Alyuminiyning kristall tuzilishi va deformatsiyalar harakati
Alyuminiy yuz-markazlangan kubik panjarada kristallanadi. Ushbu tuzilma o'n ikkita mustaqil sirpanish tizimini - to'rtta yaqin{3}}o'ralgan {111} tekislik bilan ta'minlaydi, ularning har biri uchta yaqin{5}}paketlangan yo'nalishni - o'z ichiga oladi, bu alyuminiyning to'satdan ishdan chiqishidan ko'ra egiluvchan, bir hil deformatsiyalanishining asosiy sababidir. 2,70 g/sm3 panjara zichligi po'latning uchdan bir qismini tashkil qiladi, shuning uchun alyuminiyning teng hajmdagi qismi og'irligi taxminan 65% ga kam bo'ladi va agar massa dizayn omili bo'lsa, bu material tanlashni boshqaradigan xususiyatdir.
Alyuminiy, shuningdek, yuqori stacking nosozlik energiyasiga ega, shuning uchun qisman dislokatsiyalar osongina qayta birlashadi va vintlardek dislokatsiyalar-hona haroratida osongina sirpanib ketadi. Ikkita amaliy oqibatlarga olib keladi: tiklanish tez, shuning uchun sovuq ishlov berilgan metall tavlanish jarayonida tez yumshaydi va sirpanish tekislikdan ko'ra to'lqinsimon bo'lib, dislokatsiya hujayra tuzilishini hosil qiladi va kuchlanish to'planganda oqim kuchlanishining tez ko'tarilishi.
Don hajmi, dislokatsiyalar va kuch manbalari
Dövülmüş alyuminiy hech qachon faqat bitta mexanizm bilan mustahkamlanmaydi. Qotishma dizayni mavjud mexanizmlarni birlashtirishdan iborat bo'lib, kerakli quvvatga shakllantirilishi yoki korroziyaga chidamliligini buzmasdan erishiladi:
Qattiq eritmani mustahkamlash- matritsada erigan magniy, marganets, mis va kremniy panjarani buzadi va dislokatsiya harakatiga toʻsqinlik qiladi. Bu 5xxx oilasidagi asosiy mexanizm.
Ishning qattiqlashishi- -issiqlik bilan ishlov berilmaydigan-1xxx, 3xxx va 5xxx qotishmalari uchun harorat belgilari orqali boshqariladigan yagona amaliy mustahkamlash usuli.
Yog'ingarchilikning qattiqlashishi- 2xxx, 6xxx va 7xxx qotishmalari uchun asosiy marshrut, bu erda kogerent yoki yarim{4}}kogerent zarralar sirpanishni bloklaydi.
Dispersiyani kuchaytirish- Al20Cu2Mn3, Al6Mn va Al12Mg2Cr kabi bir-biriga mos kelmaydigan zarralar pin donalari va pastki don chegaralari va qayta kristallanishni nazorat qiladi.
Donni tozalash- mayda don oʻlchami Hall-Petch aloqasi orqali hosildorlikni oshiradi va qattiqlikni yaxshilaydi; don hajmi ASTM E112 ga muvofiq o'lchanadi.
7xxx qotishmalarida yog'ingarchilikning qattiqlashishi
Al-Zn-Mg-Cu oilasi har qanday tijorat ishlangan alyuminiy qotishmasining eng yuqori mustahkamligini taʼminlaydi va uning harakati yogʻingarchilik ketma-ketligi orqali yaxshi tushuniladi: oʻta toʻyingan qattiq eritma, soʻngra Guinier{3}}Preston zonalari, soʻngra metastabil eta{{4}birlamchi faza va Z2 jadvali).
GP zonalarixona haroratida tabiiy qarish paytida hosil bo'ladi va erta quvvat o'sishini ta'minlaydi.
Eta-primeeng yuqori kuch hosil qiluvchi kogerent fazadir. 7075 tipidagi qotishmada T6 temperiga qarish taxminan 570 MPa kuchlanish kuchlariga etadi.
Ortiqcha qarishT73 yoki T76 ga barqaror eta fazasi o'sib boradi va kuchlanishning korroziya yorilishiga sezilarli darajada yaxshi qarshilik ko'rsatish evaziga kuchning taxminan 10-15% ni qurbon qiladi. Bu savdo ho'l yoki dinamik xizmat ko'rsatishning muhim qismlari uchun juda muhim va ASTM G47 kabi usullar yordamida baholanadi.
Retrogressiya va qayta-qarilikdon chegarasidagi cho'kmalarni qisqa muddatda eritib, so'ngra materialni qayta-eskiradi, bu esa korroziyaga chidamlilikni ta'minlaydigan uzluksiz don chegarasi strukturasini saqlab qolgan holda cho'qqi kuchining katta qismini tiklaydi.
Sirkoniy va xrom qo'shimchalari gomogenizatsiya jarayonida Al3Zr va Al18Mg3Cr2 dispersoidlarini hosil qiladi. Bu zarralar kogerent yoki yarim{5}}kogerent boʻlib, qayta kristallanishni oldini oladi, shuning uchun eritma bilan ishlov berish orqali ishlov berilgan tekstura va ular bilan bogʻliq mustahkamlik saqlanib qoladi.
Skandiy va sirkoniy: izchil dispersoid dizayni
Alyuminiy eritmasiga taxminan 0,2% skandiy qo'shilsa, qattiqlashganda Al3Sc zarralari hosil bo'ladi. Al3Sc L12 tuzilishga ega, alyuminiy matritsaga mos keladi va juda samarali donni qayta ishlovchi hisoblanadi: quyma don hajmi bir necha mikrometrga tushadi va qayta kristallanish kuchli bostiriladi, chunki zarrachalar issiq ish paytida chegaralarni pin qiladi.
Sirkoniy Al3Sc panjarasiga oʻrnini bosadi,-qobiq Al3(Sc,Zr) choʻkmasi hosil boʻladi, u taxminan 300-350 C gacha qoʻpollashuvga qarshilik koʻrsatadi, bu foydali xizmat koʻrsatish haroratini anʼanaviy 2xxx va 7xxx qotishmalaridan ancha yuqoriroq oshiradi. Dövülmüş Al-Mg-Sc va Al-Zn-Mg-Sc mahsulotlari matritsa va haroratga qarab, taxminan 300 MPa dan taxminan 550 MPa gacha boʻlgan oqim kuchiga erishadi, shu bilan birga yaxshi payvandlanish qobiliyatini saqlaydi va issiqlik taʼsirlangan zonada oʻz xususiyatlarini saqlab qoladi. Bu kombinatsiya ularning aerokosmik tuzilmalarda va qo'shimchalar ishlab chiqarish kukunlarida qo'llanilishini tushuntiradi, bu erda nozik, termal barqaror don tuzilishi eritilgan hovuzning izchil harakati uchun zarurdir.
Ko'tarilgan harorat harakati va quyma qotishmalar
Yuqori{0}}haroratli alyuminiy dizayni, asosan, zarrachalarning yiriklashishiga qarshi kurashdir. Al3 (Sc, Zr) va Al20Cu2Mn3 kabi dispersoidlar qarish haroratidan ancha yuqori barqaror bo'lib qoladi va chegaralarni pin qilishda davom etadi; titanium borid va titanium karbidli donni qayta ishlovchilar qattiqlashuv va eritma bilan ishlov berish jarayonida don o'sishini bostiradi; va Al-Si quyma qotishmalarida stronsiy bilan modifikatsiya qilish evtektik kremniyni qo'pol trombotsitlardan nozik tolali morfologiyaga aylantiradi, bu esa egiluvchanlik va charchoq kuchini sezilarli darajada oshiradi. Yuqori haroratlarda siljish qarshiligi kremniy morfologiyasiga emas, balki marganets, nikel, tsirkoniy yoki nodir tuproq qo'shimchalari bilan hosil bo'lgan termal barqaror intermetalllarga bog'liq bo'lib, siljish va kuchlanishning yorilishi harakati amaldagi ASTM va ISO sinov usullari bilan tavsiflanadi.
Hisoblash qotishma dizayni
Zamonaviy qotishma ishlab chiqarish quyma quyishdan oldin simulyatsiya bilan boshqariladi. CALPHAD termodinamik ma'lumotlar bazasi fazalar muvozanatini, qotib qolish yo'llarini va eritma bilan ishlov berish uchun harorat oynalarini bashorat qiladi; birinchi-zichlikning funksional nazariyasiga asoslangan printsiplar hisob-kitoblari yog'ingarchilik modellarini oziqlantiruvchi hosil bo'lish va bog'lanish energiyasini ta'minlaydi; va eksperimental va sanoat ma'lumotlari asosida o'qitiladigan{2}}ma'lumotlarga asoslangan modellar endi 6xxx qotishmalaridagi magniy-silikonning- nisbati kabi kompozitsiyani tanlashga rahbarlik qiladi, bunda kichik siljish kuch, ekstrudativlik va sirt sifati o'rtasidagi muvozanatni o'zgartiradi. Jarayonni simulyatsiya qilish tsiklni yopadi, chunki shakllantirish va issiqlik bilan ishlov berish raqamli modellashtirilgan va o'lchangan buzilish va qoldiq stressga qarshi tasdiqlangan, shuning uchun issiqlik bilan ishlov berish davrlarini sof eksperimental dasturga qaraganda ancha kamroq jismoniy sinovlar bilan-sozlash mumkin.
Tez-tez so'raladigan savollar
Savol: Nima uchun alyuminiy juda egiluvchan?
Yuz{0}}markazlangan kubik panjara o'n ikkita mustaqil sirpanish tizimini taklif qiladi, shuning uchun deformatsiya ko'plab tekisliklar va yo'nalishlarda taqsimlanishi mumkin. Yuqori stacking nosozlik energiyasi, shuningdek, oson xoch{2}}silib ketish imkonini beradi, bu esa stressning kontsentratsiyasini oldini oladi va sinishni kechiktiradi.
Savol: Alyuminiy qotishmasining mustahkamligini nima aniqlaydi?
Kuch - qattiq eritmani mustahkamlash, ish qattiqlashuvi, yog'ingarchilikni mustahkamlash, dispersiyani mustahkamlash va don chegarasini mustahkamlash yig'indisi. Qotishma dizaynerlari bu mexanizmlarni shakllantirilishi yoki korroziyaga chidamliligini yo'qotmasdan kerakli kuchga erishish uchun birlashtiradi.
Savol: Nima uchun skandiy alyuminiyga qo'shiladi?
Skandiy kogerent Al3Sc cho'kmalarini hosil qiladi, ular quyma don strukturasini bir necha mikrometrgacha yaxshilaydi va qayta kristallanishni bloklaydi. Zirkonyum qo'shilganda, Al3 (Sc, Zr) zarralari taxminan 300-350 S gacha bo'lgan qo'pollikka qarshilik ko'rsatadi va yaxshi payvandlanishi bilan yuqori quvvat beradi.
Savol: 7xxx qotishmasidagi T6 va T73 temperlari o'rtasidagi farq nima?
T6 eng yuqori-qarilik xususiyatidir va maksimal kuch beradi. T73 - bu haddan tashqari qarigan temper bo'lib, u kuchlanishning korroziya yorilishiga nisbatan ancha yaxshi qarshilik ko'rsatish uchun taxminan 10-15% kuchni yo'qotadi, shuning uchun u nam xizmatdagi muhim qismlar uchun mo'ljallangan.
Savol: Don hajmi mexanik xususiyatlarga qanday ta'sir qiladi?
Yupqaroq don hajmi Hall-Petch aloqasi orqali hosildorlikni oshiradi va odatda qattiqlik va charchoqni yaxshilaydi. Don hajmi ASTM E112 bo'yicha o'lchanadi va quyish amaliyoti, donni qayta ishlash va termomexanik ishlov berish orqali nazorat qilinadi.
Savol: CALPHAD qotishma dizaynida nima uchun ishlatiladi?
CALPHAD tarkibi va harorat oralig'ida fazaviy muvozanat va qotib qolish harakatini bashorat qiluvchi termodinamik modellarni quradi. U qotishma darajalari va issiqlik bilan ishlov berish oynalarini-tanlash uchun ishlatiladi, bu esa yangi qotishmani aniqlash uchun zarur bo'lgan eksperimental sinovlar sonini kamaytiradi.
