(1) 7xxx श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु की विशेषताएं
7XXx श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु मुख्य मिश्र धातु तत्व के रूप में Zn के साथ एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं और गर्मी-उपचार योग्य एल्यूमीनियम मिश्र धातु हैं। जब Mg को मिश्र धातु में जोड़ा जाता है, तो यह Al-Zn-Mg मिश्र धातु बन जाता है। मिश्र धातु में अच्छे तापीय विरूपण गुण और एक विस्तृत शमन रेंज होती है। उपयुक्त ताप उपचार स्थितियों के तहत, यह उच्च शक्ति और अच्छे वेल्डिंग गुण प्राप्त कर सकता है। इसमें आम तौर पर अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और तनाव संक्षारण की एक निश्चित प्रवृत्ति होती है। यह एक उच्च शक्ति वेल्डेबल एल्यूमीनियम मिश्र धातु है। Al-Zn-Mg-Cu मिश्र धातु को Cu जोड़कर Al-Zn-Mg मिश्र धातु के आधार पर विकसित किया जाता है। इसकी ताकत 2X श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की तुलना में अधिक है। इसे आम तौर पर अल्ट्रा-हाई-स्ट्रेंथ एल्यूमीनियम मिश्र धातु कहा जाता है। मिश्र धातु की उपज शक्ति तन्य शक्ति के करीब है, उपज शक्ति अनुपात अधिक है, और विशिष्ट शक्ति भी अधिक है, लेकिन प्लास्टिसिटी और उच्च तापमान शक्ति कम है। यह कमरे के तापमान और 120 डिग्री से नीचे उपयोग किए जाने वाले लोड-असर संरचनात्मक भागों के लिए उपयुक्त है। मिश्र धातु को संसाधित करना आसान है और इसमें अच्छा संक्षारण प्रतिरोध और उच्च क्रूरता है। मिश्र धातुओं की यह श्रृंखला विमानन और एयरोस्पेस के क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, और इस क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्रियों में से एक बन गई है।
(2) मिश्र धातु तत्व और अशुद्धता तत्व और उनके कार्य
① Al-Zn-Mg मिश्र धातु Zn और Mg Al-Zn-Mg मिश्र धातु में मुख्य मिश्र धातु तत्व हैं, और उनकी सामग्री आम तौर पर 7.5% से अधिक नहीं होती है।
Zn और Mg: मिश्र धातु में Zn और Mg की मात्रा बढ़ने पर, इसकी तन्य शक्ति और ऊष्मा उपचार प्रभाव आम तौर पर उसी के अनुसार बढ़ जाते हैं। मिश्र धातु की तनाव संक्षारण प्रवृत्ति Zn और Mg की सामग्री के योग से संबंधित है। उच्च Mg और कम Zn या उच्च Zn और कम Mg वाले मिश्र धातुओं के लिए, जब तक Zn और Mg की सामग्री का योग 7% से अधिक नहीं होता है, मिश्र धातु में अच्छा तनाव संक्षारण प्रतिरोध होता है। मिश्र धातु की वेल्डिंग दरार प्रवृत्ति Mg सामग्री की वृद्धि के साथ कम हो जाती है।
Al-Zn-Mg मिश्रधातुओं में मिलाए गए तत्वों की सूक्ष्म मात्रा में Mn, Cr, Cu, Zr और Ti शामिल हैं, तथा मुख्य अशुद्धियों में Fe और Si शामिल हैं।
Mn और Cr: Mn और Cr मिलाने से मिश्रधातु के तनाव संक्षारण प्रतिरोध में सुधार हो सकता है। Mn की मात्रा 0.2%~ है
{{0}}.4% पर, प्रभाव महत्वपूर्ण है। Cr मिलाने का प्रभाव Mn मिलाने से ज़्यादा है। यदि Mn और Cr को एक ही समय पर मिलाया जाए, तो तनाव संक्षारण प्रवृत्ति को कम करने का प्रभाव बेहतर होगा। Cr की उचित मात्रा 0.1%~0.2% है।
Zr: Zr A{{0}}Zn-Mg मिश्रधातुओं की वेल्डेबिलिटी में महत्वपूर्ण रूप से सुधार कर सकता है। जब AlZn5Mg3Cu0.35Cr0.35 मिश्रधातु में 0.2% Zr मिलाया जाता है, तो वेल्डिंग दरारें महत्वपूर्ण रूप से कम हो जाती हैं। Zr मिश्रधातु के अंतिम पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान को भी बढ़ा सकता है। AlZn4.5Mg1.8Mn0.6 मिश्रधातु में, जब Zr सामग्री 0.2% से अधिक होती है, तो मिश्रधातु का अंतिम पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान 500 डिग्री से ऊपर होता है। इसलिए, सामग्री शमन के बाद भी अपनी ताकत बरकरार रखती है। विकृत ऊतक। Mn युक्त Al-Zn-Mg मिश्रधातु में 0.1% से 0.2% Zr मिलाने से मिश्रधातु के तनाव संक्षारण प्रतिरोध में भी सुधार हो सकता है
Ti: मिश्र धातु में Ti मिलाने से मिश्र धातु के दाने का आकार ढलाई अवस्था में परिष्कृत हो सकता है और मिश्र धातु की वेल्डेबिलिटी में सुधार हो सकता है, लेकिन इसका प्रभाव Zr की तुलना में कम होता है। यदि Ti और Zr को एक ही समय में मिलाया जाए, तो प्रभाव बेहतर होता है। AlZn5Mg3Cr0.3Cu0.3 मिश्र धातु में Ti की मात्रा 0.12% है, जब Zr की मात्रा 0.15% से अधिक हो जाती है, तो मिश्र धातु में अच्छी वेल्डेबिलिटी और बढ़ाव होता है, और यह वही प्रभाव प्राप्त कर सकता है जो 0.2% से अधिक Zr को अकेले मिलाने पर प्राप्त होता है। Ti मिश्र धातु के पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान को भी बढ़ा सकता है।
Cu: Al-Zn-Mg मिश्रधातुओं में Cu की थोड़ी मात्रा मिलाने से तनाव संक्षारण प्रतिरोध और तन्य शक्ति में सुधार हो सकता है। हालाँकि, मिश्रधातु की वेल्डेबिलिटी कम हो जाती है।
Fe: Fe मिश्रधातु के संक्षारण प्रतिरोध और यांत्रिक गुणों को कम कर सकता है, विशेष रूप से उच्च Mn सामग्री वाले मिश्रधातुओं के लिए। इसलिए, Fe की मात्रा यथासंभव कम होनी चाहिए, और इसकी मात्रा 0.3% से कम तक सीमित होनी चाहिए।
Si: Si मिश्र धातु की ताकत को कम कर सकता है, झुकने के प्रदर्शन को थोड़ा कम कर सकता है, और वेल्डिंग दरारों की प्रवृत्ति को बढ़ा सकता है। मिश्र धातु में Si की मात्रा 0.3% से कम तक सीमित होनी चाहिए।
② Al-Zn-Mg-Cu मिश्र धातु Al-Zn-Mg-Cu मिश्र धातु एक ऊष्मा-उपचार योग्य मिश्र धातु है। मुख्य सुदृढ़ीकरण तत्व Zn और Mg हैं। Cu का भी एक निश्चित सुदृढ़ीकरण प्रभाव होता है, लेकिन इसका मुख्य कार्य सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करना है।
Zn और Mg: Zn और Mg मुख्य सुदृढ़ीकरण तत्व हैं। जब वे सह-अस्तित्व में होते हैं, तो वे η (MgZn2) और T (Al2Mg2Zn3) चरण बनाते हैं। η चरण और T चरण में AI में बड़ी घुलनशीलता होती है और तापमान के बढ़ने और गिरने के साथ नाटकीय रूप से बदल जाती है। यूटेक्टिक तापमान पर MgZn₂ की घुलनशीलता 28% है, जो कमरे के तापमान पर 4% ~ 5% तक कम हो जाती है। इसका एक मजबूत उम्र बढ़ने वाला सुदृढ़ीकरण प्रभाव है। Zn और Mg सामग्री में वृद्धि से ताकत और कठोरता में काफी सुधार हो सकता है, लेकिन यह प्लास्टिसिटी, तनाव संक्षारण प्रतिरोध और फ्रैक्चर क्रूरता को कम कर देगा।
Cu: जब Zn/Mg 2.2 से अधिक होता है और Cu की मात्रा Mg से अधिक होती है, तो Cu और अन्य तत्व मिश्रधातु की मजबूती बढ़ाने के लिए एक मजबूत S (CuMgAlz) चरण का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन विपरीत स्थिति में, S चरण के अस्तित्व की संभावना बहुत कम होती है। Cu अनाज सीमा और इंट्राग्रेनुलर के बीच संभावित अंतर को कम कर सकता है, और अवक्षेप चरण संरचना को भी बदल सकता है और अनाज सीमा अवक्षेप चरण को परिष्कृत कर सकता है, लेकिन इसका अनाज सीमा गैर-अवक्षेपण क्षेत्र की चौड़ाई पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। यह अंतर-दानेदार दरार की प्रवृत्ति को रोक सकता है, जिससे मिश्रधातु के तनाव संक्षारण प्रतिरोध में सुधार होता है। हालांकि, जब Cu की मात्रा 3% से अधिक होती है, तो मिश्रधातु का संक्षारण प्रतिरोध बिगड़ जाता है। Cu मिश्रधातु के सुपरसैचुरेशन को बढ़ा सकता है, 100 और 200 डिग्री सेल्सियस के बीच मिश्रधातु की कृत्रिम उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को तेज कर सकता है, GP क्षेत्र की स्थिर तापमान सीमा का विस्तार कर सकता है, और तन्य शक्ति, प्लास्टिसिटी और थकान शक्ति में सुधार कर सकता है। उस सीमा में जहाँ Cu की मात्रा बहुत अधिक नहीं होती, Cu की मात्रा बढ़ने के साथ चक्रीय तनाव थकान प्रतिरोध और फ्रैक्चर कठोरता बढ़ जाती है, और संक्षारक माध्यम में दरार वृद्धि दर कम हो जाती है, लेकिन Cu के जुड़ने से अंतर-दानेदार जंग और पिटिंग जंग उत्पन्न होने की प्रवृत्ति होती है। फ्रैक्चर कठोरता पर Cu का प्रभाव Zn/Mg अनुपात से संबंधित है। जब अनुपात छोटा होता है, तो Cu की मात्रा जितनी अधिक होती है, कठोरता उतनी ही खराब होती है; जब अनुपात बड़ा होता है, भले ही Cu की मात्रा अधिक हो, कठोरता अभी भी बहुत अच्छी होती है।
मिश्रधातु में Mn, Cr, Zr, V, Ti, B जैसे ट्रेस तत्वों की भी थोड़ी मात्रा होती है। Fe और Si मिश्रधातु में हानिकारक अशुद्धियाँ हैं, और उनकी परस्पर क्रियाएँ इस प्रकार हैं।
Mn, Cr: Mn और Cr जैसे संक्रमण तत्वों की थोड़ी मात्रा मिलाने से मिश्रधातु की संरचना और गुणों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। ये तत्व पिंड के समरूपीकरण एनीलिंग के दौरान बिखरे हुए कण उत्पन्न कर सकते हैं, अव्यवस्थाओं और अनाज की सीमाओं के प्रवास को रोक सकते हैं, जिससे पुनर्क्रिस्टलीकरण तापमान में वृद्धि होती है, अनाज के विकास को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है, अनाज को परिष्कृत किया जा सकता है, और यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि गर्म काम और गर्मी उपचार के बाद संरचना अप्रतिबंधित या आंशिक रूप से पुनर्क्रिस्टलीकृत बनी रहे, ताकि बेहतर तनाव संक्षारण प्रतिरोध होने के साथ-साथ ताकत में सुधार हो। तनाव संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के मामले में, Cr जोड़ना Mn जोड़ने से बेहतर है।
Zr: हाल ही में, Cr और Mn को Zr से बदलने का चलन रहा है। Zr मिश्र धातु के पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान को बहुत बढ़ा सकता है। चाहे वह गर्म विरूपण हो या ठंडा विरूपण, गर्मी उपचार के बाद गैर-पुनःक्रिस्टलीकृत संरचना प्राप्त की जा सकती है। Zr मिश्र धातु की कठोरता, वेल्डेबिलिटी, फ्रैक्चर टफनेस, तनाव संक्षारण प्रतिरोध आदि में भी सुधार कर सकता है। Zr Al-Zn-Mg-Cu मिश्र धातुओं में एक बहुत ही आशाजनक ट्रेस एडिटिव तत्व है।
Ti और B: Ti और B मिश्र धातु के कणों को ढली हुई अवस्था में परिष्कृत कर सकते हैं और मिश्र धातु के पुनःक्रिस्टलीकरण तापमान को बढ़ा सकते हैं।
Fe और Si: Fe और Si 7XxX एल्युमिनियम मिश्र धातुओं में अपरिहार्य हानिकारक अशुद्धियाँ हैं, जो मुख्य रूप से कच्चे माल, साथ ही गलाने और ढलाई में उपयोग किए जाने वाले औजारों और उपकरणों से आती हैं। ये अशुद्धियाँ मुख्य रूप से कठोर और भंगुर FeAl: और मुक्त Si के रूप में मौजूद होती हैं। ये अशुद्धियाँ Mn और Cr के साथ (FeMn)Als, (FeMn)Si2Als, Al(FeMnCr) जैसे मोटे यौगिक भी बना सकती हैं। FeAl3 में अनाज को परिष्कृत करने का प्रभाव होता है, लेकिन संक्षारण प्रतिरोध पर इसका अधिक प्रभाव पड़ता है। जैसे-जैसे अघुलनशील चरण की मात्रा बढ़ती है, अघुलनशील चरण का आयतन अंश भी बढ़ता है। ये अघुलनशील दूसरे चरण विरूपण के दौरान टूटेंगे और बढ़ेंगे, जिसके परिणामस्वरूप एक बैंडेड संरचना होगी, और कण विरूपण दिशा के साथ एक सीधी रेखा में व्यवस्थित होंगे। चूँकि अशुद्धता कण अनाज के अंदर या अनाज की सीमाओं पर वितरित होते हैं, इसलिए प्लास्टिक विरूपण के दौरान, कुछ कण-मैट्रिक्स सीमाओं पर छिद्र होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप माइक्रोक्रैक होते हैं, जो मैक्रो क्रैक की उत्पत्ति बन जाते हैं। इसके अलावा, यह थकान दरारों की वृद्धि दर पर बहुत प्रभाव डालता है। विनाश के दौरान स्थानीय प्लास्टिसिटी को कम करने का इसका एक निश्चित प्रभाव है। अशुद्धियों की संख्या में वृद्धि कणों के बीच की दूरी को कम करती है, जिससे दरार की नोक के आसपास प्लास्टिक विरूपण तरलता कम हो जाती है। क्योंकि Fe और Si युक्त चरण कमरे के तापमान पर घुलना मुश्किल है, यह एक पायदान की भूमिका निभाता है और आसानी से एक दरार स्रोत बन जाता है, जिससे सामग्री टूट जाती है, जिसका बढ़ाव पर बहुत प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है, विशेष रूप से मिश्र धातु की फ्रैक्चर कठोरता। इसलिए, नए मिश्र धातुओं को डिजाइन और उत्पादन करते समय, Fe और Si की सामग्री को सख्ती से नियंत्रित किया जाता है। उच्च शुद्धता वाले धातु कच्चे माल का उपयोग करने के अलावा, पिघलने और ढलाई प्रक्रिया के दौरान इन दो तत्वों को मिश्र धातु में मिश्रित होने से रोकने के लिए कुछ उपाय भी किए जाते हैं।