Go to top

Algemene effecten van het legeren van aluminium (deel 2)

Hoewel de overheersende reden voor legeren het verhogen is van de mechanische sterkte , is ook de invloed op andere karakteristieken van gelegeerd aluminium onmiskenbaar. Een aantal van deze invloeden zal hier, in vervolg op deel 1 (algemene effecten van het legeren van aluminium), worden behandeld.

A.J. Schornagel

Indium
 

Kleine hoeveelheden (0,05 - 0,2%) indium hebben een uitgesproken effect op de verouderingsharding van aluminium-koperlegeringen, in het bijzonder bij lage koper-gehaltes (2 - 3%Cu). In dit opzicht fungeert indium heel sterk als cadmium aangezien het verouderen bij kamertemperatuur vermindert maar het kunstmatig verouderen versterkt. De toevoeging van magnesium verlaagt het effect van indium. Kleine hoeveelheden indium (0,03 – 0,5%) zouden een gunstig uitwerking hebben op cadmiumhoudende aluminiumlegeringen.

Koper-magnesium plus andere elementen
 

De aluminium-koper-magnesiumgietlegeringen die ijzer bevatten worden gekenmerkt door dimensionale stabiliteit en verbeterde lagerkarakteristieken, alsmede hoge sterkte en hardheid bij verhoogde temperaturen. In een kneedlegering Al-4%Cu-0,5%Mg echter verlagen ijzergehalten van hoogstens 0,5% de trekeigenschappen in de warmte-behandelde toestand, indien het siliciumgehalte lager is dan nodig om ijzer te binden als ?FeSi-bestanddeel. In dit geval verenigt de overmaat ijzer zich met koper tot Cu2FeAl7, daarbij de hoeveelheid koper verlagend die nodig is voor warmtebehandelingseffecten. Als er voldoende silicium aanwezig is om met ijzer een verbinding te vormen, blijven de eigenschappen onaangetast. Silicium gaat met magnesium de verbinding Mg2Si aan die uitscheidt en bijdraagt aan het verouderingshardingproces. Zilver verhoogt de sterkte van warmtebehandelde en verouderde aluminium-koper-magnesiumlegeringen aanzienlijk. Nikkel verbetert de sterkte en hardheid van giet- en kneedlegeringen bij verhoogde temperatuur. Toevoeging van ongeveer 0,5%Ni verlaagt de trekeigenschappen van de warmtebehandelde kneedlegering Al-4%Cu-0,5%Mg bij kamertemperatuur. De legeringen met mangaan vormen het belangrijkste en veelzijdigste systeem van commerciële hoogsterke aluminium-koper-magnesiumkneedlegeringen. Het aanzienlijk effect dat door mangaan op de trekeigenschappen van aluminium-koperlegeringen die 0,15%Mg bevatten wordt uitgeoefend is te zien op afbeelding 1. Het blijkt dat er geen andere samenstelling zowel hoge sterkte als taaiheid biedt. In het algemeen neemt de treksterkte toe met separate of gelijktijdige verhoging van magnesium en mangaan, en de rekgrens neemt ook toe, maar in mindere mate. Verdere toename van de treksterkte en in het bijzonder van de rekgrens doet zich voor bij koudbewerken na warmtebehandeling. Toevoegingen van mangaan en magnesium verlagen de bewerkingskarakteristieken van de aluminium-koperlegeringen en mangaan veroorzaakt eveneens een verlies aan taaiheid. Vandaar dat de concentratie van dit element in commerciële legeringen een waarde van ongeveer 1% niet overschrijdt. Toevoeging van kobalt, chroom of molybdeen aan kneedlegering Al-4%Cu-0,5%Mg verhoogt de trekeigenschappen, maar geen ervan biedt zo’n uitgesproken voordeel als mangaan. Legeringen met lager kopergehalte dan de conventionele typen 2024 en 20114 waren noodzakelijk voor het verkrijgen van de vervormbaarheid die wordt gevraagd door de automobielindustrie. Voor dit doel zijn de koper- en magnesiumhoudende legeringen 2002 en 2036 ontwikkeld. Zij bezitten acceptabele vervormbaarheid, goede puntlasbaarheid, redelijke fusielasbaarheid, goede corrosie-weerstand en ze zijn vrij van Lüdersbanden. De lakmoffelcyclus dient tegelijkertijd als verouderingsbehandeling om te komen tot hun uiteindelijke mechanische eigenschappen.





Koper en geringe toevoegingen
 

Er bestaat een interessante familie kneedlegeringen die kleine hoeveelheden van verscheidene metalen waarvan bekend zijn dat ze de rekristallisatietemperatuur van aluminium en zijn legeringen, met name mangaan, titaan, vanadium of zirkoon, verhogen. Een legering van dit type behoudt zijn eigenschappen ook bij verhoogde temperaturen, is makkelijk te bewerken en bezit goede giet- en laskarakteristieken. Afbeelding 2 toont het effect van 3 tot 8%Cu op een legering met Al-0,3%Mn-0,2%Zr-0,1%V bij kamertemperatuur en na verblijf op 315°C, gedurende twee verschillende periodes. De stabiliteit van de eigenschappen zoals die wordt weerspiegeld in de kleine afname in sterkte met de tijd bij deze temperatuur verdient opmerkzaamheid.

Kwik
 

Kwik wordt gebruikt op een niveau van 0,05% in opofferingsanodes die worden gebruikt ter bescherming van stalen constructies tegen corrosie. Anders dan voor dit doel, zal kwik in aluminium of in aanraking met aluminium in de metallische vorm of als een zout snelle corrosie van de meeste aluminiumlegeringen veroorzaken. De giftige eigenschappen van kwik moeten in gedachte worden gehouden bij het toevoegen ervan aan aluminiumlegeringen.

Lithium
 

Het onzuiverheidsniveau van lithium ligt in de orde van grootte van enkele ppm, maar een niveau van minder dan 5 ppm kan verkleuring bevorderen (blauwe corrosie) van aluminiumfolie onder vochtige omstandigheden. Sporen lithium verhogen de oxidatiesnelheid van gesmolten aluminium aanzienlijk en veranderen de oppervlaktekarakteristieken van kneedproducten. Binaire aluminium-lithiumlegeringen vertonen verouderingsharding maar worden niet gebruikt voor commerciële doeleinden. De huidige interesse is gericht op aluminium-koper-magnesium-lithium-legeringen, die via warmtebehandeling sterkte-waarden kunnen bereiken die vergelijkbaar zijn met die van legeringen voor de luchtvaart. Verder liggen de dichtheid en de elasticiteitsmodulus op een hoger niveau. Dit type legering bevat een hoge volumefractie coherent, geordend LiAl3-precipitaat. Behalve dat het de elasticiteitsmodulus verhoogt, verhoogt lithium in deze legeringstypen ook de weerstand tegen vermoeiingsscheuring bij middelmatige spanningsniveaus.

Lood
 

Lood is doorgaans aanwezig als een sporenelement in technisch zuiver aluminium. Lood wordt in sommige legeringen (2011 en 6262) toegevoegd tot een niveau van ongeveer 0,5% tezamen met dezelfde hoeveelheid bismut, ter verbetering van de verspaanbaarheid. Toevoegingen van lood kunnen last opleveren voor de fabrikant omdat het de neiging heeft om te segregeren tijdens gieten en het veroorzaakt warmscheuren in aluminium-koper-magnesium-legeringen. Bovendien zijn loodverbindingen giftig.


Magnesium
 

Magnesium is het hoofdlegeringselement in de 5xxx-legeringsreeks. Zijn maximale oplosbaarheid in vaste toestand bedraagt 17,4%, maar het magnesiumgehalte in gangbare kneedlegeringen gaat 5,5% niet te boven. Magnesium scheidt preferentieel uit op korrelgrenzen als een sterk anodische fase (Mg5Al3 of Mg5Al8), hetgeen de gevoeligheid voor interkristallijne scheuring en voor spannings-corrosie veroorzaakt. Kneedlegeringen met daarin tot 5%Mg, mits goed gefabriceerd, zijn stabiel bij normaal gebruik. De toevoeging van magnesium geeft een scherpe stijging van de sterkte van aluminium zonder al te hevig verlies aan ductiliteit. Corrosieweerstand en lasbaarheid zijn goed. In de zachtgegloeide toestand vormen magnesium-houdende aluminiumlegeringen Lüdersbanden tijdens vervorming.

Magnesium-mangaan
 

Kneedlegeringen met magnesium-mangaan bezitten hoge sterkte in de deformatiegeharde toestand, hoge weerstand tegen corrosie en goede laskarakteristieken. Stijgende hoeveelheden van hetzij magnesium, hetzij mangaan maken bewerken moeilijker en verhogen de neiging tot scheuren tijdens warmwalsen, zeker als er ook nog sporen natrium aanwezig zijn. De twee grootste voordelen van mangaantoevoeging zijn, dat de uitscheiding van de magnesiumfase gelijkmatiger over de matrix plaatsvindt en dat voor een gegeven toename van de sterkte, mangaan een lager magnesiumgehalte toestaat en de legering een grotere mate van stabiliteit verschaft. De trekeigenschappen van 13 mm dikke plaat bij verscheidene magnesium- en mangaan-concentraties zijn te zien op afbeelding 3 voor de O-toestand en op afbeelding 4 voor een deformatiegeharde toestand. Toename van magnesium verhoogt de treksterkte met ongeveer 35 MPa voor elke 1% stijging. Mangaan is in deze ongeveer tweemaal zo effectief als magnesium.



Magnesium-silicide
 

Kneedlegeringen uit de 6xxx-reeks bevatten elk tot 1,5% aan magnesium en silicium in ongeveer een verhouding waarbij er Mg2Si kan worden gevormd, dat wil zeggen in een verhouding van 1,73 : 1. De maximale oplosbaarheid van Mg2Si is 1,85% en neemt af met de temperatuur. Uitscheiding tijdens veroudering doet zich voor in de vorm van G-P-zones en een zeer fijn precipitaat. Beide geven legeringen een hogere sterkte, zij het niet zo hoog als in het geval van 2xxx- en de 7xxx-legeringen. Al-Mg2Si-legeringen kunnen worden verdeeld in drie groepen. In de eerste groep gaat de totale magnesium en silicium 1,5% niet te boven. Deze elementen vormen bijna een uitgebalanceerde verhouding of soms met een lichte overmaat silicium. Typisch voor deze groep is 6063, die op grote schaal wordt gebruikt voor geëxtrudeerde architectonische secties. Deze makkelijk te extruderen legering bevat 1,1%Mg2Si. Zijn oplosgloeitemperatuur van net boven 500°C en zijn lage afschrikgevoeligheid zijn zodanig dat deze legering geen aparte oplosgloeibehandeling nodig heeft na extrusie maar kan aan lucht worden afgeschrikt in de extrusiepers en kan kunstmatig worden verouderd tot gematigde sterkte, goede ductiliteit en uitstekende corrosie-weerstand. De tweede groep bevat nominaal 1,5% of meer magnesium plus silicium en andere toevoegingen zoals 0,3%Cu, dat de sterkte in de T6-toestand verhoogt. Elementen zoals mangaan, chroom en zirkoon worden gebruikt ter beheersing van de korrelstructuur. Legeringen in deze groep, zoals de legering 6061, bereiken sterktes van rond 70 MPa hoger dan die in de eerste groep in de T6-toestand. Legeringen van de tweede groep vereisen een hogere oplosgloeitemperatuur dan die van de eerste en ze zijn afschrikgevoelig. Derhalve vereisen ze een aparte oplosgloeibehandeling, gevolgd door snel afschrikken en kunstmatig verouderen. De derde groep bevat een hoeveelheid Mg2Si die de eerste twee overlapt, maar met een aanzienlijke overmaat silicium. Een overmaat van 0,2%Si verhoogt de sterkte van een legering met 0,8%Mg2Si met ongeveer 70 MPa. Nog sterkere overmaat silicium is minder gunstig. Overmaat magnesium is alleen gunstig bij lage Mg2Si-gehaltes, omdat magnesium de oplosbaarheid van Mg2Si verlaagt. In legeringen met overmaat silicium, veroorzaakt uitscheiding van silicium op de korrelgrenzen korrelgrensbreuk in gerekristalliseerde structuren. Toevoeging van mangaan, chroom of zirkoon werkt het effect van silicium tegen omdat het rekristallisatie tijdens warmtebehandeling verhindert. Gangbare legeringen van deze groep zijn 6009, 6010 en 6351. Toevoeging van lood en bismut aan een legering van deze reeks (6262) verbetert de verspaanbaarheid. Deze legering heeft een betere corrosieweerstand dan 2011, die ook wordt gebruikt voor verspaning.

Mangaan
 

Mangaan is een veelvoorkomende onzuiverheid in primair aluminium, waarbij de concentratie gewoonlijk tussen 5 en 50 ppm ligt. Mangaan verlaagt de elektrische weerstand, verhoogt de sterkte hetzij in vaste oplossing, hetzij als een fijne uitscheiding van een intermetallische fase. Het heeft geen nadelige invloed op de corrosieweerstand. Mangaan is slecht oplosbaar in aluminium in de aanwezigheid van normale onzuiverheden, maar blijft bij gieten in stalen vormen in oplossing zodat het merendeel van het toegevoegde mangaan in vaste oplossing blijft, zelfs in grote ingots. Als toevoeging wordt het gebruikt ter verhoging van de sterkte en ter beheersing van de korrelstructuur (afbeelding 5). Het effect van mangaan is het verhogen van de rekristallisatietemperatuur en het bevorderen van de vorming van een vezelachtige structuur bij warmbewerking. Als een verdeelde uitscheiding is het effectief bij het vertragen van het herstel en bij het verhinderen van korrelgroei. Het mangaanprecipitaat verhoogt de afschrikgevoeligheid van warmtebehandelbare legeringen. Mangaan wordt ook gebruikt ter correctie van de vorm van naaldvormige of plaatvormige ijzerbestanddelen en ter verlaging van hun verbrossend effect. Tot aan het 1,25% niveau is mangaan het hoofdlegeringsbestanddeel in de 3xxx-legeringen, waaraan het samen met magnesium wordt toegevoegd. Deze legeringenreeks wordt in hoge tonnages gebruikt voor drankblikjes en dunne plaat voor algemene doeleinden. Het gecombineerde gehalte aan mangaan, ijzer, chroom en andere overgangsmetalen moet worden beperkt, omdat er anders grote primaire intermetallische kristallen worden uitgescheiden uit de smelt in het transfersysteem of in het ingotreservoir tijdens het gieten. In de legeringen 3003 en 3004 moet het gehalte aan ijzer plus mangaan beneden respectievelijk ongeveer 2,0 en 1,7% worden gehouden om vorming van primair (Fe,Mn)Al6 tijdens gieten te verhinderen.

Molybdeen
 

Molybdeen is een verontreiniging die in aluminium op zeer laag niveau (0,1 – 1,0 ppm) aanwezig is. Het wordt gebruikt bij een concentratie van 0,3% als korrelverfijner, omdat de aluminiumkant van het evenwichtsdiagram peritectisch is. Het wordt ook als omzettingsmiddel gebruikt voor de ijzerbestanddelen.

Nikkel
 

De oplosbaarheid van nikkel in vaste toestand in aluminium gaat niet hoger dan 0,04%. Boven deze hoeveelheid is het aanwezig als een onoplosbare intermetallische verbinding, meestal met ijzer. Nikkel (tot 2%) verhoogt de sterkte van hoogzuiver aluminium maar verlaagt de ductiliteit. Binaire aluminiumlegeringen zijn niet langer in gebruik, maar nikkel wordt aan aluminium-koper- en aan aluminium-siliciumlegeringen toegevoegd ter verbetering van de hardheid en sterkte bij verhoogde temperatuur en ter verlaging van de uitzettingscoëfficiënt. Nikkel bevordert putcorrosie in verdunde legeringen zoals 1100. In legeringen die moeten worden gebruikt voor kernenergiecentrales e.d. wordt nikkel in beperkte mate toegevoegd, vanwege zijn hoge neutronenabsorberend vermogen, maar op andere gebieden is het een wenselijke toevoeging tezamen met ijzer voor de verbetering van de corrosieweerstand tegen hogedrukstoom. Nikkelaluminiden, dat zijn geordende intermetallische verbindingen (Ni3Al en NiAl) worden onderzocht voor gebruik als constructiemateriaal bij hoge temperatuur.

Niobium
 

Net als bij andere elementen die een peritectische reactie geven, zal niobium een korrelverfijnend effect geven bij gieten. Het wordt dan ook voor dit doel gebruikt, maar het effect is niet uitgesproken.

Silicium
 

Silicium geeft na ijzer het hoogste verontreinigingsniveau in elektrolytisch commercieel aluminium (0,1 – 0,15%). In kneedlegeringen wordt silicium gebruikt met magnesium tot niveaus van 1,5% voor de vorming van Mg2Si in de 6xxx-reeks van warmtebehandelbare legeringen. Hoogzuivere aluminium-siliciumlegeringen vertonen gevoeligheid voor warmscheuring tot 3%Si, waarbij het meest kritische gebied ligt tussen 0,17 en 0,8%Si, maar toevoeging van Si (0,5 – 4,0%) verlaagt de scheurneiging van aluminium-koper-magnesiumlegeringen. Kleine hoeveelheden magnesium toegevoegd aan elke siliciumhoudende legering maakt deze warmtebehandelbaar, maar het omgekeerde is niet waar omdat Mg in hoeveelheden boven die welke nodig is om Mg2Si te vormen, de oplosbaarheid in vaste toestand van deze verbinding scherp doet dalen. Aanpassing van het silicium kan worden bereikt door toevoeging van natrium in eutectische en boveneutectische legeringen. Tot 12%Si wordt toegevoegd aan kneedlegeringen die worden gebruikt als bekleding voor soldeerplaat. Boveneutectische gietlegeringen die worden gebruikt voor slijtagetoepassingen bevatten tot 23%Si. Legeringen die ongeveer 5%Si bevatten, worden als ze worden geanodiseerd zwart en ze worden daarom voor ornamentele doeleinden gebruikt.

Strontium
 

In commerciële aluminiumlegeringen worden sporen strontium (0,01 – 0,1 ppm) aangetroffen.

Tin
 

Tin wordt gebruikt als legeringstoevoeging aan aluminium in concentraties van 0,03 tot verscheidene procenten in kneedlegeringen en tot ongeveer 25% in gietlegeringen. Kleine hoeveelheden tin (0,05%) verhogen in ruime mate de respons op kunstmatig verouderen van aluminium-koperlegeringen volgend op een oplosgloeiing. Het resultaat is een toename van de sterkte en een verbetering van de corrosieweerstand. Hogere concentraties tin veroorzaken warmscheuring in aluminium-koperlegeringen. Indien kleine hoeveelheden magnesium aanwezig zijn, worden de kunstmatige-verouderingskarakteristieken scherp verlaagd, waarschijnlijk omdat magnesium en tin een niet-coherente tweede fase vormen. De aluminium-tinlagerlegeringen, met toevoeging van andere metalen zoals koper, nikkel en silicium, worden gebruikt als lagers hoge snelheden, belastingen en temperaturen moeten weerstaan. De toevoegingen van koper, nikkel en silicium verbeteren de lastdragende capaciteit en de slijtvastheid en de zachte tinfase levert anti-vreeteigenschappen. Slechts 0,01%Sn in technisch zuiver aluminium veroorzaakt al verdonkering van het oppervlak tijdens zachtgloeien en verhoogt de gevoeligheid voor corrosie, hetgeen het gevolg schijnt te zijn van migratie van tin naar het oppervlak. Dit effect kan worden verkleind door geringe toevoegingen (0,2%) koper. Aluminium-zinklegeringen met kleine hoeveelheden tin worden gebruikt als opofferingsanodes in zout water.

Titanium
 

Hoeveelheden van 10 tot 100 ppm Ti worden aangetroffen in technisch zuiver aluminium. Titanium drukt de elektrische geleidbaarheid van aluminium, maar het niveau ervan kan worden gereduceerd door toevoeging van borium aan de smelt ter vorming van onoplosbaar TiB2. Titanium wordt primair gebruikt als korrelverfijner voor aluminium gietstukken en ingots. Indien op zichzelf gebruikt dan neemt het effect ervan af met de verblijftijd in gesmolten toestand en bij herhaaldelijk hersmelten. Het korrelverfijnende effect wordt versterkt als er borium aanwezig is in de smelt of als het wordt toegevoegd als masterlegering die borium in de vorm van TiB2 bevat. Titanium is een gangbare toevoeging aan lasdraad, het verfijnt de lasstructuur en verhindert scheuring van de las. Het wordt vaak alleen met TiB2 toegevoegd tijdens het gieten van plaat of extrusie-ingots ter verfijning van de korrelstructuur in gegoten toestand en om scheuring tegen te gaan.

Vanadium
 

Er bevindt zich gewoonlijk 10 tot 200 ppm V in technisch zuiver aluminium en omdat het de geleidbaarheid verlaagt, wordt het in geval van elektrisch geleidende legeringen met behulp van borium uitgescheiden. Het aluminiumeind van het evenwichtsdiagram is peritectisch en daarom mag worden verwacht dat de intermetallische verbinding VAl11 een korrelverfijnend effect heeft bij stolling, maar het is minder werkzaam dan titanium en zirkoon. De rekristallisatietemperatuur wordt door vanadium verhoogd.

Waterstof
 

Waterstof heeft een hogere oplosbaarheid in de vloeibare toestand bij het smeltpunt dan in de vaste toestand bij dezelfde temperatuur. Hierdoor kan er gasporositeit ontstaan tijdens stolling. Waterstof wordt geproduceerd door reductie van waterdamp in de atmosfeer door aluminium en via uiteenvallen van koolwaterstoffen. Waterstofopname in zowel vast als vloeibaar aluminium wordt bevorderd door de aanwezigheid van zekere verontreinigingen, zoals zwavelverbindingen, op het metaaloppervlak en in de atmosfeer. Hydridevormende elementen in het metaal verhogen de opname van waterstof in de vloeistof. Andere elementen, zoals beryllium, koper, tin en silicium, verlagen de waterstofopname. Behalve dat waterstof primaire porositeit veroorzaakt in gietwerk, veroorzaakt het ook secundaire porositeit, blaarvorming en inwendige gasuitscheiding bij hoge temperatuur tijdens warmtebehandeling. Waterstof speelt waarschijnlijk een rol bij de cohesie van korrelgrenzen tijdens spanningscorrosiescheuring. Het waterstofniveau in de smelt wordt beheerst door spoelen met waterstofvrije gassen of door vacuümontgassen.

IJzer
 

IJzer is de gewoonste onzuiverheid die in aluminium wordt aangetroffen. Het heeft een hoge oplosbaarheid in gesmolten aluminium en het wordt daarom makkelijk opgelost tijdens alle vloeibare productiestadia. De oplosbaarheid van ijzer in de vaste toestand is zeer laag (~0,05%), daarom komt het merendeel van het boven dit percentage in aluminium aanwezige ijzer voor als een intermetallische ijzer-aluminiumverbinding die vaak ook nog andere elementen bevat. Vanwege de beperkte oplosbaarheid wordt het gebruikt in elektrische geleiders waaraan het een lichte stijging van de sterkte geeft (afbeelding 6) en betere kruipkarakteristieken bij matig hoge temperaturen. IJzer reduceert de korrelgrootte in kneedproducten. Legeringen met ijzer en mangaan in de buurt van het eutectische gehalte, zoals 8006, kunnen bruikbare combinaties vertonen van sterkte en ductiliteit bij kamertemperatuur en hun sterkte behouden bij verhoogde temperaturen. De eigenschappen zijn het gevolg van de fijne korrelafmetingen die worden gestabiliseerd door fijn verdeelde ijzerrijke tweede fase. IJzer wordt toegevoegd aan de aluminium-koper-nikkellegeringen ter verhoging van hun sterkte bij hogere temperaturen.

Zilver
 

Zilver heeft een extreem hoge oplosbaarheid in vast aluminium (tot 55%). Vanwege de prijs zijn er geen binaire aluminium-zilverlegeringen in gebruik, maar kleine toevoegingen (0,1 – 0,6%Ag) zijn effectief bij de verbetering van de sterkte en van de weerstand tegen scheurvormende spanningscorrosie van aluminium-zink-magnesiumlegeringen.

Zink
 

De aluminium-zinklegeringen zijn al sinds jaar en dag bekend, maar warmscheuring van de gietlegeringen en de gevoeligheid voor spanningscorrosiescheuring van de kneedlegeringen hebben hun gebruik beperkt. Aluminium-zinklegeringen die andere elementen bevatten, bieden de beste combinatie van trekeigenschappen in geval van kneedlegeringen. Pogingen om voornoemde beperkingen te overwinnen waren succesvol en deze aluminium-zink-legeringen worden nu steeds meer toegepast. De aanwezigheid van zink in aluminium verhoogt zijn elektrochemische oplospotentiaal, vandaar het gebruik ervan als beschermende deklaag (7072) en als opofferingsanode.

Zink-magnesium
 

Toevoeging van magnesium aan aluminium-zinklegeringen bevordert de sterkte, met name in het gebied van 3 – 7,5%Zn. Magnesium en zink vormen MgZn2, dat een veel grotere respons op warmtebehandeling geeft dan bij alleen aluminium-zinksystemen. De sterkte van de aluminium-zinkkneedlegeringen wordt ook substantieel verbeterd door toevoeging van magnesium. Verhoging van de MgZn2-concentratie van 0,5 tot 12% in met koud water afgeschrikt 1,6 mm dikke plaat verbetert zowel de rekgrens als treksterkte. Toevoeging van magnesiumhoeveelheden die hoger zijn (100 en 200%) dan nodig is om MgZn2 te vormen, verhoogt de treksterkte nog verder (afbeelding 7). Nadeel is dat toenemende hoeveelheden toevoegingen van zowel zink en magnesium de algehele corrosieweerstand doen afnemen, en wel in die mate dat scherpe controle van de microstructuur, warmtebehandeling en samenstelling vaak nodig zijn om voldoende weerstand te handhaven tegen spanningscorrosie en exfoliatie. Afhankelijk van de legering, wordt spanningscorrosie bepaald door enkele of alle van de volgende zaken:

  1. Oververoudering.
  2. Afkoelsnelheid na oplosgloeiing.
  3. Handhaven van een niet-gerekristalliseerde structuur door gebruik van toevoegingen zoals zirkoon.
  4. Toevoegingen van koper of chroom.
  5. Instelling van de zink-magnesiumverhouding dichter in de buurt van 3:1.

Zink-magnesium-koper
 

Toevoeging van koper aan het aluminium-zink-magnesiumsysteem, tezamen met geringe maar belangrijke hoeveelheden chroom en mangaan, mondt uit in de sterkste commercieel verkrijgbare aluminiumlegeringen. De eigenschappen van een representatieve groep van deze samenstellingen, na een of verscheidene oplos- en verouderingsbehandelingen, zijn te zien op afbeelding 8. In dit legeringssysteem beheersen zink en magnesium het verouderingsproces. Het effect van koper is het versnellen van de veroudering door het verhogen van de mate van oververzadiging en misschien door kiemvorming van de CuMgAl2-fase. Koper verhoogt eveneens de afschrik-gevoeligheid. In het algemeen verlaagt koper de weerstand van aluminium-zink-magnesiumlegeringen tegen uniforme corrosie, maar het verhoogt juist de weerstand tegen spanningscorrosie. De geringe legeringstoevoegingen, zoals chroom en zirkoon, heeft een uitgesproken effect op de mechanische eigenschappen en corrosieweerstand.

Zirkoon
 

Toevoegingen zirkoon lopend van 0,1 – 0,3% worden gebruikt voor de vorming van een fijne uitscheiding van intermetallische deeltjes die herstel en rekristallisatie verhinderen. Een groeiend aantal legeringen, in het bijzonder binnen de aluminium-zink-magnesiumfamilie, maakt gebruik van zirkoontoevoegingen om de rekristallisatietemperatuur te verhogen en om de korrelstructuur te beheersen in kneedproducten. Zirkoontoevoegingen maken deze legeringen minder afschrikgevoelig dan overeen-komstige chroomtoevoegingen. Hogere zirkoonniveaus (0,3 en 0,4%) worden toegepast in sommige superplastische legeringen om de vereiste fijne structuur vast te houden tijdens vervorming op hoge temperatuur. Zirkoontoevoegingen worden gebruikt voor de verlaging van de korrelgrootte in de gegoten toestand, maar het effect is minder dan dat van titaan. Daar komt nog bij dat zirkoon het korrelverfijnende effect van titaan plus borium tegenwerkt, zodat het nodig is om meer titaan en borium toe te voegen voor de korrelverfijning van zirkoonhoudende legeringen.



Zwavel
 

In technisch zuiver aluminium is zwavel aanwezig in hoeveelheden van 0,2 – 20 ppm. Er wordt wel gemeld dat zwavel kan worden gebruikt voor aanpassing van zowel onder- als boveneutectische aluminium-silicumlegeringen.

 

Nieuwsbrief

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van alle niet te missen ontwikkelingen in de Aluminium en Roestvast Staal branche.

Velden met een * zijn verplicht