(1) Charakteristiky hliníkových zliatin 5xxx
5xxx hliníkové zliatiny sú hliníkové zliatiny s Mg ako hlavným legujúcim prvkom a sú to tepelne neupraviteľné hliníkové zliatiny. Táto séria zliatin má nízku hustotu a vyššiu pevnosť ako hliníkové zliatiny 1xxx a 3xxx. Sú to stredne až vysoko pevné hliníkové zliatiny s dobrými únavovými a zváracími vlastnosťami a dobrou odolnosťou voči morskej a atmosférickej korózii. Aby sa zabránilo korózii napätím zliatin s vysokým obsahom horčíka, musia byť konečné výrobky opracované za studena stabilizované alebo musí byť kontrolované konečné množstvo práce za studena a musí sa kontrolovať teplota použitia (nepresahujúca 65 stupňov). Táto séria zliatin sa používa hlavne na výrobu zváraných konštrukčných dielov a používa sa v oblasti lodí.
(2) Hlavné prvky zliatiny a nečistôt a ich úlohy
Hlavnou zložkou hliníkovej zliatiny série 5XXx je Mg, s malým množstvom pridaných Mn, Cr, Ti a ďalších prvkov, pričom prímesové prvky sú hlavne Fe, Si, Cu, Zn a pod.
Mg: Mg existuje hlavne v pevnom stave roztoku a (Mg2Al3 alebo Mg5Al8) fáze. Hoci rozpustnosť Mg v zliatine rýchlo klesá s klesajúcou teplotou, zliatina má nízky spevňujúci účinok starnutia v dôsledku obtiažnosti precipitačnej nukleácie, malého počtu jadier a hrubej precipitačnej fázy. Vo všeobecnosti sa používa v stave žíhania alebo za studena. Preto sa táto séria zliatin nazýva aj nespevňujúce hliníkové zliatiny. Pevnosť tejto série zliatin sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom Mg, zatiaľ čo plasticita sa zodpovedajúcim spôsobom znižuje a zodpovedajúcim spôsobom sa zhoršuje aj jej spracovateľský výkon. Obsah Mg má veľký vplyv na teplotu rekryštalizácie zliatiny. Keď je obsah Mg nižší ako 5 %, teplota rekryštalizácie klesá so zvyšujúcim sa obsahom Mg; keď obsah Mg prekročí 5 %, teplota rekryštalizácie sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom Mg. Obsah Mg má tiež významný vplyv na zvárací výkon zliatiny. Keď je obsah Mg nižší ako 6 %, sklon zliatiny k praskaniu pri zváraní klesá so zvyšujúcim sa obsahom Mg; keď obsah Mg prekročí 6 %, je pravdou opak; keď je obsah Mg menší ako 9 %, pevnosť zvaru výrazne stúpa so zvyšovaním obsahu Mg. V tomto čase, hoci plasticita a koeficient zvárania postupne mierne klesajú, zmena nie je veľká. Keď je obsah Mg vyšší ako 9 %, jeho pevnosť, plasticita a súčiniteľ zvárania sú výrazne znížené.
Mn: Hliníkové zliatiny série 5XXX zvyčajne obsahujú menej ako 1.0 % Mn. Časť Mn v zliatine je rozpustená v matrici a zvyšok existuje v štruktúre vo forme fázy MnAls. Mn môže zvýšiť teplotu rekryštalizácie zliatiny, aby sa zabránilo zhrubnutiu zŕn, a mierne zvýšiť pevnosť zliatiny, najmä medzu klzu. V zliatinách s vysokým obsahom Mg môže pridanie Mn znížiť rozpustnosť Mg v matrici, znížiť tendenciu vzniku trhlín zvaru a zvýšiť pevnosť zvaru a základného kovu.
Cr: Cr a Mn majú podobné účinky, ktoré môžu zvýšiť pevnosť základného kovu a zvaru, znížiť tendenciu praskania zvaru a zlepšiť odolnosť proti korózii pod napätím, ale mierne znížiť plasticitu. V niektorých zliatinách možno namiesto Mn použiť Cr. Z hľadiska spevňujúceho účinku nie je Cr taký dobrý ako Mn. Ak sa oba prvky pridajú súčasne, účinok je väčší ako pri jednom pridaní.
Be: Pridanie malého množstva Be ({{0}},0001%~0,005%) do zliatiny s vysokým obsahom Mg môže znížiť tendenciu k praskaniu ingotov a zlepšiť kvalitu povrchu valcovaných plechov a zároveň znížiť stratu horenia Mg počas tavenia a môže tiež redukovať oxidy vznikajúce na povrchu materiálu počas zahrievania.
Ti: Pridanie malého množstva Ti do zliatin s vysokým obsahom Mg slúži hlavne na zjemnenie zŕn.
Fe: Fe môže vytvárať nerozpustné zlúčeniny s Mn a Cr, čím sa znižuje úloha Mn a Cr v zliatine. Keď sa v štruktúre ingotu vytvorí viac tvrdých a krehkých zlúčenín, sú náchylné na vznik trhlín pri spracovaní. Okrem toho Fe tiež znižuje odolnosť zliatiny proti korózii, takže obsah Fe by mal byť vo všeobecnosti kontrolovaný pod {{0}},4 % a pre materiál zváracieho drôtu F je najlepšie ho obmedziť pod 0,2 %.
Si: Si je škodlivá nečistota (okrem zliatiny 5A03). Si a Mg tvoria fázu Mg2Si. V dôsledku nadmerného obsahu Mg je rozpustnosť fázy Mg2Si v matrici znížená, takže nielen spevňujúci účinok nie je veľký, ale znižuje sa aj plasticita zliatiny. Počas valcovania má Si väčší negatívny účinok ako Fe, takže obsah Si by mal byť vo všeobecnosti obmedzený na menej ako 0,5 %. Zliatina 5A03 obsahuje 0,5 % ~ 0,8 % Si, čo môže znížiť tendenciu vzniku trhlín pri zváraní a zlepšiť zvárací výkon zliatiny.
Cu: Stopové množstvo Cu môže zhoršiť odolnosť zliatiny proti korózii, takže obsah Cu by mal byť obmedzený na menej ako 0,2 % a niektoré zliatiny sú obmedzené prísnejšie.
Zn: Ak je obsah Zn menší ako {{0}},2 %, nemá to žiadny významný vplyv na mechanické vlastnosti a odolnosť zliatiny voči korózii. Pridanie malého množstva Zn do zliatin s vysokým obsahom Mg môže zvýšiť pevnosť v ťahu o 10 ~ 20 MPa. Nečistota Zn v zliatine by mala byť obmedzená na menej ako 0,2 %.
Na: Stopová nečistota Na môže silne poškodiť deformačné vlastnosti zliatiny za tepla, čo má za následok „krehkosť sodíka“, ktorá je výraznejšia u zliatin s vysokým obsahom Mg. Spôsob, ako odstrániť krehkosť sodíka, je previesť voľný Na obohatený na hranici zŕn na zlúčeninu. Na výrobu chloridu sodného a jeho odstránenie troskou možno použiť metódu chlórovania, alebo možno použiť metódu pridávania stopového množstva Sb.