(1) Eigenschaften von Aluminiumlegierungen der Serie 6xxx
Aluminiumlegierungen der 6xxx-Serie sind Aluminiumlegierungen mit Magnesium und Silizium als Hauptlegierungselementen und der Mg2Si-Phase als Verstärkungsphase. Es handelt sich um wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen. Die Legierungen haben die Vorteile mittlerer Festigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit, keiner Neigung zu Spannungsrisskorrosion, guter Schweißeigenschaften, unveränderter Korrosionsbeständigkeit in der Schweißzone sowie guter Formbarkeit und Verarbeitbarkeit. Wenn Kupfer in der Legierung enthalten ist, kann die Festigkeit der Legierung nahe an die von Aluminiumlegierungen der 2xxx-Serie heranreichen und die Verarbeitbarkeit ist besser als die von Aluminiumlegierungen der 2XXx-Serie, aber die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert sich. Die Legierung hat eine gute Schmiedeleistung. Die am häufigsten verwendeten Legierungen dieser Serie sind die Legierungen 6061 und 6063, die die beste Gesamtleistung und Wirtschaftlichkeit aufweisen. Die Hauptprodukte sind extrudierte Profile, und die größte Anwendung dieser Legierung sind Architekturprofile.
(2) Die Rolle der wichtigsten Legierungs- und Verunreinigungselemente
Die wichtigsten Legierungselemente der Aluminiumlegierungen der Serie 6XXX sind Mg, Si und Cu und ihre Rollen sind wie folgt.
1) Die Rolle von g und Si
Die Änderung des Mg- und Si-Gehalts hat kaum Auswirkungen auf die Zugfestigkeit und Dehnung der Al-Mg-Si-Legierung im geglühten Zustand.
Mit steigendem Mg- und Si-Gehalt nimmt die Zugfestigkeit der Al-Mg-Si-Legierung im abgeschreckten, natürlichen Alterungszustand zu und die Dehnung nimmt ab. Bei konstantem Gesamtgehalt an Mg und Si wirkt sich eine Veränderung des Mg- und Si-Verhältnisses ebenfalls stark auf die Leistung aus. Bei festem Mg-Gehalt nimmt die Zugfestigkeit der Legierung mit steigendem Si-Gehalt zu. Bei festem Mg2Si-Phasengehalt und steigendem Si-Gehalt verbessert sich die Verstärkungswirkung der Legierung, während die Dehnung leicht verbessert wird. Bei festem Si-Gehalt nimmt die Zugfestigkeit der Legierung mit steigendem Mg-Gehalt zu. Bei Legierungen mit geringem Si-Gehalt liegt die maximale Zugfestigkeit im Dreiphasenbereich (Al)-Mg2Si-Mg2Al. Die maximale Zugfestigkeit der ternären A1-Mg-Si-Legierung liegt im Dreiphasenbereich a(Al)-Mg2Si-Si.
Der Einfluss von Mg und Si auf die mechanischen Eigenschaften der Legierung im abgeschreckten künstlich gealterten Zustand ist grundsätzlich der gleiche wie der der Legierung im abgeschreckten natürlich gealterten Zustand, jedoch ist die Zugfestigkeit erheblich verbessert und der Maximalwert befindet sich immer noch im Dreiphasenbereich a(Al)-MgzSi-Si, während die Dehnung entsprechend abnimmt.
Wenn in der Legierung Reste von Si und MgSi vorhanden sind, nimmt die Korrosionsbeständigkeit mit zunehmender Menge ab. Wenn sich die Legierung jedoch im Zweiphasenbereich a(Al-MgzSi) befindet und die Legierung im Einphasenbereich, in dem die MgSi-Phase vollständig in der Matrix gelöst ist, ist die Korrosionsbeständigkeit am besten. Alle Legierungen neigen nicht zu Spannungsrisskorrosion.
Beim Schweißen der Legierung ist die Neigung zu Schweißrissen relativ groß, jedoch weist im Zweiphasenbereich a(Al)-Mg2Si die Legierung mit einer Zusammensetzung von 0,2%~0,4%Si und 1,2%~1,4%Mg und im Dreiphasenbereich a(Al)-Mg2Si-Si die Legierung mit einer Zusammensetzung von 1,2%~2,0%Si und 0,8%~2,0%Mg eine relativ geringe Neigung zu Schweißrissen auf.
2) Wirkung von Cu
Nach dem Hinzufügen von Cu zu einer Al-Mg-Si-Legierung hängt die Existenzform von Cu in der Struktur nicht nur vom Cu-Gehalt, sondern auch vom Mg- und Si-Gehalt ab. Wenn der Cu-Gehalt sehr gering ist und das Mg:Si-Verhältnis 1,73:1 beträgt, wird die MgSi-Phase gebildet und das gesamte Cu wird in der Matrix gelöst; wenn der Cu-Gehalt hoch ist und das Mg:Si-Verhältnis kleiner als 1,08 ist, kann die W-Phase (AlCuMgsSi) gebildet werden und das verbleibende Cu bildet CuAl; wenn der Cu-Gehalt hoch ist und das Mg:Si-Verhältnis größer als 1,73 ist, können die S-Phase (AlCuMg) und die CuAl-Phase gebildet werden. Die W-Phase unterscheidet sich von der S-Phase, der CuAl-Phase und der MgSi-Phase. Sie wird im festen Zustand nur teilweise gelöst und ihre verstärkende Wirkung ist nicht so groß wie die der MgSi-Phase.
Durch die Zugabe von Cu zur Legierung wird nicht nur die Plastizität der Legierung während der Warmverarbeitung erheblich verbessert, sondern auch der Verstärkungseffekt der Wärmebehandlung erhöht. Es kann auch den Extrusionseffekt unterdrücken und die Anisotropie verringern, die nach der Zugabe von Mn auftritt.
3) Die Rolle von Mn, Cr, Ti, Fe und Zn
Zu den Spurenelementen in der A1-Legierung der Serie 6XXX gehören Mn, Cr und Ti, während die Verunreinigungselemente hauptsächlich aus Fe, Zn usw. bestehen. Ihre Funktionen sind wie folgt.
Mn: Durch Zugabe von Mn zur Legierung können Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schlagzähigkeit und Biegeeigenschaften verbessert werden. Wenn Cu und Mn zur AlMg{{0}}.7Si1.0-Legierung hinzugefügt werden und der Mn-Gehalt weniger als 0,2 % beträgt, nimmt die Festigkeit der Legierung mit steigendem Mn-Gehalt zu. Wenn der Mn-Gehalt jedoch weiter zunimmt, bilden Mn und Si die AlMnSi-Phase, die einen Teil des zur Bildung der Mg2Si-Phase erforderlichen Si verliert, und die Verstärkungswirkung der AlMnSi-Phase ist geringer als die der Mg2Si-Phase. Daher nimmt die Verstärkungswirkung der Legierung ab.
Bei gleichzeitiger Zugabe von Mn und Cu ist die Verstärkungswirkung nicht so gut wie bei alleiniger Zugabe von Mn, aber die Dehnung kann erhöht und die Korngröße des geglühten Produkts verbessert werden.
Wenn Mn zur Legierung hinzugefügt wird, wird der Rekristallisationsprozess der Legierung aufgrund der starken intrakristallinen Segregation von Mn in der a-Phase beeinträchtigt, was zu einer Kornvergröberung des geglühten Produkts führt. Um feinkörniges Material zu erhalten, muss der Barren bei hoher Temperatur (550 Grad) homogenisiert werden, um die Mn-Segregation zu beseitigen. Es ist besser, während des Glühens schnell aufzuheizen.
Cr: Cr und Mn haben ähnliche Wirkungen. Cr hemmt die Ausfällung der Mg2Si-Phase an der Korngrenze, verzögert den natürlichen Alterungsprozess und verbessert die Festigkeit nach künstlicher Alterung. Cr kann die Körner verfeinern und die Körner nach der Rekristallisation schlanker machen, wodurch die Korrosionsbeständigkeit der Legierung verbessert wird. Der Cr-Gehalt beträgt im Allgemeinen 0,15 % bis 0,3 %.
Ti: Durch Hinzufügen von {{0}},02 % bis 0,1 % Ti und 0,01 % bis 0,2 % Cr zu Aluminiumlegierungen der Serie 6XXX kann die säulenförmige Kristallstruktur des Barrens reduziert, die Schmiedeleistung der Legierung verbessert und die Körner des Produkts verfeinert werden.
Fe: Eine kleine Menge Fe (weniger als {{0}},4 %) kann die Körner verfeinern. Wenn der Fe-Gehalt 0,7 % übersteigt, entsteht eine unlösliche (AlMnFeSi)-Phase, die die Festigkeit, Plastizität und Korrosionsbeständigkeit des Produkts verringert. Wenn Fe in der Legierung enthalten ist, kann sich die Farbe des Produkts nach der Anodisierungsbehandlung verschlechtern.
Zn: Eine kleine Menge an Zn-Verunreinigung hat wenig Einfluss auf die Festigkeit der Legierung und ihr Gehalt darf bis zu 0,3 % betragen.