एल्यूमिनियम मिश्र धातु विकास: मिश्र धातु उच्च यांत्रिक गुण कैसे प्राप्त करते हैं

मिश्र धातु विकास का उद्देश्य

एल्यूमीनियम मिश्र धातु का विकास ताकत, कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध और निर्माण क्षमता के लक्ष्य संयोजन तक पहुंचने के लिए रसायन शास्त्र, प्रसंस्करण और गर्मी उपचार का नियंत्रित हेरफेर है। शुद्ध एल्युमीनियम नरम और लचीला होता है; प्रत्येक वाणिज्यिक मिश्र धातु में ऐसे तत्व शामिल होते हैं जो अव्यवस्था की गति में हस्तक्षेप करते हैं या सूक्ष्म संरचना को परिष्कृत करते हैं। इंजीनियरिंग का कार्य यह तय करना है कि कौन सा तंत्र स्वीकार्य लागत पर आवश्यक संपत्ति प्रदान करता है, फिर प्रसंस्करण मार्ग को ठीक करना है जो उस तंत्र को उत्पादन में दोहराने योग्य बनाता है।

आधुनिक अभ्यास में पांच तंत्र हावी हैं: वर्षा सख्त करना, स्कैंडियम माइक्रोअलॉयिंग, लिथियम परिवर्धन, 6xxx शीट में सेंकना सख्त करना, और ऊंचे तापमान सेवा के लिए तेजी से जमना।

7xxx श्रृंखला में वर्षा का सख्त होना

Zn में -Mg {{1}Cu मिश्रधातु में, विलेय समूह कमरे के तापमान पर प्राकृतिक उम्र बढ़ने के लगभग 24 घंटों के भीतर सुसंगत गुइनियर-प्रेस्टन क्षेत्र बनाते हैं। इन मिश्र धातुओं के लिए मानक टी 6 मार्ग में 2 घंटे के लिए लगभग 475 डिग्री पर समाधान उपचार, एक पानी शमन, फिर 24 घंटे के लिए लगभग 120 डिग्री पर कृत्रिम उम्र बढ़ने शामिल है।

कृत्रिम उम्र बढ़ने के दौरान एमजीजेडएन पर आधारित मेटास्टेबल η' चरण₂, न्यूक्लियेट्स और अव्यवस्था गति को रोकता है, जो ताकत में वृद्धि पैदा करता है। व्यापार {{1} बंद क्लासिक है: अधिक आयु वाले T7 स्वभाव तनाव के प्रति स्पष्ट रूप से बेहतर प्रतिरोध हासिल करने के लिए चरम शक्ति का लगभग 10% त्याग करते हैं {{5}संक्षारण क्रैकिंग, जैसा कि AA7075-T7351 में होता है।

एयरोस्पेस सामग्री विनिर्देश आमतौर पर 28 एमपीए·एम से ऊपर न्यूनतम विमान {{0}स्ट्रेन फ्रैक्चर कठोरता निर्धारित करते हैं^1/2उच्च शक्ति वाले 7xxx प्लेट जैसे कि AA7150-T7751 में मोटे पंख वाले {{0}स्पर सेक्शन के लिए। फ्रैक्चर की कठोरता को एएसटीएम बी645 की प्रक्रियाओं से मापा जाता है, ताकि आवश्यकता की ताकत और क्षति-सहिष्णुता पक्षों का तुलनीय शर्तों पर मूल्यांकन किया जा सके।

स्कैंडियम माइक्रोअलॉयिंग, अनाज शोधन और वेल्डेबिलिटी

एल्युमीनियम मिश्रधातु में लगभग 0.2% स्कैंडियम मिलाने से ढले हुए अनाज की संरचना बदल जाती है, जिससे अनाज का आकार लगभग 500 μm से घटकर लगभग 10 μm हो जाता है। तंत्र सुसंगत अल का गठन है₃एससी नैनोप्रेसिपिटेट्स, आमतौर पर आकार में 3 - 5 एनएम, जो अव्यवस्थाओं और अनाज सीमाओं दोनों को पिन करते हैं और उच्च तापमान प्रसंस्करण के बाद भी पुन: क्रिस्टलीकरण का विरोध करते हैं।

माइक्रोअलॉयिंग जोड़ के लिए संपत्ति का लाभ बड़ा है: एनील्ड अल -एमजी -एससी सामग्री में उपज शक्ति लगभग 150 एमपीए से बढ़कर लगभग 350 एमपीए हो जाती है। स्कैंडियम AA2219 जैसे वेल्डेबल उच्च शक्ति वाले मिश्र धातुओं में गर्म {5}क्रैकिंग संवेदनशीलता को भी हटा देता है, यही कारण है कि बड़े क्रायोजेनिक प्रणोदक टैंक गुंबदों के लिए वेल्डेबल अल {{8}Cu - Sc वेरिएंट का उपयोग किया जाता है। सीमित करने वाला कारक हमेशा लागत रहा है, और बहुत अधिक विकास प्रयास अब प्रक्रिया द्वारा उत्पादों और खदान अवशेषों से स्कैंडियम को पुनर्प्राप्त करने में किया जाता है ताकि उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला में जोड़ किफायती हो जाए।

लिथियम परिवर्धन और घनत्व में कमी

एल्युमीनियम में जोड़ा गया प्रत्येक 1% लिथियम घनत्व को लगभग 3% कम कर देता है और कठोरता बढ़ा देता है, यही कारण है कि लिथियम युक्त मिश्र धातुएं वजन के लिए आकर्षक होती हैं, महत्वपूर्ण संरचनाओं और क्रायोजेनिक टैंकेज के लिए। लगभग 1.0% ली वाले मिश्रधातु, जैसे कि 2195 परिवार, ने लॉन्च वाहन टैंकेज में 2219 की जगह ले ली है और प्रति वाहन वजन में पर्याप्त बचत प्रदान की है।

डुप्लेक्स एजिंग उपचार मौजूद है क्योंकि टी₁अवक्षेपण धीमा होता है और इसे निचले तापमान पर न्यूक्लियेट किया जाना चाहिए, इससे पहले कि उच्च तापमान चरण प्लेट में बढ़ता है, अवक्षेपों की तरह, जो मिश्र धातु को उसकी ताकत और कठोरता का संतुलन प्रदान करते हैं। स्वच्छ पिघलना भी उतना ही महत्वपूर्ण है, क्योंकि लिथियम आसानी से ऑक्सीकरण करता है और ऑक्साइड समावेशन दरार आरंभकर्ता के रूप में कार्य करता है।

6xxx श्रृंखला में हार्डनिंग बेक करें

ऑटोमोटिव बॉडी पैनल T4P स्थिति में Al{0}}Mg-Si शीट का उपयोग करते हैं, जिसे पेंट शॉप में बनाया और मजबूत किया जाता है। मिलीग्राम₂सी'' सुइयां, लगभग 2 गुणा 5 एनएम, पेंट बेक चक्र के दौरान अवक्षेपित होती हैं, आम तौर पर 20 मिनट के लिए 185 डिग्री, जिससे जहां पैनल पहले से ही बना होता है, वहां उपज की ताकत बढ़ जाती है।

AA6016-T4P शीट DP780 जैसे दोहरे चरण वाले स्टील संदर्भ की तुलना में लगभग 20% अधिक पोस्ट{4}}बेक ताकत तक पहुंचती है।

इलेक्ट्रोकोट आसंजन लोहे के अनुपात को 1.5:1 से ऊपर रखने पर निर्भर करता है ताकि सतह रसायन विज्ञान प्रीट्रीटमेंट लाइन के माध्यम से सुसंगत रहे।

ऊर्जा अवशोषण के रूप में मापा गया क्रैश प्रदर्शन तुलनीय स्टील अनुभागों के लिए लगभग 8 केजे/किलोग्राम के मुकाबले लगभग 15 केजे/किग्रा तक पहुंचता है।

6xxx मिश्रधातु में बड़े एकल {{0}पीस अंडरबॉडी कास्टिंग और स्ट्रक्चरल पैनल एक ही बेक{2}कठोरीकरण मार्ग का उपयोग करते हैं, इसलिए प्रेस में फॉर्मेबिलिटी और सेवा में ताकत अलग हो जाती है।

तेजी से जमना और उच्च -तापमान मिश्र धातु

पारंपरिक कास्ट एल्युमीनियम मिश्रधातुएं लगभग 150 डिग्री से ऊपर अपनी ताकत खो देती हैं क्योंकि उनकी मजबूती से मोटेपन का अवक्षेपण हो जाता है। तेजी से जमना तापीय रूप से स्थिर कणों का बारीक फैलाव बनाकर इस सीमा को दरकिनार कर देता है। उदाहरण के लिए, स्प्रे जमाव, एक अल-8.5Fe-1.3V-1.7Si मिश्र धातु का उत्पादन करता है जो अभी भी 300 डिग्री पर लगभग 400 एमपीए ताकत तक पहुंचता है, जो 10 से ऊपर की फैलाव वाली आबादी द्वारा समर्थित है।¹⁷/m³50 एनएम अल₁₂(Fe,V)₃सी कण जो मोटे होने का विरोध करते हैं।

एडिटिव विनिर्माण एक ही विचार को जटिल आकृतियों तक विस्तारित करता है। चयनात्मक लेजर मेल्टिंग का उपयोग टर्बोचार्जर पहियों और AlSi10Mg ब्रेक कैलीपर्स को बढ़िया, सुपरसैचुरेटेड सेल संरचनाओं और अच्छी आयामी स्वतंत्रता के साथ बनाने के लिए किया जाता है, जबकि कंप्रेसर अनुभागों के लिए विकसित Al{2}}Ce{3}}Mg मिश्र धातुएं अपने फैलाव को खोए बिना 250 डिग्री के आसपास सेवा तापमान का सामना करती हैं। डिजाइनरों के लिए, व्यावहारिक संदेश यह है कि मिश्र धातु का विकास अब केवल पिघले हुए तत्वों को जोड़ने का मामला नहीं है; पाउडर मार्ग, जमने की दर और ताप उपचार अब समान रूप से शक्तिशाली लीवर हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

प्रश्न: एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में वर्षा का सख्त होना क्या है?
यह उम्र बढ़ने के दौरान बनने वाले बारीक बिखरे हुए कणों से मजबूत हो रहा है। विलेय को शमन द्वारा सुपरसैचुरेटेड घोल में रखा जाता है, फिर जीपी ज़ोन और मेटास्टेबल चरणों के रूप में अवक्षेपित किया जाता है जो अव्यवस्था की गति को बाधित करता है।

प्रश्न: अधिकतम आयु वाले T6 के बजाय T7 टेम्परेचर का उपयोग क्यों करें?
T7 की उम्र बढ़ने से लगभग 10% चरम शक्ति कम हो जाती है, लेकिन तनाव में काफी सुधार होता है, संक्षारण क्रैकिंग प्रतिरोध और आयामी स्थिरता में सुधार होता है, जो निरंतर भार में मोटे वर्गों के लिए मायने रखता है।

प्रश्न: अनाज की संरचना को परिष्कृत करने के लिए कितने स्कैंडियम की आवश्यकता होती है?
लगभग 0.2% आमतौर पर अल के माध्यम से ढले अनाज के आकार को लगभग 500 μm से घटाकर लगभग 10 μm करने के लिए पर्याप्त है।₃3-5 एनएम के एससी नैनोप्रेसिपिटेट्स।

प्रश्न: लिथियम युक्त मिश्रधातुओं को दो चरणों में क्यों पुराना किया जाता है?
T₁(अल₂CuLi) वर्षा धीमी होती है, इसलिए 155 डिग्री और फिर 190 डिग्री पर डुप्लेक्स उम्र बढ़ने से पहले चरण को न्यूक्लियेट किया जाता है और फिर इसे उस आकार में बढ़ाया जाता है जो सबसे अच्छी ताकत और क्रूरता देता है।

प्रश्न: बॉडी पैनल में कठोर 6xxx शीट को बेक करने की सीमा क्या है?
प्रेस में फॉर्मेबिलिटी और इलेक्ट्रोकोट आसंजन के लिए सतह रसायन विज्ञान की स्थिरता, यही कारण है कि लोहे का {{0}से -सिलिकॉन अनुपात लगभग 1.5:1 से ऊपर नियंत्रित होता है।

प्रश्न: कौन सा तंत्र एल्यूमीनियम को 250 डिग्री से ऊपर काम करने की अनुमति देता है?
तेजी से जमने की प्रक्रिया। यह अल जैसे स्थिर कणों का घना फैलाव बनाता है₁₂(Fe,V)₃सी, जो ऊंचे तापमान पर मोटे होने का प्रतिरोध करता है।