2.1.3. Взаимодействие алюминия с другими элементами

Изучение алюминиевых сплавов началось в конце 19 века. К 1990 году уже были известны диаграммы состояния алюминия с медью и кремнием. В настоящее время известны диаграммы состояния алюминия со всеми элементами, которые можно рассматривать в качестве возможных компонентов сплавов. Определим наиболее значимые из них для алюминия, исходя из принципов синтеза сплавов, рассмотренных в разделе 1.3.

В таблице 5 приведены основные параметры начальных участков двойных диаграмм состояния алюминия с некоторыми элементами. Полные сведения о диаграммах состояния со всеми элементами можно найти в работе //.

Таблица 5

Параметры начальных участков двойных диаграмм состояния алюминия с некоторыми элементами

Элемент	Тип превращения	Температура превращения, ^оС	Ср, % (ат)	Сэ, % (ат)	Кр
Li Mg Al Si Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Sr Ag Cd Sn	Э Э Р Э Э Пв Пв Пв Э Э Э Э Э Э Э М Э	602 449 660 577 616 665 662 662 658 655 640 548 443 660 556 649 228	16,0 18,9 100 1,59 0,40 0,70 0.20 0,40 0,85 0.025 0,02 2,5 49 0,04 23,8 0,10 0,015	24,0 37,9 100 12,3 5,30 0,20 0,05 0,20 0,90 0,90 2,7 17,3 73 0,3 37,5 2,0 97,8	0,67 0,50 1,0 0,13 0,075 3,5 4,0 2,0 0,94 0,028 0,0075 0,14 0,67 0,13 0,63 0,05 0,000015
Примечание: Э – эвтектика, Пв – верхняя перитектика, М – монотектика, Р – раствор.

По приведенным параметрам начальных участков двойных диаграмм построена (рис.5) статистическая диаграмма отсеивания элементов, которая делит их на четыре категории: I – основные легирующие элементы, II – вспомогательные легирующие элементы, III – нейтральные примеси и IV – вредные примеси.

К основным легирующим элементам можно отнести восемь элементов у которых  1 и  0,05: Zn, Ag, Li, Mg, Ge, Ga, Cu, Si. Все они образуют с алюминием диаграммы эвтектического типа. Из-за высокой стоимости следует отказаться от использования Ag, Li, Ga, Ge. Таким образом, основными легирующими добавками для алюминиевых сплавов можно считать Zn, Mg, Cu, Si. Следует учитывать, что цинк в больших количествах растворяется в алюминии, но в связи с малым значением объемного фактора и отсутствием интерметаллических соединений с алюминием не является сильным упрочнителем.

К числу вспомогательных легирующих добавок отнесены элементы, у которых Ср = 0,01 – 1, а Кр ≥ 0,05. Если исключить дорогостоящие элементы (Re, Tc, Hf, Sc, Rh, Au, Ru, Os), то таких добавок остается 15: Mn, Ca, Be, Pb, In, Cd, Ti, Zr, Cr, Mo, B, Sr, Sb, Bi, Ba. Часть этих добавок может оказывать дополнительное растворное упрочнение (Mn, Ca), часть – повышать жаропрочность путем образования устойчивых интерметаллических соединений (Ni, Cr, Ti, Zr). Однако больше всего элементов из этой группы могут служить модификаторами I (Ti, Zr, Cr,Mo,B) или II рода (Sr,Sb,Ba,Bi).

В число вредных примесей входят Fe, Co, As, Sn, а также лантаноиды и актиноиды.

Наиболее эффективно при разработке сплава комплексное легирование несколькими элементами. Необходимо подбирать такие комбинации компонентов, которые взаимно усиливают свое воздействие. Это происходит в том случае, когда добавки взаимно увеличивают свою растворимость в основе сплава. Таким образом, введение третьего компонента в раствор второго с основой, будет эффективным в том случае, когда он хорошо растворяется не только в основе, но и во втором элементе. Сведения о взаимной растворимости элементов, которые отобраны в качестве основных легирующих добавок для алюминии, приведены в таблице 6.

Таблица 6

Взаимные растворимости основных легирующих элементов для алюминия

Растворитель	Растворимость элементов, % (ат)
	Mg	Zn	Cu	Si	Mn
Al Mg Zn Cu Si Mn	18,9 100 0,4 7,0 0,1 0,1	16,0 3,3 100 32,0 0,01 13,0	2,5 1,0 2,8 100 1,0 61,5	1,6 0,2 0,01 12,0 100 3,0	0,85 3,4 1,4 38,5 1,0 100

Такой анализ был бы безусловно полезен при разработке составов алюминиевых сплавов, однако теория синтеза сплавов разработана в то время, когда их составы уже сформированы путем традиционного метода проб и ошибок. Вам предоставляется возможность сравнить составы стандартных сплавов с тем, что приведено выше.