Tembaga
Ketika bagian kaya aluminium dari paduan aluminium-tembaga adalah 548, kelarutan maksimum tembaga dalam aluminium adalah 5,65%. Ketika suhu turun menjadi 302, kelarutan tembaga adalah 0,45%. Tembaga merupakan unsur paduan penting dan memiliki efek penguatan larutan padat tertentu. Selain itu, CuAl2 yang diendapkan melalui penuaan memiliki efek penguatan penuaan yang jelas. Kandungan tembaga dalam paduan aluminium biasanya antara 2,5% dan 5%, dan efek penguatan terbaik adalah ketika kandungan tembaga antara 4% dan 6,8%, sehingga kandungan tembaga dari sebagian besar paduan duralumin berada dalam kisaran ini. Paduan aluminium-tembaga dapat mengandung lebih sedikit silikon, magnesium, mangan, kromium, seng, besi, dan unsur-unsur lainnya.
Silikon
Ketika bagian kaya aluminium dari sistem paduan Al-Si memiliki suhu eutektik 577, kelarutan maksimum silikon dalam larutan padat adalah 1,65%. Meskipun kelarutan menurun dengan penurunan suhu, paduan ini umumnya tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas. Paduan aluminium-silikon memiliki sifat pengecoran dan ketahanan korosi yang sangat baik. Jika magnesium dan silikon ditambahkan ke aluminium pada saat yang sama untuk membentuk paduan aluminium-magnesium-silikon, fase penguatnya adalah MgSi. Rasio massa magnesium terhadap silikon adalah 1,73:1. Saat merancang komposisi paduan Al-Mg-Si, kandungan magnesium dan silikon dikonfigurasi dalam rasio ini pada matriks. Untuk meningkatkan kekuatan beberapa paduan Al-Mg-Si, sejumlah tembaga yang sesuai ditambahkan, dan sejumlah kromium yang sesuai ditambahkan untuk mengimbangi efek buruk tembaga pada ketahanan korosi.
Kelarutan maksimum Mg2Si dalam aluminium pada bagian kaya aluminium dari diagram fase kesetimbangan sistem paduan Al-Mg2Si adalah 1,85%, dan perlambatannya kecil seiring dengan penurunan suhu. Pada paduan aluminium terdeformasi, penambahan silikon saja ke aluminium terbatas pada material las, dan penambahan silikon ke aluminium juga memiliki efek penguatan tertentu.
Magnesium
Meskipun kurva kelarutan menunjukkan bahwa kelarutan magnesium dalam aluminium menurun drastis seiring penurunan suhu, kandungan magnesium dalam sebagian besar paduan aluminium industri yang dideformasi kurang dari 6%. Kandungan silikonnya juga rendah. Paduan jenis ini tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas, tetapi memiliki kemampuan las yang baik, ketahanan korosi yang baik, dan kekuatan sedang. Penguatan aluminium oleh magnesium terlihat jelas. Setiap peningkatan 1% magnesium, kekuatan tarik meningkat sekitar 34MPa. Jika mangan ditambahkan kurang dari 1%, efek penguatan dapat meningkat. Oleh karena itu, penambahan mangan dapat mengurangi kandungan magnesium dan mengurangi kecenderungan retak panas. Selain itu, mangan juga dapat mengendapkan senyawa Mg5Al8 secara seragam, sehingga meningkatkan ketahanan korosi dan kinerja pengelasan.
Mangan
Ketika suhu eutektik diagram fase kesetimbangan datar sistem paduan Al-Mn adalah 658, kelarutan maksimum mangan dalam larutan padat adalah 1,82%. Kekuatan paduan meningkat dengan peningkatan kelarutan. Ketika kandungan mangan adalah 0,8%, perpanjangan mencapai nilai maksimum. Paduan Al-Mn adalah paduan non-age hardening, yaitu, tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas. Mangan dapat mencegah proses rekristalisasi paduan aluminium, meningkatkan suhu rekristalisasi, dan secara signifikan menghaluskan butiran rekristalisasi. Penghalusan butiran rekristalisasi terutama disebabkan oleh fakta bahwa partikel terdispersi dari senyawa MnAl6 menghambat pertumbuhan butiran rekristalisasi. Fungsi lain dari MnAl6 adalah untuk melarutkan besi pengotor untuk membentuk (Fe, Mn)Al6, mengurangi efek berbahaya dari besi. Mangan merupakan unsur penting dalam paduan aluminium. Mangan dapat ditambahkan sendiri untuk membentuk paduan biner Al-Mn. Lebih sering, mangan ditambahkan bersama unsur paduan lainnya. Oleh karena itu, sebagian besar paduan aluminium mengandung mangan.
Seng
Kelarutan seng dalam aluminium adalah 31,6% pada 275 di bagian kaya aluminium dari diagram fase kesetimbangan sistem paduan Al-Zn, sedangkan kelarutannya turun menjadi 5,6% pada 125. Menambahkan seng saja ke aluminium memiliki peningkatan yang sangat terbatas dalam kekuatan paduan aluminium dalam kondisi deformasi. Pada saat yang sama, ada kecenderungan untuk retak korosi tegangan, sehingga membatasi aplikasinya. Menambahkan seng dan magnesium ke aluminium pada saat yang sama membentuk fase penguatan Mg/Zn2, yang memiliki efek penguatan yang signifikan pada paduan. Ketika kandungan Mg/Zn2 ditingkatkan dari 0,5% menjadi 12%, kekuatan tarik dan kekuatan luluh dapat ditingkatkan secara signifikan. Dalam paduan aluminium superkeras di mana kandungan magnesium melebihi jumlah yang diperlukan untuk membentuk fase Mg/Zn2, ketika rasio seng terhadap magnesium dikontrol sekitar 2,7, ketahanan retak korosi tegangan paling besar. Misalnya, penambahan unsur tembaga ke Al-Zn-Mg membentuk paduan seri Al-Zn-Mg-Cu. Efek penguatan dasar merupakan yang terbesar di antara semua paduan aluminium. Paduan ini juga merupakan material paduan aluminium yang penting dalam industri kedirgantaraan, penerbangan, dan tenaga listrik.
Besi dan silikon
Besi ditambahkan sebagai elemen paduan dalam paduan aluminium tempa seri Al-Cu-Mg-Ni-Fe, dan silikon ditambahkan sebagai elemen paduan dalam aluminium tempa seri Al-Mg-Si dan dalam batang las seri Al-Si dan paduan pengecoran aluminium-silikon. Dalam paduan aluminium dasar, silikon dan besi adalah elemen pengotor yang umum, yang memiliki dampak signifikan pada sifat paduan. Mereka terutama ada sebagai FeCl3 dan silikon bebas. Ketika silikon lebih besar dari besi, fase β-FeSiAl3 (atau Fe2Si2Al9) terbentuk, dan ketika besi lebih besar dari silikon, α-Fe2SiAl8 (atau Fe3Si2Al12) terbentuk. Ketika rasio besi dan silikon tidak tepat, itu akan menyebabkan retakan pada pengecoran. Ketika kandungan besi dalam aluminium cor terlalu tinggi, pengecoran akan menjadi getas.
Titanium dan Boron
Titanium merupakan unsur aditif yang umum digunakan dalam paduan aluminium, ditambahkan dalam bentuk paduan induk Al-Ti atau Al-Ti-B. Titanium dan aluminium membentuk fase TiAl2, yang menjadi inti non-spontan selama kristalisasi dan berperan dalam penyempurnaan struktur pengecoran dan las. Ketika paduan Al-Ti mengalami reaksi paket, kandungan titanium kritisnya sekitar 0,15%. Jika terdapat boron, perlambatannya hanya 0,01%.
Kromium
Kromium merupakan unsur aditif yang umum dalam paduan seri Al-Mg-Si, seri Al-Mg-Zn, dan seri Al-Mg. Pada suhu 600°C, kelarutan kromium dalam aluminium adalah 0,8%, dan pada dasarnya tidak larut pada suhu ruang. Kromium membentuk senyawa intermetalik seperti (CrFe)Al7 dan (CrMn)Al12 dalam aluminium, yang menghambat proses nukleasi dan pertumbuhan rekristalisasi serta memiliki efek penguatan tertentu pada paduan. Kromium juga dapat meningkatkan ketangguhan paduan dan mengurangi kerentanan terhadap retak korosi tegangan.
Namun, situs tersebut meningkatkan sensitivitas pendinginan, membuat lapisan film anodisasi berwarna kuning. Jumlah kromium yang ditambahkan ke paduan aluminium umumnya tidak melebihi 0,35%, dan berkurang seiring bertambahnya unsur transisi dalam paduan.
Stronsium
Stronsium merupakan unsur aktif permukaan yang dapat mengubah perilaku fase senyawa intermetalik secara kristalografis. Oleh karena itu, perlakuan modifikasi dengan unsur stronsium dapat meningkatkan kemampuan kerja plastis paduan dan kualitas produk akhir. Berkat waktu modifikasi efektif yang panjang, efek yang baik, dan reprodusibilitasnya, stronsium telah menggantikan penggunaan natrium dalam paduan pengecoran Al-Si dalam beberapa tahun terakhir. Penambahan 0,015%~0,03% stronsium ke dalam paduan aluminium untuk ekstrusi mengubah fase β-AlFeSi dalam ingot menjadi fase α-AlFeSi, mengurangi waktu homogenisasi ingot sebesar 60%~70%, meningkatkan sifat mekanik dan kemampuan proses plastis material; serta meningkatkan kekasaran permukaan produk.
Untuk paduan aluminium terdeformasi silikon tinggi (10%~13%), penambahan unsur stronsium 0,02%~0,07% dapat meminimalkan kristal primer, dan meningkatkan sifat mekanik secara signifikan. Kekuatan tarik бb meningkat dari 233MPa menjadi 236MPa, kekuatan luluh б0,2 meningkat dari 204MPa menjadi 210MPa, dan perpanjangan б5 meningkat dari 9% menjadi 12%. Penambahan stronsium pada paduan Al-Si hipereutektik dapat mengurangi ukuran partikel silikon primer, meningkatkan sifat pemrosesan plastik, dan memungkinkan proses penggulungan panas dan dingin yang halus.
Zirkonium
Zirkonium juga merupakan aditif umum dalam paduan aluminium. Umumnya, jumlah yang ditambahkan ke paduan aluminium adalah 0,1%~0,3%. Zirkonium dan aluminium membentuk senyawa ZrAl3, yang dapat menghambat proses rekristalisasi dan menghaluskan butiran hasil rekristalisasi. Zirkonium juga dapat menghaluskan struktur coran, tetapi efeknya lebih kecil daripada titanium. Keberadaan zirkonium akan mengurangi efek penghalusan butiran titanium dan boron. Pada paduan Al-Zn-Mg-Cu, karena zirkonium memiliki efek yang lebih kecil terhadap sensitivitas pendinginan dibandingkan kromium dan mangan, maka zirkonium lebih tepat digunakan sebagai pengganti kromium dan mangan untuk menghaluskan struktur hasil rekristalisasi.
Unsur tanah jarang
Unsur tanah jarang ditambahkan ke paduan aluminium untuk meningkatkan supercooling komponen selama pengecoran paduan aluminium, menghaluskan butiran, mengurangi jarak kristal sekunder, mengurangi gas dan inklusi dalam paduan, serta cenderung membuat fase inklusi menjadi sferoid. Hal ini juga dapat mengurangi tegangan permukaan lelehan, meningkatkan fluiditas, dan memfasilitasi pengecoran menjadi ingot, yang berdampak signifikan pada kinerja proses. Sebaiknya tambahkan berbagai unsur tanah jarang dalam jumlah sekitar 0,1%. Penambahan unsur tanah jarang campuran (campuran La-Ce-Pr-Nd, dll.) mengurangi suhu kritis pembentukan zona penuaan G?P pada paduan Al-0,65%Mg-0,61%Si. Paduan aluminium yang mengandung magnesium dapat merangsang metamorfisme unsur tanah jarang.
Kenajisan
Vanadium membentuk senyawa refraktori VAl11 dalam paduan aluminium, yang berperan dalam pemurnian butiran selama proses peleburan dan pengecoran, tetapi perannya lebih kecil dibandingkan titanium dan zirkonium. Vanadium juga memiliki efek pemurnian struktur rekristalisasi dan peningkatan suhu rekristalisasi.
Kelarutan kalsium dalam paduan aluminium sangat rendah, dan membentuk senyawa CaAl4 dengan aluminium. Kalsium merupakan unsur superplastik dalam paduan aluminium. Paduan aluminium dengan sekitar 5% kalsium dan 5% mangan memiliki sifat superplastisitas. Kalsium dan silikon membentuk CaSi, yang tidak larut dalam aluminium. Karena jumlah silikon dalam larutan padat berkurang, konduktivitas listrik aluminium murni industri dapat sedikit ditingkatkan. Kalsium dapat meningkatkan kinerja pemotongan paduan aluminium. CaSi2 tidak dapat memperkuat paduan aluminium melalui perlakuan panas. Sejumlah kecil kalsium membantu menghilangkan hidrogen dari aluminium cair.
Unsur timbal, timah, dan bismut merupakan logam dengan titik leleh rendah. Kelarutan padat mereka dalam aluminium rendah, yang sedikit mengurangi kekuatan paduan, tetapi dapat meningkatkan kinerja pemotongan. Bismut mengembang selama pemadatan, yang bermanfaat untuk proses pengumpanan. Penambahan bismut pada paduan magnesium tinggi dapat mencegah kerapuhan natrium.
Antimon terutama digunakan sebagai pengubah dalam paduan aluminium cor, dan jarang digunakan dalam paduan aluminium terdeformasi. Bismut hanya dapat diganti dalam paduan aluminium terdeformasi Al-Mg untuk mencegah kerapuhan natrium. Unsur antimon ditambahkan ke beberapa paduan Al-Zn-Mg-Cu untuk meningkatkan kinerja proses pengepresan panas dan pengepresan dingin.
Berilium dapat memperbaiki struktur lapisan oksida pada paduan aluminium yang mengalami deformasi dan mengurangi kehilangan akibat pembakaran serta inklusi selama peleburan dan pengecoran. Berilium merupakan unsur toksik yang dapat menyebabkan keracunan alergi pada manusia. Oleh karena itu, berilium tidak boleh terkandung dalam paduan aluminium yang bersentuhan dengan makanan dan minuman. Kandungan berilium dalam bahan las biasanya dikontrol di bawah 8μg/ml. Paduan aluminium yang digunakan sebagai substrat las juga harus dikontrol kandungan beriliumnya.
Natrium hampir tidak larut dalam aluminium, dan kelarutan padat maksimumnya kurang dari 0,0025%. Titik leleh natrium rendah (97,8℃). Ketika natrium hadir dalam paduan, ia teradsorpsi pada permukaan dendrit atau batas butir selama pemadatan. Selama pemrosesan panas, natrium pada batas butir membentuk lapisan adsorpsi cair, yang mengakibatkan retak getas, pembentukan senyawa NaAlSi, tidak ada natrium bebas, dan tidak menghasilkan "natrium getas".
Ketika kandungan magnesium melebihi 2%, magnesium akan menarik silikon dan mengendapkan natrium bebas, sehingga mengakibatkan "kerapuhan natrium". Oleh karena itu, paduan aluminium dengan kandungan magnesium tinggi tidak diperbolehkan menggunakan fluks garam natrium. Metode untuk mencegah "kerapuhan natrium" antara lain klorinasi, yang menyebabkan natrium membentuk NaCl dan dibuang ke dalam terak, penambahan bismut untuk membentuk Na2Bi dan memasuki matriks logam; penambahan antimon untuk membentuk Na3Sb atau penambahan logam tanah jarang juga dapat memberikan efek yang sama.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminum
Waktu posting: 08-08-2024
