Oct 13, 2025 Eine Nachricht hinterlassen

Der Einfluss von Verunreinigungselementen in Aluminiumlegierungen

The impact of impurity elements in aluminum alloys

 

Vanadium bildet in Aluminiumlegierungen die feuerfeste Verbindung VAl11, die während des Gussprozesses zur Kornverfeinerung beiträgt, allerdings im Vergleich zu Titan und Zirkonium eine geringere Wirkung hat. Vanadium trägt außerdem zur Verfeinerung der rekristallisierten Struktur bei und erhöht die Rekristallisationstemperatur.

Calcium weist in Aluminiumlegierungen eine äußerst geringe Löslichkeit auf und bildet mit Aluminium die CaAl4-Verbindung. Calcium ist außerdem ein Element, das die Superplastizität in Aluminiumlegierungen fördert; Aluminiumlegierungen mit etwa 5 % Kalzium und 5 % Mangan weisen Superplastizität auf. Calcium und Silizium bilden CaSi, das in Aluminium unlöslich ist. Durch die Verringerung der Löslichkeit von Silizium kann die elektrische Leitfähigkeit von industriellem Reinaluminium leicht verbessert werden. Calcium kann die Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungen verbessern. CaSi2 ermöglicht keine Wärmebehandlungsverfestigung von Aluminiumlegierungen. Spuren von Kalzium sind vorteilhaft bei der Entfernung von Wasserstoff aus geschmolzenem Aluminium.

 

Blei, Zinn und Wismut sind Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt. Sie haben eine geringe Löslichkeit in Aluminium, was die Festigkeit der Legierung leicht verringert, aber die Bearbeitbarkeit verbessern kann. Wismut dehnt sich während der Erstarrung aus, was sich positiv auf den Schrumpfungsausgleich auswirkt. Durch die Zugabe von Wismut zu Legierungen mit hohem-Magnesiumgehalt kann die Natriumsprödigkeit verhindert werden.

 

Antimon wird hauptsächlich als Modifikator in Aluminiumgusslegierungen verwendet und wird selten in Aluminiumknetlegierungen verwendet. Es wird nur in Al-Mg-Knetaluminiumlegierungen als Ersatz für Wismut verwendet, um natriumbedingte Sprödigkeit zu verhindern. Der Zusatz von Antimon zu bestimmten Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen verbessert die Leistung sowohl von Heiß- als auch von Kaltpressverfahren.

 

Beryllium kann die Struktur des Oxidfilms in verformten Aluminiumlegierungen verbessern und Abbrandverluste und Einschlüsse beim Gießen reduzieren. Beryllium ist ein giftiges Element, das beim Menschen allergische Vergiftungen verursachen kann. Daher dürfen Aluminiumlegierungen, die mit Lebensmitteln und Getränken in Kontakt kommen, kein Beryllium enthalten. Der Berylliumgehalt in Schweißmaterialien wird üblicherweise auf unter 8 µg/ml kontrolliert. Als Schweißsubstrate verwendete Aluminiumlegierungen sollten ebenfalls einen kontrollierten Berylliumgehalt aufweisen.

 

Natrium ist in Aluminium nahezu unlöslich, mit einer maximalen Feststofflöslichkeit von weniger als 0,0025 %. Natrium hat einen niedrigen Schmelzpunkt (97,8 Grad). Wenn Natrium in einer Legierung vorhanden ist, adsorbiert es während der Erstarrung an Dendritenoberflächen oder Korngrenzen. Bei der thermischen Verarbeitung bildet Natrium an den Korngrenzen eine flüssige Adsorptionsschicht, die zu Sprödrissen führen kann. Bei diesem Prozess werden NaAlSi-Verbindungen gebildet, ohne dass freies Natrium vorhanden ist, so dass keine „Natriumsprödigkeit“ auftritt. Wenn der Magnesiumgehalt 2 % übersteigt, bindet Magnesium Silizium und fällt freies Natrium aus, was zu „Natriumsprödigkeit“ führt. Daher sind Natriumsalze in Aluminiumlegierungen mit hohem -Magnesiumgehalt nicht zulässig. Zu den Methoden zur Verhinderung der „Natriumsprödigkeit“ gehört die Chlorierungsmethode, bei der Natrium in NaCl umgewandelt und in Schlacke entfernt wird; Zugabe von Wismut zur Bildung von Na2Bi, das in die Metallmatrix eindringt; Zugabe von Antimon zur Bildung von Na3Sb; oder das Hinzufügen von Seltenerdelementen, die den gleichen Effekt erzielen können.

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