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 elemen paduan penting dan memiliki efek penguatan larutan padat tertentu. Selain itu, CuAl2 yang diendapkan oleh penuaan memiliki efek penguatan penuaan yang jelas. Kandungan tembaga dalam paduan aluminium biasanya antara 2,5% dan 5%, dan efek penguatan paling baik 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 elemen 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 penguatannya adalah MgSi. Rasio massa magnesium terhadap silikon adalah 1,73:1. Saat merancang komposisi paduan Al-Mg-Si, kandungan magnesium dan silikon dikonfigurasikan 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 di bagian kaya aluminium dari diagram fase kesetimbangan sistem paduan Al-Mg2Si adalah 1,85%, dan perlambatannya kecil saat suhu menurun. Pada paduan aluminium yang dideformasi, penambahan silikon saja ke aluminium terbatas pada bahan las, dan penambahan silikon ke aluminium juga memiliki efek penguatan tertentu.
Magnesium
Meskipun kurva kelarutan menunjukkan bahwa kelarutan magnesium dalam aluminium sangat menurun saat suhu menurun, kandungan magnesium dalam sebagian besar paduan aluminium industri yang mengalami deformasi kurang dari 6%. Kandungan silikonnya juga rendah. Jenis paduan 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. Untuk setiap peningkatan magnesium sebesar 1%, kekuatan tarik meningkat sekitar 34MPa. Jika mangan yang ditambahkan kurang dari 1%, efek penguatan dapat ditambah. Oleh karena itu, penambahan mangan dapat mengurangi kandungan magnesium dan mengurangi kecenderungan retak panas. Selain itu, mangan juga dapat mengendapkan senyawa Mg5Al8 secara seragam, meningkatkan ketahanan korosi dan kinerja pengelasan.
Mangan
Ketika suhu eutektik diagram fase kesetimbangan datar dari 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 memperbaiki butiran rekristalisasi. Perbaikan 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 elemen penting dalam paduan aluminium. Itu dapat ditambahkan sendiri untuk membentuk paduan biner Al-Mn. Lebih sering, mangan ditambahkan bersama dengan 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, sementara 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 adalah yang terbesar di antara semua paduan aluminium. Ini juga merupakan bahan paduan aluminium 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 merupakan elemen pengotor 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 elemen aditif yang umum digunakan dalam paduan aluminium, yang 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 struktur las. Ketika paduan Al-Ti mengalami reaksi paket, kandungan kritis titanium sekitar 0,15%. Jika boron hadir, perlambatannya sekecil 0,01%.
kromium
Kromium merupakan unsur aditif 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 ruangan. Kromium membentuk senyawa intermetalik seperti (CrFe)Al7 dan (CrMn)Al12 dalam aluminium, yang menghambat proses nukleasi dan pertumbuhan rekristalisasi dan 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, sehingga lapisan film anodized menjadi kuning. Jumlah kromium yang ditambahkan ke paduan aluminium umumnya tidak melebihi 0,35%, dan berkurang seiring dengan peningkatan elemen transisi dalam paduan.
Stronsium adalah sejenis stronsium yang terbentuk dari campuran unsur-unsur berikut:
Strontium merupakan elemen aktif permukaan yang dapat mengubah perilaku fase senyawa intermetalik secara kristalografi. Oleh karena itu, perlakuan modifikasi dengan elemen strontium dapat meningkatkan kemampuan kerja plastik paduan dan kualitas produk akhir. Karena waktu modifikasi efektifnya yang lama, efek dan reproduktifitas yang baik, strontium telah menggantikan penggunaan natrium dalam paduan pengecoran Al-Si dalam beberapa tahun terakhir. Penambahan strontium 0,015%~0,03% ke paduan aluminium untuk ekstrusi mengubah fase β-AlFeSi dalam ingot menjadi fase α-AlFeSi, mengurangi waktu homogenisasi ingot hingga 60%~70%, meningkatkan sifat mekanis dan kemampuan proses plastik material; meningkatkan kekasaran permukaan produk.
Untuk paduan aluminium yang mengalami deformasi silikon tinggi (10%~13%), penambahan elemen strontium 0,02%~0,07% dapat mengurangi kristal primer hingga minimum, dan sifat mekanisnya juga meningkat secara signifikan. Kekuatan tarik бb meningkat dari 233MPa menjadi 236MPa, dan kekuatan luluh б0,2 meningkat dari 204MPa menjadi 210MPa, dan perpanjangan б5 meningkat dari 9% menjadi 12%. Penambahan strontium ke paduan Al-Si hipereutektik dapat mengurangi ukuran partikel silikon primer, meningkatkan sifat pemrosesan plastik, dan memungkinkan 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 menyempurnakan butiran yang direkristalisasi. Zirkonium juga dapat menyempurnakan struktur pengecoran, tetapi efeknya lebih kecil daripada titanium. Kehadiran zirkonium akan mengurangi efek penyempurnaan butiran titanium dan boron. Dalam paduan Al-Zn-Mg-Cu, karena zirkonium memiliki efek yang lebih kecil pada sensitivitas pendinginan daripada kromium dan mangan, maka lebih tepat untuk menggunakan zirkonium sebagai pengganti kromium dan mangan untuk menyempurnakan struktur yang direkristalisasi.
Elemen tanah jarang
Unsur tanah jarang ditambahkan ke paduan aluminium untuk meningkatkan pendinginan komponen selama pengecoran paduan aluminium, menghaluskan butiran, mengurangi jarak kristal sekunder, mengurangi gas dan inklusi dalam paduan, dan cenderung membuat fase inklusi menjadi bulat. Unsur ini juga dapat mengurangi tegangan permukaan lelehan, meningkatkan fluiditas, dan memfasilitasi pengecoran menjadi ingot, yang berdampak signifikan pada kinerja proses. Lebih baik menambahkan berbagai tanah jarang dalam jumlah sekitar 0,1%. Penambahan tanah jarang campuran (campuran La-Ce-Pr-Nd, dll.) mengurangi suhu kritis untuk pembentukan zona penuaan G?P dalam paduan Al-0,65%Mg-0,61%Si. Paduan aluminium yang mengandung magnesium dapat merangsang metamorfisme unsur tanah jarang.
Kenajisan
Vanadium membentuk senyawa tahan api VAl11 dalam paduan aluminium, yang berperan dalam pemurnian butiran selama proses peleburan dan pengecoran, tetapi perannya lebih kecil daripada 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 dari 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 larutan padat silikon 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 kecil, yang sedikit mengurangi kekuatan paduan, tetapi dapat meningkatkan kinerja pemotongan. Bismut mengembang selama pemadatan, yang bermanfaat untuk pengumpanan. Menambahkan bismut ke paduan magnesium tinggi dapat mencegah kerapuhan natrium.
Antimon terutama digunakan sebagai pengubah dalam paduan aluminium cor, dan jarang digunakan dalam paduan aluminium yang mengalami deformasi. Hanya bismut yang dapat diganti dalam paduan aluminium Al-Mg yang mengalami deformasi untuk mencegah kerapuhan natrium. Elemen 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 beracun yang dapat menyebabkan keracunan alergi pada manusia. Oleh karena itu, berilium tidak dapat 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 mengontrol kandungan berilium.
Natrium hampir tidak larut dalam aluminium, dan kelarutan padat maksimum kurang dari 0,0025%. Titik leleh natrium rendah (97,8℃), ketika natrium hadir dalam paduan, ia diserap pada permukaan dendrit atau batas butir selama pemadatan, selama pemrosesan panas, natrium pada batas butir membentuk lapisan penyerapan cairan, yang mengakibatkan retak getas, pembentukan senyawa NaAlSi, tidak ada natrium bebas, dan tidak menghasilkan "natrium getas".
Bila kandungan magnesium melebihi 2%, magnesium akan mengambil silikon dan mengendapkan natrium bebas, yang mengakibatkan "kerapuhan natrium". Oleh karena itu, paduan aluminium magnesium tinggi tidak diperbolehkan menggunakan fluks garam natrium. Metode untuk mencegah "kerapuhan natrium" meliputi klorinasi, yang menyebabkan natrium membentuk NaCl dan dibuang ke dalam terak, menambahkan bismut untuk membentuk Na2Bi dan memasuki matriks logam; menambahkan antimon untuk membentuk Na3Sb atau menambahkan tanah jarang juga dapat memiliki efek yang sama.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminium
Waktu posting: 08-08-2024
