Марки алюминия: виды, свойства и области применения. Сплавы алюминия
Алюминий и его сплавы: все об этом металле
На сегодняшний день практическое применение нашли почти все известные человеку металлы и их сплавы. У каждого из них есть свои специфические особенности, которые и определяют сферу их использования в тех или иных отраслях промышленности. Наибольшее распространение получили железо и всевозможные соединения на его основе, а также алюминий и его сплавы. Это можно объяснить, прежде всего, большими природными запасами, а также прекрасными химическими, физическими и механическими характеристиками.
Немного истории
Согласно древней легенде, описанной в трактате «Естественная история» Гая Плиния Старшего, составленной примерно в 77 году н.э., однажды к императору Рима Тиберию подошел незнакомый мастер и сделал ему подарок в виде чаши из серебристого и очень легкого металла. Когда Тиберий спросил его, из чего он ее сделал, тот ответил, что из глины. Удивившись, император приказал умертвить невинного ремесленника и уничтожить его мастерскую, чтобы это изобретение не привело к обесцениванию металлов римской казны. Жаль, что он в то время не смог оценить все перспективы открытия, ведь алюминий и его сплавы в будущем совершили прямо-таки настоящий прорыв.
Почему алюминий и его сплавы так популярны?
Содержание алюминия в земной коре составляет примерно 8,8%, и потому он лидирует в перечне наиболее распространенных металлов. В число его достоинств входит малая плотность (2,7 г/см3), прекрасная коррозийная стойкость, технологичность, хорошая электро- и теплопроводность, довольно высокие прочностные характеристики. Алюминий и его сплавы широко используются в авиации, судостроении, железнодорожном транспорте, автомобилестроении, строительстве, химической и нефтяной промышленности и т.д. Сплавы алюминия характеризуются пластичностью, ковкостью, высокой скоростью обработки. Все это дает отличную возможность применять их почти в любом виде производства.
Основные сплавы на основе алюминия
Дюралюмин (дюралюминий, или просто дюраль)
Название этого соединения произошло от слова Дюрен – именно так назывался немецкий город, в котором в 1911г. начали производить этот сплав в промышленных масштабах. Получают его добавлением к алюминию меди (2,2 – 5,2 %), магния (0,2 – 2,7%) и марганца (0,2 - 0,1%). После термообработки металл становится очень прочным (статическая прочность достигает 450-500 МПа). Для того чтобы повысить антикоррозийную стойкость, его нередко плакируют алюминием. Используют в качестве конструкционного материала в транспортном и авиационном машиностроении.
Магналии
Это различные сплавы алюминия с магнием и прочими элементами (содержание магния - 1-13%). Для них характерна высокая пластичность, хорошая свариваемость и коррозийная стойкость. Используются для изготовления фасонных отливок, проволоки, листов, заклепок и т.д.
Силумин
Алюминий и его сплавы еще долго будут служить на благо человечества. Доказательство тому новое изобретение – пеноалюминий или, как его еще называют, «металлический поролон». Многие эксперты считают, что у пористого алюминия есть отличные перспективы.
fb.ru
виды, свойства и области применения
Сегодня алюминий используется практически во всех отраслях промышленности, начиная с производства пищевой посуды и заканчивая созданием фюзеляжей космических кораблей. Для тех или иных производственных процессов подходят только определенные марки алюминия, которые обладают определенными физико-химическими свойствами.
Главные свойства металла – высокая теплопроводность, ковкость и пластичность, устойчивость к образованию коррозии, небольшой вес и низкое омическое сопротивление. Они находятся в прямой зависимости от процентного содержания примесей, входящих в его состав, а также от технологии получения или обогащения. В соответствии с этим выделяют основные марки алюминия.
Виды алюминия
Все марки металла описаны и внесены в единую систему признанных национальных и международных стандартов: Европейских EN, Американских ASTM и международных ISO. В нашей стране марки алюминия определены ГОСТом 11069 и 4784. Во всех документах алюминий и его сплавы рассматриваются отдельно. При этом сам металл подразделяется именно на марки, а сплавы не имеют конкретно определенных знаков.
В соответствии с национальными и международными стандартами, следует выделить два вида микроструктуры нелегированного алюминия:
- высокой чистоты с процентным содержанием более 99,95%;
- технической чистоты, содержащей около 1% примесей и добавок.
В качестве примесей чаще всего рассматривают соединения железа и кремния. В международном стандарте ISO для алюминия и его сплавов выделена отдельная серия.
Марки алюминия
Технический вид материала делится на определенные марки, которые закреплены за соответствующими стандартами, например АД0 по ГОСТ 4784-97. При этом в классификацию входит и металл высокой частоты, чтобы не создавать путаницу. Данная спецификация содержит следующие марки:
- Первичный (А5, А95, А7Е).
- Технический (АД1, АД000, АДС).
- Деформируемый (АМг2, Д1).
- Литейный (ВАЛ10М, АК12пч).
- Для раскисления стали (АВ86, АВ97Ф).
Кроме того, выделяют и категории лигатуры – соединения алюминия, которые используются для создания сплавов из золота, серебра, платины и других драгоценных металлов.
Первичный алюминий
Первичный алюминий (марка А5) – типичный пример данной группы. Его получают путем обогащения глинозема. В природе металл в чистом виде не встречается ввиду его высокой химической активности. Соединяясь с другими элементами, он образует бокситы, нефелины и алуниты. Впоследствии из этих руд получают глинозем, а из него с помощью сложных химико-физических процессов - чистый алюминий.
ГОСТ 11069 устанавливает требования к маркам первичного алюминия, которые следует отметить путем нанесения вертикальных и горизонтальных полос несмываемой краской различных цветов. Данный материал нашел широкое применение в передовых отраслях промышленности, главным образом там, где от сырья требуются высокие технические характеристики.
Технический алюминий
Техническим алюминием называют материал с процентным содержанием инородных примесей менее 1%. Очень часто его также называют нелегированным. Технические марки алюминия по ГОСТу 4784-97 характеризуются очень низкой прочностью, но высокой антикоррозионной стойкостью. Благодаря отсутствию в составе легирующих частиц на поверхности металла быстро образуется защитная оксидная пленка, которая отличается устойчивостью.
Марки технического алюминия отличаются и хорошей тепло- и электропроводностью. В их молекулярной решетке практически отсутствуют примеси, которые рассеивают поток электронов. Благодаря этим свойствам материал активно используется в приборостроении, при производстве нагревательного и теплообменного оборудования, предметов освещения.
Деформируемый алюминий
К деформируемому алюминию относят материал, который подвергают горячей и холодной обработке давлением: прокатке, прессованию, волочению и другим видам. В результате пластических деформаций из него получают полуфабрикаты различного продольного сечения: алюминиевый пруток, лист, ленту, плиту, профили и другие.
Основные марки деформируемого материала, используемого на отечественном производстве, приведены в нормативных документах: ГОСТ 4784, OCT1 92014-90, OCT1 90048 и OCT1 90026. Характерной особенностью деформируемого сырья является твердая структура раствора с большим содержанием эвтектики – жидкой фазы, которая находится в равновесии с двумя или более твердыми состояниями вещества.
Область применения деформируемого алюминия, как и та, где применяется алюминиевый пруток, достаточно обширна. Он используется как в областях, требующих высоких технических характеристик от материалов - в корабле- и самолетостроении, так и на строительных площадках в качестве сплава для сварки.
Литейный алюминий
Литейные марки алюминия используются для производства фасонных изделий. Их главной особенностью является сочетание высокой удельной прочности и низкой плотности, что позволяет отливать изделия сложных форм без образования трещин.
Согласно своему назначению, литейные марки условно делятся на группы:
- Высокогерметичные материалы (АЛ2, АЛ9, АЛ4М).
- Материалы с высокой прочностью и жароустойчивостью (АЛ 19, АЛ5, АЛ33).
- Вещества с высокой антикоррозионной устойчивостью.
Очень часто эксплуатационные характеристики изделий из литейного алюминия повышают различными видами термической обработки.
Алюминий для раскисления
На качество изготавливаемых изделий оказывает влияние и то, какие имеет алюминий физические свойства. И применение низкосортных сортов материала не ограничивается созданием полуфабрикатов. Очень часто он используется для раскисления стали – удаления из расплавленного железа кислорода, который растворен в нем и повышает тем самым механические свойства металла. Для проведения данного процесса чаще всего применяются марки АВ86 и АВ97Ф.
fb.ru
Как называется сплав алюминия с медью? Производство сплавов металлов на основе меди и алюминия
Одним из самых распространенных металлов на Земле считается алюминий. Его еще называют «летающим металлом». Несмотря на то, что в природе он не встречается в чистом виде, его можно найти во многих минералах. А самый распространенный сплав, который используется для производства множества деталей и конструкций, – это дюралюминий (дюраль).
Его изобрел немецкий ученый Альфред Вильм, который работал на заводе Dürener Metallwerke AG (город Дюрен). Он определил, что сплав алюминия с медью обладает намного более лучшими характеристиками, чем сам металл в чистом виде.
Группа высокопрочных сплавов
На самом деле дюралюминий – это целая группа сплавов, в которых основным компонентом является алюминий, а его легирующими элементами – медь, цинк, марганец, магний. Но в целом их характеристика определяется не только составом, но и способом термообработки. В 1903 году впервые было обнаружено, что в процессе старения сплав алюминия с медью становится еще более прочным и твердым.
Как выяснилось позже, это объясняется тем, что когда после закалки металл находится несколько дней при комнатной температуре, его перенасыщенный твердый раствор распадается, а это, в свою очередь, сопровождается упрочнением материала.
Процесс старения и возврат к предыдущему состоянию
Как уже было сказано ранее, старение металла – важный процесс, который обуславливается структурными превращениями, вызывающими изменения физических и механических свойств. Оно может быть естественным и искусственным. В первом случае сплав выдерживают несколько суток при комнатной температуре.
При искусственном старении время обработки сокращается, но при этом увеличивается температура. Для того чтобы вернуть сплав к предыдущему состоянию, его необходимо на несколько секунд нагреть до 270 градусов и затем быстро остудить.
Производство алюминия
Для того чтобы изготовить сплав алюминия с медью, необходимо высокотехнологичное оборудование и, конечно же, сам металл. Его добывают из бокситов. Это горная порода, которую необходимо измельчить, добавить в неё воду и обработать паром под большим давлением. Таким образом из глинозема отделяют кремний. Затем густую массу помещают в специальную ванну с расправленным криолитом. Содержимое нагревают до 950 °С и через него пропускают электрический ток в 400 кА.
Это позволяет разорвать связь между атомами кислорода и алюминия. В результате последний оседает на дно в качестве жидкого металла. Так из жидкого алюминия делают отливки. Теперь металл полностью готов к механической обработке. Однако для того чтобы повысить его прочность, необходимо в него добавить легирующие элементы и таким образом получить высококачественный сплав алюминия с медью.
Производство дюрали
В общей сложности все алюминиевые сплавы делятся на две группы: литейные и деформированные. Процесс их производства зависит именно от того, какой вид должен получиться в конечном итоге. Кроме того, способ изготовления также зависит и от требуемых характеристик.
Для производства дюраля алюминиевые слитки расплавляют в электрической печи. Интересно, что это один из немногих металлов, который можно переводить из твердого состояния в жидкое и наоборот множество раз. Это не повлияет на его характеристики. В расплавленный алюминий по очереди добавляют медь и другие легирующие элементы, такие как марганец, железо, магний. Очень важно соблюдать процентное соотношение: 93% алюминия, 5% меди, остальные 2% приходятся на другие легирующие элементы.
Закалка и отжиг дюраля
Обязательным для такого сплава является процесс закалки. Время выдержки для небольших деталей составляет всего несколько минут, а температура - около 500 °С. Сразу после процедуры дюраль получается мягким и вязким. Он легко поддается деформации и обработке. Спустя некоторое время сплав твердеет и его механические свойства повышаются. Если превысить порог температуры, происходит окисление и материал теряет свои характеристики. После закалки его необходимо медленно остудить в прохладной воде.
Итак, вы уже знаете, как называется сплав алюминия с медью. Он нередко поддается деформации: холодному прокату, вытяжке, ковке. При этом возникает так называемая нагартовка. Это процесс, в ходе которого в структуре металла происходит передвижение и размножение дислокаций. В итоге сам сплав меняет свою структуру, становится более твердым и прочным. При этом снижается его пластичность и ударная вязкость. Для того чтобы деформации проходили более легко и нагартовка не разрушала металл, используют отжиг. Для этого сплав нагревают до 350 °С и затем остужают на воздухе.
Диаграмма состояния сплава (алюминий и медь)
Для того чтобы наиболее четко описать взаимодействие компонентов дюраля в твердом и жидком состоянии, а также объяснить характер изменения свойств сплава, используют диаграмму состояний.
Из неё видно, что наибольшая растворимость Cu в сплаве с алюминием наблюдается при температуре 548 °С и при этом она составляет 5,7 %. При повышении температуры она будет увеличиваться, а при понижении – уменьшаться. Минимальная растворимость (0,5 %) будет наблюдаться при комнатной температуре. Если же дюраль закалить выше 400 °С, он станет твердым однородным раствором – α.
Во время данного процесса будет происходить распад твердого раствора. Очень необычно ведёт себя сплав алюминия и меди, формула которого - CuAl2. Процесс сопровождается выделением избыточной фазы А1. Такой распад протекает в течение длительного времени. Это и есть то естественное старение, о котором мы уже ранее упоминали.
Свойства сплава
Легирование металла теми или иными элементами позволяет повысить его характеристики. Вы запомнили, как называется сплав алюминия с медью? Какими же свойствами он обладает?
Сам по себе алюминий очень легкий, мягкий и совершенно непрочный. Он растворим в слабо концентрированных щелочах и кислотах. Добавив к алюминию медь и магний, можно получить уже достаточно прочный сплав. Его эксплуатационные параметры достаточно легко улучшить – просто нужно оставить его полежать при комнатной температуре. Так, эффект старения увеличивает прочность дюраля, о чём мы говорили выше.
Сам по себе алюминий достаточно легкий. Незначительный процент меди не утяжеляет сплав. Еще одна положительная характеристика – это возможность многократно переплавлять сплав. При этом он не будет терять своих свойств. Единственное, что необходимо, так это после отливки дать ему «отдохнуть» пару суток.
Недостатком дюралюминия является его низкая коррозионная стойкость. Поэтому чаще всего такой материал покрывают чистым слоем алюминия или же красят лаками и красками.
Алюминиевые сплавы и их применение
Впервые дюраль был использован для изготовления дирижаблей. Легкость и прочность этого материала позволила создать отличный летательный аппарат. Для этого применялась марка Д16т. В настоящее время сплавы с алюминием, цинком, медью и другими легирующими элементами широко используются в космонавтике, авиации и иных областях машиностроения.
Так, например, использование дюралюминия при изготовлении авто может значительно снизить его вес и стоимость, но при этом оно будет достаточно прочным.
В общем, можно отметить, что ассортимент данного сплава достаточно широк: трубы, проволоки, листы, ленты, прутки и литые детали разных форм. Одной из самых востребованных и распространенных марок по-прежнему считается Д16т. Маленькая буква «т» в конце маркировки означает, что сплав закаленный и естественно состарился. Он используется:
- В конструкциях космических аппаратов, морских судов и самолетов.
- Для изготовления различных деталей для станков и машин.
- Для изготовления уличных табличек, дорожных знаков.
Название сплава алюминия и меди должен знать каждый. Дюраль используется и в нефтяной промышленности. Так, специальные трубы, изготовленные из него, могут обеспечить эксплуатацию скважины в течение 6-7 лет.
Как называется сплав алюминия и меди, запомнить легко. Итак, мы рассказали, каким свойствами он обладает и где применяется. Он с легкостью может заменить стальной прокат, в особенности если необходимо сделать конструкцию маловесной.
fb.ru
8.1.2. Алюминий и его сплавы.
Алюминий отличают низкая плотность, высокие тепло- и электропроводность, хорошая коррозионная стойкость во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной оксидной пленки Al2O3. Отожженный технический алюминий (σВ = 80 МПа,δ= 35%.) упрочняется холодной пластической деформацией. Свойства нагартованного (Н) технического алюминияσВ = 150 МПа,δ= 6%. Алюминий высокопластичен и легко обрабатывается давлением, однако при обработке резанием возникают осложнения из-за налипания металла на инструмент.
Маркировка и классификация алюминиевых сплавов.
В настоящее время одновременно существуют две маркировки сплавов: старая буквенно-цифровая, и новая – цифровая. (К новой маркировке я отношусь скептически, поэтому давать не буду, изучите сами).
Алюминиевые сплавы подразделяются (в основном) на деформируемые и литейные.
Деформируемые алюминиевые сплавы.
Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичностиразделяют на две основные группы:
А) сплавы с добавлением марганца или магния (АМц и АМг6), не упрочняемые термической обработкой. Их используют в отожженном (М), нагартованном (Н), или полунагартованном (П) состояниях. Эти сплавы хорошо свариваются. Их применяют для изготовления коррозионностойких изделий, получаемых методами глубокой вытяжки и сварки (например, сварных бензобаков, топливных, маслянных и воздушных трубопроводов и т.п.).
Б) сплавы системы Al-Mg-Si(АВ, АД31, АД33), упрочняемые закалкой (520…530) и искуственным старением (150…170 С, 10…12 часов). Эти сплавы не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением. В закаленном и состаренном состоянии они удовлетворительно обрабатываются резанием, а также свариваются с помощью точечной, шовной и аргонодуговой сварки. Сплав АВ из данной группы отличается большей прочностью.
Из этих сплавов изготавливают лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов, элементы кабин вертолетов.
Сплавы системы Al-Cu-Мg – дуралюмины Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17. Свариваются точечной сваркой, обрабатываются резанием (в термоупрочненном состоянии). Однако склонны к межкристаллической коррозии после нагрева. Значительное повышение коррозионной стойкости сплавов достигается плакированием. Работают до температур 220 С (сплавы Д19 и ВД17 до 250).
В авиации дуралюмины находят самое широкое применение: элементы силового каркаса крыла и фюзеляжа, обшивка дозвуковых самолетов, лопасти воздушных винтов (Д1).
Высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu(В93, В95, В96Ц) благодаря закалке и старению характеризуются большими значениями временного сопротивления (доσВ=700Мпа). Однако они сильно боятся концентраторов напряжений. Используют для изготовления высоконагруженных элементов конструкции работающих на сжатие. Рабочая температура высокопрочных сплавов не превышает 120 С.
Ковочные сплавыАК6 и АК8 (системыAl-Si-Mg-Cu) обладают высокой пластичностью при горячей обработке давлением. Удовлетворительно свариваются. Хорошо обрабатываются резанием. Для повышения коррозионной стойкости элементы конструкции анодируют (электрохимически оксидируют) или наносят лакокрасочные покрытия.
Из ковочных сплавов изготавливают ковкой и штамповкой детали самолетов, работающие под нагрузкой (лонжероны, рамы, пояса, кронштейны). Эти сплавы способны работать и при криогенных температурах.
Жаропрочные алюминиевые сплавыAl-Cu-Мn(Д20, Д21), и
Al-Cu-Mg-Fe-Ni(AK4-1) применяют для изготовления деталей, работающих при температурах до 330 С (поршни, головки цилиндров, диски и лопатки компрессоров). Легирование достигается за счет легирования никелем и железом, образующие сложнолегированные мелкодисперсные упрочняющие фазы (при закалке с 530 С, старение при 190 С, 8-12ч).
Литейные алюминиевые сплавы.
Основные требования – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими свойствами.
Конструкционные герметичные сплавысистемAl-Si(AЛ-2)Al-Si-Mg(АЛ4, АЛ9, АЛ34). Силумины обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной обрабатываемостью резанием и коррозионной стойкостью. В то же время структура сплава АЛ2, представляющая собой игольчатую грубую эвтектику с включениями кристаллов первичного кремния, не обеспечивает требуемых механических свойств. Термической обработкой этот сплав не упрочняется.
Легированные силумины АЛ4, АЛ9, АЛ34 упрочняются термической обработкой. Эти сплавы используют для изготовления средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания). Сплав АЛ34 применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошим комплексом технологических свойств.
Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы.
В эту группу входят сплавы системы Al-Cu-Mn(АЛ19),Al-Cu-Mn-Ni(АЛ33). Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе и динамическое нагружение) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием – жаропрочность при температурах до 350 С. Сплав отличается хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью и имеет пониженные литейные свойства. Сплав упрочняется закалкой с 545 С (12ч) и старением при 175 С (3…6ч). Сплав широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.
Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы
Сплавы системы Al-Mg(АЛ8, АЛ27) иAl-Mg-Zn(АЛ24) обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Сплавы (АЛ8, АЛ27) подвергаются закалке в масле без старения. Имеют плохие литейные свойства и низкую (до 80 С) жаропрочность. Жаропрочность сплава АЛ24 сохранияется до 150 С.
Сплавы способны работать в условиях коррозии морской воды вместо дефицитных бронз, латуней и нержавеющих сталей.
Спеченные алюминиевые сплавы (порошковые и гранулированные) характеризуются повышенными механическими и физическими свойствами.
Спеченный алюминиевый порошок (САП) – это материал, полученный холодным, а затем горячим брикетированием ( прессованием под давлением 700 МПа при 500…600 С) предварительно окисленной алюминиевой пудры. Затем из брикетов ковкой, прокаткой или прессованием изготавливают изделия или полуфабрикаты. Поскольку каждая частичка пудры покрыта тонким слоем оксида алюминия, то чем тоньше пудра, тем больше в САПе иоксида алюминия, выше его прочность, но ниже пластичность. В САПе содержится от 6 до 22% Al2O3 . САП характеризуется высокой прочностью и жаропрочностью при повышенных температурах (350…500 С).
Разновидностью САПа является сплав СПАК-4 (системы Al-Cu-Mg-Al2O3), в котором впервые использовано совместное упрочнение алюминиевой матрицы оксидами (Al2O3) и интерметаллидами (например Al9FeNi) и др.). Обладая высокой длительной прочностью при 350 С (в 2…2,5 раза большей, чем у сплава АК4-1), сплав СПАК4 может применяться для работающих на форсированных режимах поршней.
studfiles.net
Характеристики, свойства и применение алюминиевых сплавов
Алюминий имеет колоссальное значение в промышленности вследствие повышенной пластичности, высокого уровня тепло- и электропроводности, низкой коррозии, поскольку образующаяся на поверхности пленка Al2O3 выступает защитником от окисления. Из алюминия получается отличный тонкий прокат, фольга, любой формы профиль при помощи прессования и других видов обработки давления. Из него создают разного типа провода, применяемые в электроаппаратуре. Алюминий, как и железо очень редко применяется в чистом виде. Чтобы придать им заданные полезные качества на производстве добавляют небольшие количества (не больше 1 %) иных элементов, называемых легирующими. Таким образом получают сплавы железа, алюминия и других металлов.
Физические параметры алюминиевых сплавов
Алюминиевые сплавы имеют плотность, которая незначительно отличается от плотности чистого металла (2.7 г/см3). Она колеблется от 2.65 г/см3 для сплава АМг6 до 2.85 г/см3 для сплава В95.Процедура легирования почти не оказывает влияния на величину модуля упругости и модуля сдвига. К примеру, модуль упругости упрочненного дюралюминия Д16Т почти такой же, как модуль упругости чистого металла А5 (Е=7100 кгс/мм2). Тем не менее, за счет того, что максимум текучести сплавов на несколько единиц превышает максимум текучести чистого алюминия, сплавы алюминия уже можно использовать в качестве конструкционного материала с различным уровнем нагрузок (все зависит от марки сплава и его состояния).Вследствие низкого показателя плотности удельное значение максимума прочности, максимума текучести и модуля упругости (соответствующие параметры, разделенные на величину плотности) для прочных алюминиевых сплавов можно сравнить с такими же показателями удельных величин для стали и титановых сплавов. Это дает возможность алюминиевым сплавам с высокой прочностью вы ступать конкурентами для стали и титана, однако исключительно до температур не выше 200 С.Большая часть алюминиевых сплавов отличается худшей электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью в сравнении с чистым алюминием.Известно, что сплавы с более высокой степенью легирования характеризуются существенно меньшей электро- и теплопроводностью. Эти показатели находятся в непосредственной зависимости от состояния сплава.Самые лучшие коррозионные свойства алюминиевых сплавов наблюдаются у сплавов АМц, АМг, АД31, а худшие – у высоко-прочных сплавов Д16, В95, АК. Помимо этого, коррозионные показатели термоупрочняемых сплавов в значительной степени зависят от режима закалки и старения. К примеру, сплав Д16 чаще всего используется в естественно-состаренном состоянии. Тем не менее, при температуре более 80оС его коррозионные показатели существенно снижаются и для использования в условиях более высоких температур зачастую применяют искусственное старение.Хорошо поддаются всем видам сварки сплавы АМц и Амг. В процессе сварки нагартованного проката в области сварочного шва осуществляется отжиг, по этой причине прочность шва приравнивается к прочности основного материала в отожженном состоянии.
Виды алюминиевых сплавов
Сегодня очень развито производство алюминиевых сплавов. Существует два типа алюминиевых сплавов:
- деформируемые, из которых создают листы, трубы, профиль, паковки, штамповки
- литейные, из которых осуществляется фасонное литье.
Широкое применение алюминиевых сплавов обусловлено их свойствами. Такие сплавы очень популярны в авиации, автомобилестроении, судостроении и прочих сферах народного хозяйства.Неупрочняемые сплавы Al – Mn (АМц) и Al – Mg (АМг) являются коррозионностойкими материалами, из которых изготавливают бензобаки, маслобаки, корпуса судов.Упрочняемые сплавы Al -Mg – Si (АВ, АД31, АД33) применяются для создания лопастей и деталей кабин вертолетов, барабанов колес гидросамолетов.Сплав алюминия и меди – дюралюминий или дюраль. Сплав с кремнием называют силумином. Сплав с марганцем – АМц имеет повышенную коррозионную стойкость. Такие элементы, как Ni, Ti, Cr, Fe в сплаве способствуют повышению жаропрочности сплавов, затормаживанию процесса диффузии, а присутствие лития и бериллия повышают модуль упругости.Жаропрочные алюминиевые сплавы системы Al – Cu – Mn (Д20, Д21) и Al – Cu – Mg – Fe – Ni (АК – 4 – 1) используют для создания поршней, головок цилиндров, дисков, лопаток компрессоров и прочих деталей, которым предстоит функционировать при температурах до 300°С. Жаропрочности можно достичь легированием Ni, Fe, Ti, (Д20, Д21, АК – 4 – 1).Литейные алюминиевые сплавы используют для создания литых заготовок. Это сплавы Al – Si (силумины), Al – Cu (дюрали), Al – Mg (Амг). В числе силуминов стоит отметить сплавы Al – Si (AЛ – 2), Al – Si – Mg (АЛ – 4, АЛ – 9, АЛ – 34), упрочняемые при помощи термообработки. Силумины отлично поддаются литью, а также обработке резанием, свариванием, также их можно анодировать и даже пропитывать лаками.Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы систем Аl – Cu – Mn (АЛ – 19), Al – Cu – Mn – Ni (АЛ – 33), Al – Si – Cu – Mg (АЛ – 3, АЛ – 5). Прошедшие процесс легирования хромом, никелем, хлором или цинком выдерживают температуру до 300°С. Из них создают поршни, головки блока, цилиндров.Спеченный алюминиевый порошок (САП) получают методом прессования (700 МПа) при температуре от 500 до 600°С алюминиевой пудры. САП отличается повышенной прочностью и уровнем жаропрочности до 500°С.
Марки алюминиевых сплавов
Определенные характеристики алюминиевых сплавов соответствуют конкретным маркам этих сплавов. Признанные международные и национальные нормативы (раньше были немецкие DIN, а сегодня европейские EN, американские ASTM и международные ISO) также как и российские ГОСТы рассматривают по отдельности чистый алюминий и его сплавы. Чистый алюминий согласно этим документам делят на марки (grades), а не на сплавы (alloys).Все марки алюминия делят на:
- алюминий высокой чистоты (99,95 %)
- технический алюминий, имеющий около 1 % примесей или добавок.
Стандарт EN 573-3 определяет разные по чистоте версии алюминия, к примеру, «алюминий EN AW 1050A», и алюминиевые сплавы, к примеру, «сплав EN AW 6060». В тоже время, достаточно часто алюминий называют сплавом, к примеру, «алюминиевый сплав 1050А».В российских стандартах, к примеру, в документе ГОСТ 4784-97 «Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые» и иных документах по алюминию и алюминиевым сплавам, вместо термина «обозначения» используется близкие термин «марка», только в английском эквиваленте «grade». По существующим стандартам нужно использовать фразы типа «алюминий марки АД0» и «алюминиевый сплав марки АД31».Однако зачастую термин «марка» используют лишь для алюминия, а алюминиевые сплавы называют просто «алюминиевыми сплавами» без всяких марок, к примеру, «алюминиевый сплав АД31».Иногда люди путают термин «марка» с термином «маркировка». ГОСТ 2.314-68 определяет термин маркировка, как совокупность знаков, характеризующих продукт, к примеру, обозначение, шифр, номер партии (серии), дата изготовления, товарный знак фирмы. При этом марка – это монтажные или транспортные обозначения. Следовательно, обозначение или марка сплава – это всего лишь небольшая часть маркировки, но не сама маркировка.Марку алюминия или сплава наносят на один из торцов слитка, чушки. При помощи несмываемой краски наносят цветные полосы, которые являются маркировкой. К примеру, согласно ГОСТ 11069-2001 алюминий марки А995 промаркирован четырьмя зелеными вертикальными полосами.Согласно документу ГОСТ 11069-2001 марки алюминия обозначаются цифрам после запятой в процентном содержании алюминия: А999, А995, А99, А85, А8, А7, А6, А5 и А0. При этом самый чистый алюминий - А999, в нем содержится 99,999 % алюминия. Он используется для лабораторных опытов. В промышленной отрасли используют алюминий высокой чистоты – от 99,95 до 99,995 % и технической чистоты – от 99,0 до 99,85 %.
|
Россия |
США |
|
|
Без ТО |
F |
После изготовления, без дополнительной термической обработки. Степень нагартовки и механические свойства не контролируются |
|
ГК |
– |
Горячекатаное |
|
ГП |
– |
Горячепрессованное |
|
М |
О |
Отожженное (мягкое). Наиболее высокая пластичность и стабильность размеров |
|
Н |
– |
Нагартованное (холоднодеформированное) |
|
Н4 |
Н18 |
Усиленно нагартованное (прокаткой листов около 20 %, для максимального упрочнения) |
|
Н3 |
Н16 |
Нагартованное на три четверти (3/4), повышение прочности |
|
Н2 (П) |
Н14 |
Полунагартованное (1/2), повышение прочности |
|
Н1 |
Н12 |
Нагартованное на одну четверть (1/4), повышение прочности |
|
З |
W |
Закаленное* (нестабильное, обычно указывается длительность естественного старения после закалки), повышение прочности |
|
Т |
Т3, Т4 |
Закаленное + естественно состаренное. Получение достаточно высокой прочности, повышенной пластичности, трещиностойкостии, сопротивления усталости |
|
Т1 |
Т6 |
Закаленное + искусственно состаренное на максимальную прочность |
|
Т12 |
Т77 |
Закаленное + искусственно состаренное. Улучшение характеристик сопротивления коррозии, трещиностойкости, пластичности при некотором снижении прочности. В русской маркировке возрастание первой цифры при букве указывает на увеличение степени перестаривания и разупрочнения |
|
Т2 |
Т76 |
|
|
Т3 |
Т73 |
|
|
ТН** |
Т31, Т36,Т37, Т39 |
Закаленное + естественно состаренное + нагартованное. На степень деформации нагартовки указывает вторая цифра. Повышение прочности при снижении характеристик пластичности, трещиностойкости |
|
Т1Н** |
Т81, Т83,Т86, Т87 |
Закаленное + нагартованное + искусственно состаренное. На степень деформации (нагартовки) указывает вторая цифра. Повышение прочности |
|
Т1Н1** |
Т9 |
Закаленное + искусственно состаренное + нагартованное. Повышение прочности особенно при совмещении с процессом формообразования детали |
mining-prom.ru
Алюминий и его сплавы | Учебные материалы
Алюминий — металл серебристо-белого цвета, порядковый номер в Периодической системе Д.И. Менделеева — 13, атомный вес 26,97. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а = 4,0414 Å, атомный радиус 1,43 Å. Плотность — 2,7 г/см3, температура плавления 660 0С. Имеет высокую тепло- и электропроводность. Удельное электросопротивление 0,027 мкОм×м. Предел прочности sв = 100 МПа, относительное сужение y = 40 %.
В зависимости от чистоты различают алюминий особой чистоты А999 (99,999 % Аl), высокой чистоты: А995,А99, А97, А95 и технической чистоты: А85, А8, А7, А6, А5 (99,5 % Аl), АО (99,0 % Аl).
Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью вследствие образования на его поверхности тонкой прочной пленки Аl2О3. Алюминий легко обрабатывается давлением, обработка резанием затруднена, сваривается всеми видами сварки.
Ввиду низкой прочности алюминий применяют для ненагруженных деталей и элементов конструкций, когда от металла требуется легкость, высокая электропроводность. Из него изготовляют трубопроводы, фольгу, цистерны для перевозки нефти и нефтепродуктов, посуду теплообменники, провода, кабели. Алюминий имеет большую усадку затвердевания (6 %).
Как конструкционный материал значительно чаще применяются алюминиевые сплавы. Они характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, хорошей технологичностью. Предел прочности достигает 500…700 МПа. Большинство обладают высокой коррозионной стойкостью (за исключением сплавов с медью). Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Сu, Mg, Si, Mn, Zn, реже Li, Ni, Ti. Многие образуют с алюминием твердые растворы ограниченной переменной растворимости и промежуточные фазы СuAl2, Mg2Si и др. Это дает возможность подвергать сплавы упрочняющей термической обработке. Она состоит из закалки на пересыщенный твердый раствор и естественного или искусственного старения.
По технологическому признаку алюминиевые сплавы подразделяются на две группы (рисунок 52): деформируемые, литейные.
- деформируемые: а — не упрочняемые ТО; б — упрочняемые ТО;
- литейные
Рисунок 52 — Диаграмма состояния сплавов алюминий — легирующий элемент
Сплавы левее точки F имеют структуру однофазного a — твердого раствора, который имеет высокую пластичность и не упрочняются термической обработкой. Упрочнить эти сплавы можно холодной пластической деформацией (наклепом). На участке FD’ сплавы имеют предельную растворимость легирующего элемента в алюминии и поэтому упрочняются термической обработкой. Сплавы правее точки D’ имеют в структуре эвтектику, которая придает сплавам высокую жидкотекучесть. Поэтому эти сплавы относятся к литейным.
Старение закаленных сплавов. После закалки алюминиевые сплавы подвергаются старению, которое приводит к дополнительному повышению прочности сплава при некотором снижении пластичности и вязкости.
В зависимости от условий проведения, различают два вида старения:
- естественное, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток;
- искусственное, при котором сплав выдерживается при повышенной температуре в течение 10…24 ч.
В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, в решетке которого атомы меди располагаются статистически равномерно. В зависимости от температуры и продолжительности, старение протекает в несколько стадий.
Так, например, в сплавах Аl — Сu при естественном или низкотемпературном искусственном старении (ниже 100…150 0С) образуются зоны Гинье-Престона 1 (ГП-1). На начальной стадии в пересыщенном a — твердом растворе образуются объемы (сегрегации), обогащенные атомами меди. Они представляют собой пластинчатые или дисковые образования диаметром 4…6 нм и толщиной несколько атомных слоев.
При более высоких температурах нагрева образуются крупные зоны ГП-2. Выдержка в течение нескольких часов приводит к образованию в зонах ГП-2 дисперсных частиц q — фазы (СuAl2). Образование зон ГП-1, ГП-2 и q- фазы приводит к повышению прочности и твердости закаленных алюминиевых сплавов.
Деформируемые сплавы, не упрочняемые термообработкой. Эти сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Пластическая деформация упрочняет сплавы почти в 2 раза.
К этой группе сплавов относятся марки АМц (1,1…1,6 % Мn), АМг2, АМг3, АМг5, АМг6 (цифра показывает содержание магния в процентах).
Они применяются для сварных элементов конструкций, испытывающих сравнительно небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Из сплавов АМц, АМг2, АМг3 изготовляют емкости для хранения нефтепродуктов, трубопроводы для масла и бензина, палубные надстройки, в строительстве — витражи, перегородки, двери, оконные рамы и др. Сплавы АМг5, АМг6 применяются для средненагруженных деталей и конструкций: рамы и кузова вагонов, перегородки зданий переборки судов, кабины лифтов.
Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой. Наиболее распространенными представителями группы алюминиевых сплавов, применяемыми в деформированном виде и упрочняемыми термической обработкой, являются дуралюмины (от французского dur- твердый). К ним относятся сплавы системы Al — Cu – Mg — Mn. Типичными дуралюминами являются марки Д1 и Д16. Их химический состав приведен в таблице 18.
Таблица 18 — Химический состав дуралюминов, %
| Марка | Cu | Mn | Mg | Si | Fe |
| Д1Д16 | 3,8…4,83,8…4,5 | 0,4…0,80,3…0,9 | 0,4…0,81,2…1,8 | <0,7<0,5 | <0,7<0,5 |
Предел прочности Д1 sв = 410 МПа и d = 15%, у Д16 sв = 520 МПа и d= 11 %. Они хорошо деформируются в холодном и горячем состояниях. Для закалки сплав Д1 нагревается до 495…510 0С, а Д16 — до 485…503 0С. Нагрев до более высоких температур вызывает пережог. Охлаждение производится в воде.
Дуралюмины после закалки подвергают естественному старению, т.к. при этом обеспечивается более высокая коррозионная стойкость. Время старения 4…5 суток. Иногда применяют искусственное старение при температуре 185…195 0С. Из сплава Д16 изготовляют обшивки, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей, шпангоуты, стрингера, лонжероны самолетов и т.д.
Сплавы авиаль (АВ) уступают дуралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях, хорошо свариваются и сопротивляются коррозии, имеют высокий предел усталости. Упрочняющей фазой является соединение Мg2Si.
Авиаль закаливается при 515…525 0С с охлаждением в воде, а затем подвергается естественному старению (АВТ) или искусственному при температуре 160 0С в течение 12 часов (АВТ1). Изготовляют листы, трубы, лопасти винтов вертолетов, кованые детали двигателей, рамы, двери.
Высокопрочные алюминиевые сплавы. Прочность этих сплавов достигает 550…700 МПа, но при меньшей пластичности, чем у дуралюминов. Они, кроме Сu и Mg содержат Zn. К ним относятся сплавы В95, В96. Упрочняющими фазами являются MgZn2, Al3Mg3Zn3, Al2CuMg. С увеличением содержания цинка прочность повышается, но снижается пластичность и коррозионная стойкость.
Сплавы закаливают при 465…475 0С с охлаждением в воде и подвергают искусственному старению при 135…145 0С в течение 16 ч. Они более чувствительны к концентратам напряжений и имеют пониженную коррозионную стойкость под напряжением. Применяются там же, где и дуралюмины.
Ковочные алюминиевые сплавы отличаются высокой пластичностью при температурах ковки и штамповки (450…475 0С) и удовлетворительными литейными свойствами. Закалка проводится при 515…525 0С с охлаждением в воде, старение при 150…160 0С в течение 4…12 ч. Упрочняющими фазами являются Mg2Si, CuAl2.
Сплав АК6 используют для деталей сложной формы и средней прочности (sв = 360 МПа) — крыльчатки, качалки, крепежные детали.
Сплав АК8 с повышенным содержанием Сu хуже обрабатываются давлением, но более прочный и применяется для изготовления подмоторных рам, лопастей винтов вертолетов и др.
Жаропрочные сплавы. Эти сплавы применяются для деталей, работающих до 300 0С (поршни, головки цилиндров, обшивка самолетов, лопатки и диски осевых компрессоров, крыльчатки и т.д.). Эти сплавы дополнительно легируют Fe, Ni, Ti.
Сплав АК4-1 закаливают при 525…535 0С, а сплав Д20 — при 535 0С в воде и подвергают старению при 200…220 0С. Упрочняющими фазами являются СuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al9FeNi. При частичном распаде твердого раствора они выделяются в виде дисперсных частиц, устойчивых к коагуляции, что обеспечивает повышенную жаропрочность.
Литейные алюминиевые сплавы. Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии.
Высокие литейные свойства имеют сплавы, содержащие в структуре эвтектику. Содержание легирующих элементов в этих сплавах больше предельной растворимости их в алюминии и больше, чем в деформируемых. Чаще применяют сплавы Al — Si, Al — Cu, Al — Mg. Для измельчения зерна, а следовательно улучшения механических свойств, в сплавы вводят модифицирующие добавки (Ti, Zr, B, V, Na и др.). Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. Например: отжиг при 300 0С в течение 5…10 ч; закалка и естественное старение tзак = 510…520 0С и охлаждение в горячей воде (40…100 0С) выдержка до 20 часов.
Сплавы Al — Si (силумины) содержат много эвтектики, поэтому обладают высокими литейными свойствами отливки, более плотные. К ним относятся сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9.
АЛ2 содержит 10-13% Si и является эвтектическим сплавом, упрочняющей термической обработке не подвергается.
АЛ4, АЛ9 — доэвтектические и дополнительно легированы Мg. Могут упрочняться термообработкой. Упрочняющей фазой служат Mg2Si. Эти сплавы применяют для изготовления крупных нагруженных деталей: корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей.
Сплавы Al — Cu. Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) имеют более низкие литейные свойства, чем силумины. Поэтому их применяют, как правило, для отливок небольших деталей простой формы (арматура, кронштейны и т.д.). Имеют большую усадку, склонность к образованию горячих трещин и к хрупкому разрушению.
Сплавы Аl — Mg. Эти сплавы (АЛ8, АЛ27) имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Они предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере. Сплавы марок АЛ13 и АЛ22 имеют более высокие литейные свойства в результате образования тройной эвтектики.
Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275…300 0С. Структура литого сплава АЛ1 состоит из a- твердого раствора, содержащего Cu, Mg, Ni, и избыточных фаз Al2CuMg, Al6CuNi.
Более жаропрочными являются сплавы АЛ19 и АЛ33. Это достигается добавками в сплавы Mn, Ti, Ni, Zn, Ce и образованием нерастворимых интерметаллидных фаз Al6Cu3, Al2Ce, Al2Zr и др.
Для крупногабаритных деталей работающих при 300…350 0С применяют сплав АЛ21.
dprm.ru
Сплавы из алюминия и их применение :: ТОЧМЕХ
Легирование
Алюминий применяют для производства из него изделий и сплавов на его основе.
Легирование — процесс введения в расплав дополнительных элементов, улучшающих механические, физические и химические свойства основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции.
Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства.
Прочность чистого алюминия не удовлетворяет современные промышленные нужды, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности, применяют не чистый алюминий, а его сплавы.
При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается относительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы:1) деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии),2) литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).
Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.
Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и немного отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общее содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы называют силуминами. Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.
Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.
Дюралюминии — сплавы алюминия с медью
Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии — сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7 %.
Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной температуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C.
Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизительно до 500 C). При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной температуре. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т.е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен.
Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl. Химическое соединение еще не образуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при комнатной температуре носит название естественного старения.
Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение первых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву максимальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C, то произойдет искусственное старение. В этом случае процесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем действие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естественном старении.
Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температуре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естественном старении в течении четырех дней.
Сплавы алюминия с марганцем и магнием
Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобрели сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.
Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную растворимость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эффект упрочнения при их термообработке невелик. Объясняется это следующим образом. В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1,9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последующий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает образование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.
В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1,4% упрочнения быть не может, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последующим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы — химического соединения Mg Al .
Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметногоэффекта упрочнения. Несмотря на это, введение и марганца, и магния в алюминий полезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содержании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.
Другие легирующие элементы
Также для улучшения некоторых характеристик алюминия в качестве легирующих элементов используются:
Бериллий добавляется для уменьшения окисления при повышенных температурах. Небольшие добавки бериллия (0,01-0,05%) применяют в алюминиевых литейных сплавах для улучшения текучести в производстве деталей двигателей внутреннего сгорания (поршней и головок цилиндров).
Бор вводят для повышения электропроводимости и как рафинирующую добавку. Бор вводится в алюминиевые сплавы, используемые в атомной энергетике(кроме деталей реакторов), т.к. он поглощает нейтроны, препятствуя распространению радиации. Бор вводится в среднем в количестве 0,095-0,1%.
Висмут. Металлы с низкой температурой плавления, такие как висмут, свинец, олово, кадмий вводят в алюминиевые сплавы для улучшения обрабатываемости резанием. Эти элементы образуют мягкие легкоплавкие фазы, которые способствуют ломкости стружки и смазыванию резца.
Галлий добавляется в количестве 0,01 — 0,1% в сплавы, из которых далее изготавливаются расходуемые аноды.
Железо. В малых количествах (>0,04%) вводится при производстве проводов для увеличения прочности и улучшает характеристики ползучести. Так же железо уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль.
Индий. Добавка 0,05 — 0,2% упрочняют сплавы алюминия при старении, особенно при низком содержании меди. Индиевые добавки используются в алюминиево — кадмиевых подшипниковых сплавах.
Кадмий. Примерно 0,3% кадмия вводят для повышения прочности и улучшения коррозионных свойств сплавов.
Кальций придает пластичность. При содержании кальция 5% сплав обладает эффектом сверхпластичности.
Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. В количестве 0,5-4% уменьшает склонность к трещинообразованию. Сочетание кремния с магнием делают возможным термоуплотнение сплава.
Олово улучшает обработку резанием.
Титан. Основная задача титана в сплавах — измельчение зерна в отливках и слитках, что очень повышает прочность и равномерность свойств во всем объеме.
Применение алюминиевых сплавов
Большинство алюминиевых сплавов имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Последнее свойство в сочетании с тем, что алюминий не разрушает витамины, позволяет широко использовать его в производстве посуды. Конструкции из алюминиевых сплавов часто используют в морской воде. Алюминий в большом объеме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминиевые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию. Алюминий также широко применяется в машиностроении, т.к. обладает хорошими физическими качествами.
Но главная отрасль, в настоящее время просто не мыслимая без использования алюминия — это, конечно, авиация. Именно в авиации наиболее полно нашли применение всем важным характеристикам алюминия
tochmeh.ru
