نقش عناصر افزودنی مختلف در آلیاژ آلومینیوم

سیلیکون (Si)
سیلیکون (Si) ماده اصلی برای بهبود سیالیت است. بهترین سیالیت را می‌توان از یوتکتیک تا هایپریوتکتیک به دست آورد. با این حال، سیلیکون (Si) که متبلور می‌شود، تمایل به تشکیل نقاط سخت دارد و عملکرد برش را بدتر می‌کند. بنابراین، معمولاً مجاز نیست که از نقطه یوتکتیک فراتر رود. علاوه بر این، سیلیکون (Si) می‌تواند استحکام کششی، سختی، عملکرد برش و استحکام در دماهای بالا را بهبود بخشد و در عین حال ازدیاد طول را کاهش دهد.
آلیاژ آلومینیوم-منیزیم منیزیم (Mg) بهترین مقاومت در برابر خوردگی را دارد. بنابراین، ADC5 و ADC6 آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی هستند. محدوده انجماد آن بسیار وسیع است، بنابراین دارای شکنندگی گرم است و قطعات ریخته‌گری مستعد ترک خوردن هستند و ریخته‌گری را دشوار می‌کنند. منیزیم (Mg) به عنوان ناخالصی در مواد AL-Cu-Si، Mg2Si باعث شکنندگی قطعات ریخته‌گری می‌شود، بنابراین استاندارد به طور کلی در حدود 0.3٪ است.

آهن (Fe) اگرچه آهن (Fe) می‌تواند دمای تبلور مجدد روی (Zn) را به میزان قابل توجهی افزایش داده و فرآیند تبلور مجدد را کند کند، اما در ذوب ریخته‌گری تحت فشار، آهن (Fe) از بوته‌های آهنی، لوله‌های گردن غازی و ابزارهای ذوب می‌آید و در روی (Zn) محلول است. آهن (Fe) حمل شده توسط آلومینیوم (Al) بسیار کم است و هنگامی که آهن (Fe) از حد حلالیت فراتر رود، به صورت FeAl3 متبلور می‌شود. عیوب ناشی از آهن عمدتاً سرباره تولید می‌کنند و به صورت ترکیبات FeAl3 شناور می‌شوند. ریخته‌گری شکننده می‌شود و قابلیت ماشینکاری کاهش می‌یابد. سیالیت آهن بر صافی سطح ریخته‌گری تأثیر می‌گذارد.
ناخالصی‌های آهن (Fe) باعث ایجاد کریستال‌های سوزنی شکل FeAl3 می‌شوند. از آنجایی که ریخته‌گری تحت فشار به سرعت سرد می‌شود، کریستال‌های رسوب شده بسیار ریز هستند و نمی‌توان آنها را اجزای مضر در نظر گرفت. اگر مقدار آهن کمتر از 0.7٪ باشد، جدا کردن آن آسان نیست، بنابراین مقدار آهن 0.8 تا 1.0٪ برای ریخته‌گری تحت فشار بهتر است. اگر مقدار آهن (Fe) زیاد باشد، ترکیبات فلزی تشکیل می‌شوند و نقاط سختی را تشکیل می‌دهند. علاوه بر این، هنگامی که مقدار آهن (Fe) از 1.2٪ بیشتر شود، سیالیت آلیاژ را کاهش می‌دهد، به کیفیت ریخته‌گری آسیب می‌رساند و عمر قطعات فلزی را در تجهیزات ریخته‌گری تحت فشار کوتاه می‌کند.

نیکل (Ni) مانند مس (Cu)، تمایل به افزایش استحکام کششی و سختی وجود دارد و تأثیر قابل توجهی بر مقاومت در برابر خوردگی دارد. گاهی اوقات، نیکل (Ni) برای بهبود استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر حرارت اضافه می‌شود، اما تأثیر منفی بر مقاومت در برابر خوردگی و رسانایی حرارتی دارد.

منگنز (Mn) می‌تواند استحکام دمای بالای آلیاژهای حاوی مس (Cu) و سیلیکون (Si) را بهبود بخشد. اگر از حد مشخصی فراتر رود، به راحتی ترکیبات چهارتایی Al-Si-Fe-P+o {T*T f;X Mn تشکیل می‌شوند که می‌توانند به راحتی نقاط سخت تشکیل دهند و رسانایی حرارتی را کاهش دهند. منگنز (Mn) می‌تواند از فرآیند تبلور مجدد آلیاژهای آلومینیوم جلوگیری کند، دمای تبلور مجدد را افزایش دهد و دانه‌های تبلور مجدد را به طور قابل توجهی اصلاح کند. اصلاح دانه‌های تبلور مجدد عمدتاً به دلیل اثر بازدارنده ذرات ترکیب MnAl6 بر رشد دانه‌های تبلور مجدد است. یکی دیگر از عملکردهای MnAl6 حل کردن آهن ناخالصی (Fe) برای تشکیل (Fe, Mn)Al6 و کاهش اثرات مضر آهن است. منگنز (Mn) عنصر مهمی از آلیاژهای آلومینیوم است و می‌تواند به عنوان یک آلیاژ دوتایی Al-Mn مستقل یا همراه با سایر عناصر آلیاژی اضافه شود. بنابراین، اکثر آلیاژهای آلومینیوم حاوی منگنز (Mn) هستند.

روی (Zn)
اگر روی ناخالص (Zn) وجود داشته باشد، در دمای بالا شکننده خواهد بود. با این حال، هنگامی که با جیوه (Hg) ترکیب می‌شود تا آلیاژهای قوی HgZn2 را تشکیل دهد، اثر تقویت‌کنندگی قابل توجهی ایجاد می‌کند. JIS تصریح می‌کند که محتوای روی ناخالص (Zn) باید کمتر از 1.0٪ باشد، در حالی که استانداردهای خارجی می‌توانند تا 3٪ را مجاز بدانند. این بحث به روی (Zn) به عنوان یک جزء آلیاژی اشاره نمی‌کند، بلکه به نقش آن به عنوان ناخالصی که تمایل به ایجاد ترک در ریخته‌گری دارد، اشاره دارد.

کروم (Cr)
کروم (Cr) ترکیبات بین فلزی مانند (CrFe)Al7 و (CrMn)Al12 را در آلومینیوم تشکیل می‌دهد که مانع جوانه‌زنی و رشد تبلور مجدد شده و برخی اثرات تقویت‌کننده را برای آلیاژ فراهم می‌کند. همچنین می‌تواند چقرمگی آلیاژ را بهبود بخشیده و حساسیت به ترک‌خوردگی ناشی از تنش را کاهش دهد. با این حال، می‌تواند حساسیت به کوئنچ را افزایش دهد.

تیتانیوم (Ti)
حتی مقدار کمی تیتانیوم (Ti) در آلیاژ می‌تواند خواص مکانیکی آن را بهبود بخشد، اما می‌تواند رسانایی الکتریکی آن را نیز کاهش دهد. مقدار بحرانی تیتانیوم (Ti) در آلیاژهای سری Al-Ti برای سخت‌کاری رسوبی حدود 0.15٪ است و حضور آن را می‌توان با افزودن بور کاهش داد.

سرب (Pb)، قلع (Sn) و کادمیوم (Cd)
کلسیم (Ca)، سرب (Pb)، قلع (Sn) و سایر ناخالصی‌ها ممکن است در آلیاژهای آلومینیوم وجود داشته باشند. از آنجایی که این عناصر نقاط ذوب و ساختارهای متفاوتی دارند، ترکیبات متفاوتی با آلومینیوم (Al) تشکیل می‌دهند که منجر به اثرات متفاوتی بر خواص آلیاژهای آلومینیوم می‌شود. کلسیم (Ca) حلالیت جامد بسیار کمی در آلومینیوم دارد و ترکیبات CaAl4 را با آلومینیوم (Al) تشکیل می‌دهد که می‌تواند عملکرد برش آلیاژهای آلومینیوم را بهبود بخشد. سرب (Pb) و قلع (Sn) فلزاتی با نقطه ذوب پایین و حلالیت جامد کم در آلومینیوم (Al) هستند که می‌توانند استحکام آلیاژ را کاهش دهند اما عملکرد برش آن را بهبود بخشند.

افزایش مقدار سرب (Pb) می‌تواند سختی روی (Zn) را کاهش و حلالیت آن را افزایش دهد. با این حال، اگر هر یک از سرب (Pb)، قلع (Sn) یا کادمیوم (Cd) از مقدار مشخص شده در آلیاژ آلومینیوم: روی بیشتر شود، ممکن است خوردگی رخ دهد. این خوردگی نامنظم است، پس از یک دوره خاص رخ می‌دهد و به ویژه در اتمسفرهای با دمای بالا و رطوبت بالا مشهود است.