загрузка...
загрузка...
На головну

Короткі теоретичні відомості

  1. I. Відомості про заявника
  2. II. Основні теоретичні положення
  3. II. Основні теоретичні положення
  4. II. Основні теоретичні положення
  5. II. Основні теоретичні положення
  6. II. Основні теоретичні положення
  7. III. Теоретичні основи філософії

1.1.1. Алюміній. Склад, структура, властивості

Алюміній - сріблясто-білий метал з щільністю 2700 кг / м3; температура плавлення 660 ° С, має гранецентрированную кубічну решітку (ГЦК), поліморфізмом не володіє. Електро- і теплопровідність його високі (? = 2,8 • 10-8 Ом • м - 65% від електропровідності міді). Має високу корозійну стійкість за рахунок утворення на поверхні захисної оксидної плівки Al2O3, добре зварюється, легко деформується в холодному стані, погано обробляється на металорізальних верстатах і має низькі ливарні властивості (велика усадка - 6%). Відрізняється низькою міцністю (?в = 60 МПа) і твердістю (НВ 250 МПа), пластичний (? = 40%). При холодної пластичної деформації значно наклепує (?в = 180 МПа, ? = 1,5%, НВ = 450 МПа). Відпал для зняття наклепу і відновлення пластичності проводиться при температурі 350 ° С.

Залежно від змісту домішок (залізо, кремній, мідь, марганець, цинк, титан) розрізняють алюміній особливої, високої і технічної чистоти Первинний алюміній (ГОСТ 11069-74) маркується літерою «А», після якої вказується тільки дрібна частина змісту основного металу в вагових% після коми числа «99»: особливої ??чистоти (осч) - А999; високої чистоти (вч) - А995, А99, А97, А95 і технічно чистий - А85, А8, А7, А7Е, А5, А5Е, А0. Якщо в кінці марки стоїть буква Е - метал призначений для отримання дроту, якщо стоїть буква Р - рафінований. Наприклад, А995 - первинний алюміній з вмістом основного металу 99,995% .; А7Е - первинний алюміній з вмістом основного металу 99,7% для дроту.

Деформується алюміній технічної чистоти маркується (ГОСТ 4784-74) буквами АТ (алюміній деформується) і порядковим номером: АД00, АД0, АД1, АДШ (Ш - метал для виготовлення харчової посуду).

1.1.2. сплави алюмінію

Вони класифікуються за технологією виготовлення виробів: деформуються, ливарні і спечені (порошкові). Деформуються і ливарні сплави діляться на неупрочняемие термічною обробкою і зміцнює термічною обрабткой.

1.1.2.1 Деформуємі корозійностійкі сплави, неупрочняемие термічною обробкою, - сплави алюмінію з марганцем (АМц) і з магнієм (Амг). Вони добре зварюються, а структура твердого розчину забезпечує їм високу пластичність (легко обробляються тиском в холодному стані).

Сплав АМц (1,0-1,6% Мn; 1,8- 6,8% Mg) перевершує чистий алюміній по міцності і корозійної стійкості. Магній значно підвищує міцність, не знижуючи пластичності. Структура його складається з ?-твердого розчину і вторинних виділень фази (Мn, Fе) Аl6, Що не розчиняється в алюмінії, тому ці сплави не зміцнює термічною обробкою. У отожженном стані мають високу пластичність, сплав АМц-М: (? = 18 - 22%) і низькою міцністю (?в = 130 МПа), а загартовані АМц-Н: ? = 2%; ?в = 200 МПа.

Сплави типу АМг відносяться до системи Аl-Мg. Їх маркують вмістом магнію в вагових% після букв Амг, Наприклад, алюмінієвий сплав АМг2 (ГОСТ 4784-74) - алюмінієвий сплав з вмістом 2% магнію. Магній утворює з алюмінієм ?-твердий розчин і важко розчинними фазу Мg2Аl3. Сплав Амг в відпаленого стані має ?в = 190 МПа, ? = 23%.

Сплави типу АМц і АМг упрочняют за допомогою пластичної деформації і використовують в нагартованной АМц-Н (80% наклепу) і полунагартованном АМц-П (40% наклепу) станах. Застосування наклепу обмежено через різке зниження пластичності, тому в більшості випадків їх використовують в відпаленого стані. Температура відпалу - 350 - 420 ° С. Їх використовують при виготовленні бензо- і маслопроводів, ємностей для рідин, в авіа- і суднобудуванні, в будівництві (вітражі, двері, віконні рами) і для виробів, що отримуються пресуванням і глибокою витяжкою при штампуванні з листового матеріалу.

1.1.2.2 Деформуємі алюмінієві сплави, зміцнюється термічною обробкою. Деформуємі сплави, зміцнює термічною обробкою, - сплави, до складу яких входять мідь, магній, цинк, марганець, кремній і ін. Ці елементи утворюють з алюмінієм тверді розчини змінної розчинності, що залежить від температури, і ряд хімічних сполук (CuА12; Al2CuMg; Mg2Si і ін.), Що дозволяє зміцнювати такі сплави термічною обробкою - загартуванням і подальшим старінням (дисперсійним твердением).

Метою загартування є отримання структури однорідного пересичені твердого розчину. Нагрівання для загартування ведуть до температури, при якій надлишкові фази розчиняються в алюмінії. Після витримки охолодженням у воді фіксується структура пересичені твердого розчину.

Старіння - розпад пересичені твердого розчину з виділенням надлишкових фаз і зміцненням сплаву. Старіння при кімнатній температурі називають природним, з нагріванням - штучним. Існує «інкубаційний» період, при якому протягом 1 - 2 годин після гарту немає помітного, зміцнення і підвищення твердості. Сплав зберігає пластичність, що дозволяє поставити під його холодної обробки тиском (правку, гнуття, клепку і т. П.).

Мідь - основний компонент в сплавах цієї групи. Тому для обґрунтування температури нагріву під загартування сплаву, відповідного дуралюмина (~ 4% міді), можна в першому наближенні скористатися діаграмою стану А1 - Cu, частина якої зображена на рис.1.

Мал. 1 Вибір температури нагріву під загартування дюралюмина (4% Cu)
 
 

На цій діаграмі даний сплав представлений вертикаллю аЬс. Розчинність міді в алюмінії змінна: від 0,3 (20 ° С) до 5, 65% (548 ° С), а її зміст в сплавах - 2,5 - 4,5%. Отже, структура таких сплавів в отожженном або литому стані ?-твердий розчин заміщення міді в алюмінії і великі кристали CuА12. Нормальна температура нагріву під загартування визначається точкою а (490 - 500 ° С), при якій сплав набуває будова однорідного твердого розчину і максимальну пластичність, яка зберігається протягом 3 - 5 годин. Недогрев до цієї температури пов'язаний з небажаним збереженням в структурі нерастворившихся частинок CuА12; перегрів вище точки а є ще більш шкідливим, тому що супроводжується зростанням зерен твердого розчину (перегрів) і навіть окисленням їх кордонів (перевитрата), що різко збільшує крихкість сплаву.

Після гарту при природному старінні, (нижче 100 ° С) атоми міді переміщуються в решітці пересичені твердого розчину і збираються в пластинчасті освіти товщиною 1 - 2 атомних шару (0,5 - 1,0 нм) - зони Гинье-Престона (ГП-1 ). Ці зони рівномірно розподілені в кожному кристалі твердого розчину і в прилеглих областях викликають сильне спотворення його кристалічної решітки, що є причиною зміцнення сплаву. Після закінчення 4 - 7 діб старіння закінчується, при цьому розпаду твердого розчину і утворення нових фаз не відбувається - «Зонне» старіння. Сплав набуває максимальної міцність, яка в подальшому постійна.

З підвищенням температури (100-150 ° С) при штучному старінні прискорюються процеси дифузії, зони ДП укрупнюються (1,0 - 4,0 нм), і в них збільшується концентрація міді (утворення зон ГП-2). Нагрівання до 150-200 ° С і витримка в кілька годин приводять до виникнення в місцях зон ДП дрібнодисперсних частинок СіА12, Що не відокремилися від кристалічної решітки твердого розчину. Підвищення температури до 200-250 ° С викликає відділення і укрупнення (коагуляцію) цих частинок. Штучне старіння пов'язане з розпадом пересиченого твердого розчину і освітою надлишкових фаз - «фазовий» старіння.

При більш високих температурах старіння, в процесі коагуляції утворилися фаз, міцність і твердість спочатку зростають, досягають максимальних значень, а потім знижуються. Таке старіння, що викликає разупрочнение сплавів, називають коагуляційний - «перестаріваніем».

Після природного старіння сплави мають високу корозійну стійкість і низьку чутливість до крихкого руйнування. Після штучного старіння у більшості сплавів ударна в'язкість (опір крихкому руйнуванню) і корозії під напругою знижуються при зростанні межі міцності.

Якщо сплав після природного старіння короткочасно нагріти до 230 - 270 ° С і швидко охолодити, то зміцнення повністю знімається і відновлюється пластичність. Цю операцію називають обробкою «на повернення». При нагріванні зони ДП розчиняються в твердому розчині, атоми міді та інших компонентів рівномірно розподіляються в межах кристалів твердого розчину, ступінь спотворення кристалічної будови відповідає структурі в загартованому стані. Після інкубаційного періоду процес природного старіння відновлюється, але у сплаву знижується опір корозії. Це обмежує застосування обробки «на повернення».

Деякі сплави з марганцем, хромом, нікелем мають температуру рекристалізації вище температури їх гарячої деформації або температури гарту. Тому після гартування і старіння у них зберігається нерекрісталлізованная (нагартована) структура, що на 30 - 40% підвищує їх міцність. Це явище називається структурним зміцненням або прес-ефектом (для пресованих напівфабрикатів, прутків, труб).

Відпал -для разупрочнения сплавів (повний) проводять при температурі 350 - 450 ° С з витримкою в 1-2 години. Швидкість охолодження не більше 30 ° С / год. При цьому відбуваються повний розпад пересиченого твердого розчину і коагуляція зміцнюючих надлишкових фаз. При цьому сплави мають низьку міцність, але набувають високу пластичність і опірність корозії під напругою.

Дюралюмінію - сплави на основі системи «алюміній - мідь - магній», в які додатково вводять марганець для підвищення корозійної стійкості та механічних властивостей. Структура сплавів в рівноважному (отожженном) стані: твердий розчин і кристали CuAl2, Al2CuMg - основних зміцнюючих фаз. Дюралюмінію маркують літерою «Д» з цифрою, що вказує номер сплаву. Після цифри часто ставиться буква, що характеризує стан сплаву: М - м'який (відпалений), Т - термічно оброблений, Н - загартовані. Дюралюмінію добре деформуються в гарячому і холодному стані. Механічні властивості сплаву Д16 в відпаленого стані: ?в = 200 МПа, ? = 18%, НВ = 500 МПа.

Для термічного зміцнення сплавів проводять загартування при температурі 490 - 500 ° С і природне старіння, яке практично закінчується за 5 діб, і властивості стабілізуються. Для виробів, які в процесі експлуатації можуть піддаватися нагріванню вище 100 - 150 ° С, застосовують штучне старіння при 190 ° С протягом 6 - 8 годин. Пресовані напівфабрикати зі сплавів Д1 і Д16 міцніше катаних внаслідок прес-ефекту.

Пайка і зварювання дюралюминов не створюють шов рівної міцності з основним металом. Тому клепані з'єднання надійніші. Для заклепок використовуються сплави Д1 і Д18, останній отримав назву «заклепувальний».

Дюралюмінію володіють зниженою корозійну стійкість, і тому листової і інші види прокату піддають «плакуванням», т. Е. Покриттю шаром чистого алюмінію під час гарячої прокатки. Пресовані профілі захищають від корозії анодної поляризацією (анодуванням) з подальшим лакофарбовим покриттям. Дюралюмінію широко використовуються в авіабудуванні для деталей і елементів конструкцій середньої і підвищеної міцності в моторо- і ракетобудуванні, авто- і вагонобудуванні і т. П.

Високоміцні сплави маркують буквою «В» (В95, В96) ГОСТ 4784-74. Цифри показують номер сплаву. Склад В95 відповідає системі «алюміній - цинк - магній - мідь» з добавками марганцю і хрому, які підвищують корозійну стійкість і підсилюють ефект старіння. Структура сплаву складається з ?-твердого розчину і фаз: MgZn2; Al2CuMg; Al2Zn3Mg3. Після гарту (460-475 ° С) і штучного старіння при 120-140 ° С протягом 16-24 год з пересичені твердого розчину виділяються тонкодисперсні частинки цих фаз. Сплав набуває високу міцність при збереженні високої пластичності (?в = 500 - 600 МПа, ? = 18%). Ці властивості сплав зберігає і при тривалих нагревах до 100-120 ° С. Природне старіння для високоміцних сплавів не проводять. Сплав В95 застосовують для середньо- і важконавантажених деталей конструкцій, що працюють в основному в умовах напружень стиску.

Кувальні сплави (див. Табл. 2.2) відрізняються високою пластичністю при температурах кування і гарячого штампування (450 - 475 ° С). Вони відносяться до системи «алюміній - мідь - кремній - магній - марганець» і маркуються літерами «АК» з порядковим номером. Їх піддають загартуванню і штучному старінню при 150-165 ° С протягом 4-12 годин.

Примітка: сплави типу АК, в яких після літери К стоять інші цифри і букви, відносяться до ливарним по ГОСТ 1583-93. Приклад. Сплав АК6М2 - алюмінієвий ливарний сплав з вмістом 6% кремнію і 2% міді по ГОСТ 1583-93.

Сплав АК6 широко застосовується для виготовлення багатьох штампованих і кованих деталей складної форми (картери, крильчатки компресорів двигунів, кронштейни та ін.). Жароміцні кувальні сплави використовують для деталей, що працюють при підвищених температурах до 200-300 ° С. До них відносяться АК2, АК4, АК4-1, Д20 та ін. Вони додатково леговані залізом, нікелем, титаном - елементами, що утрудняють дифузію при нагріванні в процесі експлуатації і тим самим уповільнюють разупрочнение сплавів. В результаті гарту і штучного старіння з пересичені твердого розчину виділяються дисперсні частки зміцнюючих фаз складних хімічних складів. Ці частинки стійкі проти коагуляції, що забезпечує підвищену жароміцність. З них виготовляють лопатки, крильчатки, диски компресорів та інші деталі турбореактивних двигунів, а також листи і панелі конструкцій фюзеляжів надзвукових літаків.

Сплави алюміній-магній-кремній (авіа): АД31, АД33, АД35, АВ, САВ-1 розроблені для авіаційної промисловості. Для них характерне поєднання високої міцності з малою щільністю. Висока пластичність після гарту полегшує обробку сплавів тиском.

1.1.2.3. Ливарні алюмінієві сплави. Для отримання виливків використовується велика кількість сплавів, які діляться на групи в залежності від складу, умов використання (лиття в землю, в кокіль, під тиском) і одержуваних властивостей. До 1989 року їх маркували буквами «АЛ» (алюмінієвий ливарний) і номером, наприклад, АЛ20 - стара маркування.

У нового маркування цих сплавів по ГОСТ 1583-93 після букви А коштують букви, що позначають легуючі елементи, і відразу після неї - кількість вагових відсотків даного елемента (середина марочного інтервалу). В кінці марки можуть бути малі літери, що вказують на кількість домішок в сплаві: ч - чистий; пч - підвищеної чистоти; оч - особливої ??чистоти; р - рафінований. Наприклад. Сплав АК9пч ГОСТ 1583-93 - алюмінієвий ливарний сплав з вмістом 9% кремнію (К9) підвищеної чистоти. Сплав АМ5 ГОСТ 1583-93 - алюмінієвий ливарний сплав з вмістом 5% міді.

Залежно від умов отримання і застосування виливки піддають термічній обробці по одному з восьми режимів, які позначають буквою «Т» і номером (Т1, Т2, ТЗ ... Т8). (Т2), де Т2 - отжиг при 300 ° С для зняття внутрішніх напружень і стабілізації розмірів, Т6 - гарт і повне штучне старіння.

Силуміни - сплави алюмінію з кремнієм, мають гарні ливарні властивості. Висока вологотекучість, мала усадка, низька схильність до утворення гарячих тріщин, хороша герметичність силуминов пояснюються наявністю великої кількості евтектики в структурі цих сплавів. Силуміни мають високу корозійну стійкість, добре зварюються і мають низьку щільність.

 
 

 Сплав АК12 містить 10-13% кремнію, за діаграмі (рис. 2) - заевтектичних. Структура складається з евтектики і крупноігольчатих кристалів кремнію (рис. 3 а), які знижують пластичність і міцність сплаву. Для поліпшення структури і підвищення властивостей силуміни модифікують фтористими і хлористим солями натрію. Натрій зрушує евтектичну точку діаграми вправо і вниз, сплав стає доевтектичний (див. Рис. 2).

Мал. 2 Діаграма стану Al - Si:

--- - До модифікування; --------- Після модифікування

Будова евтектики подрібнюється, а замість кристалів кремнію в структурі з'являються кристали «м'якої» пластичної фази - твердого розчину (рис. 3 б). Це призводить до збільшення відносного подовження до 10-12% і межі міцності - до 180-200 МПа.

 
 

 а б

Мал. 3 Структура сплаву АК12, x 200: а - до модифікування; б - після модифікування

Сплав АК12 термічного зміцнення не береться. З нього відливають тонкостінні деталі складної форми і деталі, які відчувають ударні навантаження, до яких пред'являються підвищені вимоги по корозійної стійкості.

Силуміни легируют магнієм, міддю, марганцем, титаном і ін. Найбільше застосування отримали силуміни з магнієм (АК9), магнієм і марганцем (АК9ч). Леговані силуміни застосовують для середніх і великих литих деталей відповідального призначення (корпуси компресорів, картери, головки циліндрів і т. П.). Їх використовують для лиття під тиском важко навантажених деталей (блоків циліндрів, головок блоків автомобільних двигунів).

Сплави алюмінію з міддю АМ5 характеризуються високою міцністю при звичайних і підвищених (до 300 ° С) температурах, добре обробляються різанням і зварюються. Ливарні властивості низькі (велика усадка, низька герметичність), що пояснюється відсутністю в їх структурі евтектики. Ливарні і механічні властивості поліпшуються при легуванні титаном і марганцем (АМ5Мц). Ці сплави використовуються для виливків простої форми. Їх часто анодируют, так як сплави мають низьку корозійну стійкість.

Магналіни - сплави алюмінію з магнієм (АМг10) - мають високу корозійну стійкість, міцність, в'язкістю і доброю оброблюваністю різанням. Ливарні властивості низькі. Легування його титаном, цирконієм і берилієм усуває схильність до окислення і зростання зерна, підвищує в'язкість і пластичність. Магналіни широко застосовують для деталей, що працюють в умовах високої вологості в судо-, ракето-, приладо- та авіабудуванні.

Жароміцні ливарнісплави. Найбільше застосування отримав сплав АМ4,5Кд (алюміній - магній - мідь - нікель з добавками кадмію), з якого виготовляють головки циліндрів і інші деталі, що працюють при температурі 275 - 300 ° С. Виливки використовують після гарту і короткочасного старіння при 175 ° С (Т5), поршні піддають закялке і старіння при 290 ° С (Т7).

Легування кремнієм покращує ливарні властивості (сплав АК5М4). Для подрібнення структури і підвищення жароміцності сплав додатково легують залізом, марганцем, титаном. Межа міцності при режимі Т6 (гарт і повне штучне старіння) - 300 МПа, при режимі Т7 (гарт і стабілізуючий відпустку) - 230 МПа.

1.1.2.4. Порошкові сплави алюмінію - спечені алюмінієві порошки (САП) і спечені алюмінієві сплави (САС).

САП - деформуються жароміцні матеріали, отримують їх шляхом пресування і спікання алюмінієвого порошку і окису алюмінію. З брикетів виготовляють листи, прутки, труби, профілі та інші напівфабрикати. Сапи добре обробляються різанням, зварюються, мають високу корозійну стійкість і термічною стабільністю. За жароміцності вони значно перевершують інші алюмінієві сплави при температурі до 300 - 500 ° С, а максимальна температура короткочасної експлуатації - 700 - 1000 ° С.

Висока жароміцність САП забезпечується наявністю окисної плівки на поверхні дрібнодисперсних (0,1 - 0,01 мкм) частинок алюмінієвого порошку. Зміст окису алюмінію в сплавах від 6 - 9 (САП1) до 18 - 22% (САП4). Зі збільшенням кількості частинок окису алюмінію підвищуються межа міцності сплаву від 320 до 460 МПа і його жароміцність.

САП1 добре обробляється тиском (кування, штампування, пресування, прокатка) при 450 - 570 ° С. Межа міцності його можна значно збільшувати з 320 до 410 МПа нагартовка (наклеп). САП2, САПЗ, САП4 задовільно пресуються, гірше прокочуються і штампуються при високій температурі. САП рекомендується також застосовувати для деталей, що працюють в умовах сильних корозійних впливів (паровоздушная середовище за 350 ° С).

САС - спечені алюмінієві сплави, отримують брикетуванням і деформацією порошків алюмінію з порошками кремнію, нікелю, хрому і т. Д. Іноді кількісне співвідношення порошків відповідає складу стандартних алюмінієвих сплавів, але до 200-300 ° С вони мають жароміцністю. Так, сплави Д16П, АК4П (П - порошковий) має більш високу тривалу міцність при нагревах в порівнянні з Д16 і АК4.

САС, можуть володіти особливими фізичними властивостями за рахунок зміни їх складів. СаС1 (25 - 30% кремнію, 5 - 7% нікелі, решта - алюміній) володіє поєднанням низького коефіцієнта лінійного розширення з малою теплопровідністю. Це дозволяє використовувати його для деталей, що працюють при 20 - 200 ° С в парі зі сталевими. У такому поєднанні не виникає великих термічних напружень при нагревах.

Вироби з САС не мають технологічних дефектів, пов'язаних з литтям (окисні і шлакові включення, ізоляція) і обробкою тиском (анізотропія властивостей, плени і ін.). Вони не вимагають гомогенізації.




А. А. РАУБА, А. А. РАЖКОВСКІЙ, С. В. ПЕТРОЧЕНКО, | Короткі теоретичні відомості | Порядок виконання роботи | Завдання для контрольно-самостійної роботи | Короткі теоретичні відомості | Порядок виконання роботи |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати