Алюминий и его сплавы

Бесплатно!

Лекция на тему “Алюминий и его сплавы”

Алюминий

Алюминий – металл серебристо-белого цвета со своеобразным тусклым оттенком. Кристаллизуется в решетке ГЦК, обладает малой плотностью         (2,7 г/см3), низкой температурой плавления (660 °С), высокой электро- и теплопроводностью.

В результате окисления алюминия кислородом воздуха на его поверхности образуется защитная окисная пленка (Al2O3), которая обеспечивает высокую коррозионную стойкость металла и многих его сплавов.

Алюминий обладает высокой пластичностью как в холодном, так и горячем состоянии, т.е. легко поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению, хорошо сваривается, но плохо обрабатывается резанием и отличается низкими литейными свойствами. Хорошо полируется и обладает высокой отражательной способностью (отражает до 90% падающей световой энергии), поэтому используется при производстве зеркал и высокохудожественных изделий. Из алюминиевой фольги делают высокоэффективный утеплитель (альфоль), используют ее в качестве отражателя тепловых лучей, а также декоративного материала.

Алюминий используется во многих отраслях промышленности и в быту. Он применяется в химической и пищевой промышленности, так как не взаимодействует с концентрированной азотной, органическими кислотами и пищевыми продуктами. Из него изготавливается различная тара, емкости, упаковочный материал и др. В отличие от плакированной жести, он легко перерабатывается. Кроме того алюминий широко применяют в строительстве, авто- и вагоностроении, электротехнике и криогенной технике. Алюминий марок АД1 и АД1пл используется в качестве плакирующего слоя на листах из сплава типа дуралюмин для защиты от коррозии.

Алюминиевые сплавы, наряду с сохранением достоинств алюминия, обладают значительно более высокой прочностью и требуемыми эксплуатационно-технологическими характеристиками.

Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах: Cu, Zn, Mg, Mn, формирующие упрочняющие зоны и фазы (интерметаллиды).

Помимо основных элементов в сплавы вводят малые добавки Cr, Zr, Ti, Sc, V, Be и некоторые редкоземельные элементы, которые существенно влияют на кинетику распада пересыщенного твердого раствора, на процесс рекристаллизации и размер зерна, на коррозионные и технологические свойства.

Большое влияние на технологические, особенно литейные свойства, в частности на пластичность и склонность к кристаллизационным трещинам, оказывают уровень и соотношение постоянно присутствующих примесей железа и кремния. При уменьшении содержания этих примесей и, соответственно, количества грубых первичных интерметаллидов в сплавах существенно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения. Поэтому для техники ответственного назначения, в том числе для авиакосмической, разработаны сплавы с жестким ограничением по примесям, которые в марке имеют обозначение «ч» – чистые; «пч» – повышенной чистоты, «оч» – особой чистоты.

Алюминиевые сплавы делятся на две основные группы: деформируемые и литейные. По способности к упрочнению термической обработкой алюминиевые сплавы подразделяются на неупрочняемые термообработкой и упрочняемые термообработкой (рис.1).

В зависимости от уровня прочности, технологических свойств и назначения алюминиевые сплавы разделяют на сплавы высокой, средней и пониженной прочности; ковочные, заклепочные, свариваемые; коррозионностойкие, жаропрочные, криогенные, со специальными физическими свойствами (например, пониженной плотности) и др.

Рис. 1. Классификация алюминиевых сплавов по бинарной диаграмме состояния

1. Деформируемые сплавы

Главной структурной составляющей деформируемых сплавов является твердый раствор на основе алюминия, а объемная доля хрупких интерметаллидов сравнительно невелика (не более 10%), что обеспечивает деформируемость этих сплавов.

Упрочнение деформируемых алюминиевых сплавов, а также изменение физических, технологических, коррозионных свойств достигается с помощью различных методов: нагартовки, термической обработки (закалка + старение), термомеханической обработки (сочетание термической обработки и пластической деформации), закалки из жидкого состояния и упрочнения нерастворимыми частицами оксида алюминия, интерметаллидов и др.

Для деформируемых алюминиевых сплавов изначально принята и в настоящее время в основном применяется смешанная буквенная и буквенно-цифровая маркировка. Происхождение букв и цифр довольно случайное и строгой системы обозначения нет.

Сплавы на основе систем Al-Mn (АМц) и Al-Mg (АМг) не упрочняются термической обработкой. Отличаются невысокой прочностью и высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Полуфабрикаты из сплавов АМг1, АМг0,5 используются в изделиях, где требуется повышенная декоративность и высокая отражательная способность. отражательная способность. Сплавы АМг2, АМг3 применяются в слабонагруженных сварных конструкциях, способных работать длительное время в достаточно агрессивной коррозионной атмосфере. Эти сплавы наиболее широко используются и главным образом в виде листов. Сплавы АМг5, АМг6 применяются в сварных конструкциях для изготовления емкостей, используемых в том числе и при криогенных температурах.

Полуфабрикаты из сплава АМг61 нашли применение в судостроении.

Сплавы системы Al-Mg-Si (АД31, АД33, АД35) относятся к термически упрочняемым сплавам. Они удовлетворительно обрабатываются резанием, обладают хорошей коррозионной стойкостью, технологичностью, способностью подвергаться цветному анодированию, эмалированию (покрытие пленкой из эмалевого лака или смолы) и электрохимическому оксидированию для получения непрозрачной эмалевидной пленки молочного цвета с окрашиванием в любой цвет. Высокая пластичность в горячем состоянии позволяет изготовлять из них сложные по конфигурации тонкостенные полые полуфабрикаты. Высокую пластичность сплавы имеют в отожженном, свежезакаленном и естественно состаренном состоянии, что позволяет подвергать их штамповке, вытяжке и другим операциям со значительными степенями деформации.

Сплав АД31 применяется для деталей невысокой прочности с хорошей коррозионной стойкостью и декоративным видом, работающих в интервале температур от –70 до 50 °С. Сплав применяется с различными цветовыми покрытиями, в том числе для ювелирных изделий «под золото», отделки кабин самолетов и вертолетов. Сплав широко используется в гражданском строительстве для оконных витражей, дверных рам, перегородок, эскалаторов, а также в мебельной, автомобильной, легкой промышленностях.

Сплав АД33 применяется для деталей средней прочности, от которых требуется удовлетворительная коррозионная стойкость во влажной воздушной и морской средах (лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов).

Сплав АД35 применяется для деталей средней прочности в закаленном и искусственно состаренном состояниях, от которых требуется высокая коррозионная стойкость и равномерная структура, практически без крупнокристаллического ободка.

Ковочные сплавы системы Al-Cu-Mg-Si (АК6, АК8) упрочняются термической обработкой, хорошо обрабатываются резанием, удовлетворительно свариваются, хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях, обладают стойкостью к образованию трещин при горячей пластической деформации. Температурный интервал горячей деформации составляет 420 – 470 °С.

Сплавы АК6 и АК8 используются для ответственных силовых деталей авиационной техники, в частности в крыльях пассажирских самолетов. Кроме того эти сплавы широко используют в строительстве, транспорте, электротехнике и других отраслях промышленности.

Сплавы системы Al-Cu-Mg – дуралюмины (Д1, Д16, Д18, Д19 и др.) упрочняются термической обработкой, хорошо свариваются точечной сваркой, удовлетворительно обрабатываются резанием, отличаются жаропрочностью, однако склонны к межкристаллитной коррозии после нагрева. Повышение коррозионной стойкости достигается плакированием.

В авиации дуралюмины применяются для изготовления лопастей воздушных винтов (Д1), силовых элементов конструкций самолетов (Д16, Д19), заклепок (Д18) и др.

Жаропрочные алюминиевые сплавы системы Al-Cu-Mn (Д20, Д21) и Al-Cu-Mg-Fe-Ni (АК4-1) обладают высокой пластичностью и технологичностью в горячем состоянии, пониженной коррозионной стойкостью, жаропрочностью. Применяются для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах (до 300°С).

2. Литейные сплавы

Основные требования к литейным сплавам – сочетание хороших литейных свойств (высокая жидкотекучесть, небольшая усадка, малая ликвация, отсутствие склонности к образованию «горячих» трещин, герметичность) с оптимальными механическими свойствами и сопротивлением коррозии. Лучшими литейными свойствами обладают эвтектические сплавы.

Сплавы систем Al-Si (АЛ2) и Al-Si-Mg (АЛ4, АЛ9, АЛ34) – силумины обладают хорошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью, большой плотностью отливок.

Из диаграммы состояния сплавов Al-Si (до 25% Si), приведенной на рис. , следует, что силумины представляют собой эвтектические или доэвтектические сплавы, содержащие в структуре значительное количество эвтектики. Однако при литье в обычных условиях она получается грубоигольчатой с включениями кристаллов хрупкого кремния, что сообщает сплавам низкие механические свойства. В целях получения мелкозернистой структуры и повышения механических свойств применяют модифицирование силуминов посредством введения в расплав смеси солей (67% NaF и 33% NaCl). При модифицировании несколько смещаются линии и характерные точки диаграммы состояния сплавов алюминий-кремний (см. шриховые линии на рис. ), поэтому высококремнистые силумины состоят из пластичных дендритов, твердого раствора и мелкозернистой эвтектики.

Сплав АЛ2 используется для изготовления мелких, а АЛ4 и АЛ9 – средних и крупных литых деталей авиадвигателя (корпусов компрессора, картеров, блоков, корпусов различных вспомогательных агрегатов и др.). Сплав АЛ34 превосходит сплавы АЛ4 и АЛ9 по прочности на 25 – 50%. Сплав АЛ34 применяется для отливок, получаемых литьем под давлением.

Рис.2. Диаграмма состояния сплавов Al-Si: 1 – до модифицировании, 2 – после модифицирования

Жаропрочные литейные сплавы систем Al-Cu-Mn (АЛ19), Al-Cu-Mn-Ni (АЛ33) и Al-Si-Cu-Mg (АЛ3, АЛ5) отличаются хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, жаропрочностью при температурах до 300 °С, пониженной коррозионной стойкостью.

Коррозионностойкие сплавы систем Al-Mg (АЛ8, А27) и Al-Mg-Zn (АЛ24) содержат 5 – 12% магния, обрабатываются резанием, свариваемостью, но литейные свойства их невысоки. Сплавы способны работать в условиях коррозии морской воды вместо дефицитных бронз, латуней и нержавеющих сталей.

Детали:

Тип работы: Лекции, Реферат

Предмет: Химия

Год написания: 2010

Добавить комментарий

Ваш email не будет показан.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.