이러한 비율은 확산 프로세스가 완료될 때 발생하는 평형 조건에 해당한다는 점을 염두에 두어야 합니다.
무제한 용액과 함께 많은 금속과 원소가 서로 제한된 고용체를 형성하며 용액이 특정 농도 범위에서만 형성되고 더 높은 농도에서 다른 구조 형성이 형성됩니다.
제한된 고용체의 특이성은 고용체 영역이 상태 다이어그램에서 순수 성분(합금 원소의 작은 농도)에 인접한다는 것입니다. 이 고용체는 순수한 금속의 구조를 유지하고 상태 다이어그램에서 다른 구조적 구성을 유지합니다. 중간 단계또는 금속간 화합물, 기본 및 합금 금속과 다른 구조를 가지고 있습니다. 무화과에. 도 13을 참조하면, 알루미늄-마그네슘의 이중 상태도를 예시로 나타내었다(도면의 좌측). 449°C의 온도에서 알루미늄에 대한 마그네슘의 한계 용해도는 17.4%(질량 기준)이고 20°C의 온도에서 최소 용해도는 1.4% Mg(평형 상태)입니다. 이 범위에서만 마그네슘이 알루미늄과 고용체를 형성합니다 - a. 알루미늄에 대한 마그네슘 용해도의 표시된 한계 농도를 초과하면 대략적인 화학 조성의 중간상(금속간 화합물)이 나타납니다.
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쌀. 13. Al-Mg 상태도의 좌측 |
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쌀. 14. Al-Si의 상태도 |
금속간 화합물은 일반적으로 경도를 증가시키고 합금의 연성을 감소시킵니다.
공융 상태 다이어그램은 액체 상태에서는 상호 용액을 형성하지만 고체 상태에서는 거의 녹지 않는 두 금속으로 구성됩니다. 고체 상태에서 이러한 합금의 구조는 두 금속 입자의 기계적 혼합물인 공융입니다.
공융 유형 다이어그램의 예는 알루미늄-실리콘 위상 다이어그램입니다. 이러한 합금 시스템은 순수한 공정 조성의 존재를 특징으로 합니다. Al-Si 합금의 경우 공정 조성은 11.7% Si + Al - 나머지입니다.
공융 합금에는 엄격하게 정의된 고상선 온도가 있습니다. 특히 Al-Si 합금의 경우 고상선 온도는 588°C입니다.
이 온도에서 모든 실리콘 농도에서 응고의 끝이 발생합니다. 이 시스템의 순수 공융 합금은 11.7%의 실리콘 농도를 가지며, 응고는 588°C의 일정한 온도에서 발생합니다(응고 간격 없음). 주조 합금 Ak12는 순수한 공정 합금으로 간주됩니다. 11.7% Si 미만의 규소 농도를 갖는 합금은 저공정이고 구조를 갖습니다. 11.7% 이상의 규소 농도를 갖는 합금은 과공정이며 구조가 규소 + 공정이 특징입니다. Hypoeutectic 및 hypereutectic 합금은 온도 범위에서 응고되지만 588°C의 동일한 고상선 온도에서 응고됩니다.
기술에서 상당히 덜 사용되는 것은 포정 유형의 상태 다이어그램을 특징으로 하는 합금입니다. 뿐만 아니라 화학적 화합물을 갖는 상 다이어그램이 있는 합금.
또한 대부분의 합금은 다성분입니다. 하나가 아니라 여러 합금 원소를 포함합니다. 이 경우 상태 다이어그램은 평면 이미지로 표현할 수 없습니다. 따라서 세 가지 요소의 합금은 3차원 이미지의 상태 다이어그램으로 표시됩니다. 정삼각형은 합금의 구성을 설정하고 삼각형 평면에 대한 모서리의 수직선은 온도 값을 반영합니다. 3성분 합금의 상 변형은 정삼각형 평면 위의 표면으로 표시됩니다. 평면 이미지의 경우 이러한 다이어그램을 분석할 때 다열 단면(수직면에 의한 단면)과 등온 단면(수평면에 의한 단면)이 사용됩니다. 그러나 대부분의 경우 다성분 합금은 위상 다이어그램의 평면 표현과 함께 2성분 합금으로 간주됩니다. 에 영향을 미치는 합금 원소 상전이주 합금 원소에 환원 인자를 도입함으로써 고려됩니다.
무화과에. Al-Mg의 위상 다이어그램이 표시됩니다. 다이어그램의 중간 부분이 확대되어 표시됩니다.
β(Al3Mg2), γ(Al12Mgl7), ζ(Al52Mg48), ε(Al30Mg23) 상이 시스템에서 형성됩니다. β상과 γ상은 각각 453°C와 460°C의 온도에서 합동으로 녹습니다. ε 및 ζ 상은 각각 450 및 452°C의 온도에서 포정 반응에 의해 형성됩니다.
시스템에는 3개의 공정 평형이 있습니다: 438°C에서 L ↔Mg+ γ, 450°C에서 L ↔(A1) + β, 448°C에서 L ↔ε + β, 2개의 공정 평형 ε↔ β + -428°C에서 ζ 및 410°C에서 ζ ↔β + γ.
Mgv(A1)의 용해도는 많은 연구에서 연구되었습니다.
용해도 Mg:
% (에.) ......................
%(질량 기준) ..............
(A1)에서 Mg의 최대 용해도는 16.5%(at.)로 결정되었으며, X-ray 분석 방법이 사용되지 않은 많은 다른 작업에서도 확인되었습니다. 다른 연구에서 얻은 (Mg)에서 A1의 용해도에 대한 데이터도 다릅니다. 가장 가능성이 높은 값은 다음과 같습니다.
용해도:
% (에.) .....................
%(질량 기준) ..............
출처:
- 철을 기반으로 한 이진 및 다성분 시스템의 상태 다이어그램. Bannykh O.A., Budberg P.B., Alisova S.P. et al. Metallurgy, 1986
- 구리를 기반으로 한 이중 및 다중 구성 요소 시스템. 에드. 슈카디나 S.V. 과학, 1979
- 이진 금속 시스템의 상태 다이어그램 ed. Lyakisheva N.P. 기계 공학, 1996-2000
알루미늄은 순수한 형태와 이를 기반으로 하는 다양한 유형의 합금 모두에서 전자 산업에서 사용되는 가장 중요한 재료 중 하나입니다. 순수 알루미늄은 동소 변형이 없고 높은 열 및 전기 전도성을 가지며 이는 구리의 62-65%입니다. 알루미늄의 녹는점은 660 °C이고 끓는점은 2500 °C입니다. 순수한 알루미늄의 경도는 25HB Brinell입니다. 알루미늄은 절단, 드로잉, 압력으로 쉽게 가공됩니다.
공기와 접촉하면 알루미늄 표면에 약 2nm 두께(20A)의 비다공성 보호 산화막이 형성되어 추가 산화로부터 보호합니다. 알루미늄은 알칼리 용액, 염산 및 황산에서 내식성이 낮습니다. 유기산과 질산은 그것에 작용하지 않습니다.
이 산업은 특수 순도, 고순도 및 기술적 순도와 같은 여러 등급의 알루미늄을 생산합니다. 고순도 알루미늄 등급 A999에는 0.001% 이하의 불순물이 포함되어 있습니다. 고순도 등급 A995, A99, A97 및 A95 - 각각 0.005 이하; 0.01; 0.03 및 0.05% 불순물; 기술 순도 등급 A85 - 0.15% 이하의 불순물.
전자 제품에서 순수 알루미늄은 전해 커패시터, 포일 생산에 사용되며 열, 이온 플라즈마 및 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 마이크로 전자 장치의 알루미늄 전도성 트랙을 형성하는 타겟으로도 사용됩니다.
전자공학에서 가장 큰 관심을 받는 것은 "알루미늄-구리" 및 "알루미늄-실리콘" 시스템을 기반으로 하는 합금으로, 구조 재료로 사용되는 두 개의 큰 그룹의 단조 및 주조 합금을 구성합니다.
무화과에. 2.7은 알루미늄 측면에서 "알루미늄 - 구리" 시스템 상태의 평형 다이어그램을 보여줍니다. 이 시스템의 공융 합금은 33%의 구리를 함유하고 548°C의 융점을 가지고 있습니다. 합금의 금속간 화합물 함량이 증가함에 따라 합금의 강도는 증가하지만 가공성은 저하됩니다. 실온에서 알루미늄에 대한 구리의 용해도는 0.5%이고 공융 온도에서 5.7%에 이릅니다.
최대 5.7%의 구리 함량을 갖는 합금은 선보다 높은 온도에서 담금질하여 단상 상태로 전환할 수 있습니다. BD동시에, 경화된 합금은 적당한 강도로 충분한 연성을 가지며 변형에 의해 가공될 수 있습니다. 그러나 담금질 후 형성된 고용체는 비평형이며 금속간 화합물의 석출 과정이 합금의 강도 증가와 함께 발생합니다. 이 과정은 상온에서 4~6일이 소요되며 합금의 자연 노화라고 합니다. 재료의 노화 과정의 가속화는 높은 온도에서 유지함으로써 보장되며, 이 과정을 인공 노화라고 합니다.
쌀. 2.7. 알루미늄-구리 시스템의 상태 다이어그램 기타 그룹 알루미늄 합금, 알루미늄 주조 합금 또는 실루민이라고 하는 알루미늄-실리콘 시스템을 기반으로 하는 합금입니다. 이 시스템의 상태 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 2.8.
쌀. 2.8.
공정 합금은 11.7%의 규소를 함유하고 융점이 577°C입니다. 이 시스템은 금속간 화합물을 형성하지 않습니다. 공융 합금은 주조가 좋고 기계적 특성이 만족스럽습니다. 이는 합금에 최대 1%의 나트륨 화합물을 도입하면 개선됩니다.
알루미늄을 기본으로 저밀도(최대 3g/cm3), 높은 내식성, 열전도도, 전기전도도, 내열성, 저온에서의 강도 및 연성을 특징으로 하는 다양한 합금이 많이 생산되며, 좋은 빛 반사율. 보호 및 장식 코팅은 알루미늄 합금으로 만든 제품에 쉽게 적용되며 접촉 용접으로 쉽게 기계 가공 및 용접됩니다.
알루미늄 합금은 기본 금속 알루미늄과 함께 구리, 실리콘, 마그네슘, 아연, 망간, 철, 크롬, 티타늄, 니켈, 코발트, 은, 리튬, 바나듐 등 5가지 주요 합금 성분 중 하나 이상을 포함할 수 있습니다. , 지르코늄, 주석, 납, 카드뮴, 비스무트 등 합금 성분은 충분히 높은 온도에서 액체 알루미늄에 완전히 용해됩니다. 모든 원소에 대한 고용체 형성과 함께 고체 상태에서의 용해도는 제한적입니다. 용해되지 않은 입자는 합금 구조에서 독립적이고 가장 흔히 단단하고 부서지기 쉬운 결정을 형성하거나 순수한 원소(실리콘, 주석, 납, 카드뮴, 비스무트)의 형태로 존재하거나 알루미늄( A 2 Cu; 알 3 mg2 ; Al6Mn; AlMn; 알 3 철; 7 Cr; Al 3 Ti ; Al3Ni; 알리).
두 가지 합금으로 또는세 가지 합금 성분, 금속간 화합물은 이중의 일부입니다( mg2 시,아연 2 , Mg), 삼원 [ α(AlFeSi )] 및 더 복잡한 단계.
생성된 고용체와 이질적인 구조 구성 요소의 존재는 합금의 물리적, 화학적 및 기술적 특성을 결정합니다. 합금 구조에 대한 합금의 영향은 응고 과정의 특성, 결과상의 구성 및 고체 상태의 다양한 변형 가능성을 결정하는 위상 다이어그램으로 설명됩니다. 무화과에. 2원 및 3원 알루미늄 합금의 1 - 9 상태 다이어그램이 고려됩니다.
합금 Al-Cu 시스템. 구리 함량이 0 ~ 53%일 때 간단한 공정 시스템 Al(α ) - 548°C의 온도 및 33% Cu 함량에서 공정을 갖는 Al 2 Cu(θ). 구리의 최대 용해도(공정 온도에서) α -고체 용액 - 57%. 구리의 용해도는 온도가 감소함에 따라 감소하며 300°C의 온도에서 0.5%입니다. 용해되지 않은 구리는 A 2 Cu 상의 형태로 평형을 이룬다. 중간 온도에서 과포화 고용체의 분해 결과로 준안정 중간상이 형성됩니다(θ " 그리고 θ ").
합금 알 시스템 -시. 시스템은 577 ° C의 온도와 12.5 %의 함량으로 존재하는 순전히 공융입니다.시. α에서 - 이 온도의 고용체는 1을 녹이고,6 %시 . 공정 실리콘의 결정화는 약간의 나트륨 첨가에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이 경우 응고 속도에 의존하는 과냉각 및 공융점의 변위가 해당 공정 구조의 미세화와 함께 발생합니다.
합금 전신 Al-Mg. 합금의 마그네슘 함량 범위는 0~37.5%입니다. 공융은 449°C의 온도와 34.5%의 함량에서 존재합니다. mg . 이 온도에서 마그네슘의 용해도는 최대이며 17.4%입니다. 300°C의 온도에서 α - 고용체 용해 6.7%마그네슘; 100°C에서 - l,9% Mg . 용해되지 않은 마그네슘은 구조에서 가장 자주 다음 형태로 발견됩니다.β상(Al 3 Mg 2 ).
합금 Al-Zn 시스템. 이 시스템의 합금은 380°C의 온도에서 97% 함량의 아연이 풍부한 공정과 함께 공정 시스템을 형성합니다.아연 . 알루미늄에서 아연의 최대 용해도는 82%입니다. 지역에서 α -391°C 이하의 고용체에는 틈이 있습니다. 아연이 풍부한 α -275°C의 온도에서 상은 31.6%의 알루미늄과 공융 혼합물의 형성으로 분해됩니다.아연 및 아연 0.6% Al. 또한 아연의 용해도는 감소하고 100°C의 온도에서는 4%에 불과합니다.
합금 상태 다이어그램 Al-Mn 시스템, 알-페 매우 낮은 농도의 합금 원소에서 공융의 존재를 나타냅니다. 망간을 제외하고 고체 상태의 원소의 용해도는 무시할 수 있습니다. 예를 들어 철< 0,05%.
합금에 Al-Ti 시스템 (그림 1.14 참조), 알- 씨아르 자형원소의 용해도는 10분의 1입니다.
에 합금 Al-Pb 시스템 온도가 낮아짐에 따라 구성 요소는 이미 용융물에서 분리되어 두 개의 액상이 형성됩니다. 응고는 거의 알루미늄의 용융 온도에서 시작하여 합금 원소의 용융 온도에서 끝납니다(단공정 결정화).
합금 Al - Mg - Si 시스템 두 개의 삼중 공융으로 구성됩니다. 삼중 공융알-마그네슘 2 Si - 12% Si 및 5% Mg를 포함하는 Si , 555°C에서 녹습니다. 공정알-마그네슘 2 Si-AlbMg2 451°C의 융점으로 이진법과 거의 다르지 않음알 - 알 3 Mg2 . 두 삼중 공융점을 연결하는 액상선은 595°C의 온도에서 정확히 준-2진 단면을 따라 최대점을 통과합니다(8.15% Mg 및 4.75% Si ). 과도한 마그네슘으로 인해 mg 2 시 ) 규소 용해도 α -고체 용액이 크게 감소합니다. 합금알-마그네슘 , 특히 주조 공장은 10분의 1퍼센트의 실리콘을 포함하므로 부분 시스템에 속합니다.알-마그네슘 2 Si - Al 3 Mg 2 .
합금 Al-Cu-Mg 시스템. 이 시스템의 상태 다이어그램은 이중 위상과 함께 다음을 보여줍니다. 3mg 2 (β ) 및 고용체와 평형을 이루는 Al 2 Cu(θ) α 두 개의 삼중 단계를 포함할 수 있습니다.에스 및 T. 높은 구리 함량에서 포정 변환 뒤에 준 이진에 가까운 단면이 형성됩니다. A L-S (공정 온도 518°C) 및 부분 공정 영역 Al - S - Al 2 Cu (공정 온도 507°C). 마그네슘이 풍부한 T상(알 6 MG 4 구 ) 단계를 기반으로 발생에스 467°C의 온도에서 포정 4상 반응의 결과입니다. 450°C의 온도에서 후속 포정 4상 반응이 일어나고 이에 따라 T상은 β로 전환됩니다.
합금 Al-Cu-Si 시스템. 합금의 상태 다이어그램은 알루미늄이 실리콘과 함께 형성되고 A 2 Cu 상이 단순한 삼원 공정 부분 시스템(공정 온도 525°C)을 형성한다는 것을 보여줍니다. 구리와 실리콘의 공동 존재는 상호 용해도에 영향을 미치지 않습니다. α -고체 솔루션.
합금 Al-Zn-Mg 시스템. 이중 위상은 시스템의 알루미늄 코너 구성에 관여합니다.알3mg 2 , 마그네슘아연 2 및 평균 화학 조성에 해당하는 삼원상 T알 2 Mg 3 아연 3 . 단면 Al - MgZn 2 그리고 알 -T는 준 바이너리로 유지됩니다(공정 온도 447°C). 일부 지역에서 Al-T-Zn 475°C의 온도에서 포정 4상 반응이 일어나고 이에 따라 T상이 상으로 변환됩니다.마그네슘아연 2 . 그 후, 상으로부터 365℃의 온도에서 4상 반응이 진행되는 동안마그네슘아연2 아연 함량이 높으면 상이 형성됩니다.마그네슘아연 5 , 알루미늄 및 아연과 함께 343°C의 온도에서 공정 반응에 의해 결정화됩니다.
알루미늄 기반 합금에서 주성분과의 합금은 총 함량이 최대 용해도 미만이 되도록 제공됩니다. 예외는 공정의 유리한 기계적 특성으로 인해 공정 및 과공정 농도에서 사용되는 실리콘입니다.
불순물과 첨가제는 위상 다이어그램을 약간만 수정할 수 있습니다. 이러한 원소는 대부분 고용체에 약간 용해되며 구조에서 불균일한 침전물을 형성합니다.
알루미늄 고용체의 응고 중 1차 결정 내 농도의 불완전한 정렬로 인해, 특히 주조 상태에서 최대 용해도 미만의 농도에서 구조에 공정 영역이 나타날 수 있습니다. 이들은 1차 입자의 경계를 따라 위치하며 가공성을 방해합니다.
합금 첨가제는 고용체에 용해되기 때문에 확산에 의해 고온에서 장기간 가열(균질화)하여 불균일한 구조 성분을 제거할 수 있습니다. 열간 변형 동안 결정립계를 따라 취성 석출물은 기계적으로 파괴되고 라인 모드에서 구조에 분포됩니다. 이 과정은 주조 구조가 변형된 구조로 변형되는 특징입니다.
알루미늄 합금은 가공 방법에 따라 단조와 주조로 나뉩니다.
새로운 알루미늄 기반 슬래브는 현재 이러한 재료의 범위를 더욱 확장하기 위해 개발되고 있습니다. 따라서 액체 수소 (온도는 -253 ° C)에서 작동하는 환경 친화적 인 항공기 프로젝트의 경우 그러한 저온에서 부서지지 않는 재료가 필요했습니다. 러시아에서 개발된 리튬 및 마그네슘 합금 알루미늄 기반의 O1420 합금은 이러한 요구 사항을 충족합니다. 또한이 합금의 두 합금 요소가 알루미늄보다 가볍기 때문에 재료의 비중과 그에 따른 기계의 비행 질량을 줄일 수 있습니다. 두랄루민 고유의 우수한 강도와 낮은 밀도를 결합하여 합금은 내식성도 높습니다. 따라서 현대 과학 기술은 유용한 특성을 최대한 결합한 재료를 만드는 방향으로 나아가고 있습니다.
또한 현재 기존의 영숫자 마킹과 함께 알루미늄 합금의 새로운 디지털 마킹이 있다는 점에 유의해야 합니다(그림 참조). 3과 테이블. 십.
그림 3 - 알루미늄 합금의 디지털 마킹 원리
표 10
새로운 표시를 사용한 지정의 예
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합금 원소 |
마킹 |
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전통적인 | ||
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알(순수) | ||
서지
1. Kolachev B.A., Livanov V.A., Blagin V.I. 비철금속 및 합금의 금속 과학 및 열처리. M.: 야금, 1972.-480 p.
2. Lakhtin Yu.M., Leontieva V.P. 재료 과학. M.: 마시노스트로에니, 1990.-528 p.
3. Gulyaev A.P. 금속 과학. M.: 야금, 1986.-544 p.
4. 무기물 백과사전. 1권: 키예프: 우크라이나 Sov. Enc.의 편집장, 1977.-840 p.
5. 무기물 백과사전. 볼륨 2.: 키예프: 편집장 Ukrainian Sov. Enc., 1977.-814 p.
6. 재료 과학 및 재료 기술. Fetisov G.P., Karpman M.G., Matyunin V.M. etc. M. - V.Sh., 2000.- p.182
첨부 1
Al-Mg의 상태도(a)와 기계적 성질의 의존성
마그네슘 함량의 합금 (b)
부록 2
상태 다이어그램알 - 구:
점선 - 합금의 경화 온도
부록 3
상태 다이어그램알 – 시(a) 실리콘의 효과
에 기계적 성질합금
소개. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………넷
1 알루미늄. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... ...네
2 알루미늄 기반 합금. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .....5
2.1 단조 알루미늄 합금,
열처리에 의해 경화되지 않습니다. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......6
2.2 단조 알루미늄 합금,
열처리에 의해 경화된다. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......7
2.3 주조 알루미늄 합금. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......열하나
2.4 분말야금으로 생산된 합금 ...........................................................14
결론 ...........................................................................................................................16
참고 자료 ...........................................................................................................17
첨부 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….19
부록 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . ….. 이십
부록 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . ….21
재료과학 이론기초학과
