(1) Charakteristiky hliníkových slitin řady 6xxx
Hliníkové slitiny řady 6xxx jsou hliníkové slitiny s hořčíkem a křemíkem jako hlavními legujícími prvky a fází Mg2Si jako zpevňující fází. Jsou to tepelně zpracovatelné hliníkové slitiny. Slitiny mají výhody střední pevnosti, vysoké korozní odolnosti, bez sklonu ke koroznímu praskání, dobrý svařovací výkon, nezměněný korozní výkon v zóně svaru, dobrá tvarovatelnost a zpracovatelnost. Když je ve slitině obsažena měď, pevnost slitiny se může blížit pevnosti hliníkových slitin řady 2xxx a zpracovatelnost je lepší než u hliníkových slitin řady 2XXx, ale odolnost proti korozi se zhoršuje. Slitina má dobrý kovací výkon. Nejpoužívanějšími slitinami této řady jsou slitiny 6061 a 6063, které mají nejlepší komplexní výkon a hospodárnost. Hlavními produkty jsou extrudované profily a největší uplatnění této slitiny jsou architektonické profily.
(2) Úloha hlavních legujících a příměsových prvků
Hlavními legujícími prvky hliníkových slitin řady 6XXX jsou Mg, Si a Cu a jejich role jsou následující.
1) Role g a Si
Změna obsahu Mg a Si má malý vliv na pevnost v tahu a tažnost slitiny Al-Mg-Si v žíhaném stavu.
S nárůstem obsahu Mg a Si se zvyšuje pevnost v tahu slitiny Al-Mg-Si v zakaleném stavu přirozeného stárnutí a tažnost se snižuje. Když je celkový obsah Mg a Si konstantní, má změna poměru obsahu Mg a Si také velký vliv na výkon. S pevným obsahem Mg se pevnost slitiny v tahu zvyšuje se zvyšováním obsahu Si. S pevným obsahem fáze Mg2Si a zvýšením obsahu Si se zpevňující účinek slitiny zlepšuje, zatímco tažnost se mírně zlepšuje. S pevným obsahem Si se pevnost slitiny v tahu zvyšuje se zvyšováním obsahu Mg. U slitin s malým obsahem Si se maximální pevnost v tahu nachází v třífázové oblasti (Al)-Mg2Si-Mg2Al. Maximální pevnost v tahu ternární slitiny A1-Mg-Si slitiny se nachází v třífázové oblasti a(Al)-Mg2Si-Si.
Vliv Mg a Si na mechanické vlastnosti slitiny ve stavu zakaleného umělého stárnutí je v zásadě stejný jako u slitiny ve stavu zakaleného přirozeného stárnutí, ale pevnost v tahu je výrazně zlepšena a maximální hodnota je stále umístěna v třífázové oblasti a(Al)-MgzSi-Si, přičemž prodloužení odpovídajícím způsobem klesá.
Pokud jsou ve slitině zbytkové Si a MgSi, korozní odolnost klesá s nárůstem jejich množství. Pokud se však slitina nachází v a(Al-MgzSi dvoufázové oblasti a slitina v jednofázové oblasti, kde je fáze MgSi zcela rozpuštěna v matrici, je odolnost proti korozi nejlepší. Všechny slitiny nemají tendenci k napěťovému koroznímu praskání.
Když se slitina svařuje, tendence k prasklinám při svařování je poměrně velká, ale v a(Al-Mg2Si dvoufázové oblasti slitina se složením 0,2 %~0.4 %Si a 1,2 %~1,4 %Mg a v třífázové oblasti a(Al)-Mg2Si-Si slitina se složením 1,2 %~2.0%Si a 0. 8%~2.0%Mg má relativně malou tendenci vytvářet trhliny při svařování.
2) Vliv Cu
Po přidání Cu do slitiny AI-Mg-Si závisí existence formy Cu ve struktuře nejen na obsahu Cu, ale také na obsahu Mg a Si. Když je obsah Cu velmi malý a poměr Mg:Si je 1,73:1, vytvoří se fáze MgSi a veškerý Cu se rozpustí v matrici; když je obsah Cu vysoký a poměr Mg:Si je menší než 1,08, může se vytvořit W (AlCuMgsSi) fáze a zbývající Cu tvoří CuAl; když je obsah Cu vysoký a poměr Mg:Si je větší než 1,73, mohou se tvořit fáze S (AlCuMg) a CuAl. W fáze se liší od fáze S, fáze CuAl a fáze MgSi. V pevném stavu je rozpuštěn pouze částečně a jeho zpevňující účinek není tak velký jako u MgSi fáze.
Přídavek Cu do slitiny nejen výrazně zlepšuje plasticitu slitiny při zpracování za tepla, ale také zvyšuje zpevňující účinek tepelného zpracování. Může také potlačit efekt vytlačování a snížit anizotropii, ke které dochází po přidání Mn.
3) Role Mn, Cr, Ti, Fe a Zn
Mezi přidané stopové prvky ve slitině A1 řady 6XXX patří Mn, Cr a Ti, zatímco příměsové prvky zahrnují hlavně Fe, Zn atd. a jejich funkce jsou následující.
Mn: Přidání Mn do slitiny může zlepšit pevnost, odolnost proti korozi, rázovou houževnatost a ohybové vlastnosti. Když jsou Cu a Mn přidány do slitiny AlMg{{0}}.7Si1.0, je-li obsah Mn menší než 0,2 %, pevnost slitiny roste se zvyšujícím se obsahem Mn. Jak se však obsah Mn stále zvyšuje, Mn a Si tvoří AlMnSi fázi, která ztrácí část Si potřebného k vytvoření Mg2Si fáze, a zpevňující účinek AlMnSi fáze je menší než u Mg2Si fáze. Proto se zpevňující účinek slitiny snižuje.
Při současném přidání Mn a Cu není zpevňovací účinek tak dobrý jako přidání samotného Mn, ale může zvýšit tažnost a zlepšit velikost zrna žíhaného produktu.
Když se do slitiny přidá Mn, v důsledku vážné intrakrystalické segregace Mn ve fázi a je ovlivněn proces rekrystalizace slitiny, což má za následek zhrubnutí zrna žíhaného produktu. Aby se získaly jemnozrnné materiály, musí být ingot homogenizován při vysoké teplotě (550 stupňů), aby se eliminovala segregace Mn. Při žíhání je lepší rychle zahřát.
Cr: Cr a Mn mají podobné účinky. Cr inhibuje precipitaci Mg2Si fáze na hranici zrn, oddaluje přirozený proces stárnutí a zlepšuje pevnost po umělém stárnutí. Cr může zjemnit zrna a učinit zrna po rekrystalizaci štíhlejšími, čímž se zlepší odolnost slitiny proti korozi. Obsah Cr je obecně 0,15 %~0,3 %.
Ti: Přidání {{0}}.02 %~0,1 % Ti a 0,01 %~0,2 % Cr do hliníkových slitin řady 6XXX může snížit sloupcovou krystalovou strukturu ingot, zlepšit kovací výkon slitiny a zjemnit zrna produktu.
Fe: Malé množství Fe (méně než {{0}}},4 %) může zjemnit zrna. Když obsah Fe překročí 0,7 %, vzniká nerozpustná (AlMnFeSi) fáze, která snižuje pevnost, plasticitu a odolnost produktu proti korozi. Pokud je ve slitině obsaženo Fe, může se po eloxování zhoršit barva produktu.
Zn: Malé množství nečistot Zn má malý vliv na pevnost slitiny a jeho obsah může být až 0,3 %.