(1) Charakteristiky hliníkových slitin řady 7xxx
Hliníkové slitiny řady 7XXx jsou hliníkové slitiny se Zn jako hlavním legujícím prvkem a jsou to tepelně zpracovatelné hliníkové slitiny. Když se do slitiny přidá Mg, stane se slitinou Al-Zn-Mg. Slitina má dobré vlastnosti tepelné deformace a široký rozsah kalení. Za vhodných podmínek tepelného zpracování může získat vysokou pevnost a dobré svařovací vlastnosti. Obecně má dobrou odolnost proti korozi a určitý sklon ke korozi pod napětím. Je to vysoce pevná svařitelná hliníková slitina. Slitina Al-Zn-Mg-Cu je vyvinuta na bázi slitiny Al-Zn-Mg přidáním Cu. Jeho pevnost je vyšší než u hliníkových slitin řady 2X. Obecně se nazývá slitina hliníku s ultra vysokou pevností. Mez kluzu slitiny se blíží pevnosti v tahu, poměr meze kluzu je vysoký a měrná pevnost je také vysoká, ale plasticita a pevnost při vysokých teplotách jsou nízké. Je vhodný pro nosné konstrukční díly používané při pokojové teplotě a pod 120 stupňů. Slitina se snadno zpracovává a má dobrou odolnost proti korozi a vysokou houževnatost. Tato řada slitin je široce používána v oblasti letectví a kosmonautiky a stala se jedním z nejdůležitějších konstrukčních materiálů v této oblasti.
(2) Legující prvky a příměsi a jejich funkce
① Slitina Al-Zn-Mg Zn a Mg jsou hlavními legujícími prvky slitiny Al-Zn-Mg a jejich obsah obecně nepřesahuje 7,5 %.
Zn a Mg: S rostoucím obsahem Zn a Mg ve slitině se obecně odpovídajícím způsobem zvyšuje její pevnost v tahu a účinek tepelného zpracování. Tendence slitiny ke korozi pod napětím souvisí se součtem obsahu Zn a Mg. U slitin s vysokým obsahem Mg a nízkým obsahem Zn nebo vysokým obsahem Zn a nízkým obsahem Mg, pokud součet obsahu Zn a Mg není větší než 7 %, má slitina dobrou odolnost proti korozi za napětí. Tendence slitiny k trhlinám při svařování klesá s rostoucím obsahem Mg.
Stopová množství přidaných prvků ve slitinách Al-Zn-Mg zahrnují Mn, Cr, Cu, Zr a Ti a mezi hlavní nečistoty patří Fe a Si.
Mn a Cr: Přidání Mn a Cr může zlepšit odolnost slitiny proti korozi pod napětím. Obsah Mn je 0,2 %~
Při {{0}},4% je efekt významný. Účinek přidání Cr je větší než přidání Mn. Pokud jsou současně přidány Mn a Cr, bude účinek snížení tendence ke korozi pod napětím lepší. Vhodné množství přidaného Cr je 0,1 %~0,2 %.
Zr: Zr může výrazně zlepšit svařitelnost slitin A{{0}}Zn-Mg. Když se ke slitině AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35 přidá 0,2 % Zr, trhliny při svařování se výrazně sníží. Zr může také zvýšit konečnou teplotu rekrystalizace slitiny. Ve slitině AlZn4.5Mg1.8Mn0.6, když je obsah Zr vyšší než 0,2 %, je konečná teplota rekrystalizace slitiny nad 50}0 stupňů. Materiál si proto po kalení stále zachovává svou pevnost. Deformovaná tkáň. Přidání 0,1 % až 0,2 % Zr ke slitinám Al-Zn-Mg obsahujícím Mn může také zlepšit odolnost slitiny proti korozi napětím, ale Zr má nižší účinek než Cr.
Ti: Přidání Ti do slitiny může zlepšit velikost zrna slitiny v litém stavu a zlepšit svařitelnost slitiny, ale jeho účinek je nižší než u Zr. Pokud se Ti a Zr přidají současně, je účinek lepší. Ve slitině AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3 s obsahem Ti 0,12 %, když obsah Zr překročí 0,15 %, má slitina dobrou svařitelnost a tažnost a lze dosáhnout stejného efektu, jako když se přidá více než 0,2 % Zr samostatně. Ti může také zvýšit teplotu rekrystalizace slitiny.
Cu: Přidání malého množství Cu do slitin Al-Zn-Mg může zlepšit odolnost proti korozi pod napětím a pevnost v tahu. Svařitelnost slitiny je však snížena.
Fe: Fe může snížit odolnost slitiny proti korozi a mechanické vlastnosti, zejména u slitin s vysokým obsahem Mn. Proto by měl být obsah Fe co nejnižší a jeho obsah by měl být omezen na méně než 0,3 %.
Si: Si může snížit pevnost slitiny, mírně snížit ohybový výkon a zvýšit sklon ke vzniku trhlin při svařování. Obsah Si ve slitině by měl být omezen na méně než 0,3 %.
② Slitina Al-Zn-Mg-Cu Slitina Al-Zn-Mg-Cu je tepelně zpracovatelná slitina. Hlavními zpevňujícími prvky jsou Zn a Mg. Cu má také určitý zpevňující účinek, ale jeho hlavní funkcí je zlepšit korozní odolnost materiálu.
Zn a Mg: Zn a Mg jsou hlavními posilujícími prvky. Když koexistují, budou tvořit fáze η (MgZn2) a T (Al2Mg2Zn3). Fáze η a T fáze mají vysokou rozpustnost v AI a dramaticky se mění s nárůstem a poklesem teploty. Rozpustnost MgZn2 při eutektické teplotě je 28 %, což je při pokojové teplotě sníženo na 4 až 5 %. Má silný posilující účinek proti stárnutí. Zvýšení obsahu Zn a Mg může výrazně zlepšit pevnost a tvrdost, ale sníží plasticitu, odolnost proti korozi pod napětím a lomovou houževnatost.
Cu: Když je Zn/Mg větší než 2,2 a obsah Cu je větší než Mg, Cu a další prvky mohou produkovat zesílenou S (CuMgAlz) fázi pro zvýšení pevnosti slitiny, ale v opačném případě je možnost existence fáze S je velmi malá. Cu může snížit potenciální rozdíl mezi hranicí zrn a intragranulární a může také změnit strukturu precipitační fáze a zpřesnit fázi precipitátu na hranici zrn, ale má malý vliv na šířku nesrážené zóny na hranici zrn. Může inhibovat tendenci k mezikrystalovému praskání, čímž zlepšuje odolnost slitiny vůči korozi pod napětím. Pokud je však obsah Cu větší než 3 %, odolnost slitiny proti korozi se zhoršuje. Cu může zvýšit přesycení slitiny, urychlit proces umělého stárnutí slitiny mezi 100 a 200 °C, rozšířit stabilní teplotní rozsah zóny GP a zlepšit pevnost v tahu, plasticitu a únavovou pevnost. V oblasti, kde obsah Cu není příliš vysoký, se se zvýšením obsahu Cu zvyšuje odolnost proti cyklické deformaci a lomová houževnatost a rychlost růstu trhlin se snižuje v korozivním prostředí, ale přidávání Cu má tendenci k vytvoření mezikrystalové koroze a důlkové koroze. Vliv Cu na lomovou houževnatost souvisí s poměrem Zn/Mg. Když je poměr malý, čím vyšší je obsah Cu, tím horší je houževnatost; když je poměr velký, i když je obsah Cu vysoký, houževnatost je stále velmi dobrá.
Ve slitině je také malé množství stopových prvků jako Mn, Cr, Zr, V, Ti, B. Fe a Si jsou škodlivé nečistoty ve slitině a jejich interakce jsou následující.
Mn, Cr: Přidání malého množství přechodných prvků jako Mn a Cr má významný vliv na strukturu a vlastnosti slitiny. Tyto prvky mohou produkovat rozptýlené částice během homogenizačního žíhání ingotu, zabraňovat migraci dislokací a hranic zrn, čímž zvyšují teplotu rekrystalizace, účinně zabraňují růstu zrn, zjemňují zrna a zajišťují, že struktura zůstane nekrystalizovaná nebo částečně rekrystalizovaná po zpracování za tepla a tepelné zpracování, aby se zlepšila pevnost a zároveň měla lepší odolnost proti korozi za napětí. Z hlediska zlepšení odolnosti proti korozi pod napětím je přidání Cr lepší než přidání Mn.
Zr: V poslední době je trend nahrazovat Cr a Mn Zr. Zr může značně zvýšit teplotu rekrystalizace slitiny. Ať už se jedná o deformaci za tepla nebo deformaci za studena, po tepelném zpracování lze získat nerekrystalizovanou strukturu. Zr může také zlepšit prokalitelnost slitiny, svařitelnost, lomovou houževnatost, odolnost proti korozi pod napětím atd. Zr je velmi slibným stopovým aditivním prvkem ve slitinách Al-Zn-Mg-Cu.
Ti a B: Ti a B mohou zjemnit zrna slitiny v litém stavu a zvýšit teplotu rekrystalizace slitiny.
Fe a Si: Fe a Si jsou nevyhnutelné škodlivé nečistoty ve slitinách hliníku 7XxX, které pocházejí hlavně ze surovin, jakož i z nástrojů a zařízení používaných při tavení a odlévání. Tyto nečistoty existují především ve formě tvrdého a křehkého FeAl: a volného Si. Tyto nečistoty mohou také tvořit hrubé sloučeniny jako (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) s Mn a Cr. FeAl3 má vliv na zjemnění zrn, ale má větší vliv na odolnost proti korozi. Se zvyšujícím se obsahem nerozpustné fáze se zvyšuje i objemový podíl nerozpustné fáze. Tyto nerozpustné druhé fáze se během deformace lámou a prodlužují, což vede k páskované struktuře a částice jsou uspořádány v přímé linii podél směru deformace. Vzhledem k tomu, že částice nečistot jsou rozmístěny uvnitř zrn nebo na hranicích zrn, během plastické deformace se na některých hranicích částice-matrice vyskytují póry, což má za následek mikrotrhliny, které se stávají zdrojem makrotrhlin. Navíc má velký vliv na rychlost růstu únavových trhlin. Má určitý vliv na snížení místní plasticity při destrukci. Nárůst počtu nečistot zkracuje vzdálenost mezi částicemi, čímž se snižuje tekutost plastické deformace kolem špičky trhliny. Protože se fáze obsahující Fe a Si při pokojové teplotě obtížně rozpouští, hraje roli vrubu a snadno se stává zdrojem trhlin, což způsobuje lámání materiálu, což má velmi nepříznivý vliv na prodloužení, zejména na lomovou houževnatost materiálu. slitina. Proto je při navrhování a výrobě nových slitin přísně kontrolován obsah Fe a Si. Kromě použití vysoce čistých kovových surovin jsou také během procesu tavení a odlévání přijímána některá opatření, aby se zabránilo smíchání těchto dvou prvků do slitiny.