(1) Caratteristiche delle leghe di alluminio serie 6xxx
Le leghe di alluminio della serie 6xxx sono leghe di alluminio con magnesio e silicio come principali elementi di lega e fase Mg2Si come fase di rinforzo. Sono leghe di alluminio trattabili termicamente. Le leghe hanno i vantaggi di media resistenza, elevata resistenza alla corrosione, nessuna tendenza alla criccatura da corrosione sotto sforzo, buone prestazioni di saldatura, prestazioni di corrosione invariate nella zona di saldatura, buona formabilità e lavorabilità. Quando il rame è contenuto nella lega, la resistenza della lega può essere vicina a quella delle leghe di alluminio della serie 2xxx e la lavorabilità è migliore di quella delle leghe di alluminio della serie 2XXx, ma la resistenza alla corrosione si deteriora. La lega ha buone prestazioni di forgiatura. Le leghe più ampiamente utilizzate in questa serie sono le leghe 6061 e 6063, che hanno le migliori prestazioni complete ed economiche. I prodotti principali sono profili estrusi e la più grande applicazione di questa lega sono i profili architettonici.
(2) Il ruolo dei principali elementi di lega e di impurità
I principali elementi di lega delle leghe di alluminio della serie 6XXX sono Mg, Si e Cu e i loro ruoli sono i seguenti.
1) Il ruolo di g e Si
La variazione del contenuto di Mg e Si ha scarso effetto sulla resistenza alla trazione e sull'allungamento della lega Al-Mg-Si allo stato ricotto.
Con l'aumento del contenuto di Mg e Si, la resistenza alla trazione della lega Al-Mg-Si nello stato di invecchiamento naturale temprato aumenta e l'allungamento diminuisce. Quando il contenuto totale di Mg e Si è costante, anche la variazione del rapporto di contenuto di Mg e Si ha un grande effetto sulle prestazioni. Con un contenuto di Mg fisso, la resistenza alla trazione della lega aumenta con l'aumento del contenuto di Si. Con un contenuto di fase Mg2Si fisso e un aumento del contenuto di Si, l'effetto di rafforzamento della lega è migliorato, mentre l'allungamento è leggermente migliorato. Con un contenuto di Si fisso, la resistenza alla trazione della lega aumenta con l'aumento del contenuto di Mg. Per le leghe con un piccolo contenuto di Si, la massima resistenza alla trazione si trova nella regione trifase (Al)-Mg2Si-Mg2Al. La massima resistenza alla trazione della lega ternaria A1-Mg-Si si trova nella regione trifase a(Al)-Mg2Si-Si.
L'influenza di Mg e Si sulle proprietà meccaniche della lega nello stato di invecchiamento artificiale temprato è sostanzialmente la stessa di quella della lega nello stato di invecchiamento naturale temprato, ma la resistenza alla trazione è notevolmente migliorata e il valore massimo si trova ancora nella regione trifase a(Al)-MgzSi-Si, mentre l'allungamento diminuisce di conseguenza.
Quando ci sono residui di Si e MgSi nella lega, la resistenza alla corrosione diminuisce con l'aumento della loro quantità. Tuttavia, quando la lega si trova nella regione bifase a(Al-MgzSi e la lega nella regione monofase dove la fase MgSi è completamente disciolta nella matrice, la resistenza alla corrosione è la migliore. Tutte le leghe non hanno tendenza alla criccatura da corrosione sotto sforzo.
Quando la lega viene saldata, la tendenza a formare crepe nella saldatura è relativamente grande, ma nella regione bifase a(Al-Mg2Si, la lega con una composizione di 0.2%~0.4%Si e 1.2%~1.4%Mg e nella regione trifase a(Al)-Mg2Si-Si, la lega con una composizione di 0%Si e 0.8%~2.0%Mg ha una tendenza relativamente piccola a formare crepe nella saldatura.
2) Effetto del Cu
Dopo aver aggiunto Cu alla lega AI-Mg-Si, la forma di esistenza di Cu nella struttura non dipende solo dal contenuto di Cu, ma anche dal contenuto di Mg e Si. Quando il contenuto di Cu è molto piccolo e il rapporto Mg:Si è 1,73:1, si forma la fase MgSi e tutto il Cu è disciolto nella matrice; quando il contenuto di Cu è alto e il rapporto Mg:Si è inferiore a 1,08, si può formare la fase W (AlCuMgsSi) e il Cu rimanente forma CuAl; quando il contenuto di Cu è alto e il rapporto Mg:Si è superiore a 1,73, si possono formare le fasi S (AlCuMg) e CuAl. La fase W è diversa dalla fase S, dalla fase CuAl e dalla fase MgSi. Si dissolve solo parzialmente nello stato solido e il suo effetto di rafforzamento non è così grande come quello della fase MgSi.
L'aggiunta di Cu alla lega non solo migliora significativamente la plasticità della lega durante la lavorazione a caldo, ma aumenta anche l'effetto di rafforzamento del trattamento termico. Può anche sopprimere l'effetto di estrusione e ridurre l'anisotropia che si verifica dopo l'aggiunta di Mn.
3) Il ruolo di Mn, Cr, Ti, Fe e Zn
Gli elementi aggiunti in tracce nella lega A1 della serie 6XXX includono Mn, Cr e Ti, mentre gli elementi di impurità includono principalmente Fe, Zn, ecc. e le loro funzioni sono le seguenti.
Mn: l'aggiunta di Mn alla lega può migliorare la resistenza, la resistenza alla corrosione, la tenacità all'impatto e le proprietà di flessione. Quando Cu e Mn vengono aggiunti alla lega AlMg{{0}}.7Si1.0, quando il contenuto di Mn è inferiore allo 0,2%, la resistenza della lega aumenta con l'aumento del contenuto di Mn. Tuttavia, man mano che il contenuto di Mn continua ad aumentare, Mn e Si formano la fase AlMnSi, che perde parte del Si necessario per formare la fase Mg2Si, e l'effetto di rafforzamento della fase AlMnSi è inferiore a quello della fase Mg2Si. Pertanto, l'effetto di rafforzamento della lega diminuisce.
Aggiungendo contemporaneamente Mn e Cu, l'effetto rinforzante non è buono quanto quello ottenuto aggiungendo solo Mn, ma può aumentare l'allungamento e migliorare la granulometria del prodotto ricotto.
Quando Mn viene aggiunto alla lega, a causa della grave segregazione intracristallina di Mn nella fase a, il processo di ricristallizzazione della lega viene influenzato, con conseguente ingrossamento della grana del prodotto ricotto. Per ottenere materiali a grana fine, il lingotto deve essere omogeneizzato ad alta temperatura (550 gradi) per eliminare la segregazione di Mn. È meglio riscaldare rapidamente durante la ricottura.
Cr: Cr e Mn hanno effetti simili. Cr inibisce la precipitazione della fase Mg2Si al confine del grano, ritarda il processo di invecchiamento naturale e migliora la resistenza dopo l'invecchiamento artificiale. Cr può raffinare i grani e renderli più sottili dopo la ricristallizzazione, migliorando così la resistenza alla corrosione della lega. Il contenuto di Cr è generalmente 0.15%~0.3%.
Ti: aggiungendo {{0}}.02%~0.1% Ti e 0,01%~0,2% Cr alle leghe di alluminio della serie 6XXX è possibile ridurre la struttura cristallina colonnare del lingotto, migliorare le prestazioni di forgiatura della lega e raffinare la grana del prodotto.
Fe: una piccola quantità di Fe (inferiore al {{0}}.4%) può raffinare i grani. Quando il contenuto di Fe supera lo 0,7%, viene generata una fase insolubile (AlMnFeSi), che riduce la resistenza, la plasticità e la resistenza alla corrosione del prodotto. Quando il Fe è contenuto nella lega, il colore del prodotto dopo il trattamento di anodizzazione può deteriorarsi.
Zn: una piccola quantità di impurità Zn ha scarso effetto sulla resistenza della lega e il suo contenuto può arrivare fino al 0,3%.