(1) Eisen und Silizium
Eisen wird als Legierungselement in Al-Cu-Mg-Ni-Fe-Aluminiumknetlegierungen hinzugefügt, und Silizium wird als Legierungselement in Al-Mg-Si-Aluminiumknetlegierungen sowie beim Al-Si- oder Schweißen und Aluminium-Silizium-Guss hinzugefügt Legierungen. In anderen Aluminiumlegierungen sind Silizium und Eisen häufige Verunreinigungselemente, die einen erheblichen Einfluss auf die Legierungseigenschaften haben. Sie liegen hauptsächlich in Form von FeAl3 und freiem Silizium vor. Wenn Silizium größer als Eisen ist, wird die Phase -FeSiAls (oder Fe2SizAlg) gebildet, und wenn Eisen größer als Silizium ist, wird a-FezSiAls (oder Fe3SiAlz) gebildet. Wenn das Verhältnis von Eisen zu Silizium nicht stimmt, kann es zu Rissen im Gussstück kommen. Wenn der Eisengehalt im Aluminiumguss zu hoch ist, wird das Gussstück spröde.
(2) Verunreinigungselemente
Vanadium, Kalzium, Blei, Zinn, Wismut, Antimon, Beryllium und Natrium sind manchmal in Aluminiumlegierungen enthalten. Diese Verunreinigungselemente haben unterschiedliche Schmelzpunkte, unterschiedliche Strukturen und unterschiedliche Verbindungen mit Aluminium, sodass ihre Auswirkungen auf die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen unterschiedlich sind.
Vanadium bildet in Aluminiumlegierungen feuerfeste Verbindungen, die bei der Verfeinerung der Körner während des Schmelz- und Gießprozesses eine Rolle spielen, ihre Rolle ist jedoch geringer als die von Titan und Zirkonium. Vanadium hat auch die Wirkung, die Rekristallisationsstruktur zu verfeinern und die Rekristallisationstemperatur zu erhöhen.
Calcium hat eine sehr geringe Feststofflöslichkeit in Aluminium und bildet mit Aluminium CaAL-Verbindungen. Calcium ist auch ein superplastisches Element von Aluminiumlegierungen. Aluminiumlegierungen mit etwa 5 % Kalzium und 5 % Mangan weisen Superplastizität auf. Calcium und Silizium bilden CaSi4, das in Aluminium unlöslich ist. Durch die Reduzierung der festen Lösung von Silizium kann die Leitfähigkeit von industriellem Reinaluminium leicht verbessert werden. Calcium kann die Schneidleistung von Aluminiumlegierungen verbessern. CaSiz kann Aluminiumlegierungen nicht durch Wärmebehandlung verstärken. Spuren von Kalzium sind vorteilhaft für die Entfernung von Wasserstoff aus flüssigem Aluminium.
Blei, Zinn und Wismut sind Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt. Sie haben eine geringe Feststofflöslichkeit in Aluminium, was die Festigkeit der Legierung leicht verringert, aber die Schneidleistung verbessern kann. Wismut dehnt sich beim Erstarren aus, was sich positiv auf den Schwundausgleich auswirkt. Durch die Zugabe von Wismut zu Legierungen mit hohem Magnesiumgehalt kann eine Natriumversprödung verhindert werden.
Antimon wird hauptsächlich als Modifikator in Aluminiumgusslegierungen verwendet und wird selten in verformten Aluminiumlegierungen verwendet. Es wird nur als Ersatz für Wismut in AI-Mg-verformten Aluminiumlegierungen verwendet, um eine Natriumversprödung zu verhindern. Zu Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen hinzugefügte Antimonelemente können die Leistung von Heiß- und Kaltpressprozessen verbessern.
Beryllium kann die Struktur des Oxidfilms in verformten Aluminiumlegierungen verbessern und Ausbrennen und Einschlüsse beim Schmelzen und Gießen reduzieren. Beryllium ist ein giftiges Element, das bei Menschen allergische Vergiftungen verursachen kann. Daher dürfen Aluminiumlegierungen, die zur Herstellung von Lebensmittel- und Getränkeutensilien verwendet werden, kein Beryllium enthalten. Der Berylliumgehalt in Schweißmaterialien wird normalerweise auf unter 8 ppm (1 ppm=1x10-6) kontrolliert. Der Berylliumgehalt von Aluminiumlegierungen, die als Schweißsubstrate verwendet werden, sollte ebenfalls kontrolliert werden.
Natrium ist in Aluminium nahezu unlöslich, mit einer maximalen Feststofflöslichkeit von weniger als 0,0025 % und einem niedrigen Schmelzpunkt (97,8 Grad). Wenn Natrium in der Legierung vorhanden ist, wird es während der Erstarrung an der Dendritenoberfläche oder Korngrenze adsorbiert; Bei der Warmumformung bildet das Natrium an der Korngrenze eine flüssige Adsorptionsschicht, was zu Sprödrissen, der sogenannten „Natriumversprödung“, führt. Wenn Silizium vorhanden ist, entstehen NaAlSi-Verbindungen und es gibt kein freies Natrium, sodass keine „Natriumversprödung“ auftritt. Wenn der Magnesiumgehalt 2 % übersteigt, entzieht Magnesium Silizium, fällt freies Natrium aus und führt zu einer „Natriumversprödung“. Daher darf Natriumsalz-Flussmittel nicht in Aluminiumlegierungen mit hohem Magnesiumgehalt verwendet werden.
Zu den Methoden zur Verhinderung einer „Natriumversprödung“ gehören die Chlorierung, bei der Natrium NaCl bildet und in die Schlacke abgegeben wird, die Zugabe von Wismut zur Bildung von Na2Bi und das Eindringen in die Metallmatrix; Die gleiche Rolle kann auch die Zugabe von Antimon zur Bildung von Na3Sb oder die Zugabe von seltenen Erden spielen.
Wasserstoff ist am Schmelzpunkt des Feststoffs löslicher als im Feststoff, daher bilden sich Poren, wenn die Flüssigkeit in den Feststoff umgewandelt wird. Wasserstoff kann durch die Reduktion von Wasserdampf in der Luft mit Aluminium oder durch die Zersetzung von Kohlenwasserstoffen hergestellt werden. Sowohl festes als auch flüssiges Aluminium absorbieren Wasserstoff, insbesondere wenn sich bestimmte Verunreinigungen, wie zum Beispiel Schwefelverbindungen, auf der Oberfläche des Aluminiums oder in der Umgebungsluft befinden. Elemente, die in flüssigem Aluminium Hydride bilden, fördern die Wasserstoffaufnahme, andere Elemente wie Beryllium, Kupfer, Zinn und Silizium reduzieren jedoch die aufgenommene Wasserstoffmenge.
Neben der Bildung von Poren beim Gießen verursacht Wasserstoff während der Wärmebehandlung sekundäre Poren, Blasenbildung und eine Zersetzung durch hohe Temperaturen (innere Gasablagerung). Wasserstoff ist eine äußerst schädliche Verunreinigung in Aluminiumlegierungen und der Wasserstoffgehalt in der Schmelze sollte durch Online-Entgasungsanlagen begrenzt werden.