(1) Características das ligas de alumínio da série 6xxx
As ligas de alumínio da série 6xxx são ligas de alumínio com magnésio e silício como os principais elementos de liga e fase Mg2Si como fase de reforço. São ligas de alumínio tratáveis termicamente. As ligas têm as vantagens de resistência média, alta resistência à corrosão, nenhuma tendência a rachaduras por corrosão sob tensão, bom desempenho de soldagem, desempenho de corrosão inalterado na zona de solda, boa conformabilidade e processabilidade. Quando o cobre está contido na liga, a resistência da liga pode ser próxima à das ligas de alumínio da série 2xxx, e a processabilidade é melhor do que a das ligas de alumínio da série 2XXx, mas a resistência à corrosão se deteriora. A liga tem bom desempenho de forjamento. As ligas mais amplamente utilizadas nesta série são as ligas 6061 e 6063, que têm o melhor desempenho abrangente e economia. Os principais produtos são perfis extrudados, e a maior aplicação desta liga são perfis arquitetônicos.
(2) O papel dos principais elementos de liga e impurezas
Os principais elementos de liga das ligas de alumínio da série 6XXX são Mg, Si e Cu, e suas funções são as seguintes.
1) O papel de g e Si
A mudança no teor de Mg e Si tem pouco efeito na resistência à tração e no alongamento da liga Al-Mg-Si no estado recozido.
Com o aumento do teor de Mg e Si, a resistência à tração da liga Al-Mg-Si no estado de envelhecimento natural temperado aumenta, e o alongamento diminui. Quando o teor total de Mg e Si é constante, a mudança da proporção do teor de Mg e Si também tem um grande efeito no desempenho. Com um teor de Mg fixo, a resistência à tração da liga aumenta com o aumento do teor de Si. Com um teor de fase Mg2Si fixo e um aumento no teor de Si, o efeito de fortalecimento da liga é melhorado, enquanto o alongamento é ligeiramente melhorado. Com um teor de Si fixo, a resistência à tração da liga aumenta com o aumento do teor de Mg. Para ligas com um pequeno teor de Si, a resistência à tração máxima está localizada na região trifásica (Al)-Mg2Si-Mg2Al. A resistência à tração máxima da liga ternária A1-Mg-Si está localizada na região trifásica a(Al)-Mg2Si-Si.
A influência do Mg e do Si nas propriedades mecânicas da liga no estado de envelhecimento artificial temperado é basicamente a mesma da liga no estado de envelhecimento natural temperado, mas a resistência à tração é bastante melhorada, e o valor máximo ainda está localizado na região trifásica a(Al)-MgzSi-Si, enquanto o alongamento diminui de acordo.
Quando há Si e MgSi residuais na liga, a resistência à corrosão diminui com o aumento de sua quantidade. No entanto, quando a liga está localizada na região bifásica a(Al-MgzSi e a liga na região monofásica onde a fase MgSi está completamente dissolvida na matriz, a resistência à corrosão é a melhor. Todas as ligas não têm tendência a rachaduras por corrosão sob tensão.
Quando a liga é soldada, a tendência de soldar trincas é relativamente grande, mas na região bifásica a(Al-Mg2Si, a liga com uma composição de 0.2%~0.4%Si e 1.2%~1.4%Mg e na região trifásica a(Al)-Mg2Si-Si, a liga com uma composição de 1.2%~2.0%Si e 0.8%~2.0%Mg tem uma tendência relativamente pequena de soldar trincas.
2) Efeito do Cu
Após adicionar Cu à liga AI-Mg-Si, a forma de existência de Cu na estrutura depende não apenas do teor de Cu, mas também dos teores de Mg e Si. Quando o teor de Cu é muito pequeno e a razão Mg:Si é 1,73:1, a fase MgSi é formada e todo o Cu é dissolvido na matriz; quando o teor de Cu é alto e a razão Mg:Si é menor que 1,08, a fase W (AlCuMgsSi) pode ser formada, e o Cu restante forma CuAl; quando o teor de Cu é alto e a razão Mg:Si é maior que 1,73, as fases S (AlCuMg) e CuAl podem ser formadas. A fase W é diferente da fase S, fase CuAl e fase MgSi. Ela é apenas parcialmente dissolvida no estado sólido, e seu efeito de fortalecimento não é tão grande quanto o da fase MgSi.
Adicionar Cu à liga não só melhora significativamente a plasticidade da liga durante o processamento a quente, mas também aumenta o efeito de fortalecimento do tratamento térmico. Também pode suprimir o efeito de extrusão e reduzir a anisotropia que ocorre após a adição de Mn.
3) O papel do Mn, Cr, Ti, Fe e Zn
Os elementos traço adicionados na liga A1 da série 6XXX incluem Mn, Cr e Ti, enquanto os elementos de impureza incluem principalmente Fe, Zn, etc., e suas funções são as seguintes.
Mn: Adicionar Mn à liga pode melhorar a resistência, resistência à corrosão, tenacidade ao impacto e propriedades de flexão. Quando Cu e Mn são adicionados à liga AlMg{{0}}.7Si1.0, quando o teor de Mn é menor que 0,2%, a resistência da liga aumenta com o aumento do teor de Mn. No entanto, conforme o teor de Mn continua a aumentar, Mn e Si formam a fase AlMnSi, que perde parte do Si necessário para formar a fase Mg2Si, e o efeito de fortalecimento da fase AlMnSi é menor do que o da fase Mg2Si. Portanto, o efeito de fortalecimento da liga diminui.
Quando Mn e Cu são adicionados ao mesmo tempo, o efeito de fortalecimento não é tão bom quanto adicionar Mn sozinho, mas pode aumentar o alongamento e melhorar o tamanho do grão do produto recozido.
Quando Mn é adicionado à liga, devido à segregação intracristalina séria de Mn na fase a, o processo de recristalização da liga é afetado, resultando no engrossamento do grão do produto recozido. Para obter materiais de grão fino, o lingote deve ser homogeneizado em alta temperatura (550 graus) para eliminar a segregação de Mn. É melhor aquecer rapidamente durante o recozimento.
Cr: Cr e Mn têm efeitos semelhantes. Cr inibe a precipitação da fase Mg2Si no limite do grão, atrasa o processo de envelhecimento natural e melhora a resistência após o envelhecimento artificial. Cr pode refinar os grãos e torná-los finos após a recristalização, melhorando assim a resistência à corrosão da liga. O teor de Cr é geralmente 0.15%~0.3%.
Ti: Adicionar {{0}}.02%~0.1% Ti e 0,01%~0,2% Cr às ligas de alumínio da série 6XXX pode reduzir a estrutura cristalina colunar do lingote, melhorar o desempenho de forjamento da liga e refinar os grãos do produto.
Fe: Uma pequena quantidade de Fe (menos de {{0}}.4%) pode refinar os grãos. Quando o teor de Fe excede 0,7%, uma fase insolúvel (AlMnFeSi) é gerada, o que reduz a resistência, plasticidade e resistência à corrosão do produto. Quando Fe está contido na liga, a cor do produto após o tratamento de anodização pode ser deteriorada.
Zn: Uma pequena quantidade de impureza Zn tem pouco efeito na resistência da liga, e seu teor pode chegar a 0,3%.