Содержание
-
Материаловедение
«Алюминиевые сплавы» подготовил студент группы АТ(МХ)-14-2.2. - Шевель Дмитрий
-
Алюминий – металл серебристо-белого цвета, имеет ГЦК решетку, полиморфных превращений не имеет. Плотность – 2,7 г/см3, Тпл.– 660 °С. Характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, высокой пластичностью и малой прочностью. Механические свойства: σв= 60…80 МПа, δ = 40…50 %, Е = 70 гПа, где σв-предельные напряжения, δ -относительное удлинение, Е –модуль упругой деформации. Алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью из-за плотной оксидной пленки Al2O3. Первичный Al выпускается трех сортов: особой чистоты (А999), высокой чистоты (А995…А95) и техническойчистоты (А85…А0). Например, алюминий марки А995 содержит не менее 99,995 % Al, марки А6 – 99,6 % Al, марки А0 – 99,0 % Al. Технический Al выпускается в виде листов, проволоки, прутков, труб, которые применяются в отожженном (М), полунагартованном (Н2) или нагартованном (Н), горячекатаном (ГК) состояниях. Механические свойства в состоянии М составляют σв= 60 МПа, δ = 20…28 %, в состоянии Н – σв= 130…145 МПа, δ = 3…5 % и в состоянии ГК – σв= 70 МПа, δ = 15 %.
-
Алюминий входит в состав около 250 различных минералов. Самыми распространенными являются полевые шпаты, нефелины, бокситы, глины, в состав которых входит оксид алюминия, являющиеся алюмосиликатами. Нахождение в природе
-
Классификация алюминиевых сплавов Основные легирующие элементы: Cu, Zn, Mg, Mn, Zr. По способу производства алюминиевые сплавы делятся на : деформируемые,литейные и порошковые. По способности к упрочнению термической обработкой алюминиевые сплавы подразделяются нанеупрочняемые термообработкой и упрочняемыетермообработкой. 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.
-
Маркировка алюминиевых сплавов Для отечественных алюминиевых сплавов используются буквенно-цифровая и цифровая системы обозначений. Буквы могут обозначать Al и основной легирующий компонент – АМц (Al – Mn), АМг1 (Al – Mg), АМг2 (Al – Mg), назначение сплава (АК6, АК4–1 – алюминий ковочный), название сплава (АВ – авиаль, Д16 – дуралюминий), могут быть связаны с названием института, разработавшего сплав (ВАД1, ВАД23 – ВИАМ, алюминиевый, деформируемый) и т.д. Цифровая маркировка. Первая цифра обозначает основу сплава. Al – «1». Вторая цифра обозначает основной легирующий компонент. «0» – спеченные алюминиевые сплавы (САС). «1» – сплавы на основе системы Al–Сu–Мg; «2» – сплавы на основе системы Al–Сu; «3» – сплавы на основе системы Al–Mg–Si; «4» – сплавы на основе системы Аl–Li, а также сплавы, легированные малорастворимыми компонентами, (марганец, хром, цирконий); «5» – сплавы системы Al–Mg (магналии); «9» – сплавы на основе систем Аl–Zn–Мg или Аl– Zn–Мg–Сu обозначаются цифрой. Цифры «6», «7» и «8» – резервные. Последние две цифры в цифровом обозначении алюминиевого сплава –порядковый номер. Последняя цифра несет дополнительную информацию: сплавы, оканчивающиеся на нечетную цифру – деформируемые, на четную – литейные. Если сплав опытный, то перед маркой ставят цифру «0» (01570, 01970) и маркировка становится пятизначной.
-
Цифровая маркировка деформируемых алюминиевых сплавов
-
Деформируемые алюминиевые сплавы Нетермоупрочняемые сплавы.К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или магнием. Структура этих сплавов после медленного охлаждения состоит только из α-твердого раствора марганца или магния в алюминии. Никаких структурных изменений в этих сплавах при нагревании и охлаждении не происходит, поэтому применение термической обработки с целью повышения прочности невозможно. Упрочнение этих сплавов возможно только за счет холодной пластической деформации, т.е. наклепа (нагартовки). Эти сплавы легко обрабатываются давлением, хорошо свариваются и имеют высокую коррозионную стойкость. Имеют сравнительно невысокую прочность и твердость, хорошую пластичность. Их применяют для изготовления изделий, испытывающих небольшие нагрузки.
-
Термоупрочняемые сплавы. Сплавы: дуралюмины, высокопрочные, ковочные и жаропрочные алюминиевые сплавы. Дуралюмины. Дуралюминами называют сплавы на основе Al и Cu, которые содержат также Mg и Mn, а в качестве примесей – Fe и Si. Наибольшее практическое применение имеют марки дуралюмина Д1 и Д16. Для упрочнения дуралюминов проводят закалку и старение. Закалка состоит в нагреве сплавов до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы полностью или почти полностью растворяются в алюминии (выше линии сольвус) и в быстром охлаждении. После такой обработки фиксируется пересыщенный α-твердый раствор. Пересыщенный α-твердый раствор неустойчив и из него самопроизвольно начинает выделяться избыточная мелкодисперсная интерметаллическая фаза CuAl2, что придает дуралюмину повышенную твердость и прочность. Этот процесс называется старением. Удельная прочность дуралюмина после закалки и старения близка к удельной прочности легированной стали.
-
Легкий сплав «дюраль» используется в различных областях Дюраль или дюралюминий — сплав алюминия, основными легирующими (добавочными) металлами которого являются медь (4,4% массы), магний (1,5%) и марганец (0,5%). В авиации В космической технике В электротехнике В судостроении В строительстве В автотранспорте В быту
-
Первое применение дюралюминия — изготовление каркаса дирижаблей жесткой конструкции. Один из распространенных теперь сплавов был получен в промышленных масштабах в 1911 году в немецком городе Дюрене. Новый сплав, названный в честь города дюралюминием, вскоре стал известен во всем мире. Дюраль - долговечный, высокопрочный и легкий, устойчивый к коррозии, деформации и воздействиям внешней среды, эстетичный и простой в обслуживании, поэтому он является одним из самых востребованных сплавов в современной промышленности.
-
Высокопрочные алюминиевые сплавы.Главными легирующими элементами высокопрочных алюминиевых сплавов являются магний, медь, марганец и цинк. Наибольшее распространение среди высокопрочных алюминиевых сплавов имеет сплав В95 (Al – основа, 1,4…2,0 % Сu; 1,8…2,8 % Mg; 0,2…0,6 % Mn; 5…7 % Zn, 0,1…0,25 % Cr). Механические свойства: σв = 560…600 МПа, σ0,2 = 530…550 МПа, δ = 8 % (после закалки и старения). Упрочняющими фазами в этих сплавах являются соединения MgZn2, Al2Mg3Zn3, Al2CuMg. Чем выше содержание цинка и магния, тем выше прочность этих сплавов, но пластичность и коррозионная стойкость уменьшаются. Повысить коррозионную стойкость можно путем добавления в сплав марганца и хрома. С целью повышения прочности эти сплавы подвергают закалке (460…470 °С) и искусственному старению (135…145 °С в течение 16 ч). По сравнению с дуралюминами высокопрочные сплавы обладают большей чувствительностью к концентраторам напряжений, меньшим пределом выносливости и вязкостью разрушения. Сплавы обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии и сравнительно легко деформируются в холодном состоянии после отжига. Их применяют в самолетостроении для наружных конструкций, работающих длительное время при температурах 100…120 °С, например, обшивка, шпангоуты, стрингеры и т.д.
-
Жаропрочные сплавы. Для получения необходимых жаропрочных свойств их легируют не только медью и магнием, но и железом, никелем и титаном. Упрочняющими фазами жаропрочных сплавов являются CuAl2, Al2CuMg, Al9FeNi и Al6CuNi. После закалки и старения при частичном распаде твердого раствора эти фазы выделяются в виде дисперсных частиц, которые значительно повышают жаропрочность сплавов. Жаропрочные алюминиевые сплавы используют для изготовления деталей, работающих при температурах до 300 °С (поршни двигателей внутреннего сгорания, детали турбореактивных двигателей и т.д.).
-
Сплавы для ковки и штамповки. Данные алюминиевые сплавы обладают высокой пластичностью и удовлетворительными литейными свойствами. К ним относятся сплавы АК6, АК8. Основными легирующими элементами являются медь, магний, марганец и кремний. Ковку и штамповку сплавов проводят при температуре ~ 450 °С. Для повышения прочности проводят термическую обработку, состоящую из закалки и искусственного старения. Упрочняющими фазами при старении являются Mg2Si, CuAl2, AlxMg5CuSi4. Эти сплавы хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой. Литейные свойства улучшаются за счет добавки кремния. Однако эти сплавы склонны к межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением. Используют их для изготовления крепежных деталей, лопастей винтов вертолета и т.д.
-
Литейные алюминиевые сплавы Литейные сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пор, хорошими механическими свойствами. В качестве литейных сплавов применяют сплавы систем Al – Si, Al – Cu, Al – Mg. Маркируются эти сплавы буквами АЛ и далее стоит цифра, которая соответствует порядковому номеру из ГОСТа, например, АЛ2, АЛ4 и т.д. Силумины.Сплавы Al – Si называют силуминами. Они обладают высокими литейными свойствами. Наибольшее распространение получил сплав АЛ2. Siвыделяется в виде крупных кристаллов игольчатой формы. Сплав с такой структурой обладает плохими механическими свойствами. Для измельчения структуры силумины подвергают модифицированию (вводят NaF и NaCl). Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке. Сплавы АЛ4 и АЛ9 дополнительно легируют Mg и подвергают упрочнению термической обработкой (закалка + искусственное старение), при этом в 2 раза повышается предел прочности. Упрочняющей фазой служит Mg2Si. Силумины легко обрабатываются резанием, свариваются. Их используют для изготовления различных корпусов, блоков цилиндров двигателей и т.д. а) б) а- немодифицированныйсилумин имеет грубую игольчатую структуру и очень хрупок; б - после модифицирования становится мелкозернистой, в результате чего сплав приобретает пластичность
-
Сплавы, получаемые методом порошковой металлургии. Две группы: САП – спеченные Al порошки, САС – спеченные Al сплавы. Спеченные алюминиевые порошки (САП). Используют алюминиевую пудру и мелкодисперсную Al2О3, которые перемешивают, засыпают в пресс-формы и прессуют, проводят спекание при 600 °С. Они имеют хорошую жаропрочность, прочность, высокую коррозионную стойкость, хорошую тепло- и электропроводность, высокое сопротивление истиранию. Свойства изделий из САП зависят от содержания Al2О3 и степени дисперсности алюминиевой пудры. САП применяют вместо нержавеющих сплавов для изготовления деталей в малонагруженных конструкциях, эксплуатируемых при температурах 300…500 °С (кратковременно до 1000 °С).
-
Спеченные алюминиевые сплавы (САС). Сплавы состоят из спеченного легированного алюминиевого порошка или гранул. В зависимости от легирующих компонентов САС подразделяются на три группы. Первая группа содержит Mn, Cr, Zr, Ti. В результате технологических нагревов под горячее прессование и экструзию (обработка давлением) они распадаются с выделением дисперсных интерметаллидных фаз, что приводит к повышению прочности. Вторая группа САС легирована Fe, Ni и Co. Большая скорость охлаждения частиц порошка обеспечивает образование гетерогенной структуры, т.е. дисперсные интерметаллидные фазы равномерно распределены в матрице. Третью группу САС составляют гранулированные сплавы, полученные их алюминиевых сплавов, содержащих Pb, Sn, Cd. Полуфабрикаты из САС получают, нагревая сначала порошки и гранулы в алюминиевой оболочке, а затем подвергая горячему прессованию и экструзии. Для сплавов первой и второй групп этот процесс проводится при температуре 400…500 °С, что обеспечивает создание и сохранение необходимой структуры и получение требуемых свойств. Применяют САС для деталей, работающих в паре со сталью при температуре 20..200 °С, которые требуют сочетания низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности, а также в приборостроении, когда путем литья и обработки давлением трудно получить соответствующий сплав.
-
Новые сверхлегкие сплавы Сплавы системы Аl – Li имеют высокую удельную прочность с высоким удельным модулем упругости, они резко снижают вес конструкций самолета. Каждый процент содержания лития в Аl – Li сплаве снижает его плотность на 3 % и повышает модуль упругости на 6 %. Плотность таких сплавов составляет 2,54…2,56 г/см3. Впервые сплавы системы Аl – Cu – Li были разработаны более 25 лет назад у нас в стране (сплав ВАД23) и за рубежом (сплав 2020) с низким содержанием лития (1,1 %), имевшие по сравнению с высокопрочными алюминиевыми сплавами более высокую удельную прочность и жесткость. В настоящее время разработаны новые сплавы этой системы. Сплав 1420 (содержит 0,1…2 % Li) – самый легкий алюминиевый сплав, его плотность 2,5 г/см3. Модуль упругости сплава – 76000 МПа в отличие от модуля упругости традиционных сплавов типа Д16, равного 72000 МПа. Применение сплава 1420 вместо сплава Д16 в конструкциях снижает массу от 13 % до 20 %. Сплав 1420 обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью. Он сваривается всеми видами сварки. Прочность сварного соединения составляет 84 % от прочности основного материала. Повторная термическая обработка сплава после сварки дает 100 %-ную прочность. Сплав 1420 закаливают с 450 °С охлаждением в воде или на воздухе с последующим искусственным старением при 120 °С в течение 12 ч. Закалка с охлаждением на воздухе обеспечивает высокую коррозионную стойкость, закалка в воде – получение более высоких характеристик пластичности.
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.