Skupina 1xxx
V skupino 1xxx spadajo tako imenovane super čiste (rafinirane) zlitine z 99,99 mas. % čistostjo in tehnično čiste zlitine z več kot 99,00 mas. % čistostjo. Te zlitine niso toplotno utrjevalne in imajo nizko natezno trdnost, kar je posledica nižjega deleža dodanih legirnih elementov. Glavne, predvsem pozitivne, karakteristike Al-zlitin iz skupine 1xxx so: odlična odpornost na korozijo, visoka toplotna in električna prevodnost, nizke mehanske lastnosti in odlična preoblikovanost.
Kadar želimo izboljšati trdnost z deformacijskim utrjevanjem, se v majhnih količinah pogosto dodata železo (Fe) (0,4 mas. % za EN AW-1450) in silicij (Si) (0,25 mas. % za EN AW-1050A).
Zlitine iz skupine 1xxx se uporabljajo za električne induktorje, opremo za kemikalije, za folije, za arhitekturno-dekorativne zaključke in litografske plošče.8, 10
Skupina 2xxx
Pri tej skupini Al-zlitin je baker (Cu) glavni legirni element. Pogosto je uporabljena tudi v kombinaciji bakra in magnezija (Mg). V to skupino tako spadajo zlitine iz sistemov Cu in Al-Cu-Mg. Take zlitine so toplotno utrjevalne in zahtevajo naknadno raztopno žarjenje za dosego optimalnih lastnosti. V nekaterih primerih se povečajo mehanske lastnosti z izločki (Al2Cu), ki nastanejo med staranjem. S staranjem se tako s toplotno obdelavo pri nizkih temperaturah poveča trdnost, vendar se na račun le-tega niža vrednost raztezka, učinek na natezno trdnost pa je v večini primerov zanemarljiv.1 Al-zlitine skupine 2xxx nimajo tako dobre korozijske odpornosti v primerjavi z ostalimi Al-zlitinami, saj so zaradi dodatka bakra bolj nagnjene k interkristalni koroziji.
Zlitine iz skupine 2xxx se uporabljajo predvsem za aplikacije, kjer je posebej pomembno razmerje visoke trdnosti in nizke teže. Najpogostejša uporaba tovrstnih zlitin je pri izdelavi platišč za tovornjake ter pri posameznih letalskih delih.1
5 Skupina 3xxx
Mangan (Mn) je glavni legirni element skupine 3xxx. Al-zlitine iz skupine 3xxx niso toplotno utrjevalne, vendar imajo zaradi dodatka mangana tudi do 20 % višjo trdnost kot zlitine skupine 1xxx. Že zelo nizek dodatek mangana (do 1,5 mas. %) je učinkovit pri izboljševanju mehanskih lastnosti aluminija. Zaradi dobre trdnosti in hkrati duktilnosti, predvsem pa odlične korozijske odpornosti, kar omogoča širok spekter uporabe, je treba še posebej izpostaviti zlitino EN AW-3003. Zlitine skupine 3xxx se uporabljajo za folije, kuhinjske pripomočke, strešno pločevino in predvsem za telo pločevink, ki so nepogrešljivi produkt pri prehrambni industriji.1, 10
Skupina 4xxx
Glavni legirni element skupine 4xxx je silicij. Ta je dodan v večjih količinah, kar do 12 mas. %, podobno kot mangan v skupini 3xxx. Ta skupina zlitin se uporablja za izdelavo varilskih žic, ki morajo imeti nižje tališče od osnovnega materiala. Al-zlitine iz skupine 4xxx niso toplotno utrjevalne, vendar pa, ko se uporablja kot varilski material v toplotno utrjevalnih zlitinah, izkazuje toplotno utrjevalne lastnosti. Zaradi svoje temno sive barve po anodizaciji so tovrstne zlitine vse pogosteje prisotne v arhitekturi. Zlitine skupine 4xxx imajo nizki koeficient raztezka in visoko odpornost proti obrabi, kar je uporabno pri batih motorjev.1
Skupina 5xxx
Magnezij, kot glavni legirni element skupine 5xxx, se dodaja samostojno ali skupaj z manganom.
Zlitine iz skupine 5xxx so visoko trdne, preoblikovalne in zaradi širokega območja deleža dodatka magnezija zelo široko uporabne. Magnezij je učinkovitejši utrjevalec kot mangan, saj ga lahko dodajamo v precej večjih deležih. Zlitina EN AW-5456 dosega natezno trdnost do 160 MPa.
Raztezki pa običajno presegajo 25 %. Zlitine te skupine so dobro varive in dobro korozijsko odporne v obmorski atmosferi.1, 8
Skupina 6xxx
Silicij in magnezij sta glavna legirna elementa skupine 6xxx. Skupaj tvorita kvazi binarno zlitino Al-Mg2Si z izločevalno-utrjevalno fazo Mg2Si. Zlitine te skupine ne dosegajo takšne natezne trdnosti kot zlitine iz skupin 2xxx in 7xxx, vendar so dobro oblikovalne, varive, obdelovalne in korozijsko obstojne. Al-zlitine iz skupine 6xxx spadajo v toplotno utrjevalne. Zlitine se lahko raztopno žari, čemur ne sledi postopek izločevalnega utrjevanja. Opisano stanje označimo s T4. V nasprotnem primeru, ko raztopnemu žarjenju sledi staranje, pa tako stanje označimo s T6. Zlitine skupine 6xxx se večinoma uporabljajo za iztiskane izdelke. 1, 8
Skupina 7xxx
Cink (Zn), ki je dodan v 1–8 mas. %, je glavni zlitinski element skupine 7xxx. Ob dodatku majhnega deleža magnezija spadajo take zlitine med toplotno utrjevalne. Zlitine skupine 7xxx imajo po staranju zelo visok utrjevalni učinek, saj dosegajo izjemno visoko trdnost. Kot so opisali Polmear in sodelavci,8 so leta 1917 pri sestavi Al-20Zn-2,5Cu-0,5Mg-0,5Mn dosegli natezno trdnost 580 MPa. Skupina 7xxx se uporablja v letalstvu, avtomobilski opremi in ostalih visoko napetostnih delih. Zlitine kažejo zmanjšano odpornost na napetostno korozijo in so pogosto uporabljene v
6
prestaranem stanju, saj kažejo boljšo kombinacijo trdnosti, korozijske odpornosti in odpornost na prelom.1, 8
Skupina 8xxx
V tej skupini so zbrane Al-zlitine s širokim spektrom različnih kemijskih sestav. Z dodatki železa, niklja (Ni), kositra (Sb), litija (Li) in podobnih elementov dajejo Al-zlitinam specifične lastnosti.
Nekatere zlitine so podobne ostalim skupinam zlitin, vendar te nimajo čisto enakih lastnosti. Na primer zlitina EN AW-8001 (Al-1,1Ni-0,6Fe) se uporablja v jedrskih elektrarnah, kjer je osnovna predpisana lastnost visoka odpornost proti koroziji pri visokih temperaturah in visokih tlakih. V primerjavi z zlitino EN AW-3003 so mehanske lastnosti enake, vendar se razlikuje v kemični sestavi. Zelo pomembno vlogo ima dodatek antimona (Sb). Zlitini EN AW-8280 in EN AW-8081 sta danes najbolj uporabljeni zlitini pri avtomobilskih motorjih. 1, 8
2.2 Zlitinski sistem Al-Cu iz skupine 2xxx
Aluminijeve zlitine iz skupine 2xxx, ki temeljijo na sistemu Al-Cu, imajo visoko trdnost in nizko specifično težo, kar zagotavlja široko uporabo iztiskovanih proizvodov iz tovrstnih zlitin za konstrukcijske komponente, predvsem v vojaških aplikacijah. Pomembno je poudariti, da imajo omenjene zlitine slabo stopnjo preoblikovanja z iztiskovanjem, kar zahteva visoke tlake pri preoblikovanju, kar se kaže v nizkem faktorju iztiskanja.45 Baker med staranjem zelo pomembno prispeva k trdnostnim lastnostim zlitine. Razvoj tovrstnih zlitin temelji na potrebah letalske industrije. Raziskave so prispevale k poznavanju optimalnega razmerja mehanskih in trdnostnih lastnosti med utrjevanjem zlitine.11
Fazni diagram je osnovno orodje za določevanje in razumevanje različnih kemijskih sestav, toplotnih stanj (termičnih obdelav) in njihovih mikrostruktur. Pri Al-zlitinah se fazni diagram uporablja za določanje temperature strjevanja določenih faz, tvorbe vrste faz, načrtovanje toplotnih obdelav itd.2
Binarni fazni diagram Al-Cu (slika 2), ki predstavlja osnovo za vse Al-zlitine skupine 2xxx, obsega dve evtektični in kar štiri peritektična fazna ravnotežja. Precej več različnih reakcij in premen se zvrsti v Cu-kotu faznega diagrama. Od temperature tališča bakra pri 1083 °C se proti Al-kotu, katerega tališče je zabeleženo pri 660,5 °C, zvrsti kar dvanajst različnih modifikacij faz v kombinaciji aluminija in bakra. Od tega jih je zgolj pet stabilnih pri sobni temperaturi (25 °C). Veliko bolj kot celotni fazni diagram Al-Cu je uporabna in obravnavana zgolj leva polovica (slika 3), kjer se pri sobni temperaturi v evtektik združita fazi α-Al in θ. Slednja je poznana tudi kot faza Al2Cu, ki ima temperaturo tališča pri 590,5 °C. Opisana faza pri temperaturi evtektičnega ravnotežja 548,2 °C v faznem diagramu obsega zgolj manjši del (od 52,5 mas. % do 53,5 mas. %), ki se proti sobni temperaturi še manjša oz. oži. Točka evtektične reakcije je pri že navedeni temperaturi najpogosteje postavljena pri 33,2 mas. %. Evtektik (α-Al + θ) obsega področje faznega diagrama vse do skrajnega levega Al-kota. Maksimalna topnost bakra v α-Al je pri 548,2 °C postavljena na 5,6 mas. %, proti sobni temperaturi pa se tudi področje α-Al krči, tako kot θ področje. Zgolj redke industrijsko kot
7
tudi raziskovalno uporabljene Al-Cu zlitine, med katere sodi tudi EN AW-2011, imajo v svoji kemijski sestavi več kot 5 mas. % Cu, kar postavlja ob prisotnosti α-Al v mikrostrukturi tudi zajeten del evtektika (α-Al + θ) (slika 4a). Evtektska Al2Cu faza se po homogenizaciji izoblikuje v bolj zaobljeni in kompaktni obliki (slika 4b), polega tega pa toplotna obdelava omogoča tudi izločanje izločkov na osnovi bakra.12–14