ảnh hởng của sắt.
Trong các hợp kim nhôm nói chung và các hợp kim nhôm biến dạng nói riêng, thờng có tạp chất sắt với hàm lợng 0,1∼ 0,35%. Sắt xâm nhập vào hợp kim nhôm từ nguyên liệu ban đầu hoặc do sự hoà tan sắt vào hợp kim lỏng trong quá trình nấu luyện khi sử dụng nồi nấu bằng gang, thép. Sắt là nguyên tố có ảnh h- ởng mạnh đến tính chất cơ học, lý học và tính công nghệ của hợp kim, sắt có trong hợp kim nhôm sẽ tơng tác với nhôm tạo pha Al3Fe rất giòn, kết tinh ở dạng hình kim thô to. Cùng tinh (Al-Al3Fe) xuất hiện ngay cả khi hàm lợng Fe rất nhỏ và phân bố đều theo biên giới hạt. Tổ chức này làm tăng độ bền, độ cứng nhng lại làm giảm mạnh tính dẻo – một chỉ tiêu quan trọng của hợp kim nhôm biến dạng; mặt khác nó còn làm tăng sự nhạy cảm với ăn mòn điện hoá do chênh lệch thế điện cực giữa Al và FeAl3 khá lớn.
Để hạn chế hàm lợng sắt có trong hợp kim nhôm nói chung và trong hợp kim nhôm biến dạng nói riêng cần áp dụng các biện pháp nh: dùng nguyên liệu chứa ít sắt, sơn phủ mặt trong của nồi (nếu dùng nồi gang hoặc nồi thép) và cần áp dụng các phơng pháp khử sắt thích hợp.
ảnh hởng của Si.
Silic hoà tan rất ít vào trong nhôm, ở 5770C là 1,65%, còn ở 2500C là 0,05%(hình 6). Đối với hợp kim nhôm biến dạng, hàm lợng Silic thờng dao động trong khoảng 0,2 ∼ 1,2%. Nếu hàm lợng Silic ở mức thấp, nó sẽ hoà tan vào nhôm tạo ra dung dịch rắn có độ bền cao hơn nhôm nguyên chất và vẫn giữ đợc độ dẻo cao. Khi tăng hàm lợng Silic sẽ tạo ra cùng tinh (α + Si) gồm những hạt Silic dạng kim hoặc dạng hạt (nếu đợc biến tính) trên nền α, cùng tinh có độ bền cao hơn α nhng độ dẻo lại kém.
Khi tồn tại đồng thời cả Sắt và Silic sẽ xuất hiện các pha liên kim loại dạng α (Al-Fe-Si) vàβ(Al-Fe-Si) giòn và kết tinh ở dạng tấm thô to. Trong trờng hợp này, độ dẻo và tính ổn định chốn ăn mòn của hợp kim nhôm cũng bị giảm mạnh. Khi tăng hàm lợng Si thì hệ số giãn nở nhiệt và độ dẫn nhiệt của hợp kim giảm đi.
ảnh hởng của magie.
Trong trờng hợp nhôm biến dạng (hình 3), hàm lợng magie thờng ở mức 0,4 ∼ 4,9%. độ hoà tan của magie trong nhôm: ở 5770C là 17,4%, ở 2500C là 2,95%(cao hơn so với Silic). Với hàm lợng thấp, Mg hoàn toàn hoà tan vào trong nhôm tạo ra dung dịch rắn α có độ bền cao hơn nhôm nguyên chất nhng vẫn giữ đợc độ dẻo. Khi tăng hàm lợng Mg có thể tạo thành pha β(Al3Mg2) tiết ra từ dung dịch rắn, có xu hớng phân bố dạng lới theo biên giới hạt. tổ chức dạng lới β liên tục rất nhạy cảm với ăn mòn ứng suất, vì vậy trong công nghiệp thờng sử dụng loại hợp kim có chứa ít Mg (phổ biến hơn cả là loại dới 4%Mg).
Nếu hàm lợng Mg nhỏ, hiệu ứng hoá bền khi tôi và hoá già quá nhỏ nên thực tế có thể bỏ qua. Khi có mặt đồng thời Mg và Si (hệ hợp kim Al-Mg-Si) có thể tạo ra pha Mg2Si đợc tiết ra từ dung dịch rắn α có tác dụng tăng bền cho hợp kim. Tuy nhiên nếu lợng Mg2Si nhiều thì sẽ làm giảm mạnh tính dẻo của hợp kim.
Hợp kim Al – Si có thêm một lợng nhỏ Mg (khoảng 0,3 – 0,9%) sẽ có khả năng nhiệt luyện vì có Mg2Si hoà tan vào nhôm nhiều. Sau khi nhiệt luyện độ bền của hợp kim nhôm có thể tăng gấp đôi. Ví dụ hợp kim Al – Mg – Si có 0,7%Mg, 0,5%Si, sau khi tôi và ủ tiết pha ở 1750C sẽ có tính chất cơ học nh sau:
Rm = 220 – 280 MPa, R0,2 = 160 – 240 MPa, A5 = 12 – 18%, HB = 70 – 85.
ảnh hởng của mangan.
Mn làm giảm tác hại của sắt và làm giảm độ nhạy cảm với ăn mòn dới ứng suất. Theo giản đồ pha Al – Mn (hình 2) thì Mn có thể hoà tan trong nhôm và tạo thành dung dịch rắn α. Độ hoà tan lớn nhất của Mn trong dung dịch rắn α đạt 1,8% ở 6500C và giảm rất nhanh trong vùng nhiệt độ từ 450 – 6500C. Đây là vùng nhiệt độ tôi của phần lớn các hợp kim nhôm công nghiệp. Do ảnh hởng của Fe và Si thì độ hoà tan của Mn trong dung dịch rắn α cũng giảm đi. Với sự có mặt của Fe (0,1%) và Si (0,65%) dung dịch rắn α chỉ có thể hoà tan đợc khoảng 0,05%Mn ở 5000C. Điều này giải thích tại sao các hợp kim nhôm biến dạng Al – Mn không thể hoá bền bằng nhiệt luyện. Để tăng bền trong trờng hợp này việc sử dụng phơng pháp biến dạng nguội sẽ rất hiệu quả, vì hiệu ứng hoá bền do biến dạng đạt đợc khá lớn, thêm nữa thì sự hình thành pha α (Al– Fe –Si–Mn), khi kết tinh ở dạng nhỏ mịn phân tán, nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim tăng lên góp phần duy trì ổn định kết quả hoá bền đã tạo ra[1].
Một đặc điểm rất đáng chú ý của hợp kim Al – Mn là có xu hớng thiên tích Mn và tạo dung dịch rắn quá bão hoà bất thờng khi kết tinh. Sự phân bố Mn
không đồng đều có thể dẫn đến những kết quả xấu nh làm giảm cơ tính, độ dai va đập thấp do tạo thành tổ chức hạt thô với sự phân bố độ hạt chênh lệch giữa các vùng của mẫu sau kết tinh lại, Mn còn có thể tạo với nhôm hợp chất liên kim loại Al6Mn.
Các hợp kim Al – Mn chịu gia công biến dạng nóng và nguội tốt, có tính hàn và chống ăn mòn trong khí quyển cao hơn Al sạch kỹ thuật.
ảnh hởng của đồng.
ở nhiệt độ cao (5480C) nhôm có khả năng hoà tan tới 5,65%Cu (Hình 7) và tạo dung dịch α nhng ở nhiệt độ thờng chỉ hoà tan đựoc khoảng 0,2%. Đồng làm tăng bền cho hợp kim nhôm mạnh hơn so với Silic. Khi hạ nhiệt độ, dung dịch rắn α tiết ra pha CuAl2 có độ cứng 530HB (tơng đơng với Mg2Si) làm tăng độ bền, độ cứng cho hợp kim nhôm nhng lại làm giảm độ dẻo của hợp kim.
Trong các hợp kim nhôm biến dạng, hàm lợng Cu thờng ở mức 0,1 – 4,9%. Với hàm lợng nh vậy thì tổ chức của hợp kim nhôm biến dạng ở nhiệt độ thờng sẽ là α + CuAl2II.
Hàm lợng Cu nhỏ hơn 0,5% sẽ có tác dụng làm tăng cơ tính nhng nếu vợt quá giá trị này thì nó sẽ làm giảm khả năng chống ăn mòn của hợp kim.
ảnh hởng của kẽm.
Kẽm có khả năng hoà tan vào nhôm, tạo ra dung dịch rắn α. Ngoài ra nó còn tạo với Mg (nếu trong hợp kim có Mg) các pha trung gian MgZn2 và T(Al2Mg3Zn3). Khi nung nóng độ hoà tan của MgZn2 và Al2Mg3Zn3 trong α tăng lên rất mạnh, khi làm nguội chậm tiếp theo (có thể tiến hành nguội trong không khí) sẽ dễ dàng tạo ra dung dịch rắn α quá bão hoà.
Trong các hợp kim nhôm biến dạng, hàm lợng Zn thờng ở mức 0,1– 0,25%.
Họ hợp kim Al – Zn – Mg và Al – Zn – Mg – Cu có độ bền cao và có tính đàn hồi tốt. Nhợc điểm cơ bản của chúng là có xu hớng nhạy cảm với ăn mòn dới ứng suất và thải bền nhanh khi nâng nhiệt độ quá 1200C.