(1) Характеристики алюминиевых сплавов 5ххх
Алюминиевые сплавы 5xxx представляют собой алюминиевые сплавы с Mg в качестве основного легирующего элемента и являются нетермообрабатываемыми алюминиевыми сплавами. Эта серия сплавов имеет низкую плотность и более высокую прочность, чем алюминиевые сплавы 1xxx и 3xxx. Это алюминиевые сплавы средней и высокой прочности с хорошими усталостными и сварочными свойствами и хорошей стойкостью к морской и атмосферной коррозии. Чтобы избежать коррозии под напряжением сплавов с высоким содержанием магния, конечные холоднодеформированные изделия должны быть стабилизированы, или должно контролироваться конечное количество холодной деформаций, а также должна контролироваться температура использования (не выше 65 градусов). Эта серия сплавов в основном используется для изготовления сварных конструкционных деталей и используется в области судостроения.
(2) Основные легирующие и примесные элементы и их роль
Основным компонентом алюминиевого сплава серии 5ХХХ является Mg с небольшим количеством добавок Mn, Cr, Ti и других элементов, а примесными элементами в основном являются Fe, Si, Cu, Zn и т. д.
Mg: Mg в основном существует в состоянии твердого раствора и фазе (Mg2Al3 или Mg5Al8). Хотя растворимость Mg в сплаве быстро уменьшается с понижением температуры, сплав имеет низкий эффект упрочнения старением из-за трудности зарождения преципитатов, малого количества ядер и грубой фазы преципитатов. Он обычно используется в отожженном или холоднообработанном состоянии. Поэтому эту серию сплавов также называют неупрочняемыми алюминиевыми сплавами. Прочность этой серии сплавов увеличивается с увеличением содержания Mg, в то время как пластичность соответственно уменьшается, и его производительность обработки также соответственно ухудшается. Содержание Mg оказывает большое влияние на температуру рекристаллизации сплава. Когда содержание Mg составляет менее 5%, температура рекристаллизации уменьшается с увеличением содержания Mg; когда содержание Mg превышает 5%, температура рекристаллизации увеличивается с увеличением содержания Mg. Содержание Mg также оказывает значительное влияние на сварочные характеристики сплава. Когда содержание Mg составляет менее 6%, склонность сплава к образованию трещин при сварке уменьшается с увеличением содержания Mg; когда содержание Mg превышает 6%, верно обратное; когда содержание Mg составляет менее 9%, прочность сварного шва значительно увеличивается с увеличением содержания Mg. В это время, хотя пластичность и коэффициент сварки постепенно немного уменьшаются, изменение невелико. Когда содержание Mg превышает 9%, его прочность, пластичность и коэффициент сварки значительно снижаются.
Mn: алюминиевые сплавы серии 5XXX обычно содержат менее 1.0% Mn. Часть Mn в сплаве растворена в матрице, а остальная часть присутствует в структуре в виде фазы MnAls. Mn может повысить температуру рекристаллизации сплава, чтобы предотвратить укрупнение зерна, и немного повысить прочность сплава, особенно предел текучести. В сплавах с высоким содержанием Mg добавление Mn может снизить растворимость Mg в матрице, уменьшить тенденцию к образованию трещин в сварном шве и повысить прочность сварного шва и основного металла.
Cr: Cr и Mn оказывают схожее действие, которое может повысить прочность основного металла и сварного шва, уменьшить тенденцию к растрескиванию сварного шва и улучшить коррозионную стойкость под напряжением, но немного снизить пластичность. Cr может использоваться вместо Mn в некоторых сплавах. С точки зрения упрочняющего эффекта Cr не так хорош, как Mn. Если оба элемента добавляются одновременно, эффект больше, чем при однократном добавлении.
Be: Добавление небольшого количества Be ({{0}}.0001%~0,005%) в сплав с высоким содержанием Mg может снизить склонность слитков к растрескиванию и улучшить качество поверхности прокатанных пластин, одновременно снижая потери Mg при выплавке, а также может уменьшить количество оксидов, образующихся на поверхности материала во время нагрева.
Ti: Добавление небольшого количества Ti в сплавы с высоким содержанием Mg в основном используется для измельчения зерен.
Fe: Fe может образовывать нерастворимые соединения с Mn и Cr, тем самым снижая роль Mn и Cr в сплаве. Когда в структуре слитка образуются более твердые и хрупкие соединения, возникает вероятность образования трещин при обработке. Кроме того, Fe также снижает коррозионную стойкость сплава, поэтому содержание Fe обычно следует контролировать ниже {{0}}.4%, а для сварочной проволоки F лучше всего ограничить его до уровня ниже 0,2%.
Si: Si является вредной примесью (за исключением сплава 5A03). Si и Mg образуют фазу Mg2Si. Из-за избыточного содержания Mg растворимость фазы Mg2Si в матрице снижается, поэтому не только упрочняющий эффект невелик, но и пластичность сплава снижается. Во время прокатки Si оказывает более сильное отрицательное влияние, чем Fe, поэтому содержание Si обычно следует ограничивать до менее 0.5%. Сплав 5A03 содержит 0,5%~0,8% Si, что может снизить тенденцию к образованию сварочных трещин и улучшить сварочные характеристики сплава.
Cu: Следы Cu могут ухудшить коррозионную стойкость сплава, поэтому содержание Cu следует ограничить до менее 0.2%, а для некоторых сплавов оно ограничено более строго.
Zn: Когда содержание Zn составляет менее {{0}}.2%, это не оказывает существенного влияния на механические свойства и коррозионную стойкость сплава. Добавление небольшого количества Zn к сплавам с высоким содержанием Mg может увеличить предел прочности на растяжение на 10~20 МПа. Примесь Zn в сплаве должна быть ограничена до менее 0,2%.
Na: Следовая примесь Na может сильно повредить свойствам горячей деформации сплава, что приводит к «хрупкости натрия», которая более выражена в сплавах с высоким содержанием Mg. Способ устранения хрупкости натрия заключается в преобразовании свободного Na, обогащенного на границе зерен, в соединение. Для получения хлорида натрия и его удаления со шлаком можно использовать метод хлорирования или метод добавления следов Sb.