Навігація
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Головна arrow Техніка arrow Матеріалознавство в машинобудуванні

Алюміній і сплави на його основі

Алюміній - елемент III групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Порядковий номер алюмінію 13. Кристалічні ґрати - ГЦК. Температура плавлення - 660 ° С. Алюміній - метал серебрістобелимі кольору. Його важливою особливістю є низька щільність - 2,7 г / см3 (щільність стали - 7,8 г / см3). Алюміній має високу тепло- і електропровідністю, корозійну стійкість і пластичністю. Електрохімічний потенціал алюмінію в повітряному середовищі негативний, тобто він окислюється на повітрі; корозійна стійкість пояснюється тим, що в результаті взаємодії з киснем повітря на поверхні утворюється щільна плівка оксиду алюмінію (А12O3) товщиною ~ 10 нм, яка ізолює метал від навколишнього середовища (див. 10.3.2). Корозійна стійкість алюмінію тим вище, чим менше міститься в ньому домішок.

Залежно від кількості домішок розрізняють алюміній особливої ​​чистоти, в якому міститься не більше 0,001% домішок, високої чистоти - до 0,05% домішок і технічної чистоти - до 1% домішок. У промисловості застосовують алюміній високої і технічної чистоти. Технічний алюміній (марки АД0 і АД1) поставляється у вигляді листів, профілів, прутків, дроту та інших напівфабрикатів.

Найбільш широке застосування алюміній отримав в електротехнічної промисловості завдяки високій електропровідності (див. 10.6.2).

Висока теплопровідність дозволяє використовувати алюміній для різних теплообмінників.

Корозійна стійкість визначила застосування алюмінію в харчовій промисловості (посуд, цистерни для молока).

Застосування алюмінію як конструкційного матеріалу обмежена його низькою міцністю (σΒ - 58 МПа). Тому його використовують для виготовлення елементів конструкцій і деталей, що не несуть навантаження, коли основними вимогами є мала вага і опір корозії (палубні надбудови морських і річкових суден, рами, перегородки і т.д.).

Алюміній дуже пластичний, добре обробляється тиском в холодному стані, його застосовують для виготовлення фольги різного призначення (обгортка цукерок).

Алюміній є основою великої кількості конструкційних машинобудівних сплавів.

Алюмінієві сплави

Основними легуючими компонентами алюмінієвих сплавів є Cu, Mg, Si, Μη і Ζn. Вони утворюють з алюмінієм тверді розчини з обмеженою розчинністю і інтерметалідних фази.

Гідність алюмінієвих сплавів, що визначає область їх застосування, - мала щільність (2,7 ... 3,0 г / см3) при досить високих механічних властивостях. Алюмінієві сплави, за винятком сплавів з міддю, мають високу корозійну стійкість. Крім того, вони відрізняються хорошою тепло- і електропровідністю.

За технологічною ознакою алюмінієві сплави поділяють на деформуються (заготовки отримують методами холодної і гарячої пластичної деформації) і ливарні (заготовки - виливки). Структура сплавів, що деформуються - твердий розчин, в структурі ливарних міститься евтектика (рис. 8.6).

Деформуються алюмінієві сплави

Залежно від можливості зміцнення термічною обробкою розрізняють зміцнюється і неупрочняемие сплави. Висока пластичність сплавів обумовлена ​​їх структурою - це однофазний твердий розчин. У незміцнюючих сплавів така структура зберігається аж до температури солидус (початку плавлення). У зміцнюючих сплавів однофазний твердий розчин утворюється при нагріванні в однофазну область (див. Рис. 8.6).

Сплави, що не зміцнює термічною обробкою. Зміцнення таких сплавів можливо тільки за рахунок наклепу при холодній пластичній деформації.

Легуючими компонентами цих сплавів є марганець (сплави АМц) і магній (сплави Амг). В марці цифра показує вміст легуючого компонента (наприклад, сплав АМг2 містить 2% Mg). сплави Амг

Діаграма стану сплавів системи "алюміній - легуючий компонент"

Мал. 8.6. Діаграма стану сплавів системи "алюміній - легуючий компонент"

містять крім магнію 0,2 ... 0,6% марганцю. Збільшення вмісту магнію викликає зростання меж міцності і плинності; так, межа міцності сплаву АМГ2 - 130 МПа, а сплаву АМг6 - 340 МПа, при цьому пластичність знижується незначно.

Сплави цієї групи відрізняються високою пластичністю. По міцності і корозійної стійкості вони перевершують чистий алюміній. Їх застосовують для ненагру- дені деталей і елементів конструкцій, що вимагають високого опору корозії (трубопроводи і ємності для бензину і масла, щогли річкових і морських судів, рами і кузова вагонів і т.д.).

Сплави, зміцнює термічною обробкою. Такі сплави (див. Рис. 8.6) в рівноважному (отожженном) стані при цехової температурі мають двофазну структуру, яка складається з α-твердого розчину і вторинної фази. Зміцнення досягається в результаті твердіння. Це можливо, оскільки розчинність другого компонента зменшується при зниженні температури (докладно це зміцнення розглянуто вище, див. 3.5.2).

Найбільш широке застосування знайшли сплави системи "А1 - Cu - Mg" - дуралюміни. Вони позначаються літерою "Д", після якої слід номер сплаву (Д1, Д16, Д18).

Упрочняющая термічна обробка складається з операцій гарту і старіння. Наведемо режими термічної обробки сплавів Д1 і Д18. Загартування виконують від температури 490 ... 500 ° С з швидким охолодженням у воді. Потім проводять природне старіння при цехової температурі протягом чотирьох діб.

Твердість і міцність дуралюмина приблизно така ж, як і у низьковуглецевих сталей (табл. 8.1). Однак при цьому алюмінієві сплави значно перевершують сталь по питомій міцності (тобто співвідношенням межі міцності і щільності - σΒ / ρ, де р - щільність), так як щільність алюмінієвих сплавів (2,7 г / см3) майже в три рази нижче , ніж у сталі (7,8 г / см3). Ця характеристика грає важливу роль для конструкцій, в яких необхідний мінімальний вага. Саме тому дуралюміни знайшли широке застосування в авіації. Дуралюміни мають високу пластичність, їх випускають у вигляді листів, труб, пресованих і катаних профілів.

Таблиця 8.1

Хімічний склад і механічні властивості дуралюмина

Марка сплаву (стали)

Хімічний склад,% мас.

Механічні властивості

Сі

Mg

Μη

Si

σ ">

МПа

δ,%

Твердість, НВ

Д 1

  • 3,8 ...
  • 4,8
  • 0,4 ...
  • 0,8
  • 0,4 ...
  • 0,8

<0,7

420

15

95

100 ... 190

Д16

  • 3,8 ...
  • 4,9
  • 1,2 ...
  • 1,8
  • 0,4 ...
  • 0,8

<0,5

500

15

105

Д18

  • 2,2 ...
  • 3,0
  • 0,2 ...
  • 0,5

<0,2

<0,5

300

24

70

Примітка. Межа міцності ст.З - 400 МПа, питома міцність ~ 50.

При використанні дуралюмина слід мати на увазі, що модуль нормальної пружності (Е), що визначає жорсткість, тобто здатність елемента конструкції чинити опір пружною деформації, у цих сплавів значно нижче, ніж у сталей (72 і 210 ГПа відповідно). Тому алюмінієві сплави не можна використовувати для важко навантажених виробів.

Коефіцієнт тертя ковзання алюмінієвих сплавів значно вище, ніж у сплавів на основі заліза і особливо мідних. Це обмежує можливість їх застосування для деталей, що працюють в парах тертя.

Крім дуралюмина, до деформується сплавів, зміцнює термічною обробкою, відносяться сплав Авіаль (АВ), який поступається дуралюмина в міцності, але має більш високу пластичність. Високоміцні алюмінієві сплави системи "А1 - Zn - Mg - Cu" з добавками марганцю і хрому, також відносяться до зміцнює, маркуються буквою "В" (В95, В96), їх міцність 600 ... 700 МПа. Для роботи при підвищених температурах використовують жароміцні сплави АК4, Д20.

Для виготовлення заготовок методами гарячої пластичної деформації використовують сплави типу "АК" - АК6, АК8. Це сложнолегірованние сплави, в їх склад входять Mg, Μn, Fe, Si, Zn в невеликих кількостях (до 1%). Відмінність сплаву АК8 від АК6 - в підвищеному вмісті Сі - 4,5 і 2,5% відповідно. Сплави не схильні до утворення тріщин при кування, штампування.

Ливарні алюмінієві сплави

Одне з найважливіших вимог до ливарних сплавів - хороша текучість, яка тим вище, чим нижче температура затвердіння - лінія солидус (див. 11.2). При самій низькій температурі відбувається затвердіння евтектики, тому ливарними є сплави, в структурі яких є евтектика (див. Рис 8.6). Найбільш високими ливарними властивостями володіють сплави евтектичного складу, коли температури ліквідусу і солідусу збігаються, вони кристалізуються при постійній температурі, що запобігає ликвацию. Такі сплави добре заповнюють ливарні форми, залишаючись в однофазному, рідкому стані до низьких температур.

Як ливарних можуть бути використані сплави систем "А1 - -", "Al - Mg", але найбільш широке застосування в промисловості знайшли силуміни - сплави алюмінію з кремнієм (рис. 8.7), що володіють кращими ливарними властивостями.

Маркування сплавів: буква А - алюмінієвий сплав; буква, що позначає легуючий компонент (К - кремній, М - мідь, Ц - цинк); цифра за буквою - середній вміст компонента (аналогічно позначенню сталей). Наприклад, склад сплаву АК5М7 - 5% Si, 7% Сі, решта (88%) - А1.

Найбільш високими ливарними властивостями володіє сплав АК12, що має евтектичну структуру. Недоліком сплаву є наявність в структурі кристалів кремнію, що приводить до зниження механічних властивостей (поліпшення технологічних і експлуатаційних властивостей

Діаграма стану сплавів системи "Al - Si"

Мал. 8.7. Діаграма стану сплавів системи "Al - Si"

досягається модифицированием, див. нижче рис. 11.2). Цей сплав нс піддається термічній обробці, має низькі твердість і міцність, використовується для виготовлення малонавантажених деталей (корпуси приладів).

Деякі ливарнісплави можна зміцнити за рахунок твердіння, їх піддають термічній обробці - загартуванню й наступній штучному старінню. До зміцнює відноситься сплав АК9 (середній склад - 9% Si, 0,25% Mg, 0,4% Μn). Термічна обробка - гарт і подальше старіння; упрочняющая фаза - Mg2Si. Цей сплав застосовують для середніх і великих деталей відповідального призначення: корпусів компресорів, картерів, блоків і т.д.

Силуміни по ряду характеристик поступаються чавунів, що застосовуються у промисловості в якості ливарних сплавів, внаслідок більш низьких механічних властивостей, високого коефіцієнта тертя, великий ливарної усадки. Крім того, їх вартість у кілька разів вище. Широке застосування силуминов визначається основною перевагою перед чавунами. Це мала щільність, а значить, і істотно менша маса виливків з силуминов при однакових габаритах з виливками з чавуну.

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук