(1) Egenskaper för 7xxx-seriens aluminiumlegeringar
7XXx-seriens aluminiumlegeringar är aluminiumlegeringar med Zn som huvudlegeringselement och är värmebehandlade aluminiumlegeringar. När Mg tillsätts till legeringen blir det Al-Zn-Mg-legering. Legeringen har goda termiska deformationsegenskaper och ett brett härdområde. Under lämpliga värmebehandlingsförhållanden kan den erhålla hög hållfasthet och goda svetsegenskaper. Den har i allmänhet god korrosionsbeständighet och en viss tendens till spänningskorrosion. Det är en höghållfast svetsbar aluminiumlegering. Al-Zn-Mg-Cu-legeringen utvecklas på basis av Al-Zn-Mg-legeringen genom att tillsätta Cu. Dess styrka är högre än hos 2X-seriens aluminiumlegeringar. Det kallas allmänt för ultrahöghållfast aluminiumlegering. Sträckgränsen för legeringen är nära draghållfastheten, sträckgränsen är hög och den specifika hållfastheten är också hög, men plasticiteten och högtemperaturhållfastheten är låg. Den är lämplig för bärande konstruktionsdelar som används vid rumstemperatur och under 120 grader. Legeringen är lätt att bearbeta och har god korrosionsbeständighet och hög seghet. Denna serie av legeringar används i stor utsträckning inom flyg- och rymdområdet och har blivit ett av de viktigaste strukturella materialen inom detta område.
(2) Legeringselement och föroreningselement och deras funktioner
① Al-Zn-Mg-legering Zn och Mg är de viktigaste legeringselementen i Al-Zn-Mg-legering, och deras innehåll är i allmänhet inte mer än 7,5 %.
Zn och Mg: När innehållet av Zn och Mg i legeringen ökar, ökar dess draghållfasthet och värmebehandlingseffekt i allmänhet i enlighet därmed. Spänningskorrosionstendensen hos legeringen är relaterad till summan av innehållet av Zn och Mg. För legeringar med högt Mg och lågt Zn eller högt Zn och lågt Mg, så länge summan av innehållet av Zn och Mg inte är mer än 7%, har legeringen god spänningskorrosionsbeständighet. Svetsspricktendensen hos legeringen minskar med ökningen av Mg-halten.
Spårmängder av tillsatta element i Al-Zn-Mg-legeringar inkluderar Mn, Cr, Cu, Zr och Ti, och de huvudsakliga föroreningarna inkluderar Fe och Si.
Mn och Cr: Tillsats av Mn och Cr kan förbättra legeringens spänningskorrosionsbeständighet. Mn-innehållet är 0.2%~
Vid {{0}},4 % är effekten signifikant. Effekten av att lägga till Cr är större än att lägga till Mn. Om Mn och Cr tillsätts samtidigt blir effekten av att minska tendensen till spänningskorrosion bättre. Lämplig mängd Cr tillsatt är 0,1%~0,2%.
Zr: Zr kan avsevärt förbättra svetsbarheten hos A{{0}}Zn-Mg-legeringar. När 0.2% Zr läggs till AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35-legering, reduceras svetssprickor avsevärt. Zr kan också öka den slutliga omkristallisationstemperaturen för legeringen. I legeringen AlZn4.5Mg1.8Mn0.6, när Zr-halten är högre än 0.2 %, är den slutliga omkristallisationstemperaturen för legeringen över 500 grader. Därför behåller materialet fortfarande sin styrka efter härdning. Deformerad vävnad. Att lägga till 0,1 % till 0,2 % Zr till Al-Zn-Mg-legeringar som innehåller Mn kan också förbättra legeringens spänningskorrosionsbeständighet, men Zr har en lägre effekt än Cr.
Ti: Att lägga till Ti till legeringen kan förfina legeringens kornstorlek i gjutet tillstånd och förbättra legeringens svetsbarhet, men dess effekt är lägre än Zr. Om Ti och Zr läggs till samtidigt blir effekten bättre. I legeringen AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3 med en Ti-halt på 0.12 %, när Zr-halten överstiger 0.15 %, har legeringen bra svetsbarhet och töjbarhet och kan uppnå samma effekt som när mer än 0,2 % Zr tillsätts enbart. Ti kan också öka legeringens omkristallisationstemperatur.
Cu: Att tillsätta en liten mängd Cu till Al-Zn-Mg-legeringar kan förbättra spänningskorrosionsbeständigheten och draghållfastheten. Legeringens svetsbarhet minskar dock.
Fe: Fe kan minska legeringens korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper, speciellt för legeringar med hög Mn-halt. Därför bör Fe-innehållet vara så lågt som möjligt och dess innehåll bör begränsas till mindre än 0,3 %.
Si: Si kan minska legeringens styrka, minska böjningsprestandan något och öka tendensen till svetssprickor. Innehållet av Si i legeringen bör begränsas till mindre än 0,3 %.
② Al-Zn-Mg-Cu-legering Al-Zn-Mg-Cu-legering är en värmebehandlingsbar legering. De huvudsakliga stärkande elementen är Zn och Mg. Cu har också en viss stärkande effekt, men dess huvudsakliga funktion är att förbättra materialets korrosionsbeständighet.
Zn och Mg: Zn och Mg är de viktigaste stärkande elementen. När de samexisterar kommer de att bilda η (MgZn2) och T (Al2Mg2Zn3) faser. η-fasen och T-fasen har en stor löslighet i AI och förändras dramatiskt med stigande och fall av temperaturen. Lösligheten av MgZn2 vid den eutektiska temperaturen är 28%, vilket reduceras till 4%~5% vid rumstemperatur. Den har en stark åldringsstärkande effekt. Ökningen av Zn- och Mg-innehåll kan avsevärt förbättra styrkan och hårdheten, men det kommer att minska plasticiteten, spänningskorrosionsbeständigheten och brottsegheten.
Cu: När Zn/Mg är större än 2,2 och Cu-halten är större än Mg, kan Cu och andra grundämnen producera en förstärkt S (CuMgAlz)-fas för att öka legeringens hållfasthet, men i det motsatta fallet kan möjligheten att existensen av S-fasen är mycket liten. Cu kan minska potentialskillnaden mellan korngränsen och den intragranulära, och kan också ändra fällningsfasstrukturen och förfina korngränsfällningsfasen, men det har liten effekt på bredden av korngränsen utan fällningszon. Det kan hämma tendensen till intergranulär sprickbildning och därigenom förbättra legeringens spänningskorrosionsbeständighet. När Cu-halten är större än 3 % försämras emellertid legeringens korrosionsbeständighet. Cu kan öka övermättnaden av legeringen, påskynda legeringens artificiella åldring mellan 100 och 200 grader C, utöka det stabila temperaturområdet för GP-zonen och förbättra draghållfastheten, plasticiteten och utmattningshållfastheten. I intervallet där Cu-halten inte är för hög, ökar den cykliska töjningsutmattningsmotståndet och brottsegheten med ökningen av Cu-halten, och spricktillväxthastigheten minskas i det korrosiva mediet, men tillsatsen av Cu har en tendens för att producera intergranulär korrosion och gropfrätning. Effekten av Cu på brottsegheten är relaterad till Zn/Mg-förhållandet. När förhållandet är litet, ju högre Cu-halten är, desto sämre är segheten; när förhållandet är stort, även om Cu-halten är hög, är segheten fortfarande mycket god.
Det finns också en liten mängd spårämnen som Mn, Cr, Zr, V, Ti, B i legeringen. Fe och Si är skadliga föroreningar i legeringen, och deras interaktioner är som följer.
Mn, Cr: Att lägga till en liten mängd övergångselement som Mn och Cr har en betydande effekt på legeringens struktur och egenskaper. Dessa element kan producera dispergerade partiklar under homogeniseringsglödgningen av götet, förhindra migration av dislokationer och korngränser, och därigenom öka omkristallisationstemperaturen, effektivt förhindra tillväxt av korn, raffinera korn och säkerställa att strukturen förblir okristalliserad eller delvis omkristalliserad efter varmbearbetning och värmebehandling, så att hållfastheten förbättras samtidigt som den har bättre motståndskraft mot spänningskorrosion. När det gäller att förbättra spänningskorrosionsbeständigheten är det bättre att lägga till Cr än att lägga till Mn.
Zr: Nyligen har det funnits en trend att ersätta Cr och Mn med Zr. Zr kan kraftigt öka omkristallisationstemperaturen för legeringen. Oavsett om det är varm deformation eller kall deformation, kan icke-omkristalliserad struktur erhållas efter värmebehandling. Zr kan också förbättra legeringens härdbarhet, svetsbarhet, brottseghet, spänningskorrosionsbeständighet etc. Zr är ett mycket lovande spårtillsatsämne i Al-Zn-Mg-Cu-legeringar.
Ti och B: Ti och B kan förfina legeringens korn i gjutet tillstånd och öka legeringens omkristallisationstemperatur.
Fe och Si: Fe och Si är oundvikliga skadliga föroreningar i 7XxX aluminiumlegeringar, som huvudsakligen kommer från råvaror, samt verktyg och utrustning som används vid smältning och gjutning. Dessa föroreningar finns huvudsakligen i form av hård och spröd FeAl: och fri Si. Dessa föroreningar kan också bilda grova föreningar såsom (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) med Mn och Cr. FeAl3 har effekten att förädla korn, men har en större inverkan på korrosionsbeständigheten. När halten av olöslig fas ökar, ökar också volymfraktionen av den olösliga fasen. Dessa olösliga andra faser kommer att gå sönder och förlängas under deformation, vilket resulterar i en bandad struktur, och partiklarna är arrangerade i en rak linje längs deformationsriktningen. Eftersom föroreningspartiklarna är fördelade inuti kornen eller på korngränserna, under plastisk deformation, uppstår porer på vissa partikel-matrisgränser, vilket resulterar i mikrosprickor, som blir ursprunget till makrosprickor. Dessutom har det ett stort inflytande på tillväxthastigheten av utmattningssprickor. Det har en viss effekt av att minska lokal plasticitet under destruktion. Ökningen av antalet föroreningar förkortar avståndet mellan partiklarna, vilket minskar den plastiska deformationsfluiditeten runt sprickspetsen. Eftersom fasen som innehåller Fe och Si är svår att lösa vid rumstemperatur, spelar den en roll som hack och blir lätt en sprickkälla, vilket gör att materialet går sönder, vilket har en mycket negativ effekt på töjningen, särskilt brottsegheten hos legering. Därför, när man designar och producerar nya legeringar, kontrolleras innehållet av Fe och Si strikt. Förutom att använda metallråvaror med hög renhet, vidtas även vissa åtgärder under smält- och gjutningsprocessen för att förhindra att dessa två element blandas in i legeringen.