Литейные алюминиевые сплавы: свойства, применение, обработка

В последнее время достаточно большое распространение получили алюминиевые сплавы. Это связано с тем, что они обладают исключительными эксплуатационными качествами.

Существует просто огромное количество различных видов алюминия, классификация зависит от химического состава и многих других показателей. Довольно большое распространение получили литейные алюминиевые сплавы.

Они могут применяться для изготовления самых различных деталей, в большинстве случаев, корпусов. Рассмотрим особенности литейных алюминиевых сплавов подробнее.

Литейные алюминиевые сплавы: свойства, применение, обработка

Литейные алюминиевые сплавы

Общая характеристика и свойства

Существует довольно большое количество разновидностей литейных алюминиевых сплавов, каждый из которых обладает своими особенностями. Алюминиевый литейный сплав характеризуется следующими эксплуатационными качествами:

  1. Высокие литейные качества. Подобный металл довольно часто применяется для литья по форме. Высокие литейные качества позволяют создавать детали сложной формы.
  2. Плотность. Химический состав алюминиевых литейных сплавов определяет то, что их плотность относительно невелика. За счет этого вес получаемой конструкции относительно небольшой.
  3. Коррозионная стойкость также высокая. Она может снижаться за счет добавления различных легирующих элементов.
  4. Рассматривая свойства сплавов следует отметить и повышенную прочность, а также твердость. Эти качества достигаются путем добавления самых различных веществ.
  5. Высокая степень обрабатываемости. Путем литья достаточно часто получают заготовки, которые в дальнейшем доводят до готового состояния путем механической обработки на фрезерном или другом оборудовании.

Подобные материалы обладают хорошими литейными свойствами, что позволяет получать детали со сложными поверхностями. Сплавы с высоким содержанием магния или других легирующих элементов могут подвергаться дополнительной термообработке.

В большинстве случаев к данному материалу предъявляют следующие требования:

  1. Хорошие литейные свойства. Именно они считаются наиболее важными при рассмотрении алюминиевых сплавов данной группы. Чем менее выражены литейные качества, тем хуже раствор заполняет созданную форму. Литейные свойства могут определяться самыми различными методами.
  2. Небольшая усадка. Процесс усадки практически неизбежен при литье по форме. Однако некоторые составы более склонны к образованию раковин и других дефектов при литье, другие меньше. Чем меньше усадка, тем более качественным получается изделие.
  3. Высокая жидкотекучесть. Если созданная форма для литья имеет большое количество сложных поверхностей, то для их заполнения состав должен обладать повышенным показателем жидкотекучести.
  4. Малая склонность к образованию горячих трещин. При выполнении литейных операций возникает вероятность появления трещин, которые снижают прочность структуры и эксплуатационные качества материала.
  5. Низкая склонность к пористости. Пористая структура обладает менее привлекательными эксплуатационными качествами, так как она имеет меньшею прочность, впитывает влагу и может быть подвержена воздействию коррозии.
  6. Оптимальные механические и химические свойства. Современные методы легирования позволяют сделать легкий материал более прочным. Для этого проводится добавление самых различных компонентов. Оптимальные механические свойства представлены сочетанием легкости и прочности, а также другими качествами.
  7. Мелкозернистая однородная структура. При рассмотрении особенностей структуры получаемых изделий следует отметить, что однородная лучше воспринимает оказываемые нагрузки и вероятность появления дефектов существенно снижается. Неоднородную структуру можно охарактеризовать тем, что изделие может иметь разный показатель твердости поверхности, на одной части может появляться коррозия, другая может оказаться быть более устойчивой к подобному воздействию.

Исключить вероятность образования многих дефектов можно путем соблюдения технологии отливки и обработки полученного сплава. Кроме этого, используемый состав также в той или иной степени определяет вероятность образования дефектов.

Литейные алюминиевые сплавы: свойства, применение, обработка

Литейные алюминиевые сплавы в чушках

Наиболее важным качеством можно назвать жидкотекучесть. Она определяет способность заполнения литейной формы.

Кроме этого уделяют внимание тому, какова склонность состава к образованию газовых и усадочных пустот. Измеряется показатель жидкотекучести тем, какая емкость и за какое время может заполниться.

Стоит учитывать, что повышенное содержание оксидов становится причиной снижения показателя жидкотекучести.

Процесс литья также определяет высокую вероятность образования усадочных раковин. При охлаждении расплав уменьшается в объеме. Выделяют два основных типа образующейся раковины:

Для определения степени усадки используются различные методы.

При литье также часто встречается деформация, которая становится причиной образования трещин. Она связана с процессом, который определяется сжимающим напряжением между уже затвердевшим и кашеобразным составом.

  • Различают несколько разновидностей алюминиевых литейных сплавов, о которых далее поговорим подробнее.
  • Все литейные сплавы алюминия можно условно разделить на несколько основных групп:
  1. Высокопрочные и жаропрочные сплавы. Наиболее распространенным материалом из этой группы можно назвать алюминиевый сплав АЛ19. Его легируют путем добавления титана, за счет чего придаются более высокие механические свойства. Добавление легирующих элементов может проводится при низких или комнатных температурах. Жаропрочность определяет то, что механические свойства и линейные размеры остаются неизменными даже при нагреве состава до температуры 350 градусов Цельсия. Сплавы этой группы хорошо свариваются, а также обладают высокой обрабатываемостью. Стоит учитывать, что за счет легирования коррозионная стойкость относительно невысокая. Существенно повысить прочность можно путем закалки или старения. Подобные марки литейных алюминиевых сплавов широко используются при литье крупногабаритных отливок по песчаной форме.
  2. Конструкционные герметичные алюминиевый сплав обладают более высокими литейными свойствами. Распространенные марки: АЛ4 и АЛ9. Также следует отметить достаточно высокую коррозионную стойкость. Стоит учитывать тот момент, что термическая обработка в этом случае не проводится. При закалке или старении эксплуатационные качества не улучшаются. Хороший комплекс технологических свойств определяет популярность алюминиевого сплава.
  3. Коррозионностойкие металлы. К данной группе относится маркировка АЛ27 и АЛ8. Следует учитывать, что подобный тип металла обладает высокой стойкостью к воздействию повышенной влажности. Высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средствах существенно расширяет область применения металла. Кроме этого, структура определяет хорошую свариваемость и обрабатываемость резанием. Однако отметим, что металл обладает низкой жаропрочностью – структура не может выдержать воздействие температуры выше 80 градусов Цельсия. За счет легирования снижаются и литейные свойства. Исключением можно назвать сплав АЛ24, основные свойства которого сохраняются при температуре до 150 градусов Цельсия.

Последняя группа сплавов получила достаточно широкое распространение при изготовлении корпусов и деталей, на которые оказывается воздействие морской воды. Из-за высокой концентрации соли на поверхности довольно часто образуется коррозия.

К литейным сплавам принято относить составы, в которых есть от 10 до 13% кремния. Довольно часто в состав добавляются магний, медь и другие присадки, способные существенно повысить прочность. Также в состав добавляют титан и цирконий. В свою очередь, марганец может существенно повысить антикоррозионные свойства.

Несмотря на то, что в большинстве случаев железо и никель считаются вредными примесями, в данном случае они добавляются для существенного повышения жаропрочности.

Рассматривая маркировку отметим, что для этого применяется обозначение от АЛ2 до АЛ20. Эти материалы сегодня еще называют силуминами. Их химический состав, от которого зависят механические качества, может существенно отличаться. Именно поэтому следует подробно рассматривать состав каждой марки.

Применение

Алюминиевый литейный сплав сегодня применяется при производстве фасонных отливок. Отметим, что разделают как чистый алюминий, так и полученный после вторичной переработки. В химической и пищевой промышленности может использоваться чистый алюминий. Этот материал применим и в электротехнике. Важным моментом является то, что на алюминий приходится более 20% литейных сплавов.

Литейные алюминиевые сплавы: свойства, применение, обработка

Детали из литейных алюминиевых сплавов

Рассматривая особенности производства отметим, что первичный металл производится в чушках на специализированных алюминиевых заводах. Есть и вторичная цветная металлургия, которая предусматривает применение вторичного лома или отходов. За счет применения менее дорого сырья существенно снижается стоимость материалов.

В России только 50% заводов проводит использование лома в качестве основы. В более развитых странах мира, к примеру, США, Японии, Германии сегодня при производстве алюминиевых сплавов вторичное сырье применяется не менее чем в 90%. За счет этого существенно снижается стоимость различных изделий, а также повышается экологическая чистота.

Применение литейного алюминия весьма обширно:

  1. Изготовление корпусных деталей. Именно при производстве корпусных деталей чаще всего применяют литейные алюминиевые сплавы. Это связано с тем, что подобным образом существенно снижается их стоимость. Для получения сложных изделий из стандартной заготовки применяют современное фрезерное оборудование, которое стоит дорого и требует соответствующей оснастки.
  2. Получение различных заготовок в сфере кораблестроения и авиастроения. На протяжение нескольких столетий алюминий используется для изготовления деталей, которые применяются при сборе самолетов и различных летательных аппаратов.
  3. Изготовление деталей сложной формы и различных размеров. Детали, представленные телами вращения и плоскими поверхностями сложны в изготовлении при применении оборудования по механической обработке.
  4. Получение элементов, которые применяются для осуществления подачи электричества. При добавлении легирующих элементов получаются сплавы, обладающие хорошими токопроводящими способностями.

Очень большое количество деталей в моторостроении получается также путем литья. Данный метод изготовления позволяет получить детали с высокоточными размерами и качественной поверхностью.

В заключение отметим, что сегодня данный тип металла получил широкое применение в самых различных областях промышленности. Это также можно связать с тем, что стоимость производства подобного металла относительно невысока. Сочетание высоких эксплуатационных качеств с низкой стоимостью и определяют широкое распространение металла в самых различных отраслях промышленности.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/litejnye-alyuminievye-splavy.html

2)Алюминиевые литейные сплавы. Марки, свойства, применение

Алюминий — легкий металл, обладающий высокими тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии.

В зависимости от степени частоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.).

Алюминий маркируют буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква «Е» обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.

А999 — алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;

А5 — алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия. Алюминиевые сплавы разделяют на деформируемые и литейные. Те и другие могут быть не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой.

Деформируемые алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются прокаткой, ковкой, штамповкой. Их марки приведены в ГОСТ4784-74. К деформируемым алюминиевым сплавам не упрочняемым термообработкой, относятся сплавы системы Al-Mn и AL-Mg:Aмц; АмцС; Амг1; АМг4,5; Амг6.

Аббревиатура включает в себя начальные буквы, входящие в состав сплава компонентов и цифры, указывающие содержание легирующего элемента в процентах.

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы Al-Cu-Mg с добавками некоторых элементов (дуралюны, ковочные сплавы), а также высокопрочные и жаропрочные сплавы сложного хим.состава. Дуралюмины маркируются буквой «Д» и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18, АК4, АК8.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава.

За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный

  1. Литейные алюминиевые сплавы. Сплавы состава Al-Si, Al-Cu. Гранулированные сплавы.

Литейные сплавы: (Al + Si, Si < 13% – силумин).

  • Узкий температурный диапазон кристаллизации;
  • Жидкотекучесть;
  • Малая усадка;

В этой области:

  • Крупные кристаллы эвтектики;
  • Наличие в эвтектике хрупких и непрочных кристаллов кремния;

Поэтому у силумина: практически отсутствует пластичность, в = 150–170 Мпа. За счет модифицирования свойства сплава могут быть улучшены. Модификаторы (0,5% Na или Li) способствуют появлению мелкой эвтектики.

Маркировка: АЛ2 (алюминий литейный, 2 – номер сплава).

Билет20

1)Нитевидные кристаллы. Влияние плотности дислокаций на прочность металлов и сплавов. Способы упрочнения материалов

Бездислокационные нитевидные кристаллы существенно отличаются по своим мех. и физ. св-вам от обычных монокристаллов и поликристаллич. материалов. Так, макс. прочность нитевидных кристаллов обычно составляет не менее 20-30% от теоретической, модуль упругости достигает теоретич.

значений для монокристаллов c идеальной структурой. Кроме обычной статич. прочности нитевидные кристаллы (особенно очень тонкие) отличаются большой усталостной прочностью, способностью выдерживать упругие деформации до ~ 3% и сохранять свою прочность при т-рах, близких к т-рам плавления.

Читайте также:  Хромель: химический состав, свойства, термопары

нитевидные кристаллы применяют при изготовлении разл. датчиков (миниатюрные термометры, тензодатчики, датчики Холла, дози-метрич. датчики), автоэмиссионных катодов, в качестве армирующих компонентов в высокопрочных композиционных материалах с металлич., керамич. и полимерными матрицами.

Дислокационная структура материала характеризуется плотностью дислокаций.

Плотность дислокаций в кристалле определяется как среднее число линий дислокаций, пересекающих внутри тела площадку площадью 1 м2, или как суммарная длина линий дислокаций в объеме 1 м3.

Плотность дислокаций изменяется в широких пределах и зависит от состояния материала. Плотность дислокации в значительной мере определяет пластичность и прочность материала.

Минимальная прочность определяется критической плотностью дислокаций. Рис.Влияние плотности дислокаций на прочность

Если плотность меньше значения а, то сопротивление деформированию резко возрастает, а прочность приближается к теоретической. Повышение прочности достигается созданием металла с бездефектной структурой, а также повышением плотности дислокаций, затрудняющим их движение.

В настоящее время созданы кристаллы без дефектов – нитевидные кристаллы длиной до 2 мм, толщиной 0,5…20 мкм — “усы“ с прочностью, близкой к теоретической: для железа = 13000 МПа, для меди =30000 МПа. В противном случае образуются трещины.

Дислокации влияют не только на прочность и пластичность, но и на другие свойства кристаллов. С увеличением плотности дислокаций возрастает внутреннее, изменяются оптические свойства, повышается электросопротивление металла.

Дислокации увеличивают среднюю скорость диффузии в кристалле, ускоряют старение и другие процессы, уменьшают химическую стойкость, поэтому в результате обработки поверхности кристалла специальными веществами в местах выхода дислокаций образуются ямки.

Источник: https://studfile.net/preview/786537/page:21/

Гост 1583-93: выбор литейных алюминиевых сплавов

Если оказалось, что проектируемая деталь должна быть литой и алюминиевой, правильный выбор сплава может оказаться проблемой, как для конструктора, так и для литейщика.

Литая алюминиевая деталь?

Обычно считается, что применение алюминиевого литья для нагруженных деталей оправдано только тогда, когда сложная форма литой детали дает существенное преимущество в массе по сравнению с простой по форме, например, кованой, деталью.

Обычно литейщики-производственники работают только несколькими литейными сплавами, что оправдано более экономичным использованием литейного оборудования, сокращением запасов сырья и снижением риска смешивания различных сплавов. С точки зрения качества литья более разумно работать со сплавом, который является технологичным, чем с тем, который может быть на бумаге и показывает несколько лучшие свойства, но более труден технологически. 

С точки зрения литейщиков эти сплавы являются частным случаем литейных сплавов и поэтому могут называться немного по-другому – алюминиевые литейные сплавы.

Методы литья алюминия

Наиболее важными методами литья изделий из алюминиевых сплавов являются:

Литье под давлением, при котором расплавленный металл под действием давления «вдавливается» в стальную пресс-форму, обычно применяется при массовом производстве. Детали, отлитые под давлением, почти не требуют последующей механической обработки.

При литье в кокиль расплавленный металл разливается в, как правило, разъемные и обычно стальные формы многократного использования.

Технология литья в песчаные формы – это более медленный процесс, но обычно самый экономичный для малых партий, сложных конфигураций и больших отливок.

Гост 1583-93: литейные алюминиевые сплавы

Отечественную классификацию литейных алюминиевых сплавов в настоящее время определяет ГОСТ 1583-93. Он включает системы с различными комбинациями алюминия с легирующими элементами Si, Cu, Mg, Mn и Zn:

  • двойные сплавы Al–Si, Al–Cu, Al–Zn и Al–Mg;
  • тройные сплавы Al–Si–Mg и Al–Si–Cu;
  • четверные сплавы Al–Si–Mg–Cu.   

Каждый сплав в этом стандарте имеет двойное обозначение: первое – для чушек и второе (в скобках) – для отливок, например, АК12(АЛ2). Это связано с тем, что в свое время, в конце 1980-х, ГОСТ 1583-89 объединил и заменил в один три стандарта:

  • ГОСТ 1583-73 на литейные алюминиевые сплавы в чушках,
  • ГОСТ 2685-75 на литейные алюминиевые сплавы в отливках и 
  • ГОСТ 1521-76 на силумин в чушках.

От ГОСТ 2685-75 и остались буквенно-цифровые обозначения типа АЛ2, АЛ4 или АЛ11. ГОСТ 1583-93 разрешает для отливок применять эти обозначения сплавов без дублирования обозначениями для чушек. Интересно, что ссылки на ГОСТ 2685-75, отмененный более 20 лет назад, все еще встречается, например, на сайтах некоторых литейных предприятий.     

Силумины нормальные

Из литейных алюминиевых сплавов наиболее часто применяют силумины – сплавы с большим содержанием кремния. Сплавы алюминия только с медью, магнием и цинком применяют значительно реже.

Дело в основном в том, что для получения плотной структуры отливки необходим сплав с узким интервалом кристаллизации, а для этого лучше подходят сплавы эвтектической концентрации или близкой к ней.

В этом смысле система Al–Si имеет решающее преимущество над другими системами – ее эвтектика имеет сравнительно низкое содержание кремния 11,7 %, тогда как в системе Al–Cu эвтектика имеет 33 % меди, а в системе Al–Mg – 34,5 %.

Двойные сплавы Al–Si имеют самые лучшие литейные свойства. К ним относится обычный (нормальный) силумин с содержанием кремния от 10 до 13 % (сплав АЛ2), который применяют для отливок сложной формы при отсутствии требований высоких механических свойств.

Силумины специальные

При более высоких требованиях к прочностным свойствам применяют специальные силумины – доэвтектические силумины с содержанием кремния от 4 до 10 % и добавками меди, магния и марганца в различных комбинациях и количествах.

Сплавы АЛ4 и АЛ9 – силумины с пониженным содержанием кремния и с небольшим добавками магния и марганца (АЛ4) и магния (АЛ9), что улучшает их механические свойства. Низкокремнистые силумины, легируют медью, а также небольшими количествами магния – сплав АЛ5, магния и марганца (и титана) – сплав АК5М2.

Они обладают худшими литейными свойствами, чем нормальный силумин, но превосходят его по механическим свойствам. Эти силумины после термической обработки имеют прочность от 200 до 250 МПа и относительное удлинение от 1 до 6 % – прочность близкая к прочности деформируемых сплавов, но при относительно низкой пластичности.

Это связано с более грубой структурой, не раздробленной пластической деформацией. Сплав АЛ11 относится к цинковистым силуминам – добавка цинка таких больших количествах (10-14 %) улучшает его литейные свойства, что дает возможность отливать из него особо сложные детали.

Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов

Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов, по сравнению с деформированными, имеет свои особенности. Это связано в первую очередь с различиями в химическом составе, а также более грубой и крупнозернистой структурой литых сплавов.

Литые сплавы почти не подвержены естественному старению, поэтому максимальная прочность обычно достигается за счет искусственного старения в течение 10-20 часов при 150-180 °С.

Упрочнение происходит за счет выделения из пресыщенного твердого раствора  интерметаллических соединений CuAl2,Mg2Si, Al3Mg2 и т.д.

Нередко уже одна закалка повышает прочность и пластичность за счет растворения интерметаллических соединений, которые в литом состоянии скапливаются на границах зерен. Старение еще больше повышает прочность, но чаще всего в ущерб пластичности.   

Выбор литейных алюминиевых сплавов

К факторам, которые принимают во внимание при выборе литейного сплава для конкретного конструкторского решения, относятся следующие.

Примеси в алюминиевых сплавах

Каждый литейный алюминиевый сплав по ГОСТ 1583-93и для чушек, и для отливок имеет в целом одинаковый состав основных  легирующих элементов.

Требования же по содержанию примесей могут значительно отличаться для чушек и отливок, с одной стороны, и для применяемых способов литья – с другой.

При этом ограничения по каждой из таких примесей как марганец, медь, цинк, никель, свинец, олово и кремний, как правило, одинаковы для чушек и отливок.

Однако ограничения по их сумме, а также отдельно по содержанию железа различаются как для чушек и отливок, так и для способов литья: в песчаные формы, в кокиль, под давлением. Для чушек требования по примесям выше, чем для отливок. Для литья под давлением допускается максимальное содержание железа и суммы примесей, для литья в песчаные формы – минимальное.

Вторичные алюминиевые сплавы

Количество примесей, особенно железа, является одним из важных качеств литейного сплава. С понижением количества примесей  в сплаве повышается его коррозионная стойкость и пластичность. Однако надо принимать во внимание и то, что более чистый сплав и стоить будет дороже.

Вторичные литейные сплавы обычно изготавливают из лома по тому же ГОСТ 1583-93 и они могут иметь более низкий по сравнению с первичными сплавами уровень пластичности и коррозионной стойкости именно из-за большего количеств примесей.

Однако существует множество изделий, для которых эти механические свойства и коррозионная стойкость вполне приемлемы, и поэтому вторичные сплавы широко применяются. Как видно из требований ГОСТ 1583-93 более «грязный» сплав может потребовать более сложного способа литья.

Прочностные свойства алюминиевых сплавов

В зависимости от требований к механическим свойствам будущей отливки сплав выбирают из следующих условных «прочностных» категорий:

«Прочные и пластичные». В эту группу входят наиболее важные упрочняемые старением сплавы, например, Al–Cu. С помощью различных видов термической обработки их свойства «регулируют» или на высокую прочность или на высокое относительное удлинение.  

«Твердые». Литейные сплавы этой группы имеют определенную прочность при растяжении и твердость без особых требований к относительному удлинению. Прежде всего, это сплавы Al–Si–Cu.

«Пластичные». Сплавы с повышенной пластичностью – это, в основном, нормальные  и низкокремнистые силумины.

Литейные свойства алюминиевых сплавов

Литейные свойства сплава, такие как жидкотекучесть и особенности затвердевания, ставят литейщику определенные ограничения. Не каждую отливку можно отлить из любого сплава. Выбор оптимального сплава для конкретной детали обычно требует взаимодействия конструктора и литейщика.

Жидкотекучесть металлического расплава определяют с помощью технологической пробы, например, длины заполнения расплавом специальной спирали. Казалось бы при низкой жидкотекучести надо просто увеличить температуру разливки.

Однако в этом случае обычно сталкиваются с другими проблемами, такими как окисление расплава, насыщение его водородом или повышенный износ литейной формы.

Эвтектические силумины имеют самую высокую жидкотекучесть, низкокремнистые силумины – среднюю, а сплавы Al–Cu и Al–Mg – самую низкую.

Склонность к горячему растрескиванию является почти противоположностью жидкотекучести. Под горячим растрескиванием понимают отделение друг от друга уже кристаллизовавшихся фаз, например, при усадке.

Эти трещины или разрывы могут залечиваться при подаче в форму оставшегося металла.

У эвтектических алюминиевых литейных сплавов почти нет проблем с образованием трещин, тогда как для алюминиевых литейных сплавов Al–Cu и Al–Mg эта проблема весьма актуальна.     

Источники:

  1. Гуляев А.П. Металловедение, 1986.
  2. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993.

Источник: https://aluminium-guide.ru/litejnye-alyuminievye-splavy-vybor/

Сплавы из алюминия и их применение

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.

Читайте также:  Проверка токарных станков на точность: гост, видео

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

Другие статьи по сходной тематике

Источник: https://TochMeh.ru/info/alum3.php

Литейные алюминиевые сплавы

  • Литейные алюминиевые сплавы. Для таких сплавов характерны следующие технологические свойства:
  • жидкогекучесть — способность хорошо заполнять литейную форму;
  • отсутствие склонности к образованию трещин при кристаллизации («горячих трещин»);
  • герметичность — способность плотных беспористых отливок выдерживать без течи высокие давления жидкостей или газов;
  • малая усадка — небольшое сокращение объема сплава при переходе его из жидкого состояния в твердое и последующем охлаждении до нормальной температуры;
  • малая ликвация (зональная, дендритная) — получение однородного по составу сплава в пределах всего слитка и по сечению отдельных дендритов.

Лучшими литейными свойствами обладают эвтектические сплавы, кристаллизующиеся при постоянной температуре, а худшими — сплавы со структурой твердых растворов, затвердевающих в широком интервале температур. Механические свойства литейных сплавов по сравнению с деформируемыми хуже, особенно низки показатели пластичности и ударной вязкости.

Среди алюминиевых литейных сплавов наиболее распространены силумины — сплавы алюминия с кремнием эвтектического состава (~12% Si), содержащие кристаллы кремния и твердого раствора кремния в алюминии (рис. 13.27).

При литье в обычных условиях эти сплавы имеют неудовлетворительную структуру, так как эвтектика получается грубопластинчатой, с крупными включениями хрупкого кремния, в результате чего сплавы имеют низкие механические свойства.

Для измельчения структуры и улучшения механических свойств применяют не термообработку, а модифицирование — добавление в жидкий сплав специальных флюсов, содержащих хлористые и фтористые соли натрия (2—3% от массы сплава). При взаимодействии этих солей с жидким алюминием образуется металлический натрий, оказывающий модифицирующее действие.

Рис. 13.27. Диаграмма состояния А1—Si: сплошные линии — до модифицирования, штриховые — после модифицирования

Введение натрия в сплав приводит к смещению линий диаграммы состояния в сторону повышения концентрации кремния в эвтектике до ~ 14% (штриховые линии на рис. 13.27). Это способствует понижению температуры кристаллизации эвтектики.

В результате при кристаллизации вместо грубых хрупких кристаллов Si образуется мелкокристаллическая эвтектика, содержащая кристаллы сфероидальной формы Si и первичные кристаллы мягкой пластичной фазы — твердого раствора. В результате материал становится более прочным и пластичным (рис. 13.28).

Для улучшения механических свойств и жидкотекучести силумины легируют медью, марганцем, магнием.

Свойства литейных сплавов улучшаются при повышении скорости кристаллизации. Свойства быстро закристаллизованных образцов могут на 25—40% превосходить свойства сплавов, кристаллизовавшихся более медленно.

Некоторые элементы, являющиеся легирующими для одних сплавов, оказывают вредное воздействие на другие. Кремний снижает прочность сплавов системы А1—Mg и ухудшает механические свойства сплавов систем А1—Si и А1—Си. Олово и свинец значительно понижают температуру начала плавления сплавов.

Отрицательно влияет на силумины железо, вызывая образование хрупкой эвтектики А1—Si—Fe, кристаллизующейся в виде пластин.

Значительно повысить свойства фасонных отливок можно путем уменьшения вредных металлических и неметаллических примесей в сплавах, введением в небольших количествах титана, циркония, бериллия, модифицированием сплавов и их термической обработкой.

Рис. 13.28. Зависимость механических свойств немодифицированного (сплошные линии) и модифицированного (штриховые линии) силумина от концентрации кремния

Литейные алюминиевые сплавы маркируют буквами АЛ (А — алюминиевый сплав, Л — литейный), за которыми следует цифра, указывающая номер по ГОСТу.

Силумины представляют собой двойные сплавы системы А1—Si и сплавы на основе более сложных систем: А1—Si—Mg, Al—Si—Си, Al—Si—Mg—Си. Они характеризуются хорошими литейными свойствами, высокой коррозионной стойкостью, большой плотностью (герметичностью); применяются для изготовления сложных отливок. Для борьбы с газовой пористостью силуминов используют кристаллизацию отливок под давлением.

Наиболее распространенный силумин АЛ2, содержащий 10—13% Si, применяют для фасонного литья изделий, от которых не требуется высокая прочность.

При повышенных требованиях к прочностным характеристикам используют специальные — доэвтектические силумины с содержанием кремния 4—10% и добавками меди, магния и марганца (АЛЗ, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АД9).

Эти сплавы обладают худшими литейными, но более высокими механическими свойствами, чем силумин АЛ2. Для изготовления особо сложных отливок применяют цинковистый силумин АЛ 11. Добавка цинка улучшает литейные свойства.

Кроме силуминов в качестве литейных используют сплавы алюминия с высоким содержанием магния (свыше 5%). К ним относятся сплавы системы Al—Mg (АЛ8), сплавы системы Al—Mg—Si с добавкой Мп (АЛ 13 и АЛ 28), Be и Ti (АЛ22). Сплавы этой группы коррозионностойки, высокопрочны и имеют пониженную плотность.

Наибольшей прочностью обладает сплав АЛ8, но технология его изготовления сложна.

Для уменьшения окисляемости в жидком состоянии в него вводят 0,05—0,07% Be, а для измельчения зерна — такое же количество Ti, в формовочную смесь для подавления реакции металла с влагой добавляют борную кислоту.

Сплавы АЛ 13 и АЛ 28 имеют лучшие литейные свойства, но меньшую прочность и не способны упрочняться термической обработкой.

Длительные низкотемпературные нагревы могут привести к ухудшению коррозионной стойкости литейных сплавов с высоким содержанием магния. В целом они имеют повышенную коррозионную стойкость, хорошо свариваются; их используют в ракетостроении, морском и речном судостроении, в производстве сварных емкостей, цистерн, трубопроводов и т. д.

Существуют литейные сплавы алюминия с медью — АЛ 12, АЛ7. Сплав АЛ7 (4—5% Си) имеет хорошие механические, но плохие литейные свойства. Из него изготавливают небольшие отливки, подвергаемые значительным механическим воздействиям. Сплав АЛ 12 (9—11% Си) имеет высокие литейные, но низкие механические свойства.

По показателям он уступает обычному силумину и используется мало. Сплавы системы А1—Си— Мп с добавкой Ti (АЛ 19) являются жаропрочными, но имеют пониженные литейные свойства, коррозионную стойкость и герметичность.

Сплавы систем А1—Си—Mg—Ni и А1—Си—Mg—Mn—Ni (АЛ 1, АЛ21) отличаются высокой жаропрочностью, но плохо обрабатываются.

Химический состав и механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов приведены в табл. 13.9.

Таблица 13.9

Читайте также:  Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Химический состав и механические свойства литейных алюминиевых сплавов

Марка Состав, % Предел прочности (ув, МПа Предел текучести сто.2, МПа
  1. Относительное
  2. удлинение
  3. а,%
Си Mg Мп Si
АЛ8 9,5-11,5 0,1 0,3 320 170 11.0
АЛ2 0,8 0,5 10-13 200 ПО 3,0
АЛ9 0,2 0,2-0,4 0,5 6-8 230 130 7,0
АЛ4 0,3 0,17-0,3 0,25-0,5 8-10,5 260 200 4,0
АЛ5 1,0-1,5 0,35-0,6 0,5 4,5-5,5 240 180 1,0
АЛЗ 1,5-3,5 0,2-0,8 0,2-0,8 4,0-6,0 230 170 1,0
АЛ25 1,5-3,0 0,8-1,2 0,3—0,6 11-13 200 180 0,5
АЛ 30 0,8-1,5 0,8-1,3 0,2 11-13 200 180 0,7
АЛ7 4-5 0,03 1,2 230 150 5,0
АЛ 1 3,75-4.5 1,25-1,75 0,7 260 220 0,5
АЛ 19 4,5-5,3 20,05 0,6-1,0 0,3 370 260 5,0
АО 24 0,2 1,5-2,0 0,2—0,5 0,3 290 3,0

Источник: https://ozlib.com/824844/tehnika/liteynye_alyuminievye_splavy

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 и др.

Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. Эвтектика образуется во многих сплавах, в которых содержание легирующих элементов больше предельной растворимости в алюминии. В связи с этим содержание легирующих элементов в литейных сплавах выше, чем в деформируемых.

Чаще применяют сплавы А1—Si, А1—Си, А1—Mg (табл. 36), которые дополнительно легируют небольшим количеством меди и магния (А1—Si), марганца, никеля, хрома (А1—Си). Для измельчения зерна, а следовательно, улучшения механических свойств в сплавы вводят модифицирующие добавки: Ti, Zr, В, V и др.

Состав и механические свойства некоторых литейных сплавов алюминия приведены в табл. 36.

Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. В зависимости от характера отливки и условий ее, работы используют один из видов термической обработки, приведенных ниже.

  • 1. Йскусственное старение (условное обозначение Т1) при (175 ± 5) °С в течение 5—20 ч без предварительной закалки. При литье многих сплавов (АЛ4, АЛ5, АЛЗ) в сырую песчаную форму или в кокиль происходит частичная закалка, поэтому старение повышает прочность и улучшает обработку резанием.
  • 2. Отжиг (Т2) при 300 °С в течение 5—10 ч. Охлаждение при отжиге проводят на воздухе. Отжиг применяют для снятия литейных напряжений, а также остаточных напряжений, вызванных механической обработкой. Отжиг несколько повышает пластичность.
  • 3. Закалка и естественное старение (ТЗ, Т4). Температура закалки 510—520 °С для сплавов АЛ1, АЛ7 и 535—545 °С для
  • Т аблица 36
  • Химический состав (по легирующим элементам)1
  • и типичные механические свойства некоторых литейных алюминиевых сплавов
Сплав Содержание элементов, %
  1. *«o Я О
  2. о.
  3. V x
  4. а о 5
  5. v О
  6. So®
  7. * U CC
  8. CQ cr CX
Механические свойства
Mg S1 Мп Си Другие элементы aB a0,2 в, %
МПа
Сплавы А1—Si (силумины)
АЛ2 10—13 T2 180 90 5
АЛ4 0,17— 8- 0,25— TI 180 140 2
0,3 10,5 0,5 T6 260 200 4
АЛ9
  • т}*
  • О
  • 7
  • сч
  • о
6-8 T4 200 140 5
T5 220 160 3
Сплавы А1— -Сп
АЛ7 _ _ _ 4—5 0,2 Ti T4; 240 160 7
T5 260 200 3
АЛ 19 0,6—1,0 4,5—5,3 0,15—0,35 Ti T4; 320 180 9
T5 360 250 5
Сплавы А1— Mg
АЛ8 9,5— _ _ T5 350 170 10
11,5
АЛ 27 9,5— 0,05—0,15 Ti; T4 360 180 18
11,5 0,05—0,22 Zr; 0,05—0,15 Be
Жаропрочные сплавы
АЛ1 1,25- 3,75— 1,75—2,25 Ni T5; 260 200 0,6
1,75 4,5 T7 220 180 1,2
АЛ21 0,8—1,3 0,15— 4,6-6 0,1-0,25 Cr; T2; 210 1,2
0,25 2,6-3,6 Ni T7 220 200 1,5
АЛЗЗ 0,6—1,0 5,5-6,2 0,8—1,2 Ni; 0,05—0,2 Zr; 0,15—0,3 Ge T7 280 180 2,0
ГОСТ 2685—75.

сплавов АЛ4, АЛ9, АЛ 19 и др. Так как после закалки отливки выдерживают достаточно длительное время при нормальной температуре, режим (ТЗ) практически соответствует закалке и естественному старению (Т4).

  • 4. Закалка и кратковременное (2—3 ч) искусственное старение обычно при 150—175 °С (Т5). При данной температуре и продолжительности процесс старения полностью не заканчивается, поэтому после такой обработки отливки приобретают высокую прочность при сохранении повышенной пластичности.
  • 5. Закалка и полное искусственное старение (Тб) при 200 °С 3—5 ч. Старение при повышенной температуре по сравнению

Рис. 186. Диаграмма состояния А1—Si (а) и влияние кремния на механические свойства сплавов:

штриховая линия — диаграмма ооотояння после модифицирования; 1 — механические свойства после модифицирования; 2 — механические свойства до модифицирования

с режимом Т5 придает наибольшую прочность, но пластичность снижает.

  • 6. Закалка и стабилизирующий отпуск (Т7) при 230 °С для сплавов АЛ9, АЛ5, АЛ1 и при 250 °С для сплава АЛ 19 в течение 3—10 ч. Этот вид обработки используют для стабилизации структуры и объемных изменений отливки при сохранении достаточной прочности.
  • 7. Закалка и смягчающий отпуск (Т8) при 240—260 °С в течение 3—5 ч. Высокая температура отпуска заметно снижает прочность, но повышает пластичность и стабильность размеров.

Сплавы А1—SI. Эти сплавы (см. табл. 36), получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому сплаву (рис. 186, а) и потому отличаются высокими литейными свойствами, а отливки — большой плотностью.

Наиболее распространен сплав, содержащий 10—13 % Si (АЛ2), обладающий высокой коррозионной стойкостью. Сплав АЛ2 содержит в структуре эвтектику a -f- Р и нередко первичные кристаллы кремния (см. рис. 187, а).

Кремний при затвердении эвтектики выделяется в виде грубых кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних надрезов в пластичном а-твер- дом растворе. Такая структура обладает низкими механическими свойствами (см.

рис. 186).

Для измельчения структуры эвтектики и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05—0,08 %) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % NaF и 33 % NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния (см. рис.

186, а) и заэвтектический (эвтектический) сплав АЛ2 (11—13 % Si) становится доэвтектическим. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы а-раствора (рис. 187, б).

Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов p-(Si) и а-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы

Рис. 1X7. Микроструктура силумина:

а — до модифицирования; б — после модифицирования

кремнии обволакиваются пленкой силицида натрия Na2Si, которая затрудняет их рост. Такие изменения структуры улучшают механические свойства сплава (см. рис. 186, б). Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке.

Доэвтекти- ческие сплавы АЛ4 и АЛ9 (см. табл. 36), дополнительно легированные магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой. Упрочняющей фазой служит Mg2Si.

При одновременном введении магнии и меди могут образоваться фазы СиА12 и W(AlxMg5Cii4Si4).

Средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению (Т1), а крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей и т. д.) — закалке и искусственному старению (Тб).

Отливки из сплава АЛ9, требующие повышенной пластичности, подвергают закалке (Т4), а для повышения прочности — закалке и старению (Тб).

Когда важна высокая пластичность и стабильность размеров, после закалки проводят отпуск при 250 °С в течение 3— 5 ч.

Сплавы А1—Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплавы AI—Си. Эти сплавы (АЛ7, АЛ 19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие (большая усадка, склонность к образованию горячих трещин и т. д.).

Сплав АЛ7 используют для отливки небольших деталей простой формы (арматура, кронштейн и т. д.). Сплав склонен к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых частиц СиА1а и Al7Cu2Fe (см. рис. 183, а) поэтому его применяют в закаленном состоянии (Т4), когда эти соединения переведены в твердый раствор.

Если от отливок требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению при 150 °С 2—4 ч (Т5).

В сплаве АЛ 19 кроме СиА12 образуются фазы Al12Mn2Cu и Al3Ti, располагающиеся по границам зерен твердого раствора. Присутствие в твердом растворе марганца и образование по границам интерметаллидных фаз повышает жаропрочность сплава. Титан измельчает зерно.

Упрочнение сплава достигается закалкой и старением при 175 °С 3—5 ч (Т5, Тб). Сплавы А1—Си малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплавы А1—Mg. Сплавы алюминия с магнием (см. табл. 36) имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики.

Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием.

Добавление к сплаву (9,5—11,5 % Мо) модифицирующих присадок (Ti, Zr) улучшает механические свойства, а бериллия — уменьшает окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов.

Сплавы АЛ8 и АЛ27 предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации. Структура сплавов (см. рис. 185, а) состоит из a-твердого раствора и грубых включений частиц Al8Mga, которые располагаются по границам зерен, охрупчивая сплав.

В связи с этим сплавы АЛ8 и АЛ27 применяют после закалки от 430 ЛС с охлаждением в масле (40—50 ~С) и выдерживают при температуре закалки в течение 12—20 ч, что обеспечивает растворение частиц Al3Mga в «-твердом растворе и получение после закалки однородного твердого раствора.

Добавление к сплавам А1—Mg до 1,5 % Si (сплавы АЛ 13, АЛ22) улучшает литейные свойстза в результате образования тройной эвтектики. Сплавы применяют в судостроении и авиации.

Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275—300 °С.

Структура литого сплава АЛ1 состоит из а-твердого раствора, содержащего Си, Mg и Ni и избыточных фаз AlaCuMg и Al„Cu3Ni.

Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175 С (Т5); поршни подвергают закалке и старению при 200 °С (Т7). При закалке S-фаза растворяется в a-твердом растворе.

Более жаропрочны сплавы АЛЗЗ и АЛ 19. Ниже приведена длительная прочность жаропрочных алюминиевых сплавов:

Высокая жаропрочность обусловлена добавками в сплавы Мп, Ti, Ni, Се, Zr (см. табл. 36), образующими нерастворимые (малорастворимые) интерметаллидные фазы (Al6Cu3, А12Се, AlaZr и др.). Сплав АЛЗЗ упрочняют закалкой от высокой температуры 545 °С и старением при 175 СС.

Для крупногабаритных деталей, работающих при 300—350 °С, применяют сплав АЛ21. Отливки сложной формы из сплава подвергают отжигу при 300 °С. Для получения высоких механических свойств отливки закаливают от 525 °С в горячей воде и подвергают стабилизирующему отпуску при 300 °С (Т7).

  • 1. Коковы характерные физические и механические свойства алюминия и где он применяется?
  • 2. На какие группы делятся алюминиевые сплавы в зависимости от технологии их обработки?
  • 3. Опишите в общем виде структуру и фазовый состав алюминиевых

сплавов?

  • 4. Зачем проводят диффузионный отжиг (гомогенизацию) и отжиг деформируемых алюминиевых сплавов (дуралюмина)?
  • 5. Какие структурные и фазовые превращения протекают при закалке и старении дуралюмина?
  • 6. Какие Вы знаете высокопрочные алюминиевые сплавы?
  • 7. Где применяются и как упрочняются сплавы А1—Мп (АМц) к AI—Mg (АМг)?
  • 8. Какую термическую обработку проходят литые алюминиевые сплавы?
  • 9. Какой состав имеет сплав сплумин и как он упрочняется?
  • 10. Какие требования предъявляют к алюминиевым сплавам для фасонного литья?

Источник: https://bstudy.net/629123/tehnika/liteynye_alyuminievye_splavy

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector