(1) خصائص سبائك الألومنيوم 5xxx
سبائك الألومنيوم 5xxx هي سبائك ألومنيوم مع Mg كعنصر سبائك رئيسي وهي سبائك ألومنيوم غير قابلة للمعالجة الحرارية. تتميز هذه السلسلة من السبائك بكثافة منخفضة وقوة أعلى من سبائك الألومنيوم 1xxx و 3xxx. إنها سبائك ألومنيوم متوسطة إلى عالية القوة ذات خصائص تعب ولحام جيدة ومقاومة جيدة للتآكل البحري والجوي. من أجل تجنب التآكل الإجهادي لسبائك المغنيسيوم العالية، يجب تثبيت المنتجات النهائية المصنعة على البارد، أو يجب التحكم في كمية العمل البارد النهائية، ويجب التحكم في درجة حرارة الاستخدام (لا تتجاوز 65 درجة). تُستخدم هذه السلسلة من السبائك بشكل أساسي لصنع الأجزاء الهيكلية الملحومة وتُستخدم في مجال السفن.
(2) العناصر الرئيسية للسبائك والشوائب وأدوارها
المكون الرئيسي لسبائك الألومنيوم من سلسلة 5XXx هو Mg، مع كمية صغيرة من Mn و Cr و Ti وعناصر أخرى مضافة، في حين أن العناصر الشوائب هي بشكل أساسي Fe و Si و Cu و Zn وما إلى ذلك.
Mg: يوجد Mg بشكل أساسي في حالة المحلول الصلب ومرحلة (Mg2Al3 أو Mg5Al8). على الرغم من أن قابلية ذوبان Mg في السبائك تنخفض بسرعة مع انخفاض درجة الحرارة، إلا أن السبائك لها تأثير تقوية الشيخوخة المنخفض بسبب صعوبة ترسيب النواة وعدد النوى الصغير ومرحلة الترسيب الخشنة. تُستخدم عمومًا في التلدين أو حالة العمل الباردة. لذلك، تسمى هذه السلسلة من السبائك أيضًا سبائك الألومنيوم غير المقوية. تزداد قوة هذه السلسلة من السبائك مع زيادة محتوى Mg، بينما تقل اللدونة وفقًا لذلك، ويتدهور أداء معالجتها أيضًا وفقًا لذلك. يؤثر محتوى Mg بشكل كبير على درجة حرارة إعادة تبلور السبائك. عندما يكون محتوى Mg أقل من 5٪، تنخفض درجة حرارة إعادة التبلور مع زيادة محتوى Mg؛ عندما يتجاوز محتوى Mg 5٪، تزداد درجة حرارة إعادة التبلور مع زيادة محتوى Mg. يؤثر محتوى المغنيسيوم أيضًا بشكل كبير على أداء اللحام للسبائك. عندما يكون محتوى المغنيسيوم أقل من 6٪، ينخفض ميل تشقق اللحام للسبائك مع زيادة محتوى المغنيسيوم؛ عندما يتجاوز محتوى المغنيسيوم 6٪، يكون العكس صحيحًا؛ عندما يكون محتوى المغنيسيوم أقل من 9٪، تزداد قوة اللحام بشكل كبير مع زيادة محتوى المغنيسيوم. في هذا الوقت، على الرغم من أن اللدونة ومعامل اللحام ينخفضان تدريجيًا قليلاً، إلا أن التغيير ليس كبيرًا. عندما يكون محتوى المغنيسيوم أكبر من 9٪، تنخفض قوتها ومرونتها ومعامل اللحام بشكل كبير.
Mn: تحتوي سبائك الألومنيوم من سلسلة 5XXX عادةً على أقل من 1.0% من Mn. يذوب جزء من Mn في السبيكة في المصفوفة، ويوجد الباقي في الهيكل على شكل طور MnAls. يمكن أن يزيد Mn من درجة حرارة إعادة تبلور السبيكة لمنع خشونة الحبوب، ويزيد قليلاً من قوة السبيكة، وخاصة قوة الخضوع. في سبائك Mg العالية، يمكن أن يؤدي إضافة Mn إلى تقليل قابلية ذوبان Mg في المصفوفة، وتقليل ميل تشققات اللحام، وزيادة قوة اللحام والمعادن الأساسية.
الكروم: الكروم والمنجنيز لهما تأثيرات مماثلة، مما قد يزيد من قوة المعدن الأساسي واللحام، ويقلل من ميل اللحام إلى التشقق، ويحسن مقاومة التآكل الإجهادي، ولكنه يقلل قليلاً من اللدونة. يمكن استخدام الكروم بدلاً من المنغنيز في بعض السبائك. من حيث تأثير التعزيز، فإن الكروم ليس جيدًا مثل المنغنيز. إذا تمت إضافة كلا العنصرين في نفس الوقت، يكون التأثير أكبر من تأثير الإضافة الفردية.
Be: إن إضافة كمية صغيرة من Be ({{0}.0001%~0.005%) إلى سبيكة Mg عالية يمكن أن يقلل من ميل السبائك إلى التشقق ويحسن جودة سطح الألواح المدلفنة، مع تقليل فقدان Mg الناتج عن الاحتراق أثناء الصهر، ويمكنه أيضًا تقليل الأكاسيد المتكونة على سطح المادة أثناء التسخين.
Ti: إضافة كمية صغيرة من Ti إلى سبائك المغنيسيوم العالية يهدف بشكل أساسي إلى تنقية الحبوب.
Fe: يمكن أن يشكل Fe مركبات غير قابلة للذوبان مع Mn وCr، وبالتالي يقلل من دور Mn وCr في السبائك. عندما تتشكل مركبات أكثر صلابة وهشاشة في بنية السبائك، تكون الشقوق في المعالجة عرضة للظهور. بالإضافة إلى ذلك، يقلل Fe أيضًا من مقاومة التآكل للسبائك، لذلك يجب التحكم في محتوى Fe بشكل عام أقل من {{0}}.4٪، وبالنسبة لمادة سلك اللحام F، فمن الأفضل الحد منها إلى أقل من 0.2٪.
Si: Si عبارة عن شوائب ضارة (باستثناء سبيكة 5A03). يشكل السيليكون والمغنيسيوم طور Mg2Si. نظرًا لمحتوى المغنيسيوم الزائد، تقل قابلية ذوبان طور Mg2Si في المصفوفة، لذلك ليس فقط تأثير التعزيز ليس كبيرًا، ولكن أيضًا تقل مرونة السبائك. أثناء الدرفلة، يكون للسيليكون تأثير سلبي أكبر من Fe، لذلك يجب أن يقتصر محتوى السيليكون بشكل عام على أقل من 0.5٪. تحتوي سبيكة 5A03 على 0.5٪ ~ 0.8٪ Si، مما يمكن أن يقلل من ميل تشققات اللحام ويحسن أداء اللحام للسبائك.
Cu: يمكن لكمية ضئيلة من Cu أن تجعل مقاومة التآكل في السبائك أسوأ، لذلك يجب أن يقتصر محتوى Cu على أقل من 0.2%، ويتم تقييد بعض السبائك بشكل أكثر صرامة.
الزنك: عندما يكون محتوى الزنك أقل من {{0}}.2%، فإنه لا يؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل للسبائك. إن إضافة كمية صغيرة من الزنك إلى سبائك المغنيسيوم العالية يمكن أن تزيد من قوة الشد بمقدار 10~20 ميجا باسكال. يجب أن تقتصر شوائب الزنك في السبائك على أقل من 0.2%.
Na: يمكن للشوائب النزرة Na أن تلحق ضررًا كبيرًا بخصائص التشوه الساخن للسبائك، مما يؤدي إلى "هشاشة الصوديوم"، والتي تكون أكثر بروزًا في السبائك ذات الماغنيسيوم العالي. تتمثل طريقة التخلص من هشاشة الصوديوم في تحويل Na الحر المخصب في حدود الحبوب إلى مركب. يمكن استخدام طريقة الكلورة لإنتاج كلوريد الصوديوم وإزالته بالخبث، أو يمكن استخدام طريقة إضافة Sb النزرة.