(1) Характеристики алюмінієвих сплавів серії 6xxx
Алюмінієві сплави серії 6xxx — це алюмінієві сплави з магнієм і кремнієм як основними легуючими елементами та фазою Mg2Si як зміцнюючою фазою. Вони являють собою термооброблені алюмінієві сплави. Сплави мають такі переваги, як середня міцність, висока корозійна стійкість, відсутність тенденції до корозійного розтріскування під напругою, хороші зварювальні характеристики, незмінні корозійні властивості в зоні зварювання, хороша формувальність і оброблюваність. Коли сплав містить мідь, міцність сплаву може бути близькою до міцності алюмінієвих сплавів серії 2xxx, а оброблюваність краща, ніж у алюмінієвих сплавів серії 2XXx, але стійкість до корозії погіршується. Сплав має хороші показники кування. Найбільш широко використовуваними сплавами в цій серії є сплави 6061 і 6063, які мають найкращі комплексні характеристики та економічність. Основною продукцією є екструдовані профілі, а найбільше застосування цього сплаву - архітектурні профілі.
(2) Роль основних легуючих і домішкових елементів
Основними легуючими елементами алюмінієвих сплавів серії 6XXX є Mg, Si та Cu, і їх ролі такі.
1) Роль g і Si
Зміна вмісту Mg і Si незначно впливає на міцність на розрив і подовження сплаву Al-Mg-Si в відпаленому стані.
Зі збільшенням вмісту Mg і Si міцність на розрив сплаву Al-Mg-Si в загартованому стані природного старіння зростає, а подовження зменшується. Коли загальний вміст Mg і Si постійний, зміна співвідношення вмісту Mg і Si також має великий вплив на продуктивність. При фіксованому вмісті Mg міцність сплаву на розрив зростає зі збільшенням вмісту Si. При фіксованому вмісті фази Mg2Si та збільшенні вмісту Si покращується ефект зміцнення сплаву, а подовження трохи покращується. При фіксованому вмісті Si міцність сплаву на розрив зростає зі збільшенням вмісту Mg. Для сплавів з малим вмістом Si максимальна міцність на розрив знаходиться в трифазній області (Al)-Mg2Si-Mg2Al. Максимальна міцність на розрив потрійного сплаву A1-Mg-Si знаходиться в трифазній області a(Al)-Mg2Si-Si.
Вплив Mg і Si на механічні властивості сплаву в загартованому стані штучного старіння в основному такий самий, як і у сплаву в загартованому стані природного старіння, але міцність на розрив значно покращена, а максимальне значення все ще знаходиться на в трифазній області a(Al)-MgzSi-Si, а подовження відповідно зменшується.
При наявності в сплаві залишків Si і MgSi корозійна стійкість знижується зі збільшенням їх кількості. Однак, коли сплав знаходиться в двофазній зоні a(Al-MgzSi, а сплав — в однофазній області, де фаза MgSi повністю розчинена в матриці, корозійна стійкість є найкращою. Усі сплави не мають тенденції до корозійного розтріскування під напругою.
Під час зварювання сплаву тенденція до зварних тріщин є відносно великою, але в двофазній області a(Al-Mg2Si, сплав із складом 0.2%~0.4 %Si і 1,2%~1,4%Mg і в трифазній області a(Al)-Mg2Si-Si сплав зі складом 1,2%~2.0%Si і 0. 8%~2.0%Mg має відносно невелику схильність до зварних тріщин.
2) Вплив Cu
Після додавання Cu до сплаву AI-Mg-Si форма існування Cu в структурі залежить не тільки від вмісту Cu, але також від вмісту Mg і Si. Коли вміст Cu дуже малий і співвідношення Mg:Si становить 1,73:1, утворюється фаза MgSi і вся Cu розчиняється в матриці; коли вміст Cu високий і співвідношення Mg:Si менше 1,08, може утворитися фаза W (AlCuMgsSi), а решта Cu утворює CuAl; коли вміст Cu високий і співвідношення Mg:Si перевищує 1,73, можуть утворюватися фази S (AlCuMg) і CuAl. Фаза W відрізняється від фази S, фази CuAl і фази MgSi. Він лише частково розчинений у твердому стані, і його зміцнюючий ефект не такий великий, як у фази MgSi.
Додавання Cu до сплаву не тільки значно покращує пластичність сплаву при гарячій обробці, але й підвищує зміцнюючий ефект термічної обробки. Він також може пригнічувати ефект екструзії та зменшувати анізотропію, яка виникає після додавання Mn.
3) Роль Mn, Cr, Ti, Fe і Zn
Мікроелементи в сплаві серії 6XXX A1 включають Mn, Cr і Ti, тоді як домішки в основному включають Fe, Zn тощо, і їх функції такі.
Mn: Додавання Mn до сплаву може покращити міцність, стійкість до корозії, ударну в’язкість і властивості на вигин. При додаванні Cu та Mn до сплаву AlMg{{0}}.7Si1.0, коли вміст Mn становить менше 0,2%, міцність сплаву зростає зі збільшенням вмісту Mn. Однак, оскільки вміст Mn продовжує зростати, Mn і Si утворюють фазу AlMnSi, яка втрачає частину Si, необхідну для утворення фази Mg2Si, і ефект зміцнення фази AlMnSi менший, ніж у фази Mg2Si. Тому зміцнювальний ефект сплаву знижується.
Коли Mn і Cu додаються одночасно, ефект зміцнення не такий хороший, як додавання лише Mn, але він може збільшити подовження та покращити розмір зерна відпаленого продукту.
Коли Mn додається до сплаву, через серйозну внутрішньокристалічну сегрегацію Mn у фазі a, це впливає на процес рекристалізації сплаву, що призводить до укрупнення зерна відпаленого продукту. Для отримання дрібнозернистих матеріалів злиток повинен бути гомогенізований при високій температурі (550 градусів), щоб усунути сегрегацію Mn. Під час відпалу краще швидко нагріватися.
Cr: Cr і Mn мають подібні ефекти. Cr перешкоджає випаданню фази Mg2Si на межі зерен, затримує природний процес старіння та покращує міцність після штучного старіння. Cr може покращити зерна та зробити зерна після рекристалізації стрункими, тим самим покращуючи корозійну стійкість сплаву. Вміст Cr зазвичай становить 0.15%~0.3%.
Ti: додавання {{0}}.02%~0.1% Ti та 0,01%~0,2% Cr до алюмінієвих сплавів серії 6XXX може зменшити стовпчасту кристалічну структуру злиток, покращують характеристики кування сплаву та покращують зерна виробу.
Fe: невелика кількість Fe (менше ніж {{0}}.4%) може покращити зерна. Коли вміст Fe перевищує 0,7%, утворюється нерозчинна фаза (AlMnFeSi), яка знижує міцність, пластичність і корозійну стійкість продукту. Коли в сплаві міститься залізо, колір виробу після анодування може погіршитися.
Zn: невелика кількість домішок Zn мало впливає на міцність сплаву, і його вміст допускається до 0,3%.