Comment et pourquoi des éléments d'alliage sont ajoutés à l'aluminium

Q: J'ai été informé que l'aluminium pur est généralement pas utilisé pour des applications structurales et que pour produire de l'aluminium qui est une résistance suffisante pour la fabrication de composants structurels, il est nécessaire d'ajouter d'autres éléments à l'aluminium. Quels sont les éléments sont ajoutés à ces alliages d'aluminium? Quel effet ont-ils sur la performance du matériel? Et dans quelles applications sont ces alliages utilisés?

R: Votre information acquise est essentiellement correcte. Il serait très rare de trouver l'aluminium pur (série 1xxx d'alliages) choisi pour la fabrication de structure en raison de leurs caractéristiques de résistance. Bien que la série 1xxx sont en aluminium presque pur, ils réagiront à la souche de durcissement et en particulier si elles contiennent des quantités appréciables d'impuretés telles que le fer et le silicium. Cependant, même à l'état écroui, les alliages de la série 1xxx ont une très faible résistance par rapport à l'autre série d'alliages d'aluminium. Lorsque les alliages de la série 1xxx sont choisis pour une application structurale, ils sont le plus souvent choisis pour leur résistance à la corrosion et / ou leur conductivité électrique élevée. Les applications les plus courantes pour les alliages de la série 1xxx sont une feuille d'aluminium, des barres omnibus électriques, fil de métallisation et de réservoirs de produits chimiques et des systèmes de tuyauterie.

L'addition d'éléments d'alliage à l'aluminium est la principale méthode utilisée pour produire une sélection de différents matériaux qui peuvent être utilisés dans une grande variété d'applications structurelles.

Si l'on considère les sept séries d'alliage d'aluminium désigné utilisé pour les alliages forgé, nous pouvons identifier immédiatement les principaux éléments d'alliage utilisés pour la production de chacune des séries d'alliage. Nous pouvons alors aller plus loin et examiner chacun des effets de ces éléments sur l'aluminium. J'ai également ajouté d'autres éléments couramment utilisés et leurs effets sur l'aluminium.

1xxx Aluminium - 99,00% et plus

6xxx magnésium et le silicium

Les principaux effets des éléments d'alliage en aluminium sont les suivantes:

Cuivre (Cu) 2xxx - Les alliages aluminium-cuivre contient typiquement entre 2 et 10% de cuivre, avec de petites additions d'autres éléments. Le cuivre offre une importante augmentation de la force et facilite le durcissement par précipitation. L'introduction du cuivre à l'aluminium peut également réduire la malléabilité et la résistance à la corrosion. La sensibilité à la fissuration de solidification des alliages aluminium-cuivre est augmentée; Par conséquent, certains de ces alliages peuvent être les alliages d'aluminium les plus difficiles à souder. Ces alliages comprennent certaines des forces les plus élevées des alliages d'aluminium à traitement thermique. Les applications les plus courantes pour les alliages de la série 2xxx sont l'aérospatiale, des véhicules militaires et des ailettes de roquette.

Le manganèse (Mn) 3xxx - L'addition de manganèse à l'aluminium augmente la force quelque peu par le renforcement de la solution et améliore écrouissage sans réduire sensiblement la ductilité ou de la résistance à la corrosion. Ce sont des matériaux non thermique traitable force modérée qui conservent la résistance à des températures élevées et sont rarement utilisées pour les principales applications structurelles. Les applications les plus courantes pour les alliages de la série 3xxx sont les ustensiles de cuisine, des radiateurs, des condenseurs de climatisation, évaporateurs, échangeurs de chaleur et des systèmes de tuyauterie associés.

Le silicium (Si) 4xxx - L'addition de silicium à l'aluminium réduit la température de fusion et d'améliorer la fluidité. Silicium dans l'aluminium seul produit un alliage à traitement non thermique; cependant, en combinaison avec du magnésium, il produit une précipitation durcissante alliage à traitement thermique. Par conséquent, il existe deux alliages aptes au traitement thermique et apte au traitement non thermique au sein de la série 4xxx. additions de silicium à l'aluminium sont couramment utilisés pour la fabrication de pièces moulées. Les applications les plus courantes pour les alliages de la série 4xxx sont des fils de remplissage pour le soudage par fusion et le brasage de l'aluminium.

Magnésium (Mg) 5xxx - L'addition de magnésium à l'aluminium augmente la résistance à travers le renforcement solide de la solution et améliore leur capacité d'écrouissage. Ces alliages sont non thermique la plus haute résistance aptes au traitement des alliages d'aluminium et sont donc largement utilisés pour des applications structurelles. Les alliages de la série 5xxx sont fabriqués principalement en feuille et la plaque, et seulement de temps en temps comme extrusions. La raison est que ces alliages souche durcissent rapidement et sont donc difficiles et coûteux à extruder. Certaines applications communes pour les alliages de la série 5xxx sont des carrosseries de camions et de train, des bâtiments, des véhicules blindés, des navires et la construction de bateaux, chimiquiers, récipients sous pression et des réservoirs cryogéniques.

Fer (Fe) - Le fer est l'impureté la plus commune dans l'aluminium et est intentionnellement ajouté à certains alliages purs (série 1xxx) pour fournir une légère augmentation de la résistance.

Le chrome (Cr) - Le chrome est ajouté à l'aluminium pour contrôler la structure du grain, pour empêcher la croissance des grains dans les alliages aluminium-magnésium, et d'empêcher la recristallisation dans les alliages aluminium-magnésium-silicium ou aluminium-magnésium-zinc pendant le traitement thermique. Le chrome réduira également la sensibilité à la corrosion du stress et améliore la ténacité.

Nickel (Ni) - nickel est ajouté à l'aluminium-cuivre et des alliages d'aluminium-silicium pour améliorer la dureté et la résistance à des températures élevées et de réduire le coefficient de dilatation.

Zirconium (Zr) - zirconium est ajouté à l'aluminium pour former un fin précipité de particules intermatallic qui inhibent la recristallisation.

Plomb (Pb) et Bismuth (Bi) - Le plomb et le bismuth sont ajoutés à l'aluminium pour aider à la formation des copeaux et d'améliorer usinabilité. Ces alliages d'usinage libres sont souvent pas soudable car le plomb et le bismuth produisent des constituants à bas point de fusion et peuvent produire des propriétés mécaniques médiocres et / ou une sensibilité élevée à la fissuration lors de la solidification.

Il existe de nombreux alliages d'aluminium utilisés aujourd'hui dans l'industrie - plus de 400 alliages forgé et plus de 200 allloys de coulée sont actuellement enregistrés auprès de l'Association de l'aluminium. Certes, l'une des considérations les plus importantes rencontrées lors du soudage de l'aluminium est l'identification du type d'alliage à base d'aluminium à souder. Si le type du composant à souder de matériau de base ne sont pas disponibles par le biais d'une source fiable, il peut être difficile de choisir une procédure de soudage appropriée. Il y a quelques directives générales quant aux applications du type d'aluminium le plus probable utilisé dans différents, tels que ceux mentionnés ci-dessus. Cependant, il est très important d'être conscient du fait que des hypothèses erronées quant à la composition chimique d'un alliage d'aluminium peut entraîner des effets très graves sur la performance de soudage. Il est fortement recommandé que l'identification positive du type d'aluminium soit fait et que les procédures de soudage développé et testé afin de vérifier les performances de soudage.