Ο ρόλος διαφόρων προσθέτων στοιχείων στο κράμα αλουμινίου

Πυρίτιο (Si)
Το πυρίτιο (Si) είναι το κύριο συστατικό για τη βελτίωση της ρευστότητας. Η καλύτερη ρευστότητα μπορεί να επιτευχθεί από ευτηκτική έως υπερευτηκτική κατάσταση. Ωστόσο, το πυρίτιο (Si) που κρυσταλλώνεται τείνει να σχηματίζει σκληρά σημεία, με αποτέλεσμα να επιδεινώνεται η απόδοση κοπής. Επομένως, γενικά δεν επιτρέπεται η υπέρβαση του ευτηκτικού σημείου. Επιπλέον, το πυρίτιο (Si) μπορεί να βελτιώσει την αντοχή σε εφελκυσμό, τη σκληρότητα, την απόδοση κοπής και την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, μειώνοντας παράλληλα την επιμήκυνση.
Μαγνήσιο (Mg) Το κράμα αλουμινίου-μαγνησίου έχει την καλύτερη αντοχή στη διάβρωση. Επομένως, τα ADC5 και ADC6 είναι κράματα ανθεκτικά στη διάβρωση. Το εύρος στερεοποίησής τους είναι πολύ μεγάλο, επομένως έχουν θερμή ευθραυστότητα και τα χυτά είναι επιρρεπή σε ρωγμές, καθιστώντας δύσκολη τη χύτευση. Το μαγνήσιο (Mg) ως πρόσμιξη στα υλικά AL-Cu-Si, το Mg2Si, θα κάνει το χυτό εύθραυστο, επομένως το πρότυπο είναι γενικά εντός 0,3%.

Σίδηρος (Fe) Αν και ο σίδηρος (Fe) μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του ψευδαργύρου (Zn) και να επιβραδύνει τη διαδικασία ανακρυστάλλωσης, στην τήξη με χύτευση υπό πίεση, ο σίδηρος (Fe) προέρχεται από χωνευτήρια σιδήρου, σωλήνες gooseneck και εργαλεία τήξης και είναι διαλυτός στον ψευδάργυρο (Zn). Ο σίδηρος (Fe) που μεταφέρεται από το αλουμίνιο (Al) είναι εξαιρετικά μικρός και όταν ο σίδηρος (Fe) υπερβεί το όριο διαλυτότητας, κρυσταλλώνεται ως FeAl3. Τα ελαττώματα που προκαλούνται από τον Fe παράγουν κυρίως σκωρία και επιπλέουν ως ενώσεις FeAl3. Το χυτό γίνεται εύθραυστο και η μηχανική του ικανότητα επιδεινώνεται. Η ρευστότητα του σιδήρου επηρεάζει την ομαλότητα της επιφάνειας χύτευσης.
Οι ακαθαρσίες σιδήρου (Fe) θα δημιουργήσουν βελονοειδείς κρυστάλλους FeAl3. Δεδομένου ότι η χύτευση υπό πίεση ψύχεται γρήγορα, οι καθιζάνοντες κρύσταλλοι είναι πολύ λεπτοί και δεν μπορούν να θεωρηθούν επιβλαβή συστατικά. Εάν η περιεκτικότητα είναι μικρότερη από 0,7%, δεν είναι εύκολο να ξεκαλουπωθεί, επομένως η περιεκτικότητα σε σίδηρο 0,8-1,0% είναι καλύτερη για τη χύτευση υπό πίεση. Εάν υπάρχει μεγάλη ποσότητα σιδήρου (Fe), θα σχηματιστούν μεταλλικές ενώσεις, σχηματίζοντας σκληρά σημεία. Επιπλέον, όταν η περιεκτικότητα σε σίδηρο (Fe) υπερβαίνει το 1,2%, θα μειωθεί η ρευστότητα του κράματος, θα βλάψει την ποιότητα της χύτευσης και θα μειώσει τη διάρκεια ζωής των μεταλλικών εξαρτημάτων στον εξοπλισμό χύτευσης υπό πίεση.

Νικέλιο (Ni) Όπως και ο χαλκός (Cu), υπάρχει η τάση να αυξάνεται η αντοχή σε εφελκυσμό και η σκληρότητα, και έχει σημαντικό αντίκτυπο στην αντοχή στη διάβρωση. Μερικές φορές, το νικέλιο (Ni) προστίθεται για να βελτιώσει την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και τη θερμική αντοχή, αλλά έχει αρνητικό αντίκτυπο στην αντοχή στη διάβρωση και τη θερμική αγωγιμότητα.

Μαγγάνιο (Mn) Μπορεί να βελτιώσει την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες των κραμάτων που περιέχουν χαλκό (Cu) και πυρίτιο (Si). Εάν υπερβεί ένα ορισμένο όριο, είναι εύκολο να δημιουργηθούν τεταρτοταγείς ενώσεις Al-Si-Fe-P+o {T*Tf;X Mn, οι οποίες μπορούν εύκολα να σχηματίσουν σκληρά σημεία και να μειώσουν τη θερμική αγωγιμότητα. Το μαγγάνιο (Mn) μπορεί να αποτρέψει τη διαδικασία ανακρυστάλλωσης των κραμάτων αλουμινίου, να αυξήσει τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης και να βελτιώσει σημαντικά τους κόκκους ανακρυστάλλωσης. Η βελτίωση των κόκκων ανακρυστάλλωσης οφείλεται κυρίως στην παρεμποδιστική επίδραση των σωματιδίων της ένωσης MnAl6 στην ανάπτυξη των κόκκων ανακρυστάλλωσης. Μια άλλη λειτουργία του MnAl6 είναι η διάλυση της πρόσμιξης σιδήρου (Fe) για να σχηματίσει (Fe, Mn)Al6 και να μειώσει τις βλαβερές επιπτώσεις του σιδήρου. Το μαγγάνιο (Mn) είναι ένα σημαντικό στοιχείο των κραμάτων αλουμινίου και μπορεί να προστεθεί ως αυτόνομο δυαδικό κράμα Al-Mn ή μαζί με άλλα στοιχεία κράματος. Επομένως, τα περισσότερα κράματα αλουμινίου περιέχουν μαγγάνιο (Mn).

Ψευδάργυρος (Zn)
Εάν υπάρχει ακάθαρτος ψευδάργυρος (Zn), θα παρουσιάσει ευθραυστότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, όταν συνδυάζεται με υδράργυρο (Hg) για να σχηματίσει ισχυρά κράματα HgZn2, παράγει ένα σημαντικό ενισχυτικό αποτέλεσμα. Το JIS ορίζει ότι η περιεκτικότητα σε ακάθαρτο ψευδάργυρο (Zn) πρέπει να είναι μικρότερη από 1,0%, ενώ τα ξένα πρότυπα μπορούν να επιτρέψουν έως και 3%. Αυτή η συζήτηση δεν αναφέρεται στον ψευδάργυρο (Zn) ως συστατικό κράματος, αλλά μάλλον στον ρόλο του ως ακαθαρσία που τείνει να προκαλεί ρωγμές στα χυτά.

Χρώμιο (Cr)
Το χρώμιο (Cr) σχηματίζει μεσομεταλλικές ενώσεις όπως (CrFe)Al7 και (CrMn)Al12 στο αλουμίνιο, εμποδίζοντας τον σχηματισμό πυρήνων και την ανάπτυξη της ανακρυστάλλωσης και παρέχοντας κάποια ενισχυτικά αποτελέσματα στο κράμα. Μπορεί επίσης να βελτιώσει την ανθεκτικότητα του κράματος και να μειώσει την ευαισθησία στη ρωγμάτωση λόγω διάβρωσης λόγω τάσης. Ωστόσο, μπορεί να αυξήσει την ευαισθησία στην απόσβεση.

Τιτάνιο (Ti)
Ακόμη και μια μικρή ποσότητα τιτανίου (Ti) στο κράμα μπορεί να βελτιώσει τις μηχανικές του ιδιότητες, αλλά μπορεί επίσης να μειώσει την ηλεκτρική του αγωγιμότητα. Η κρίσιμη περιεκτικότητα σε τιτάνιο (Ti) στα κράματα της σειράς Al-Ti για σκλήρυνση με καθίζηση είναι περίπου 0,15% και η παρουσία του μπορεί να μειωθεί με την προσθήκη βορίου.

Μόλυβδος (Pb), Κασσίτερος (Sn) και Κάδμιο (Cd)
Ασβέστιο (Ca), μόλυβδος (Pb), κασσίτερος (Sn) και άλλες ακαθαρσίες μπορεί να υπάρχουν στα κράματα αλουμινίου. Δεδομένου ότι αυτά τα στοιχεία έχουν διαφορετικά σημεία τήξης και δομές, σχηματίζουν διαφορετικές ενώσεις με το αλουμίνιο (Al), με αποτέλεσμα ποικίλες επιδράσεις στις ιδιότητες των κραμάτων αλουμινίου. Το ασβέστιο (Ca) έχει πολύ χαμηλή διαλυτότητα σε στερεά στο αλουμίνιο και σχηματίζει ενώσεις CaAl4 με το αλουμίνιο (Al), οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση κοπής των κραμάτων αλουμινίου. Ο μόλυβδος (Pb) και ο κασσίτερος (Sn) είναι μέταλλα χαμηλού σημείου τήξης με χαμηλή διαλυτότητα σε στερεά στο αλουμίνιο (Al), οι οποίες μπορούν να μειώσουν την αντοχή του κράματος αλλά να βελτιώσουν την απόδοση κοπής του.

Η αύξηση της περιεκτικότητας σε μόλυβδο (Pb) μπορεί να μειώσει τη σκληρότητα του ψευδαργύρου (Zn) και να αυξήσει τη διαλυτότητά του. Ωστόσο, εάν οποιοδήποτε από τα συστατικά του μολύβδου (Pb), του κασσιτέρου (Sn) ή του καδμίου (Cd) υπερβεί την καθορισμένη ποσότητα σε ένα κράμα αλουμινίου: ψευδαργύρου, ενδέχεται να εμφανιστεί διάβρωση. Αυτή η διάβρωση είναι ακανόνιστη, εμφανίζεται μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και είναι ιδιαίτερα έντονη σε ατμόσφαιρες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής υγρασίας.