(1) Características de las aleaciones de aluminio 5xxx
Las aleaciones de aluminio 5xxx son aleaciones de aluminio con Mg como elemento de aleación principal y son aleaciones de aluminio no tratables térmicamente. Esta serie de aleaciones tiene una densidad baja y una resistencia mayor que las aleaciones de aluminio 1xxx y 3xxx. Son aleaciones de aluminio de resistencia media a alta con buenas propiedades de fatiga y soldadura y buena resistencia a la corrosión marina y atmosférica. Para evitar la corrosión por tensión de las aleaciones con alto contenido de magnesio, los productos finales trabajados en frío deben estabilizarse, o debe controlarse la cantidad final de trabajo en frío y la temperatura de uso debe controlarse (no debe exceder los 65 grados). Esta serie de aleaciones se utiliza principalmente para fabricar piezas estructurales soldadas y se utiliza en el campo de los barcos.
(2) Principales elementos de aleación e impurezas y sus funciones
El componente principal de la aleación de aluminio de la serie 5XXx es Mg, con una pequeña cantidad de Mn, Cr, Ti y otros elementos agregados, mientras que los elementos de impureza son principalmente Fe, Si, Cu, Zn, etc.
Mg: El Mg existe principalmente en estado de solución sólida y en fase (Mg2Al3 o Mg5Al8). Aunque la solubilidad del Mg en la aleación disminuye rápidamente con la disminución de la temperatura, la aleación tiene un bajo efecto de fortalecimiento por envejecimiento debido a la dificultad de nucleación por precipitación, el pequeño número de núcleos y la fase de precipitación gruesa. Generalmente se utiliza en estado de recocido o de trabajo en frío. Por lo tanto, esta serie de aleaciones también se denomina aleaciones de aluminio sin fortalecimiento. La resistencia de esta serie de aleaciones aumenta con el aumento del contenido de Mg, mientras que la plasticidad disminuye en consecuencia y su rendimiento de procesamiento también se deteriora en consecuencia. El contenido de Mg tiene una gran influencia en la temperatura de recristalización de la aleación. Cuando el contenido de Mg es inferior al 5%, la temperatura de recristalización disminuye con el aumento del contenido de Mg; cuando el contenido de Mg supera el 5%, la temperatura de recristalización aumenta con el aumento del contenido de Mg. El contenido de Mg también tiene un efecto significativo en el rendimiento de soldadura de la aleación. Cuando el contenido de Mg es inferior al 6%, la tendencia a la formación de grietas por soldadura de la aleación disminuye con el aumento del contenido de Mg; cuando el contenido de Mg supera el 6%, ocurre lo contrario; cuando el contenido de Mg es inferior al 9%, la resistencia de la soldadura aumenta significativamente con el aumento del contenido de Mg. En este momento, aunque la plasticidad y el coeficiente de soldadura disminuyen ligeramente de forma gradual, el cambio no es grande. Cuando el contenido de Mg es superior al 9%, su resistencia, plasticidad y coeficiente de soldadura se reducen significativamente.
Mn: Las aleaciones de aluminio de la serie 5XXX suelen contener menos del 1,2% de Mn. Parte del Mn de la aleación se disuelve en la matriz y el resto existe en la estructura en forma de fase MnAls. El Mn puede aumentar la temperatura de recristalización de la aleación para evitar el engrosamiento del grano y aumentar ligeramente la resistencia de la aleación, especialmente el límite elástico. En aleaciones con alto contenido de Mg, la adición de Mn puede reducir la solubilidad del Mg en la matriz, reducir la tendencia a las grietas de la soldadura y aumentar la resistencia de la soldadura y del metal base.
Cr: El Cr y el Mn tienen efectos similares, lo que puede aumentar la resistencia del metal base y de la soldadura, reducir la tendencia al agrietamiento de la soldadura y mejorar la resistencia a la corrosión bajo tensión, pero reducir ligeramente la plasticidad. El Cr se puede utilizar en lugar del Mn en algunas aleaciones. En términos de efecto de refuerzo, el Cr no es tan bueno como el Mn. Si se añaden ambos elementos al mismo tiempo, el efecto es mayor que el de una sola adición.
Be: Agregar una pequeña cantidad de Be ({{0}}.0001%~0.005%) a una aleación con alto contenido de Mg puede reducir la tendencia al agrietamiento de los lingotes y mejorar la calidad de la superficie de las placas laminadas, al tiempo que reduce la pérdida de Mg por quemado durante la fundición, y también puede reducir los óxidos formados en la superficie del material durante el calentamiento.
Ti: Agregar una pequeña cantidad de Ti a aleaciones con alto contenido de Mg se utiliza principalmente para refinar los granos.
Fe: El Fe puede formar compuestos insolubles con Mn y Cr, reduciendo así el papel de Mn y Cr en la aleación. Cuando se forman compuestos más duros y frágiles en la estructura del lingote, es probable que se produzcan grietas durante el procesamiento. Además, el Fe también reduce la resistencia a la corrosión de la aleación, por lo que el contenido de Fe generalmente debe controlarse por debajo del {{0}}.4%, y para el material de alambre de soldadura F, es mejor limitarlo a menos del 0.2%.
Si: El Si es una impureza dañina (excepto en la aleación 5A03). El Si y el Mg forman la fase Mg2Si. Debido al exceso de contenido de Mg, la solubilidad de la fase Mg2Si en la matriz se reduce, por lo que no solo el efecto de refuerzo no es muy grande, sino que también se reduce la plasticidad de la aleación. Durante el laminado, el Si tiene un efecto negativo mayor que el Fe, por lo que el contenido de Si generalmente debe limitarse a menos del 0,5%. La aleación 5A03 contiene entre un 0,5% y un 0,8% de Si, lo que puede reducir la tendencia a las grietas de soldadura y mejorar el rendimiento de soldadura de la aleación.
Cu: Una cantidad mínima de Cu puede empeorar la resistencia a la corrosión de la aleación, por lo que el contenido de Cu debe limitarse a menos del 0,2% y algunas aleaciones están restringidas más estrictamente.
Zn: Cuando el contenido de Zn es inferior al {{0}}.2%, no tiene un efecto significativo en las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de la aleación. La adición de una pequeña cantidad de Zn a aleaciones con alto contenido de Mg puede aumentar la resistencia a la tracción en 10~20 MPa. La impureza de Zn en la aleación debe limitarse a menos del 0,2%.
Na: La impureza traza de Na puede dañar gravemente las propiedades de deformación en caliente de la aleación, lo que da como resultado "fragilidad sódica", que es más prominente en aleaciones con alto contenido de Mg. La forma de eliminar la fragilidad sódica es convertir el Na libre enriquecido en el límite de grano en un compuesto. Se puede utilizar el método de cloración para producir cloruro de sodio y eliminarlo con la escoria, o se puede utilizar el método de adición de trazas de Sb.