Tembaga
Jika bagian paduan aluminium-tembaga yang kaya aluminium adalah 548, kelarutan maksimum tembaga dalam aluminium adalah 5,65%. Ketika suhu turun menjadi 302, kelarutan tembaga adalah 0,45%. Tembaga adalah elemen paduan yang 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 bila kandungan tembaga antara 4% dan 6,8%, sehingga kandungan tembaga pada sebagian besar paduan duralumin berada dalam kisaran ini. Paduan aluminium-tembaga mungkin mengandung lebih sedikit silikon, magnesium, mangan, kromium, seng, besi, dan elemen lainnya.
Silikon
Ketika bagian sistem paduan Al-Si yang kaya aluminium memiliki suhu eutektik 577, kelarutan maksimum silikon dalam larutan padat adalah 1,65%. Meskipun kelarutannya menurun seiring dengan menurunnya 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 secara bersamaan 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, ditambahkan tembaga dalam jumlah yang sesuai, dan kromium dalam jumlah yang sesuai untuk mengimbangi efek buruk tembaga terhadap 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 seiring dengan penurunan suhu. Pada paduan aluminium terdeformasi, 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 seiring dengan penurunan suhu, kandungan magnesium di sebagian besar paduan aluminium terdeformasi industri 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. Untuk setiap peningkatan 1% magnesium, kekuatan tariknya meningkat sekitar 34MPa. Jika kurang dari 1% mangan yang ditambahkan, efek penguatan dapat ditambah. Oleh karena itu, penambahan mangan dapat menurunkan kandungan magnesium dan mengurangi kecenderungan terjadinya hot cracking. Selain itu, mangan juga dapat mengendapkan senyawa Mg5Al8 secara seragam, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan kinerja pengelasan.
mangan
Ketika suhu eutektik diagram fasa kesetimbangan datar sistem paduan Al-Mn adalah 658, maka kelarutan maksimum mangan dalam larutan padat adalah 1,82%. Kekuatan paduan meningkat seiring dengan meningkatnya kelarutan. Bila kandungan mangan 0,8% maka perpanjangan mencapai nilai maksimum. Paduan Al-Mn merupakan paduan non-age hardening, artinya tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas. Mangan dapat mencegah proses rekristalisasi paduan aluminium, meningkatkan suhu rekristalisasi, dan menghaluskan butiran rekristalisasi secara signifikan. Penghalusan butiran rekristalisasi terutama disebabkan oleh fakta bahwa partikel senyawa MnAl6 yang terdispersi menghambat pertumbuhan butiran rekristalisasi. Fungsi lain dari MnAl6 adalah melarutkan besi pengotor membentuk (Fe, Mn)Al6, sehingga mengurangi efek berbahaya dari besi. Mangan merupakan elemen penting dalam paduan aluminium. Ia dapat ditambahkan sendiri untuk membentuk paduan biner Al-Mn. Lebih sering 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 pada 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 hal kekuatan paduan aluminium dalam kondisi deformasi. Pada saat yang sama, terdapat kecenderungan retak korosi tegangan, sehingga membatasi penerapannya. Penambahan seng dan magnesium ke aluminium pada saat yang sama membentuk fase penguatan Mg/Zn2, yang memiliki efek penguatan signifikan pada paduan. Ketika kandungan Mg/Zn2 ditingkatkan dari 0,5% menjadi 12%, kekuatan tarik dan kekuatan luluh dapat meningkat secara signifikan. Pada paduan aluminium superkeras di mana kandungan magnesium melebihi jumlah yang dibutuhkan untuk membentuk fase Mg/Zn2, ketika rasio seng dan magnesium dikontrol sekitar 2,7, ketahanan retak korosi tegangan paling besar. Misalnya, penambahan unsur tembaga pada Al-Zn-Mg akan membentuk paduan seri Al-Zn-Mg-Cu. Efek penguatan basa adalah yang terbesar di antara semua paduan aluminium. Ini juga merupakan bahan paduan aluminium yang penting dalam industri kedirgantaraan, penerbangan, dan industri tenaga listrik.
Besi dan silikon
Besi ditambahkan sebagai elemen paduan pada paduan aluminium tempa seri Al-Cu-Mg-Ni-Fe, dan silikon ditambahkan sebagai elemen paduan pada aluminium tempa seri Al-Mg-Si dan pada batang las seri Al-Si serta pengecoran aluminium-silikon paduan. Dalam paduan aluminium dasar, silikon dan besi merupakan unsur pengotor yang umum, yang memiliki pengaruh signifikan terhadap sifat paduan. Mereka terutama ada sebagai FeCl3 dan silikon bebas. Ketika silikon lebih besar dari besi, maka terbentuklah fasa β-FeSiAl3 (atau Fe2Si2Al9), dan ketika besi lebih besar dari silikon, terbentuklah α-Fe2SiAl8 (atau Fe3Si2Al12). Perbandingan besi dan silikon yang tidak tepat akan menyebabkan keretakan pada pengecoran. Jika kandungan besi pada aluminium cor terlalu tinggi, maka hasil coran akan menjadi rapuh.
Titanium dan Boron
Titanium merupakan unsur aditif yang umum digunakan pada paduan aluminium, ditambahkan dalam bentuk master alloy Al-Ti atau Al-Ti-B. Titanium dan aluminium membentuk fase TiAl2, yang menjadi inti non-spontan selama kristalisasi dan berperan dalam menyempurnakan struktur pengecoran dan struktur las. Ketika paduan Al-Ti mengalami reaksi paket, kandungan kritis titanium adalah sekitar 0,15%. Jika ada boron, perlambatannya hanya sebesar 0,01%.
Kromium
Kromium adalah unsur aditif yang umum pada paduan seri Al-Mg-Si, seri Al-Mg-Zn, dan seri Al-Mg. Pada 600°C, kelarutan kromium dalam aluminium adalah 0,8%, dan pada dasarnya tidak larut pada suhu kamar. 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. Hal ini juga dapat meningkatkan ketangguhan paduan dan mengurangi kerentanan terhadap retak korosi akibat tegangan.
Namun, situs tersebut meningkatkan sensitivitas pendinginan, membuat film yang dianodisasi menjadi kuning. Jumlah kromium yang ditambahkan ke paduan aluminium umumnya tidak melebihi 0,35%, dan menurun seiring dengan bertambahnya unsur transisi dalam paduan tersebut.
Strontium
Strontium merupakan unsur aktif permukaan yang dapat mengubah perilaku fasa senyawa intermetalik secara kristalografi. Oleh karena itu, perlakuan modifikasi dengan elemen strontium dapat meningkatkan kemampuan kerja plastis paduan dan kualitas produk akhir. Karena waktu modifikasi efektifnya yang lama, efek yang baik, dan reproduktifitasnya, strontium telah menggantikan penggunaan natrium dalam paduan pengecoran Al-Si dalam beberapa tahun terakhir. Menambahkan 0,015%~0,03% strontium ke 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 plastik bahan; meningkatkan kekasaran permukaan produk.
Untuk paduan aluminium terdeformasi silikon tinggi (10%~13%), menambahkan elemen strontium 0,02%~0,07% dapat mengurangi kristal primer seminimal mungkin, dan sifat mekaniknya juga meningkat secara signifikan. Kekuatan tarik бb ditingkatkan dari 233MPa menjadi 236MPa, dan kekuatan luluh б0,2 meningkat dari 204MPa menjadi 210MPa, dan perpanjangan б5 meningkat dari 9% menjadi 12%. Menambahkan strontium ke paduan Al-Si hipereutektik dapat mengurangi ukuran partikel silikon primer, meningkatkan sifat pemrosesan plastik, dan memungkinkan penggulungan panas dan dingin yang mulus.
Zirkonium
Zirkonium juga merupakan bahan tambahan umum pada 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 rekristalisasi. Zirkonium juga dapat memperhalus struktur pengecoran, tetapi efeknya lebih kecil dibandingkan titanium. Kehadiran zirkonium akan mengurangi efek pemurnian butiran titanium dan boron. Pada paduan Al-Zn-Mg-Cu, karena zirkonium memiliki efek yang lebih kecil pada sensitivitas pendinginan dibandingkan kromium dan mangan, maka lebih tepat menggunakan zirkonium sebagai pengganti kromium dan mangan untuk menyempurnakan struktur rekristalisasi.
Unsur tanah jarang
Unsur tanah jarang ditambahkan ke paduan aluminium untuk meningkatkan pendinginan super komponen selama pengecoran paduan aluminium, menghaluskan butiran, mengurangi jarak kristal sekunder, mengurangi gas dan inklusi dalam paduan, dan cenderung membuat fase inklusi menjadi bulat. Hal ini juga dapat mengurangi tegangan permukaan lelehan, meningkatkan fluiditas, dan memfasilitasi pengecoran menjadi ingot, yang berdampak signifikan pada kinerja proses. Sebaiknya ditambahkan berbagai unsur tanah jarang dalam jumlah sekitar 0,1%. Penambahan campuran tanah jarang (campuran La-Ce-Pr-Nd, dll.) mengurangi suhu kritis untuk 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 tahan api VAl11 pada paduan aluminium, yang berperan dalam pemurnian butiran selama proses peleburan dan pengecoran, namun perannya lebih kecil dibandingkan titanium dan zirkonium. Vanadium juga memiliki efek menyempurnakan struktur rekristalisasi dan meningkatkan suhu rekristalisasi.
Kelarutan padat kalsium dalam paduan aluminium sangat rendah, dan membentuk senyawa CaAl4 dengan aluminium. Kalsium adalah elemen superplastik dari paduan aluminium. Paduan aluminium dengan sekitar 5% kalsium dan 5% mangan memiliki 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 sangat membantu dalam menghilangkan hidrogen dari aluminium cair.
Unsur timbal, timah, dan bismut merupakan logam dengan titik leleh rendah. Kelarutan padatnya dalam aluminium kecil, yang sedikit mengurangi kekuatan paduan, namun dapat meningkatkan kinerja pemotongan. Bismut mengembang selama pemadatan, yang bermanfaat untuk pemberian makanan. Menambahkan bismut ke paduan magnesium tinggi dapat mencegah penggetasan natrium.
Antimon terutama digunakan sebagai pengubah pada paduan aluminium cor, dan jarang digunakan pada paduan aluminium yang mengalami deformasi. Hanya ganti bismut dalam paduan aluminium Al-Mg yang terdeformasi untuk mencegah penggetasan natrium. Unsur antimon ditambahkan ke beberapa paduan Al-Zn-Mg-Cu untuk meningkatkan kinerja proses pengepresan panas dan pengepresan dingin.
Berilium dapat memperbaiki struktur film oksida dalam paduan aluminium yang terdeformasi dan mengurangi kehilangan pembakaran dan 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 pengelasan 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 ada dalam paduan, ia teradsorpsi pada permukaan dendrit atau batas butir selama pemadatan, selama pemrosesan panas, natrium pada batas butir membentuk lapisan adsorpsi cair, mengakibatkan retak getas, terbentuknya senyawa NaAlSi, tidak terdapat natrium bebas, dan tidak menghasilkan “natrium rapuh”.
Ketika kandungan magnesium melebihi 2%, magnesium menghilangkan silikon dan mengendapkan natrium bebas, sehingga menghasilkan “kerapuhan natrium”. Oleh karena itu, paduan aluminium magnesium tinggi tidak diperbolehkan menggunakan fluks garam natrium. Metode untuk mencegah “penggetasan natrium” termasuk klorinasi, yang menyebabkan natrium membentuk NaCl dan dibuang ke terak, menambahkan bismut untuk membentuk Na2Bi dan memasuki matriks logam; menambahkan antimon untuk membentuk Na3Sb atau menambahkan tanah jarang juga dapat memberikan efek yang sama.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminium
Waktu posting: Agustus-08-2024
