(1) Charakteristiky hliníkových zliatin série 6xxx
Zliatiny hliníka série 6xxx sú zliatiny hliníka s horčíkom a kremíkom ako hlavnými legovacími prvkami a fázou Mg2Si ako spevňujúcou fázou. Sú to tepelne spracovateľné hliníkové zliatiny. Zliatiny sa vyznačujú strednou pevnosťou, vysokou odolnosťou proti korózii, bez sklonu k praskaniu koróziou pod napätím, dobrým zváracím výkonom, nezmeneným koróznym výkonom v zóne zvaru, dobrou tvarovateľnosťou a spracovateľnosťou. Keď je v zliatine obsiahnutá meď, pevnosť zliatiny môže byť blízka pevnosti hliníkových zliatin série 2xxx a spracovateľnosť je lepšia ako u hliníkových zliatin série 2XXx, ale odolnosť proti korózii sa zhoršuje. Zliatina má dobrý kovací výkon. Najpoužívanejšie zliatiny v tejto sérii sú zliatiny 6061 a 6063, ktoré majú najlepší komplexný výkon a hospodárnosť. Hlavným produktom sú extrudované profily a najväčšie uplatnenie tejto zliatiny majú architektonické profily.
(2) Úloha hlavných legujúcich a prímesových prvkov
Hlavné legujúce prvky hliníkových zliatin série 6XXX sú Mg, Si a Cu a ich úlohy sú nasledovné.
1) Úloha g a Si
Zmena obsahu Mg a Si má malý vplyv na pevnosť v ťahu a predĺženie zliatiny Al-Mg-Si v žíhanom stave.
S nárastom obsahu Mg a Si sa zvyšuje pevnosť v ťahu zliatiny Al-Mg-Si v ochladenom prirodzenom stave starnutia a ťažnosť klesá. Keď je celkový obsah Mg a Si konštantný, zmena pomeru obsahu Mg a Si má tiež veľký vplyv na výkon. Pri fixnom obsahu Mg sa pevnosť v ťahu zliatiny zvyšuje so zvyšovaním obsahu Si. S pevným obsahom fázy Mg2Si a zvýšením obsahu Si sa zlepší spevňujúci účinok zliatiny, zatiaľ čo predĺženie sa mierne zlepší. Pri stálom obsahu Si sa pevnosť v ťahu zliatiny zvyšuje so zvyšovaním obsahu Mg. Pre zliatiny s malým obsahom Si sa maximálna pevnosť v ťahu nachádza v trojfázovej oblasti (Al)-Mg2Si-Mg2Al. Maximálna pevnosť v ťahu ternárnej zliatiny A1-Mg-Si zliatiny sa nachádza v trojfázovej oblasti a(Al)-Mg2Si-Si.
Vplyv Mg a Si na mechanické vlastnosti zliatiny v stave ochladeného umelého starnutia je v podstate rovnaký ako v prípade zliatiny v stave ochladeného prirodzeného starnutia, ale pevnosť v ťahu je výrazne zlepšená a maximálna hodnota je stále umiestnená v trojfázovej oblasti a(Al)-MgzSi-Si, pričom predĺženie sa zodpovedajúcim spôsobom znižuje.
Ak sú v zliatine zvyškové Si a MgSi, odolnosť proti korózii klesá so zvyšovaním ich množstva. Ak sa však zliatina nachádza v a(Al-MgzSi dvojfázovej oblasti a zliatina v jednofázovej oblasti, kde je fáza MgSi úplne rozpustená v matrici, odolnosť proti korózii je najlepšia. Všetky zliatiny nemajú tendenciu na namáhanie korózneho praskania.
Keď sa zliatina zvára, tendencia k vzniku trhlín pri zváraní je pomerne veľká, ale v a(Al-Mg2Si dvojfázovej oblasti, zliatina so zložením 0,2%~0.4 %Si a 1,2 %~1,4 %Mg a v trojfázovej oblasti a(Al)-Mg2Si-Si zliatina so zložením 1,2 %~2.0%Si a 0. 8%~2.{22}}%Mg má relatívne malú tendenciu vytvárať trhliny pri zváraní.
2) Účinok Cu
Po pridaní Cu do zliatiny AI-Mg-Si závisí existencia formy Cu v štruktúre nielen od obsahu Cu, ale aj od obsahu Mg a Si. Keď je obsah Cu veľmi malý a pomer Mg:Si je 1,73:1, vytvorí sa fáza MgSi a všetka Cu sa rozpustí v matrici; keď je obsah Cu vysoký a pomer Mg:Si je menší ako 1,08, môže sa vytvoriť W (AlCuMgsSi) fáza a zvyšná Cu tvorí CuAl; keď je obsah Cu vysoký a pomer Mg:Si je väčší ako 1,73, môžu sa vytvárať fázy S (AlCuMg) a CuAl. W fáza sa líši od fázy S, fázy CuAl a fázy MgSi. V pevnom stave je rozpustený len čiastočne a jeho posilňujúci účinok nie je taký veľký ako u MgSi fázy.
Pridanie Cu do zliatiny nielenže výrazne zlepšuje plasticitu zliatiny pri spracovaní za tepla, ale zvyšuje aj spevňujúci účinok tepelného spracovania. Môže tiež potlačiť efekt extrúzie a znížiť anizotropiu, ktorá nastáva po pridaní Mn.
3) Úloha Mn, Cr, Ti, Fe a Zn
Stopové prvky v zliatine A1 série 6XXX zahŕňajú Mn, Cr a Ti, zatiaľ čo nečistoty obsahujú najmä Fe, Zn atď., a ich funkcie sú nasledovné.
Mn: Pridanie Mn do zliatiny môže zlepšiť pevnosť, odolnosť proti korózii, rázovú húževnatosť a ohybové vlastnosti. Keď sa k zliatine AlMg{{0}}.7Si1.0 pridá Cu a Mn, keď je obsah Mn menší ako 0,2 %, pevnosť zliatiny sa zvyšuje so zvyšujúcim sa obsahom Mn. Keď sa však obsah Mn neustále zvyšuje, Mn a Si tvoria fázu AlMnSi, ktorá stráca časť Si potrebného na vytvorenie fázy Mg2Si, a posilňujúci účinok fázy AlMnSi je menší ako účinok fázy Mg2Si. Preto sa spevňujúci účinok zliatiny znižuje.
Keď sa súčasne pridajú Mn a Cu, účinok spevnenia nie je taký dobrý ako pridanie samotného Mn, ale môže zvýšiť predĺženie a zlepšiť veľkosť zŕn žíhaného produktu.
Keď sa do zliatiny pridá Mn, v dôsledku vážnej intrakryštalickej segregácie Mn vo fáze a je ovplyvnený proces rekryštalizácie zliatiny, čo vedie k zhrubnutiu zrna žíhaného produktu. Aby sa získali jemnozrnné materiály, musí sa ingot homogenizovať pri vysokej teplote (550 stupňov), aby sa eliminovala segregácia Mn. Počas žíhania je lepšie rýchlo zahriať.
Cr: Cr a Mn majú podobné účinky. Cr inhibuje precipitáciu Mg2Si fázy na hranici zŕn, odďaľuje prirodzený proces starnutia a zlepšuje pevnosť po umelom starnutí. Cr môže zjemniť zrná a urobiť zrná po rekryštalizácii štíhlejšie, čím sa zlepší odolnosť zliatiny voči korózii. Obsah Cr je vo všeobecnosti 0,15 %~0,3 %.
Ti: Pridanie {{0}}.02 %~0,1 % Ti a 0,01 %~0,2 % Cr do hliníkových zliatin série 6XXX môže znížiť stĺpcovú kryštálovú štruktúru ingot, zlepšiť kovací výkon zliatiny a zjemniť zrná produktu.
Fe: Malé množstvo Fe (menej ako {{0}},4 %) môže zjemniť zrná. Keď obsah Fe presiahne 0,7 %, vzniká nerozpustná (AlMnFeSi) fáza, ktorá znižuje pevnosť, plasticitu a odolnosť produktu proti korózii. Keď je v zliatine obsiahnuté Fe, farba produktu po eloxovaní sa môže zhoršiť.
Zn: Malé množstvo nečistoty Zn má malý vplyv na pevnosť zliatiny a jeho obsah môže byť až 0,3 %.