Legeringens svejsbarhed er dog reduceret.
Fe: Fe kan reducere legeringens korrosionsbestandighed og mekaniske egenskaber, især for legeringer med et højt Mn-indhold. Derfor bør Fe-indholdet være så lavt som muligt, og dets indhold bør begrænses til mindre end 0,3 %.
Si: Si kan reducere legeringens styrke, reducere bøjningsydelsen lidt og øge tendensen til svejserevner. Indholdet af Si i legeringen bør begrænses til mindre end 0,3 %.
② Al-Zn-Mg-Cu-legering Al-Zn-Mg-Cu-legering er en varmebehandlelig legering. De vigtigste styrkende elementer er Zn og Mg. Cu har også en vis styrkende effekt, men dens hovedfunktion er at forbedre materialets korrosionsbestandighed.
Zn og Mg: Zn og Mg er de vigtigste styrkende elementer. Når de eksisterer side om side, vil de danne η (MgZn2) og T (Al2Mg2Zn3) faser. η-fasen og T-fasen har en stor opløselighed i AI og ændrer sig dramatisk med stigning og fald i temperaturen. Opløseligheden af MgZn2 ved den eutektiske temperatur er 28%, hvilket reduceres til 4%~5% ved stuetemperatur. Det har en stærk ældningsforstærkende effekt. Stigningen i Zn- og Mg-indhold kan i høj grad forbedre styrken og hårdheden, men det vil reducere plasticitet, spændingskorrosionsbestandighed og brudsejhed.
Cu: Når Zn/Mg er større end 2,2 og Cu-indholdet er større end Mg, kan Cu og andre grundstoffer producere en forstærket S (CuMgAlz) fase for at øge legeringens styrke, men i det modsatte tilfælde kan muligheden for eksistensen af S-fasen er meget lille. Cu kan reducere den potentielle forskel mellem korngrænsen og den intragranulære, og kan også ændre bundfaldsfasestrukturen og forfine korngrænseudfældningsfasen, men det har ringe effekt på bredden af korngrænsen uden nedbørszone. Det kan hæmme tendensen til intergranulær revnedannelse og derved forbedre legeringens spændingskorrosionsbestandighed. Men når Cu-indholdet er større end 3%, forringes legeringens korrosionsbestandighed. Cu kan øge legeringens overmætning, fremskynde legeringens kunstige ældningsproces mellem 100 og 200 grader C, udvide det stabile temperaturområde i GP-zonen og forbedre trækstyrken, plasticiteten og træthedsstyrken. I det område, hvor Cu-indholdet ikke er for højt, øges den cykliske belastningsudmattelsesmodstand og brudsejhed med stigningen af Cu-indholdet, og revnevæksthastigheden reduceres i det ætsende medium, men tilsætningen af Cu har en tendens til at producere intergranulær korrosion og grubetæring. Virkningen af Cu på brudsejhed er relateret til Zn/Mg-forholdet. Når forholdet er lille, jo højere Cu-indholdet er, jo værre er sejheden; når forholdet er stort, selvom Cu-indholdet er højt, er sejheden stadig meget god.
Der er også en lille mængde sporstoffer såsom Mn, Cr, Zr, V, Ti, B i legeringen. Fe og Si er skadelige urenheder i legeringen, og deres interaktioner er som følger.
Mn, Cr: Tilføjelse af en lille mængde overgangselementer såsom Mn og Cr har en betydelig effekt på legeringens struktur og egenskaber. Disse elementer kan producere dispergerede partikler under homogeniseringsudglødningen af barren, forhindre migration af dislokationer og korngrænser og derved øge omkrystallisationstemperaturen, effektivt forhindre vækst af korn, raffinere korn og sikre, at strukturen forbliver ukrystalliseret eller delvist omkrystalliseret efter varmbearbejdning og varmebehandling, så styrken forbedres og samtidig have en bedre modstandsdygtighed over for spændingskorrosion. Med hensyn til at forbedre modstandskorrosionsbestandigheden er det bedre at tilføje Cr end at tilføje Mn.
Zr: For nylig har der været en tendens til at erstatte Cr og Mn med Zr. Zr kan i høj grad øge omkrystallisationstemperaturen af legeringen. Uanset om det er varm deformation eller kold deformation, kan ikke-omkrystalliseret struktur opnås efter varmebehandling. Zr kan også forbedre legeringens hærdbarhed, svejsbarhed, brudsejhed, spændingskorrosionsbestandighed osv. Zr er et meget lovende sporadditiv i Al-Zn-Mg-Cu legeringer.
Ti og B: Ti og B kan forfine legeringens korn i støbt tilstand og øge legeringens omkrystallisationstemperatur.
Fe og Si: Fe og Si er uundgåelige skadelige urenheder i 7XxX aluminiumslegeringer, som hovedsageligt kommer fra råmaterialer, samt værktøj og udstyr, der bruges til smeltning og støbning. Disse urenheder findes hovedsageligt i form af hård og skør FeAl: og fri Si. Disse urenheder kan også danne grove forbindelser såsom (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) med Mn og Cr. FeAl3 virker ved at raffinere korn, men har større indflydelse på korrosionsbestandigheden. Når indholdet af uopløselig fase stiger, øges volumenfraktionen af den uopløselige fase også. Disse uopløselige anden faser vil bryde og forlænges under deformation, hvilket resulterer i en båndstruktur, og partiklerne er arrangeret i en lige linje langs deformationsretningen. Da urenhedspartiklerne er fordelt inde i kornene eller på korngrænserne, opstår der under plastisk deformation porer på nogle partikel-matrixgrænser, hvilket resulterer i mikrorevner, som bliver oprindelsen til makrorevner. Derudover har det stor indflydelse på væksthastigheden af udmattelsesrevner. Det har en vis effekt ved at reducere lokal plasticitet under ødelæggelse. Stigningen i antallet af urenheder forkorter afstanden mellem partiklerne og reducerer derved den plastiske deformationsfluiditet omkring revnespidsen. Fordi fasen, der indeholder Fe og Si er svær at opløse ved stuetemperatur, spiller den en rolle som hak og bliver let en revnekilde, hvilket får materialet til at knække, hvilket har en meget negativ effekt på forlængelsen, især brudsejheden af legering. Derfor, når der designes og produceres nye legeringer, er indholdet af Fe og Si strengt kontrolleret. Ud over at bruge metalråmaterialer med høj renhed, tages der også nogle foranstaltninger under smelte- og støbeprocessen for at forhindre disse to elementer i at blande sig ind i legeringen.