Технологии » 2011 » Август » 25 » СТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
01:08
СТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Алюминий.

Среди металлов алюминий по распространенности в природе занимает первое место, по практическому использованию – второе (после железа).
Алюминий – химический элемент, находящийся в третьей группе периодической системы Д.И. Менделеева.
Атомный номер алюминия 13, атомная масса 26.98, температура плавления 660°С, плотность 2,7 г/см3, полиморфных превращений не имеет, обладает решеткой гранецентрированного куба с периодом а = 0,4041Å нм.

Алюминий отличается от других металлов малой плотностью, высокими пластическими и коррозионностойкими свойствами, высокими тепло- и электропроводимостью, а также отражательной способностью.
Благодаря таким свойствам алюминий находит применение почти во всех отраслях промышленности – авиационной, строительной, химической и т.д.

В зависимости от содержания примесей алюминий разделяют на сорта: технический, высокой чистоты и особой чистоты.

На алюминий первичный, поставляемый в форме чушек, слитков распространяется стандарт ГОСТ 11069-74.
Постоянные примеси алюминия – Fe, Si, Cu, Zn, Ti, они ухудшают все его свойства.

Механические свойства алюминия зависят от его чистоты и состояния.
Увеличение содержания примесей и пластическая деформация повышают прочность и твердость алюминия.
Алюминий характеризуется высокими технологическими свойствами.
Из него могут быть изготовлены любые полуфабрикаты различных габаритов.
Благодаря высокой пластичности полуфабрикаты из алюминия легко можно подвергать деформации без существенных нагревов.
Сварка может осуществляться практически всеми методами, включая сварку плавлением.
Обрабатываемость резанием вследствие высокой вязкости у алюминия плохая.
Он используется в электротехнической промышленности и теплообменниках. Высокая отражательная способность алюминия используется для производства зеркал, мощных рефлекторов.
Алюминий практически не взаимодействует с азотной кислотой, органическими кислотами и пищевыми продуктами.
Из него изготавливается тара для транспортировки пищевых продуктов, домашняя утварь.
Листовой алюминий широко применяется как упаковочный материал.

Классификация алюминиевых сплавов
В зависимости от способа производства промышленные алюминиевые сплавы делятся на спеченные, литейные и деформируемые.

Литейные сплавы претерпевают эвтектическое превращение, а деформируемые – нет.
Последние в свою очередь бывают термически неупрочняемыми (сплавы в которых нет фазовых превращений в твердом состоянии) и деформируемые, термически упрочняемые (сплавы, упрочняемые закалкой и старением).
Алюминиевые сплавы обычно легируют Сu , Mg, Si, Мn, Zn, реже Li, Ni, Ti.

Деформируемые алюминиевые сплавы, неупрочняемые термической обработкой
К этой группе сплавов относятся технический алюминий и термически неупрочняемые свариваемые коррозионностойкие сплавы (сплавы алюминия с марганцем и магнием).
Сплавы АМц относятся к системе Аl – Мn (рис.2).


Рис.1. Диаграмма состояний "алюминий – легирующий элемент”:
1–деформируемые, термически неупрочняемые сплавы;
2–деформируемые, термически упрочняемые сплавы.
 

Рис.2. Диаграмма состояния "алюминий – марганец”
 


Рис.3. Микроструктура сплава АМц

    Структура сплава АМц состоит из a -твердого раствора марганца в алюминии и вторичных выделений фазы MnAl6 (рис.3).
В присутствии железа вместо MnAl6 образуется сложная фаза (MnFe)Al6, практически нерастворимая в алюминии, поэтому сплав АМц не упрочняется термической обработкой.
Состав данных сплавов имеет очень узкие пределы: 1 – 1,7 %Мп; 0,05 – 0,20 %Cu; медь добавляют в целях уменьшения питтинговой коррозии.
Допускается до 0,6 – 0,7 %Fe и 0,6 – 0,7 %Si, что приводит к некоторому упрочнению сплавов без существенной потери сопротивления коррозии.
При понижении температуры прочность быстро растет. Поэтому сплавы этой группы нашли широкое применение в криогенной технике.

    Сплавы АМг (магналий) относятся к системе А1 – Mg (рис.4).
Магний образует с алюминием a -твердый раствор и в области концентраций от 1,4 до 17,4 %Mg происходит выделение вторичной b -фазы (MgAl), но сплавы содержащие до 7 %Mg, дают очень незначительное упрочнение при термической обработке, поэтому их упрочняют пластической деформацией – нагартовкой.


Рис.4. Диаграмма состояния "алюминий – магний”

    Сплавы систем А1 – Мn и А1 – Mg используются в отожженном, нагартованном и полунагартованном состояниях.
В промышленных сплавах магний содержится в пределах от 0,5 до 12 – 13 %, сплавы с низким содержанием магния обладают наилучшей способностью к формообразованию, сплавы с высоким содержанием магния имеют хорошие литейные свойства.

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой.
К этой группе сплавов относятся сплавы высокой и нормальной прочности. Типичными деформируемыми алюминиевыми сплавами являются дуралюмины (маркируют буквой Д) – сплавы системы А1 – Сu – Mg.
 

Очень упрощенно процессы, проходящие при упрочняющей термической обработке дуралюмина, можно рассмотреть используя диаграмму Al – Сu (рис.5).



Рис.5. Фрагмент диаграммы состояния "алюминий – медь”:
Т1 – температура оплавления;
Т2 – температура закалки;
Т3 – температура искусственного старения.



Рис.6. Микроструктура дюралюминия после:
а) закалки в воде с температуры Т2;
б) закалки и искусственного старения при Т3 (справа – схематическое изображение)

Литейные алюминиевые сплавы



Рис.7. Диаграмма состояния "алюминий – кремний”:
а) общий вид;
б) после введения модификатора.

Действующий в настоящее время стандарт на алюминиевые сплавы (ГОСТ 1583-89) предусматривает их деление на 5 групп:

I – сплавы на основе системы А1 – Si – Мg
II – сплавы на основе системы Al – Si – Сu
III – сплавы на основе системы Al – Сu
IV – сплавы на основе системы Al – Mg
V – сплавы на основе системы алюминий – прочие компоненты.
Характерным представителем алюминиевых литейных сплавов являются силумины – это сплавы алюминия с кремнием, обычно содержащие 10 – 13 %Si (AK12) (рис.7).

Микроструктура литых доэвтектических силуминов состоит из светлых дендритов a - твердого pacтворa кремния в алюминии и двойной эвтектики a + Si игольчатого типа, рис.8в (т.к. растворимость Al в Si при комнатной температуре составляет 0,05 %, допустимо считать, что в структуре сплавов при низких температурах присутствует не b -твердый раствор, а кремний).


Рис. 8. Микроструктура силуминов (справа – схематическое изображение):
а) доэвтектический, б) эвтектический
в) заэвтектический, г) модифицированный.

Микроструктура сплава эвтектического состава состоит из эвтектики a + Si.
При обычном способе литья эта эвтектики имеет грубое строение.
Кремний в ней находится в виде грубых игл.
В силуминах заэвтектического состава первично кристаллизуются многогранные кристаллы Si светло-серого цвета.

Кремний хрупок, поэтому силумины имеют низкие механические свойства (σв = 120 – 160 МПа). Чтобы избавиться от грубой эвтектики и первичных кристаллов, сплавы модифицируют, т.е. перед разливкой в расплав вводят небольшое количество натрия (0,05 – 0,08 % к массе сплава) или кальция, бора.

В результате модифицирования (рис.7 – пунктир) увеличивается концентрация кремния в эвтектике (с 11,7 % до 15 %) и сплавы переохлаждаются относительно равновесно эвтектической температуры 577°С.
 
Силумины заэвтектического состава, содержащие 11,7 – 15% Si, становятся доэвтектическими, и в их структуре вместо первичных хрупких кристаллов кремния имеются дендриты пластического a -твердого раствора (рис.8г).
Переохлаждение приводит к формированию в структуре мелкозернистой эвтектики.

Модифицирование улучшает не только механические свойства силуминов (σв = 170 – 200 MПа), но и литейные.
Модифицированные силумины хорошо свариваются и имеют высокую коррозионную стойкость.

По назначению конструкционные литейные алюминиевые сплавы условно делятся на следующие группы:
1) сплавы, отличающиеся высокой герметичностью (АК12, АК8);
2) высокопрочные жаропрочные сплавы (АМ5, АК5М);
3) коррозионно-стойкие сплавы (АМг10; АЦ4Мг).
    Таблица 1. Алюминий деформируемый.
Обозначение
марок
Химический состав, % Сумма
примесей
Прочие примеси
Каждая в отдельности
Алюминий высокой чистоты
АДоч 0,001 0,020
АДч 0,005 0,05
Алюминий технической чистоты
АД000 0,02 0,20
АД00 0,02 0,30
АД0 0,02 0,50
АД1 0,05 0,70
АД 0,05 1,2

    Таблица 2. Алюминий первичный.
Обозначение
марок
Химический состав, %
Алюминий, не
менее
Примесей не более,
сумма
Алюминий
особой чистоты А 999
99,999 0,001
Алюминий
высокой чистоты А 95
99,95 0,05
Алюминий
технической чистоты А 0
99,0 1,00

    Таблица 3. Механические свойства алюминия различной чистоты в отожженном состоянии.
Чистота, % σ0,2, МПа σb, МПа HB, МПа δ %
99,99 22 49 84-112 45,5
99,8 25 61 133 38,5
99,5 28 70 126-175 31,5
Категория: Металлы и сплавы | Просмотров: 5359 | Добавил: semglass | Теги: эвтектика, термообработка, структура, алюминий, фазы
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: