Е. И. МАРУКОВИЧ, Институт технологии металлов НАН Беларуси, г. Могилев, Беларусь,

М. Н. ЧУРИК, Институт порошковой металлургии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь,

В. В. ГЕРЦЕН, А. В. ГОРШЕНИН, Сибирский государственный индустриальный университет,

г. Новокузнецк, Россия, А. А. САМОНЬ, ОАО «Информационные спутниковые системы

им. акад. М. Ф. Решетнева», Россия

V. K. AFANASIEV, Sibirian State Industrial University, Novokuznetsk, Russia,

E. I. MARUKOVICH, Institute of Technology of Metals ofNational Academy ofSciences of Belarus, Mogilev, Belarus, M. N. CHURIK, Powder Metallurgy Institute of National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus, V. V. GERTSEN, A. V. GORSHENIN, Sibirian State Industrial University, Novokuznetsk, Russia, A. A. SAMON, OJSC «Information Satellite Systems named after acad. M. Reshetnev, Russia

Разработан новый подход к приготовлению алюминиево-кремниевых сплавов, базирующийся на представлении о ведущей роли водорода в формировании структуры и свойств сплавов и заключающийся в использовании в качестве шихтовых материалов диоксида кремния (кремнезема) и водорода взамен кристаллического кремния. Предложены первоначальные практические пути реализации нового способа на примере промышленных сплавов, приготовленных на шихтовом синтетическом сплаве. Показано, что применение предложенного способа позволяет повысить механические свойства и снизить коэффициент линейного расширения сплавов Al-Si. Изучено влияние термической обработки на механические свойства, плотность и тепловое расширение синтетических сплавов.

A new approach to the preparation of aluminum-silicon alloys, based on the concept of the leading role of hydrogen in determining the structure and properties of alloys consists in using as charge materials of silicon dioxide (silica) and hydrogen instead of crystalline silicon was described. Practical ways to implement the new method were proposed on the example of industrial alloys prepared on charge synthetic alloy. It is shown that the application of the proposed method allows to improve the mechanical properties and reduce the coefficient of thermal expansion alloys, Al-Si. The effect of heat treatment on mechanical properties, density and thermal expansion of synthetic alloys was researched.

Ключевые слова. Синтетические сплавы алюминия с кремнием, водород, кремнезем, механические свойства, тепловое расширение.

Keywords. Synthetic alloys of aluminum and silicon, hydrogen, silica, mechanical properties, thermal expansion.

Современное машиностроение широко использует сплавы алюминия с кремнием для приготовления отливок ответственного назначения.

Для получения сплавов окончательного химического состава применяются шихтовый алюминий технической чистоты и дорогостоящий кристаллический кремний.

Для снижения себестоимости шихты и, в конечном итоге, стоимости конструкционных алюминиевых сплавов необходимо применение новых ресурсосберегающих технологий. В этом направлении перспективными являются технологические схемы, исключающие использование кристаллического кремния.Ю2 путем одновременного катодного соосаждения А1 и Si [2].

В настоящее время ни один из перечисленных методов не нашел широкого применения в промышленности, что можно объяснить следующим. Электротермические сплавы в силу специфики производства (высокотемпературное углетермическое восстановление оксидов Si и А1) загрязнены оксидными и карбидными включениями, удаление которых сопряжено с технологическими трудностями. В целом электротермическое производство силумина характеризуется высокой энергоемкостью, что с учетом дополнительных затрат на внепечную очистку от включений определяет высокую себестоимость продукции.

Снижение энергетических затрат достигается при металлотермическом получении сплавов за счет проведения его при пониженных температурах (700-900 °С), а если учесть, что получение и рафинирование сплавов осуществляются в одном и том же металлургическом агрегате, то этот способ обеспечивает минимальную себестоимость продукции. 2А12+,

а также необходимость нагрева «балластного» материала, являющегося электролитом.

Из рассмотренных способов приготовления сплавов, использующих кремнезем, наибольший практический интерес представляет способ, основанный на восстановлении SiO2 в среде расплавленного алюминия. Однако присущие ему недостатки не позволяют рекомендовать его для широкого внедрения в промышленности. С целью совершенствования металлотермического способа получения сплавов необходимо проведение исследований в двух основных направлениях:

1) интенсификация окислительно-восстановительных процессов, протекающих в системе Al-Mg-SiO2;

2) замена металлов-восстановителей другими более активными элементами, например водородом.

В настоящей работе проведено исследование возможностей интенсификации магниевотермического восстановления кремнезема и получения сплавов алюминиево-кремниевых с использованием алюминия технической чистоты и кремнезема.

Поскольку в алюминии и его сплавах всегда присутствует водород, было сделано предположение о возможном его участии в восстановлении кремнезема в расплавленном алюминии. Для доказательства этого предположения были проведены эксперименты на вторичном и первичном алюминии, предусматривающие предварительное наводороживание или дегазацию расплава (продувкой аргоном).

Исследования проводили в лабораторных условиях с выплавкой сплавов в шахтной печи сопротивления в интервале температур 750-1100 °С по следующей методике. Навеску алюминия А7 или сплава алюминия с магнием помещали в корундовый тигель и расплавляли. После достижения заданной температуры расплав наводороживали путем продувки водяным паром. Затем на поверхность расплава загружали кварцевый песок в количестве 5-10% от массы расплава. После перемешивания продолжали продувку водяным паром в течение 20-30 мин. Операции наводороживания, введения кремнезема и перемешивания составляют один цикл обработки._

/ 3 (80), 2815-

общим названием – цикл обработки. Общее время синтеза составило 180 мин, что соответствует шести циклам обработки.

Готовый сплав после удаления шлака разливали в алюминиевый кокиль, а полученные слитки взвешивали и использовали в дальнейшем для изготовления образцов для проведения комплексных исследований с привлечением механических испытаний, металлографического и дилатометрического анали-

На первом этапе исследования проводили на вторичном алюминии, содержащем 10% магния. Отличительная особенность этой методики проведения исследований заключалась в следующем: во-первых, температура ведения процесса 770-780 °С; во-вторых, разовая загрузка кварцевого песка, предварительно подогретого до 870 °С и взятого в количестве 25% от массы расплава; в-третьих, непрерывная продувка расплава водяным паром в течение 120-180 мин.

Результаты влияния времени обработки расплава водяным паром на содержание в нем магния и кремния приведены в табл. 1, 2. Для сравнения представлены также соответствующие данные по составу расплава, который перемешивался без водяного пара [1].

Т а б л и ц а 1. Влияние времени обработки расплава на содержание магния в сплаве

Вид обработки Содержание магния, мас.%

время, мин

60 90 120 150 180 240 270

Перемешивание 4,73 2,41 1,03 0,54 0,31 0,18 0,15

Перемешивание с одновременной продувкой водяным паром 4,06 1,65 0,68 0,27 0,16 – –

Т а б л и ц а 2. Влияние времени обработки расплава на содержание кремния в сплаве

Вид обработки Содержание кремния, мас. %

время, мин

60 90 120 150 180 240 270

Перемешивание 4,4 5,6 6,9 8,2 9,6 11,8 13,6

Перемешивание с одновременной продувкой водяным паром 5,3 7,6 9,4 11,7 13,0 – –

Из таблиц видно, что обработка расплава водяным паром позволяет в 1,5-1,6 раза сократить время процесса получения синтетических сплавов с содержанием кремния 11-13 мас.% из вторичного маг-нийсодержащего алюминия. Наблюдаемые кинетические закономерности окисления магния и восстановления кремнезема в системе Al-Mg-SiО2-h3О можно объяснить следующим образом.

При обработке расплава водяным паром наряду с реакцией (1) будут проходить следующие окислительно-восстановительные процессы:

^]+Н2О ^ MgO+2[Н], (2)

4[Н^Ю2 ^ ^]+2Н2О, (3)

3SiО2+4[А1] ^ 3^]+2А1203. (4)

Сопоставляя реакции (1)-(3), можно отметить, что на получение 1 г-атома кремния расходуется 2 г-атома магния, а кремнезем восстанавливается как продуктами распада молекул Н2О, так и непосредственно магнием и алюминием. При этом реакция (4) имеет место независимо от способа обработки расплава. Следовательно, интенсификация процесса получения сплавов и соответственно вывода магния из вторичного алюминия с использованием кремнезема достигается за счет реакций (2) и (3), протекающих при обработке расплава водяным паром, т.е. водород принимает активное участие в процессе восстановления SiO2.

Для дальнейшего подтверждения предположения об активной роли водорода в восстановительных процессах, протекающих в объеме расплава, были проведены исследования на первичном алюминии технической чистоты по той же методике. Поскольку восстановление кремнезема может проходить за

_/хггггг: г^штптг Лч

-3 (80),2015 / ШЧМ

счет реакции взаимодействия с алюминием (реакция (4)), то необходимо оценить ее вклад в суммарный процесс получения сплава. С этой целью были проведены опыты, в которых обработку расплава осуществляли продувкой аргоном, т.е. в условиях, предусматривающих частичное удаление водорода из расплава. Результаты этих опытов для сравнения, а также соответствующие данные, полученные при обработке расплава водяным паром, приведены в табл. 3.

Т а б л и ц а 3. Влияние обработки расплава на содержание кремния в синтетическом сплаве

(один цикл при 900 °С)

Характеристика газа Количество вносимого кремнезема, % от массы расплава Время продувки, мин Содержание кремния в сплаве, мас.%

Аргон 5 20 0,60

Аргон 8 25 0,90

Аргон 10 30 1,10

Водяной пар 5 20 3,90

Водяной пар 8 25 4,05

Водяной пар 10 30 4,68

Из таблицы следует, что относительный вклад реакции (4) довольно значителен и в процентном соотношении составляет величину, изменяющуюся в пределах 16-23, при этом относительный вклад возрастает с увеличением количества вносимого кварцевого песка при прочих равных условиях, что можно объяснить увеличением поверхности контакта алюминия с кремнеземом. Изменение температуры обработки в пределах 800-1100 °С незначительно влияет на величину относительного вклада реакции (4). Последнее косвенно свидетельствует о том, что ведущим механизмом взаимодействия является изоморфное замещение кремния алюминием в структуре кремнезема.

Результаты исследования влияния температуры и количества циклов обработки расплава водяным паром на содержание кремния в конечном сплаве, полученном в случае трех циклов синтеза и трех циклов обработки расплава, приведены в табл. 4. При этом в одном цикле синтеза в расплав вводили 8% SiO2 при 750, 800 °С и 11% SiO2 при 900, 1000 °С.

Т а б л и ц а 4. Влияние температуры и количества циклов обработки расплава водяным паром на содержание кремния в синтетическом сплаве

Температура, °С Содержание кремния, мас. %

число циклов

1 2 3 4 5 6

750 1,7 2,6 3,5 7,5 13,0 14,1

800 3,0 6,4 8,7 12,0 14,2 15,8

900 4,0 9,6 11,8 13,2 15,1 17,0

1000 5,0 12,0 13,5 15,9 17,7 18,4

1100 6,0 13,0 14,0 17,0 18,8 20,0

Из таблицы видно, что в изотермических условиях ведения процесса получения сплава содержание кремния закономерно возрастает с увеличением числа циклов обработки. При этом максимальная скорость накопления кремния наблюдается в случае получения сплавов доэвтектического и эвтектического состава, особенно при повышенных температурах.

Такой способ получения сплавов алюминия с кремнием повышает их механические свойства по сравнению с обычным приготовлением. Очень важно, что у заэвтектических сплавов повышаются и прочность, и пластичность одновременно (табл. 5).

Т а б л и ц а 5. Механические свойства сплавов

Содержание кремния, мас. % Обычного приготовления Синтетические

ств, МПа 8,% Нт, МПа ств, МПа 8,% Нт, МПа

6 134 10,2 189 139 8,8 326

8 138 8,7 279 143 4,5 472

11 141 3,4 303 160 2,7 671

13 148 2,0 340 167 2,6 761

15 147 1,4 386 179 1,7 823

20 120 0,3 430 140 0,9 920

■ и/ 3 (80), 2015-

Микротвердость эвтектики при увеличении содержания кремния увеличивается. Получение сплавов на кремнеземе резко усиливает это повышение. Возможно, это связано с тем, что при разложении SÍO2 в жидком алюминии освобождающийся кислород, кроме удаления в шлак, еще и легирует a-твердый раствор.

Для проверки влияния масштабного фактора на технологические показатели процесса получения сплавов были проведены исследования в условиях Новокузнецкого алюминиевого завода. Выплавку проводили в индукционной печи в графитовом тигле, причем масса загруженного первичного алюминия составляла 20 кг. Результаты этих опытов показали незначительное уменьшение содержания кремния в сплаве при соответствующих режимах ведения процесса в лабораторных условиях (см. табл. 4). Например, при 750 °С за 4 цикла обработки расплава был получен сплав, содержащий 7,2% кремния, а при 900 °С за такое же число циклов обработки содержание кремния составило 12,1%. Наблюдаемое относительное снижение содержания кремния в конечном сплаве (возрастающее с повышением температуры) можно отнести за счет увеличения теплоотдачи в окружающую среду в случае выплавки сплава в индукционной печи и соответственным снижением температуры поверхностного слоя расплава.

В результате восстановления кремнезема в среде расплавленного алюминия в присутствии водяных паров образуется шлак. Сплав, полученный в этом случае, назван авторами синтетическим для формального разделения от сплава, приготовленного на кристаллическом кремнии.

Таким образом, на основании представлений о ведущей роли водорода в получении металлических материалов, базирующихся на водородной платформе периодической системы элементов [3-5], показана принципиальная возможность получения новых сплавов Al-Si без применения дорогостоящего кристаллического кремния.

Практическая реализация разработанного способа

После установления принципиальной возможности получения сплавов Al-Si на SÍO2 с помощью водорода необходимо определить области их применения.

В ГОСТ 1583-93 приведено 25 сплавов систем Al-Si, Al-Si-Mg и Al-Si-Cu, поэтому, прежде всего, следует определить свойства промышленных сплавов, приготовленных на синтетическом шихтовом двойном сплаве Al-Si. Это послужит основанием для развития новой водородной металлургии алюми-ниево-кремниевых существующих и будущих новых сплавов с требуемыми структурно-технологическими свойствами.

Для приготовления сплавов АК7ч и АК9ч применяли алюминий А0 и АВ97 и синтетический сплав А1-11-13% Si.

Специально приготовленные промышленные сплавы содержали ГОСТовское и повышенное содержание железа (табл. 6).

Сплавы АК9ч и АК7ч приготавливали в лабораторных условиях в алундовых тиглях при 730°С и заливали в алюминиевый кокиль. Полученные слитки разрезали для изготовления образцов для металлографических исследований, механических испытаний и измерения плотности и определения коэффициента линейного расширения (КЛР). Приготовление образцов и их испытания проводили по стандартным методикам.

Сплав АК9ч

Микроструктура сплавов АК9ч с различным содержанием железа, приготовленных на синтетическом сплаве, по размерам и характеру распределения структурных составляющих (участков a-твердого раствора кремния в алюминии и в эвтектике) не отличается от сплавов такого типа, полученных на кристаллическом шихтовом кремнии.штгпп /17

-3 (80), 2015 /II

Рис. 1. Линейное расширение литого сплава АК9ч, приго- Рис. 2. Линейное расширение литого сплава АК7ч, приготовленного на синтетическом силумине *0 – сплав обычно- товленного на синтетическом силумине *0 – сплав обычного го приготовления: ◊ – 0; V – 1; х – 2; □ – 3; о – 4 приготовления: ◊ – 0; V – 5; х – 6; □ – 7; о – 8

ной техники. Установлено, что новое приготовление уменьшает КЛР сплава № 1 по ГОСТ во всем диапазоне температур испытания (50-450 °С). Увеличение содержания железа дополнительно резко снижает аномалию КЛР при ¿исп= 250-300 °С (рис. 1).

Сплав АК7ч

Микроструктура маложелезистых сплавов (составы приведены в табл. 6) характеризуется участками а-твердого раствора и модифицированной эвтектикой, а по характеру распределения и количественному соотношению между структурными составляющими подобна сплавам обычного приготовления.

Термическая обработка новых сплавов по режиму Т6 приводит к укрупнению участков а-твер-дого раствора, огрублению эвтектики и частичному растворению интерметаллической фазы.

Свойства исследованных сплавов в литом и тер-мообработанном состояниях приведены в табл. 8. Из таблицы видно, что приготовление на кремнеземе повышает механические свойства. Значения КЛР новых сплавов приведены на рис. 2. Из рисунка следует, что для этого типа сплавов увеличение содержания железа сопровождается уменьшением коэффициента линейного расширения в интервале температур 50-450 °С.

Рис. 3. Влияние условий приготовления и термической обработки на линейное расширение литого сплава АК7ч. Термическая обработка: 535 °С, 2 ч, вода +175 °С, 10 ч, воздух; ◊ – обычного приготовления; V – приготовление на синтетическом силумине; х – приготовление на синтетическом силумине + термическая обработка

Wl /хгг:г г г^7Шглтг:г_

/ 3 (80), 2015-

Новый сплав состава № 5 по ГОСТ имеет КЛР практически одинаковый со сплавом обычного приготовления. Очень важно, что термическая обработка его снижает КЛР во всем интервале испытания 450 °С и полностью устраняет аномалию при температуре испытания 300 °С (рис. 3), что очень важно для поршней двигателей внутреннего сгорания.

Приведенное наглядно убеждает, что новая водородная металлургия сплавов Al-Si перспективна и даст значительный экономический эффект.

Т а б л и ц а 6. Состав промышленных сплавов, приготовленных на синтетическом силумине

Номер сплава Сплав (ГОСТ 1583-93) Содержание основных компонентов, мас.%, А1 – остальное

Si Mg Mn Fe

i АК9ч 9,10 0,27 0,40 0,60

2 То же 9,70 0,25 0,41 1,80

3 » 9,20 0,23 0,43 2,32

4 » 9,50 0,25 0,41 3,07

5 АК7ч 7,81 0,37 – 0,65

6 То же 7,55 0,37 – 1,66

7 » 7,37 0,34 – 1,84

8 » 7,24 0,33 – 2,90

Т а б л и ц а 7. Влияние термической обработки на механические свойства и плотность сплава АК9ч,

приготовленного на синтетическом силумине

Номер сплава Состояние Временное сопротивление разрыву, ав, МПа Относительное удлинение 5, % Твердость НВ, МПа Плотность р, кг/м3

1 Литой 178 1,9 600 2680

Термообработанный 256 2,1 – –

2 Литой 157 1,5 630 2710

Термообработанный 225 1,8 – –

3 Литой 96 1,0 720 2720

Термообработанный 114 1,0 – –

Термообработка: 535 °С, 2 ч, вода + 175 °С, 10 ч, воздух.

Т а б л и ц а 8. Влияние термической обработки на механические свойства и плотность сплава АК7ч,

приготовленного на синтетическом силумине

Номер сплава Состояние Временное сопротивление разрыву ав, МПа Относительное удлинение 5, % Твердость НВ, МПа Плотность р, кг/м3

5 Литой 174 1,3 690 2680

Термообработанный 245 1,7 – –

6 Литой 168 1,3 670 2710

Термообработанный 193 1,5 – –

7 Литой 160 1,2 724 2710

Термообработанный 192 1,3 – –

8 Литой 60 0,4 710 2720

Термообработанный 106 0,5 – –

Термообработка: 535 °С, 2 ч, вода + 200 °С, 3 ч, воздух.штптг /10

-3 (80),2015 / IW

References

1. Patent USA, no 4097270, kl 75-68, publ 27.06.1978.

2. D e l i m a r s k i y Y u. K. Teoreticheskie osnovy elektroliza ionnykh rasplavov [Theoretical bases of electrolysis of ionic fusions]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1968. 223 p.

3. A f a n a s i e v V. K. Vodorodnaya platforma periodicheskoy sistemy elementov [Hydrogen platform of the periodic system of elements]. Part I. Metallurgiya mashinostroeniya – Metallurgy of Engineering. 2011, no. 2, pp. 21-26.

4. A f a n a s i e v V. K. Vodorodnaya platforma periodicheskoy sistemy elementov [Hydrogen platform of the periodic system of elements]. Part II. Metallurgiya mashinostroeniya – Metallurgy of Engineering. 2012, no. 4, pp. 3-7.

Сведения об авторах

Афанасьев Владимир Константинович, д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой материаловедения и технологии новых материалов, Сибирский государственный индустриальный университет, Россия, 654080, г Новокузнецк, ул. Грдины, 26, кв. 16. E-mail: [email protected].

Марукович Евгений Игнатьевич, акад., д-р техн. наук, проф., Институт технологии металлов НАН Беларуси, Беларусь, 212030, г. Могилев, ул. Бялницкого-Бирули, 11. Тел.: +375 (222) 279-367. E-mail: [email protected].

Information about the authors

Afanasiev Vladimir, Doctor of Engineering, Professor, Chairman of the Department of new material technologies and material engineering, 26-16 Grdiny str., Novokuznetsk city, 654080, Russia, E-mail: [email protected].

Marukovich Evgeny, Academician of National Academy of Sciences of Belarus, Doctor of Engineering, Professor, Institute of Technology of Metals of National Academy of Sciences of Belarus. 11, Bialynitskogo-Biruli str., Mogilev, 212030 Belarus. E-mail: [email protected].

Кремний в сплавах алюминиевы – Справочник химика 21

    Из сплавов алюминия наиболее распространен дюралюминий, сокращенно дюраль ( дюр означает твердый ). Большую твердость дюралю по сравнению с чистым А1 придают добавки меди ( 4%), марганца (–0,57о), магния (- 1,5%), кремния и железа (доли %). Применение нашли также сплав А1 с Si — силумин (16% Si) — и алюминиевая бронза (89% Си). [c.56]

    Алюминиевые сплавы, содержащие менее 0,5% кремния, растворяют в 5 мл концентрированной соляной кислоты с добавлением по каплям перекиси водорода. При наличии более 0,5% кремния сплав растворяют в платиновой чашке в 10 мл воды при добавлении по каплям фтористоводородной кислоты до полного растворения. Затем добавляют еще 5 мл фтористоводородной кислоты, несколько капель концентрированной азотной кислоты и 2 мл концентрированной серной кислоты и нагревают до удаления НР. Остаток растворяют в 10 мл разбавленной (1 1) азотной кислоты. [c.253]

    Порфирьев Н. А. Колориметрический метод определения кремния в алюминиевых сплавах. Уч. зап. Казанск. ун-та, 1948, 1С8, кн. 1, с. 85—91. 5286 [c.204]

    В бронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению свойств сплавов. Алюминиевые бронзы (5—10 % по массе алюминия) обладают повышенной прочностью. Очень прочны, тверды и упруги бериллиевые бронзы, массовая доля бериллия в которых составляет 2 %. Широкое применение в народном хозяйстве нашли бронзы, содержащие свинец, марганец, сурьму, железо, никель и кремний. [c.251]

    В отличие от самого алюминия его сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, приближающейся к высокопрочным сталям. Основные другие достоинства всех сплавов алюминия — это их малая плотность (2,5—2,8 г/см ), удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработки. Эти сплавы пластичнее сплавов магния и многих пластмасс, стабильны по свойствам. Основными легирующими элементами являются Си, Mg, 31, Мп, Хп, которые вводят в алюминий главным образом для повышения его прочности. Типичными представителями сплавов алюминия являются дуралюмины, относящиеся к сплавам системы Л1—Си—Mg. Высокопрочные сплавы алюминия относятся к системам Л1—7п—Mg—Си, содержащим добавки Мп, Сг, 2т. Из других сплавов широко известны силумины, в которых основной добавкой служит кремний, магналий (сплав алюминия с 9,5—11,5% магния). Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, изготовлении строительных конструкций, заклепок, посуды и во многих других отраслях промышленности. [c.633]

    При оиределении кремния в алюминиевом сплаве Д5 = 0 соответствовала концентрации g = l,70%, а для эталона с концентрацией i = 0,72% ASi = —0,48. [c.132]

    При определении кремния в алюминиевом сплаве для построения градуировочного графика были получены следующие результаты массовой доле = 1,70% соответствовала = О, массовой доле сОд = 0,72% соответствовала А8 = -0,48. Построить градуировочный график и определить массовую долю (%) [c.177]

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРЕМНИЯ В АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ [c.61]

    Бронза— сплав меди с другими элементами, в основном с металлами. В зависимости от состава различают оловянную бронзу (состоит из меди и олова), алюминиевую бронзу (содержит до 5—11 % алюминия), свинцовую (до 33% свинца), кремниевую (до 4 % кремния) и др. Применяется для изготовления частей машин и для художественных отливок. [c.156]

    Тихонова А. А. Определение молибдена в легированных сталях на фотоколориметре. Зав. лаб., 1949, 15, № 1, с. 107—108. 5825. Тихонова А. А. Определение хрома в алюминиевых сплавах на фотоколориметре. Зав. лаб., 1949, 15, № I, с. 108—109. 5826 Тихонова А. А. Определение кремния в алюминиевых сплавах фотоколориметрическим методом. [М.], Оборонгиз, 1949. 8 с. с илл. [c.223]

    Принадлежность данного сплава к определенному типу дает возможность с большой степенью достоверности предвидеть примерный его состав. Так, например, алюминиевые сплавы содержат магний, железо, кремний, титан, медь, цинк, марганец, никель и др. медные сплавы — олово, цинк, СБ1 н ц, сурьму, висмут, железо, никель, кремний, фосфор и др. [c.453]

    Метод определения титана и кремния 11 021.009.3—83 Сплавы алюминиевые для изделий электронной техники. [c.31]

    Качество химического полирования зависит не только от состава ванны, но и от выбора сплава. Алюминиевые сплавы, содержащие цинк и медь, плохо полируются и анодируются. Особенно плохо полируются сплавы алюминия с высоким содержанием кремния. Наилучшие результаты получаются для алюминия высокой чистоты (99,99%). [c.25]

    Определение кремния в алюминиевых сплавах [c.107]

    Сущность метода. Для определения кремния в алюминиевых сплавах при его содержании от 16 до 30% используется реакция образования кремнемолибденовой гетерополикислоты с последующим ее восстановлением до молибденовой сини. [c.99]

    Кремний, образуя химическое соединение с магнием, является легирующим элементом в алюминиевых сплавах. Его содержание в деформированных сплавах обычно достигает 0,5—1,2%. При большем количестве кремния в алюминиевых сплавах механические свойства их существенно не повышаются, но пластичность при этом заметно падает. [c.154]

    Поэтому чистый алюминий используются только для формирования тонких (меньше 30 нм) зародышевых и смачивающих слоев, а для остальных целей применяются пленки сплавов алюминия, из которых особенно часто используются сплавы А1 — 1% Si — 0,5% Си = Al[Si, u] и Al — 0,5% Си = А1[Си] [12]. Добавка кремния в алюминиевый сплав препятствует процессам диффузии и растворения атомов кремния из /з-/2-переходов в алюминии при его осаждении в контактные окна ИМС, а добавка меди способствует повышению стойкости к процессу электромиграции. [c.172]

    Установлено, что распределение этих соединений, например кремния, в алюминиевых сплавах оказывает влияние на величину [c.165]

    В паяных алюминиевых конструкциях разделительные пластины покрываются припоем. Такая разделительная пластина может состоять из алюминиевой основы, плакированной очень тонким слоем, содержащим припой. Типичный плакирующий сплав состоит нз 92 % алюминия и 7,5% кремния [2], Кремний снижает точку плавления покрытия примерно на 50 °С ниже точки плавлеиия алюми- [c.305]

    Алюминиевые сплавы в соответствии с основными ко.мпонента-ми (основой) получили следующие названия силумины (алюминий-кремний), дюралюмины (алюминий — медь — марганец), магналии (алюминий — марганец). В зависимости от назначения они подразделяются на литейные и деформируемые (до 80% от всех сплавов). [c.225]

    Наиболее распространенные алюминиевые литейные сплавы — это силумины (сплавы алюминия с кремни- [c.52]

    Наряду с железом и железными сплавами широкое применение в современной технике находят алюминий и его сплавы. Алюминиевые сплавы делят на две группы деформируемые и недеформируемые (или литейные). Наиболее распространены силумины и дюралюминий. Силумины содержат 10—13% кремния и небольшое количество магния и обладают хорошей коррозионной стойкостью из-за образования на их поверхности защитного слоя ЗЮа. Дюралюминий отличается высокими механическими свойствами наряду с легкостью. Изделия из этого сплава при равной прочности в два раза легче стальных. Коррозионная стойкость чистого алюминия во много раз выше, чем алюминиевых сплавов, в особенности сплавов, содержащих медь, железо и никель. Несмотря на то что алюминий имеет отрицательный потенциал (—1,67В), он является довольно коррозионностойким во многих средах в воде, в большинстве нейтральных сред и в сухой атмосфере. Такое поведение алюминия обусловлено его способностью к самопассивации. В зависимости от условий алюминий покрывается защитной пленкой разной толщины — от 150 до ЮООА, которая состоит из А12О3 или А12О3  [c.72]

    При получении покрытия из расплава в ванну с расплавленным алюминием обычно добавляют кремний, чтобы затруднить образование слоя хрупкого сплава. Полученные из расплава покрытия используют для повышения устойчивости к окислению при умеренных температурах таких изделий, как отопительные устройства и выхлопные трубы автомобилей. Они стойки к действию температуры до 480 °С. При еще более высоких температурах покрытия становятся огнеупорными, но сохраняют защитные свойства вплоть до 680 °С [21]. Использование алюминиевых покрытий для защиты от атмосферной коррозии ограничено вследствие более высокой стоимости по сравнению с цинковыми, а также из-за непостоянства эксплуатационных характеристик. В мягкой воде потенциал алюминия положителен по отношению к стали, поэтому покрытие является коррозионностойким, В морской и некоторых видах пресной воды, особенно содержащих С1″ и SO4″, потенциал алюминия становится более отрицательным и может произойти перемена полярности пары алюминий—железо. В этих условиях алюминиевое покрытие является протекторным и катодно защищает сталь. Показано, что покрытие из сплава А1—Zn, состоящего из 44 % Zn, 1,5 % Si, остальное — Al, имеет очень высокую стойкость в морской и промышленной атмосферах. Оно защищает также от окисления при повышенных температурах. [c.242]

    Так, аргон используют в качестве защитной атмосферы (предохранение от окисления) при выплавке таких металлов, как уран, торий, германий, цирконий и гафний, а также при получении чистого кремния. На практике широко распространен способ электросварки (а также наплавки и резки) металлов в защитной атмосфере инертного газа —обычно аргона (аргонно-дуговая сварка титановых, алюминиевых, магниевых и др. сплавов, меди, вольфрама, нержавеющих сталей и т. д.). Чистые гелий и аргон—непревзойденные защитные газы при работе с химически малоустойчивыми веществами, легко поддающимися окислению. [c.544]

    На очищенную поверхность алюминиевого сплава помещают 1-2 капли 15 %-ного раствора щелочи. По истечении 5 мин снимают жидкость фильтровальной бумагой. Оставшееся на поверхности металла темное пятно обрабатывают 1-2 каплями раствора Н N ( и) = 66 %), Через 3 мин снова снимают раствор фильтровальной бумагой. Образующееся при этом серое пятно свободного кремния служит признаком силумина. Дюралюминий этой реакции не дает. [c.120]

    Малая плотность, пластичность и устойчивость к коррозии обеспечили алюминию применение в авиа- и автопромышленности. Он входит в состав легких сплавов дюралюмина (сплава алюминия, меди, магния и марганца), силумина (сплава алюминия и кремния) и некоторых других. Из алюминиевых сплавов изготовляют корпуса искусственных спутников Земли и космических кораблей. [c.315]

    Носков М. М , Скорняков Г. П. и ЧукинаТ. П. Спектральный экспресс-анализ основных мартеновских шлаков с применением искрового режима дуги переменного тока. Зав. лаб., 1951, 17, № 4, с. 429—430. 4982 Носков Ф. Н. и Соколова В. М. Фотоколориметрическое определение кремния в алюминиевых сплавах. Зав. лаб., 1952, 18, № 2, с. 176. 4988 [c.194]

    Одними из наиболее важных сплавов, имеющих промышленное значение, являются сплавы алюминия с кремнием. Сплавы, содержащие от 5 до 14% кремния, называются силуминами. Такие сплавы могут быть получены путем электролиза соответствующих ионных расплавов. В этом отношении значительный интерес представляет работа [38], в которой исследован электролиз расплавленной системы МадА1Рб — 5Юз — МаОд. Если во время электролиза применять жидкий алюминиевый катод, то возможна реакция взаимодействия алюминия с окисью кремния с образованием сплава Л1 —51. В растворе расплавленно- [c.132]

    При плавке алюминиевых сплавов и алюминиевых бронз содержащийся в сплаве алюминий химически взаимодействует с футеровкой, при этом он активно восстанавливает кремний из кремнезема П1 лукислой или алюмосиликатной футер. вки, Он также может реаги-рогать с оксидами железа и хрома, обычно в небольших количествах присутствующих в футеровочных материалах  [c.88]

    Алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы отличаются высокой пластичностью и механической прочностью, К таким сплавам относятся, например, дуралюмины, содержащие добааки меди, магния, марганца, кремния, железа упрочняющей фазой в них являются соединение АЬСи и другие интерметаллиды. Дуралюмины характеризуются, однако, сравнительно невысокой коррозионной стойкостью, поэтому их часто применяют в плакированном виде, т. е. [грокатанными вместе с покрывающим их листовым чистым алю-ми [ием. Литейные сплавы содержат легирующих добавок больше предельной растворимости. Из них готовят различные фасонные отливкн. К литейным сплавам относятся содержащие до 7% кремния (силумины) или до 10% магния последние отличаются высокой коррозионной стойкостью. Алюминиевые сплавы применяют в самолетостроении, судостроении, ракетостроении, транспортном машиностроении (вагоны, автомобили, тракторы и т. п.), промышленном и гражданском строительстве (подъемно-транспортные сооружения, мосты, сборные дома, трубы для нефтедобывающей промышленности), а так /ке для орошения и дождевания в сельском [c.258]

    Основные элементы, которыми легируют деформируемые алюминиевые сплавы для обеспечения их упрочнения при термической обработке — медь, кремний, магний, цинк. В некоторые сплавы добавляют литий, церий, кадмий, цирконий, хром и другие элементы. К наиболее важным и распространенным сплавам, упрочняемым закалкой с последующим старением, относятся сплавы систем А1—Си—Mg типа дюралюминий, А1—Мд—51, ави-аль А1—2п—Mg—Си (высокопрочные сплавы Ов бОО— 700 МН/м ), А1—М —2п (самозакаливающиеся свари–ваемые сплавы, сгв=400—450 MH/м ), не требующие термической обработки после сварки, А1—Си—Сс1— (жаропрочные сплавы, Ов = 360—400 МН/м ) после 1000 ч выдержки при температуре 180°С. К высокопрочным сплавам относятся сплавы В93, В95, В96 системы А1—2п—Mg—Си, сплав ВАД23 системы А1—Си—Мп— С(1 и, частично, в зависимости от применяемой термической обработки и вида полуфабриката, сплавы. Д16, Д19, системы А1—Си—Mg, сплав АК8 системы А1—Си—Mg—51. Наибольшей прочностью при комнатной температуре обладают сплавы В93, В95, В96 и ВАД23. Сплавы Д16 и Д19 обладают меньщей прочностью при комнатной температуре, чем сплавы В93, В96, В95. Однако их преимущество заключается в большей жаропрочности и меньщей чувствительности к коррозии. Сплав ВАД23 сохраняет относительно высокие прочностные характеристики после длительных нагревов до 160— 180°С. Исходя из характеристик алюминиевых сплавов следует применять сплавы В93, В95, В96 для конструкций, работающих до температуры 100°С, при этом в конструкции должны отсутствовать концентраторы напряжений, расположенные в плоскости, перпендикулярной к действию силы. Для нагружения конструкций, работаю- [c.49]

    Применение оловянистой бронзы ограничивается изготовлени ем деталей для отдельных узлов оборудования. В настоящее время оловянистые бронзы заменяются более экономичными и прочными алюминиевыми бронзами — сплавами меди с алюминием. Промышленность выпускает также специальные бронзы, в которых не содержится олово, но имеются добавки алюминия, марганца, кремния и др. [c.32]

    Пример 2. При анализе алюминиевого сплава на кремний по методу одного эталона получили почернение (5) линий гомологической пары в спектрах эталона (5si=l,09 и iSai = 0,37 при si = 0,95%) и анализируемого образца (Ssi = 0,86 и Sai = 0,34). [c.128]

    Кремний входит в состав многих железных, медных, алюминиевых и других сплавов. В небольших количествах (до .0 8%Ьп [c.93]

    Во время электролиза образующийся металл перио. дически удаляется со дна электролизера, он содержит обычно 98,5—99,8% алюминия, механические примеси (электролит, окись алюминия, уголь, адсорбированные газы) и сплавы с элементами, которые встречаются в алюминиевых рудах (З), Ре). Механические примеси и адсорбированные газы обычно удаляют переплавкой алюминия-сырца, а железо, кремний удаляют последующим электролитическим рафинированием. После электролитического рафинирования получают алюминий [c.333]

    Опыт 10. Идентификация алюминиевых сплавов. На очищенную поверхность образца нанесите каплю 15%-ного раствора NaOH. Выделение водорода через некоторое время указывает на то, что в сплаве содержится алюминий. Составьте уравнение реакции. Примерно через пять минут после нанесения щелочи снимите жидкость фильтровальной бумагой и нанесите на пятно, оставшееся на поверхности образца, 1—2 капли HNOg (d=l,4). В случае сплавов алюминия с кремнием остается серое пятно элементарного кремния. Поставив параллельно тот же опыт с образцом дюралюминия, можно убедиться, что в этом случае серого пятна не образуется .  [c.201]

    Некоторые металлы и неметаллы (Sn, Zn, Al, Si и др.) растворяются в щелочах, Поэтому при анализе некоторые сплавы (например, алюминиевые) растворяют в 25%-ном растворе NaOH. В раствор переходят алюминий, цинк, олово, кремний в осадке остаются железо, магний, марганец, медь и другие нерастворимые в щелочах компоненты исследуемых сплавов. [c.439]

Сплавы и лигатуры редких металлов. Спектральный метод определения кремния, железа, алюминия, титана и кальция в сплавах на основе ниобия – РТС-тендер

     
     ГОСТ 25278.11-82

Группа В59

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ОКСТУ 1709

Срок действия с 01.07.83
до 01.07.93*
_______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 2, 1993 год). – Примечание изготовителя базы данных.

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством цветной металлургии СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

Ю.А.Карпов, Е.Г.Намврина, В.Г.Мискарьянц, Г.Н.Андрианова, Е.С.Данилин, М.А.Десяткова, Л.И.Кирсанова, Т.М.Малютина, Е.Ф.Маркова, В.М.Михайлов, Л.А.Никитина, Л.Г.Обручкова, Н.А.Разницина, Н.А.Суворова, Л.Н.Филимонов

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26.05.82 N 2120

3. Срок проверки – 1993 г.

Периодичность проверки – 5 лет.

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

6. Срок действия продлен до 01.07.93 Постановлением Госстандарта СССР от 29.10.87 N 4096

7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (ноябрь 1988 г.) с Изменением N 1, утвержденным в октябре 1987 г. (ИУС 1-88).

Настоящий стандарт устанавливает спектральный метод определения кремния, железа, алюминия, титана и кальция от 0,01 до 1,0% в сплавах и лигатурах на основе ниобия (компоненты: ванадия не более 5%, вольфрама не более 10%, молибдена не более 5%, циркония не более 2%).

Метод основан на зависимости интенсивности спектральных линий кремния, железа, алюминия, титана и кальция от их массовой доли в образце при возбуждении спектра в дуге постоянного тока.

1.1. Общие требования к методам анализа и требования безопасности – по ГОСТ 26473.0-85.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Спектрограф дифракционный ДФС-8 с решеткой 600 штр/мм (комплектная установка с универсальным штативом) или аналогичный ему прибор.

Источник постоянного тока, обеспечивающий напряжение не менее 260 В и силу тока не менее 20 А.

Электропечь муфельная с терморегулятором, обеспечивающим температуру 800-900 °С.

Микрофотометр МФ-2 или аналогичный ему прибор.

Спектропроектор типа ПС-18 или аналогичного типа.

Чашки платиновые.

Весы аналитические.

Весы торсионные типа ВТ-500.

Приспособление для заточки угольных электродов.

Электроды графитовые марки ОСЧ-7-3 диаметром 6 мм, заточенные до диаметра 4,4 мм (длина заточки 10 мм) с углублением в заточенной части диаметром 2,5 мм и глубиной 2,0 мм (нижние).

Электроды графитовые марки ОСЧ-7-3 диаметром 6 мм, заточенные на усеченный конус с площадкой диаметром 1,5 мм.

Порошок графитовый ОСЧ-7-4.

Ступка с пестиком ниобиевая или из органического стекла.

Фотопластинки спектральные размером 9х12, тип 2, чувств. 15 ед. или аналогичные, обеспечивающие нормальные почернения аналитических линий.

Ниобия пятиокись спектрально-чистая.

Кремния двуокись по ГОСТ 9428-73, ч.д.а.

Железа окись по ГОСТ 4173-77, ч.д.а.

Титана двуокись по ГОСТ 9808-84, х.ч.

Алюминия окись, х.ч.

Кальция окись по ГОСТ 8677-76, х.ч.

Кобальта окись по ГОСТ 18671-73, ч.д.а.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, разбавленная 1:1.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87.

Проявитель по ГОСТ 10691.1-84.

Натрий серноватистокислый по ГОСТ 27068-86.

Аммоний хлористый по ГОСТ 3773-72.

Фиксаж: 300 г серноватистокислого натрия и 20 г хлористого аммония растворяют соответственно в 700 и 200 см воды, сливают полученные растворы вместе и доводят общий объем водой до 1 дм.

Подставки из органического стекла и дерева для электродов с пробой.

Секундомер.

Калька.

Вата.

Шпатель.

Скальпель.

Пинцет.

Лампа инфракрасная ИКЗ-500 с регулятором напряжения типа РНО-250-0,5 или регулятором аналогичного типа.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.1. Приготовление основного образца сравнения (ООС), содержащего по 2% кремния, железа, алюминия, титана и кальция (в расчете на смесь металлов).

Образцы сравнения готовят на основе, представляющей собой или чистую пятиокись ниобия (при суммарном содержании легирующих компонентов в сплаве до 5%) или искусственную смесь окислов, имитирующую состав анализируемого сплава (основа).

1,2870 г основы, 0,0428 г двуокиси кремния, 0,0286 г окиси железа, 0,0378 г окиси алюминия, 0,0334 г окиси титана и 0,0500 г углекислого кальция перетирают в ступке под слоем спирта (30 см) в течение 1,5-2 ч. Смесь просушивают под инфракрасной лампой до постоянной массы. Перед взятием навесок оксиды прокаливают при температуре 400 °С до постоянной массы.

Массу навесок взвешивают на весах, шпателем пересыпают в пакеты из кальки. Шпатель, лодочку весов, ступку протирают ватой, смоченной спиртом. Для приготовления пакетов кальку разрезают скальпелем.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.2. Приготовление образцов сравнения (ОС)

Образцы сравнения готовят последовательным разбавлением основного образца сравнения, а затем каждого последующего образца основой.

Массовая доля каждой из определяемых примесей в образце сравнения и вводимые в смесь навески основы и разбавляемого образца указаны в табл.1.

Таблица 1

Смеси перетирают в ступке под слоем спирта (30 см) в течение 1,5-2 ч и высушивают под инфракрасной лампой.

Образцы сравнения хранят в полиэтиленовых чашках с крышками из полиэтилена.

3.3. Приготовление буферной смеси, состоящей из 89% графитового порошка, 10% хлористого натрия и 1% окиси кобальта.

8,9 г графитового порошка, 1 г хлористого натрия и 0,1 г окиси кобальта перемешивают в ступке под слоем спирта (150 см) в течение 1 ч и высушивают под инфракрасной лампой.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Навеску анализируемой пробы массой 0,5 г промывают соляной кислотой в стеклянном стакане при нагревании на плитке. Кислоту сливают, промывают стружку дистиллированной водой и спиртом. Промытую стружку помещают в платиновую чашку и прокаливают в муфеле до постоянной массы, постепенно повышая температуру до 800 °С. Окисленную пробу тщательно перемешивают, отбирают от нее навеску 20 мг и смешивают в ступке с 80 мг буферной смеси (взвешивание производят на торсионных весах) в течение 15 мин под слоем спирта и затем высушивают под инфракрасной лампой. Подготовленную смесь плотно набивают в углубление трех нижних электродов, предварительно обожженных в дуге постоянного тока при (7±0,5) А в течение 5 с погружением электрода в смесь, высыпанную на кальку.

Электроды (верхний и нижний с образцом) устанавливают в электрододержатели штатива с помощью пинцета. Сведением и последующим разведением электродов зажигают дугу постоянного тока и фотографируют спектры трех пар электродов на спектрографе, пользуясь трехлинзовой системой освещения щели. В центр кассеты выводят область 290 нм.

Ток дуги поддерживают равным (15±0,5) А.

Межэлектродное расстояние 3 мм, экспозиция 60 с.

Промежуточную диафрагму на конденсоре выбирают таким образом, чтобы обеспечить нормальные почернения аналитических линий. Те же операции выполняют с образцами сравнения, спектры которых фотографируют на ту же фотопластинку.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.1. В каждой из полученных спектрограмм фотометрированием находят почернения аналитической линии примеси () и линии элемента сравнения () (табл.2) и вычисляют разности почернений ().

Таблица 2

По трем значениям , , , полученным по трем спектрограммам, снятым для каждого образца, находят среднее арифметическое значение ().

По результатам фотометрирования спектров образцов сравнения строят градуировочный график в координатах , где – логарифм массовой доли определяемого элемента в образце сравнения. Массовую долю кремния, железа, алюминия, титана и кальция в образце сплава находят по результатам фотометрирования спектров анализируемого образца при помощи градуировочного графика.

5.2. Расхождения между результатами трех определений (разность большего и меньшего) и результатами двух анализов не должны превышать значений допускаемых расхождений, приведенных в табл.3.

Таблица 3

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.3. Проверка значения контрольного опыта

Для проверки значения контрольного опыта в углубления шести графитовых электродов помещают смесь основы анализируемого сплава с буферной смесью и фотографируют спектры по п.4. В полученных спектрограммах фотометрируют плотности почернений аналитических линий кремния, железа, алюминия, титана и кальция (см. табл.2). Разность почернений () не должна превышать 0,02 единицы почернения (фон измеряется в сторону более коротких длин волн от аналитической линии).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Наиболее распространенные алюминиевые сплавы

Большинство алюминиевых предметов, на самом деле, изготовлены из алюминиевых сплавов. Механической прочности чистого алюминия, как правило, не хватает для решения даже самых простых бытовых и технических задач.      

Добавление   легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства. Одни качества повышаются – прочность, твердость,  жаростойкость. Другие снижаются – электропроводность, коррозионная стойкость. Почти всегда в результате легирования растет плотность.  Исключение составляет легирование марганцем и магнием. 

По способу применения алюминиевые сплавы можно разделить на   деформируемые и литейные.  Деформируемые сплавы обладают  высокой пластичностью в нагретом состоянии. Литейные  – способны эффективно заполнять литейные формы.   

Сырье для получения сплавов обоего типа  – не только технически чистый алюминий,  но и  силумин –  сплав алюминия с кремнием (10-13 %). Силумин в России обычно маркируют как СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2 и поставляют  в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг.  

Деформируемые сплавы

Их структура (гомогенный твердый раствор) обеспечивает   наибольшую пластичность и наименьшую прочность при обработке  давлением под нагревом. Основными легирующие элементы –  медь, магний, марганец и цинк. В небольших количествах  –  кремний, железо, никель и т.д. Деформируемые алюминиевые сплавы обычно делят на упрочняемые и неупрочняемые. Прочность первых можно повысить термической обработкой.

Типичными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии – сплавы алюминия с медью (2.2 – 7%), содержащие примеси кремния и железа. Они могут быть легированы магнием и марганцем.  

Названия марок дюралюминия состоят из буквы «Д» (она всегда первая) и номера сплава.  Сейчас  наиболее распространено пять основных марок дюралюминия:   

Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше  500C. При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Закалка (охлаждение в воде)  позволяет сохранить такую  структуру в течении нескольких суток  при комнатной температуре. В этот момент  дюралюминий  гораздо более мягок и пластичен, чем после.  

Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность. При комнатной температуре она изменяется. Атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl, но химическое соединение   не образуется и  не отделяется от твердого раствора. За счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора возникают искажения решетки. Они приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава.

Процесс изменения структуры закаленного дюралюминия при комнатной температуре носит название естественного старения. Оно наиболее интенсивно происходит в течение первых нескольких часов. Полностью   завершается –  через 4-6 суток, придавая сплаву максимальную для него прочность.

При подогреве сплава до 100-150 C   происходит искусственное старение. В этом случае процесс завешается быстрее, но упрочнение меньше. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко – происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора.

Максимальное упрочнение дюралюминия может быть достигнуто методом естественного старения в течение четырех дней.

Кованый алюминий

Близкими по химическому составу к дюралюминию, но в горячем состоянии  более пластичными,   являются алюминиевые сплавы для поковок и штамповок, маркируемые буквами АК («алюминий кованый») и порядковым номером (АК4, АК4-1, АК6 и АК8).

Высокопрочные сплавы

К группе деформируемых упрочняемых сплавов относят также более высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы   Al-Cu-Mg-Zn. Названия марок   начинаются буквой «В» (высокопрочные) – В93, В94, В95. Характерная  особенность  –  сравнительно небольшое содержании меди (0.8-2.4 %) и магния (1.2-2.8 %) по сравнению с цинком  (5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному повышению твердости.

 Неупрочняемые сплавы

В эту группу входят сплавы на основе магния и марганца. Они повышают прочность и коррозионную стойкость алюминия (при содержании магния не более 3%). Сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.

Увеличение прочности может быть достигнуто с помощью пластической деформации.  Наклепанные (нагартованные) изделия из этих сплавов обладают существенно более высокой прочностью, чем в отожженном состоянии. В сплаве АМц, например, при поклепе временное сопротивление повышается с 13 до 22 кГ/мм .

Название марок таких сплавов  принято  обозначать буквами АМц («алюминий-марганец») и   АМг («алюминий-магний»), далее   следует цифра, указывающая номер сплава.

Общая таблица деформируемых сплавов

Сплавы алюминиевые деформируемые по ГОСТ и ОСТ

Литейные сплавы

Легко плавятся и  текут, эффективно заполняют литейную форму.  Обычно их делят на пять типов в зависимости основного   легирующего элемента – магния, кремния, меди и т.д.  Независимо от их принадлежности к той или иной группе обозначают буквами АЛ («алюминиевый литейный») и номером.

Сплав алюминия с высоким содержанием магния (марка АЛ8) обладает наиболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами среди литейных сплавов. Его литейные свойства существенно хуже.

Силумины литейные

Литейные сплавы с высоким содержанием кремния часто называют

Сплав алюминия с кремнием – Морской флот

Алюминиево-кремниевый сплав

Алюминиево-кремниевые сплавы , называемые силуминами, в особенности их более сложные разновидности, содержащие небольшие добавки магния и других металлов, являются наиболее распространенными среди литейных алюминиевых сплавов. Они применяются почти во всех областях промышленности и особенно в авиации. [1]

Алюминиево-кремниевые сплавы ( силумины) АЛ2, АЛ4 и другие широко используются для фасонного литья. Алюминиево-магниевые сплавы, по сравнению с силуминами обладающие более высокой коррозионной стойкостью и лучшими механическими сврйствами ( сплав АЛ8 – магналий – наиболее высокопрочный), имеют намного худшие литейные свойства. [2]

Алюминиево-кремниевый сплав образуется при температуре около 1800 С; с этого момента содержание карбида кремния уменьшается. [3]

Заэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы используют в тех случаях, когда требуется повышенная износоустойчивость изделий, так как в их структуре присутствует твердая кремниевая составляющая. Наиболее широкое распространение эти сплавы находят для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания и для блока двигателя. Заэвтектические сплавы обладают прекрасной жидкотекучестью и отличной обрабатываемостью резанием в случае применения алмазного инструмента. [4]

Литейные алюминиево-кремниевые сплавы , отличающиеся высокой коррозионной устойчивостью широко применяются как конструкционные материалы для фасонного литья в автотракторном и авиастроении, строительстве, транспорте и других отраслях промышленности. [5]

Все алюминиево-кремниевые сплавы , характеристика которых дана в табл. 57, за исключением АЛ2, подвергаются термической обработке: закалке с 525 – 535 и искусственному старению при 160 – 180 в течение 5 – 10 часов. [6]

Теоретически из алюминиево-кремниевого сплава можно выделить различными приемами чистый алюминий. [7]

При производстве алюминиево-кремниевых сплавов применяют электрические печи мощностью 15000 – 35000 кВА ( рис. 120) открытого типа в связи с необходимостью периодической обработки колошника. Необходимость в такой обработке обусловливается физическими и химическими качествами материалов шихты. Ванна таких печей имеет круглую форму. У круглой ванна силы, которые получаются вследствие термических напряжений в футеровке, хорошо компенсируются. [8]

При выплавке алюминиево-кремниевого сплава в электропечи мощностью 16 500 кВА каждый час выделяется свыше 150 000 м3 различных газов. Эти газы увлекают с собой в виде мелких частичек ( пыли) продукты конденсации разложившихся и испарившихся компонентов шихты и сплава. [9]

Комплексное модифицирование доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов / / Литейн. [10]

Электрический режим выплавки алюминиево-кремниевого сплава зависит от типа и мощности рудно-термической печи и определяется рабочей технологической инструкцией. Работа печей с отклонением от заданного электрического режима допускается только после перепуска электродов и после простоев печи, когда необходимо постепенное повышение мощности. Разогрев печей после капитального ремонта ведут, постепенно набирая мощность. [11]

Исследования проведены на алюминиево-кремниевом сплаве АЛ2 при литье корпуса с чистовой массой 5 8 кг – сложной фасонной отливки ответственного назначения. [12]

Из алюминиевых сплавов наиболее известны двойные алюминиево-кремниевые сплавы или силумины Ал2, Ал4, Ал9, содержащие 5 – 13 % кремния и отличающиеся высокими литейными и механическими свойствами при литье в земляные и металлические формы. Присадка к этим сплавам до 3 % меди значительно повышает твердость, прочность и улучшает обрабатываемость резанием. Наиболее важной упрочняющей добавкой к силуминам является магний, который позволяет упрочнять сплавы не только модифицированием, но и термической обработкой. Силумины применяются для высоконагруженных деталей двигателей и моторов. [13]

В качестве восстановителя при получении алюминиево-кремниевых сплавов используют древесный уголь, нефтяной кокс, некоторые малозольные сорта каменного угля и древесную щепу. [14]

Легирование

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.

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

Основные понятия о токарной обработке и токарных станках.

Стали марок AISI 409, 430, 439 — аналоги отечественных марок 08×13, 12×17 и 08×17Т

Гидравлические гильотинные ножницы, гильотинные ножницы с ЧПУ для раскроя и обработки листовых материалов.

Правила нанесения обозначений шероховатости поверхностей на чертежах

Примечания: 1. Определяет следующие виды литья: С – земля; О – оболочковые формы; В – модели выплавляемым; К – кокили; Д – литье под давлением; М – сплав при литье модифицируется. 2. Обозначает следующие виды термической обработки: Т4 – закалка; Т5 – закалка и частичное старение; Т6 – закалка и полное старение до максимальной твердости

Рис. 2.1. Диаграмма состояния сплавов Al-Si и схема влияния модифицирования на кристаллизацию в системе Аl – Si [36]: 1 – без модификации, 2 – после модификации

Микроструктура модифицированного силумина состоит из светлых участков твердого раствора б и мелкодисперсной эвтектики б + Si (рис. 2.2, б, г)

Рис. 2.2. Микроструктура (а, б) и схема структуры (в, г) силумина [13, 34]: а в – к модификации; б, г – после модификации

Микроструктура и свойства сплава АЛ2

Сплав АЛ2 – силумин с содержанием кремния, близким к эвтектическим (10-13%). Эвтектика в системе А1 – Cu образуется при содержании кремния 11,6% и состоит из кристаллов твердого раствора кремния и алюминия и кристаллов кремния. Сплав АЛ2 зависимости от содержания кремния может состоять из эвтектики и небольшого количества избыточной фазы. Так, в сплаве с 12% Cu (заэвтектических) структура состоит из кристаллов кремния (белого цвета) и эвтектики грубого строения, в которой кремний находится в виде больших игл. Силумин с такой структурой имеет низкие механические свойства. Если в жидкий сплав перед его кристаллизацией ввести небольшое количество (0,01 – 0,02%) натрия, то это приводит к измельчению включений кремния и повышения механических свойств силумина. Этот процесс искусственного регулирования размеров и формы кристаллов называется модифицирования. При модифицировании точка эвтектики смещается к более высоким концентрациям кремния и эвтектический сплав АЛ2 становится доэвтектических. Структура его состоит из первичных дендритов твердого раствора (светлый фон) и мелкой (дисперсной) эвтектики Cu (темный фон). Сплав АЛ2 термической обработке не подвергается.

Медные силумины, кроме алюминия содержат 4 – 22% кремния, 1-8 меди, а также 0,2-1,3 Мg, 0,2-0,8 Мп и 0,1-0, 3% Те. По сравнению с силуминами они немного хуже литейные свойства, но лучшие механические. Их марки АК5М, АК8М, АК12М2МгН и др. Числа после букв К, М, Н и Мг показывают среднюю массовую долю (в%) кремния, меди, никеля и марганца соответственно. Когда число после буквы отсутствует, массовая доля элемента составляет около 1%. Среди медных силуминов важно сплав марки АК8М, содержащий около 8% Cu, 1% Сu, а также Мg, Mn, Ti (0,3-0,4% каждого). Среди медных силуминов отдельного внимания заслуживает сплав марки АК8М, содержащий около 8% Si, 1% Сu, а также Мg, Mn, Ti (0,3-0,4% каждого). Медь и магний, имеют переменную растворимость в алюминии, способствуют укреплению сплава при термообработке: закалка и искусственного старения. Сплав АК8М имеет хорошую свариваемость и коррозионную стойкость. Из медных силуминов изготавливают корпуса компрессоров, головки и блоки цилиндров автомобильных двигателей.

Сплав АЛ6 – низкокремнистый силумин, содержащий 4,5-6,0% Si с добавками меди. Основой этого силумина является система А1 – Si – Сu (алюминий – кремний – медь). Микроструктура сплава АЛ6 состоит из кристаллов твердого раствора, двойной и тройной эвтектики. Через небольшое количество эвтектической составляющей отливки из сплава АЛ6 не поддаются упрочняющей термической обработке.

Сплав АЛ9 – низкокремнистый силумин (6,0-8,0% Cu) с добавками магния. Основой магниевых силуминов является система А1 – СИ – Мg. Основными структурными составляющими являются первичные кристаллы с двойной эвтектикой, а также вторичные кристаллы Мg2Sі, выделяемых из твердого раствора. При неравновесной кристаллизации выделяется также тройная эвтектика. Сплав АЛ9 подвергается закалке и старению. В структуре закаленного сплава присутствуют скоагулированные частицы кремния эвтектического происхождения и компактные включения нерастворимого составляющей (А1, Mn, Fe, Cu). Силицид Мg2Sи полностью переходит в твердый раствор и обеспечивает укрепление сплава при следующем старении.

Термическая обработка алюминиевых литейных сплавов – силуминов

Термическая обработка алюминиевых литейных сплавов (силуминов) состоит из закалки и искусственного старения. Однако продолжительность выдержки при нагреве под закалку увеличивается по сравнению с дюралюминия в 4-8 раз и для сплава АЛ4 необходимо 2-4 часа. Это связано с тем, что силумины в обычных условиях кристаллизации приобретают крупнозернистой структуры с крупными включениями упрочняющей фазы, при нагреве под закалку очень медленно переходят в твердый раствор. Охлаждение силуминов при закалке допускается с меньшей скоростью, чем для дюралюминия. Их можно закаливать в горячей воде. При старении (температура 180 ° С) лучшие механические свойства силумин АЛ4 получает после 10-15 ч выдержки.

Сплавы АЛЗ, АЛ5 и АЛ6 – низкокременистые силумины, дополнительно легированные медью (а также в небольших количествах Mg и Мп) имеют худшие литейные, но лучшие механические свойства, чем обычный силумин. Сплав АЛ11 – цинковистый силумин; присадка цинка в таком высоком проценте улучшает литейные свойства; сплав этот применяется для изготовления сложных отливок.

Алюминиево-медные сплавы АЛ12 и АЛ7 – существенно отличаются друг от друга. Сплав с 4 – 5% Cu, по составу близок к дуралюминию, обладает высокими механическими, но плохими литейными свойствами. С этого сплава изготавливают небольшие отливки, подвергающихся значительным механическим нагрузкам.

Сплав АЛ12, напротив, высокие литейные и низкие механические свойства, однако, по обоим этим показателям он уступает обычному силумину и в настоящее время его применение неоправданно.

Наконец, сплав системы А1-Mg, так называемый магналий представлен маркой АЛ8. Сплав имеет высокую механическую прочность по сравнению с другими алюминиевыми литейными сплавами, наименьший удельный вес, высокие антикоррозионные свойства, но относительно технологических качеств (литейных свойств) он уступает другим сплавам.

Таким образом, имеющаяся номенклатура сплавов позволяет выбрать для каждого конкретного назначения оптимальную марку. При этом выборе следует учесть и оценить положительные и отрицательные показатели сплава – его технологические, механические, эксплуатационные и другие свойства.

Сплав АЛ12 полученный на основе системы А1 – Сu (алюминий- медь). Он содержит 10-14% меди и по механическим свойствам уступает сплава АЛ2. Из рис. 2.3 видно, что сплав АЛ12 является доэвтектичным и при комнатной температуре в равновесном состоянии должен иметь структуру, состоящую из кристаллов твердого раствора и эвтектики.

Рис. 2.3. Диаграмма состояния сплавов Al – Сu [36]

Однако, при исследовании микроструктуры сплава АЛ12 видны светлые зерна твердого раствора, по границам которых наблюдаются отдельные кристаллы фазы СuАl2 темного цвета. Кристаллы твердого раствора эвтектики слились с избыточным твердым раствором в одно целое. Это явление выражено тем сильнее, чем меньше в сплаве эвтектики и чем медленнее происходит ее образования.

Сплав АЛ12 имеет высокие литейные, но низкие механические свойства, поэтому применяется редко. Термообработке сплав не поддается.

Сплав АЛ7 также полученный на основе системы А1 – Сu (алюминий – медь), но содержание меди в нем меньше, чем в АЛ12 и составляет 4-5%. Он обладает высокими механическими и плохими литейными свойствами. Поэтому его применяют для изготовления небольших отливок. В структуре сплава АЛ7 в связи с присутствием примесей железа и кремния, кроме упрочняющей фазы СuАl2, содержатся другие нерастворимые фазы, образующихся вместе с фазой интерметаллидных оболочек по границам дендритов. Сплав АЛ7 подвергается упрочняющей термообработке: закалке с нагревом до 575°С (выдержка 10 – 15 часов) в горячей воде и искусственному старению при 150°С (выдержка 2-4 ч). В тех случаях, когда не требуется максимальной прочности, но важно сохранить повышенную пластичность, ограничиваются одним закалкой (без старения).

Сплав АЛ8 полученный на основе системы Аl – Мg (алюминий – магний). Он содержит 9,5-11% Мg и называется Магналии, который имеет высокие механические и антикоррозионные свойства, но низкие литейные свойства.

Структура литого сплава АЛ8 состоит из твердого раствора (светлый фон) и незначительного количества эвтектики, точнее, фазы Мg2А13, Расположенной по границам твердого раствора. Согласно состоянию в сплаве АЛ8 эвтектика не должна быть, однако микроанализ указывает на ее присутствие. Это связано с повышенной скоростью охлаждения, что приводит к неравновесной кристаллизации сплава, когда точка предельной растворимости смещается влево. Фаза Мg2Аl3 хрупкая и выделяется в форме больших скоплений, образуют сплошную сетку. Для устранения гетерогенной структуры сплав АЛ8 подвергают закалке при 430 ° С (с выдержкой 15-20 ч) в горячей воде и в таком состоянии используют. Структура после закалки состоит из однородных зерен твердого раствора.

Для отливок в форме опорных частей строительных конструкций рекомендуется применять сплав марки АЛ8, содержащий от 10 до 12% магния. Закалка этого сплава применяется с целью получения однородной структуры пресыщенного твердого раствора. В закаленном состоянии сплав обладает высокой коррозионной стойкостью. Стареет этот сплав при повышенной температуре. Старение для этого сплава вредно, поскольку после старения резко снижается пластичность и коррозионная стойкость.

Рис. 2.4.. Фрагмент диаграммы состояния сплавов Al – Mg [36]

Из деформируемых сплавов путем горячей или холодной обработки давлением, изготавливают различные профили (уголки, тавры, двутавры и т.д.), письма, провода, трубы, плиты, которые широко применяются в строительстве и технике для изготовления различных конструкций, а также полуфабрикаты для различных деталей машин.

В зависимости от способа повышения механических свойств, алюминиевые деформируемые сплавы делятся на сплавы, не укрепляются термической обработкой, и сплавы, укрепляются термической обработкой.

К алюминиевым сплавам, которые не укрепляются термообработкой, относятся сплавы двух систем: А1 – Мn (АМц) и А1 – Мg (АМг), к сплавам, укрепляются термообработкой, в основном А1 – Сu – Мg (дюралюминий) и системы А1 – Мg – Si.

Алюминиевые деформируемые сплавы, не укрепляются термической обработкой.

К сплавам, не укрепляются термической обработкой, главным образом относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг).

Структура сплавов, не укрепляются термической обработкой, состоит из однородного твердого раствора меди, магния марганца и других элементов в алюминии или твердого раствора и частиц второй фазы: Аl6 (Mn, Fe), FеА13 нерастворимых в алюминии при повышении температуры. Эти сплавы обладают невысокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Наличие второй фазы несколько снижает коррозионную стойкость.

Al-Мn сплавы. Содержание марганца в этих сплавах не превышает 1,6%. При содержании марганца до 0,3% он находится только в твердом растворе. При большем количестве он частично (до 0,3%) будет находиться в твердом растворе и частично в виде интерметаллидного соединения Аl6 (Mn, Fe), не растворяется в алюминии (рис. 2.3).

Микроструктура сплавов системы Аl – Мn (АМц). Из диаграммы состояния Аl – Мn (рис. 2.3) видно, что марганец с алюминием образуют химическое соединение Аl6Мn и эвтектику, содержащий 1,95% Мn при температуре 658,5 ° С. Для рассматриваемой части диаграммы характерные особенности:

а) очень небольшой температурный интервал кристаллизации первичного твердого раствора на основе алюминия;

б) достаточно высокая растворимость марганца в алюминии при эвтектической температуре, составляет 1,4%, и резкое уменьшение при 550-450 ° С.

Промышленный сплав АМц содержит от 1 до 1,6% Мn. Этот сплав является не двойным, а многокомпонентным и содержит постоянные примеси железа и кремния, которые значительно уменьшают растворимость марганца в алюминии.

Например, в чистом алюминии при 500°С растворяется 0,4% Mn, а в алюминии с 0,1% Fе и 0,65% Si-лишь 0,05% Мn. Соединение МnАl6 может растворять в себе железо. Эта фаза имеет форму больших пластинчатых кристаллов, резко ухудшают свойства сплавов АМц. При деформации литого металла наблюдается измельчение интерметаллидных включений.

В сплавах АМц с добавками кремния рядом с кристаллами образуется тройная фаза Т, представляет собой твердый раствор на основе соединения А110Мn2Si. Конечным видом термической обработки сплава АМц является рекристализационный отжиг.

Рис. 2.4. Диаграмма состояния сплавов Аl – Мn [36]

Al – Мg сплавы. Содержание магния в алюминиевых деформируемых сплавах колеблется от 2 до 7%. Магний с алюминием образует несколько интерметаллидных соединений: А13Мg4, Аl3Мg2 (рис. 2.4). В присутствии кремния образуется интерметаллидных соединение, обладающее переменной растворимостью в алюминии. При содержании магния в сплаве более 1,4% он находится частично в твердом растворе и частично в виде интерметаллидных соединений, растворимых в алюминии с повышением температуры. Поэтому сплавы, содержащие магния более 3%, могут укрепляться путем термической обработки, но эффект от укрепления будет невелик. К сплавам, которые термически не укрепляются, относятся также технический алюминий.

Укрепление этих сплавов достигается путем холодной обработки давлением.

Микроструктура сплава системы Аl – Мg (АМг). В сплаве системы Аl-Мg образуются химические соединения А13Мg2. Точка эвтектики соответствует 33% Мg. Растворимость магния в алюминии достаточно высока и составляет 17,4% при 448.°С и около 1,4% при комнатной температуре.

Сплавы системы Аl -Мg (АМг-2, АМг-3, АМг-4, АМг-5, АМГ-6) за исключением АМг-1 содержат дополнительно марганец, что вместе с алюминием образуют фазу А16Мn. Присутствие кремния способствует образованию в этих сплавах силицида магния. Если в сплавах содержатся железо, марганец и кремний, возможно образование соединения (Al, Fe, Si, Мn). Микроструктура сплава АМГ-6 после отжига состоит из твердого раствора, железомарганцевой фазы и фазы Мg2Si.

Цифры, стоящие за маркой, указывают на содержание магния или марганца в сплаве в целых долях процента; дополнительные буквы, расположенные после цифр, указывают на дополнительное легирование сплава: Т – титаном, В-ванадием. Так, например, сплав марки АМг6ТМ имеет следующий состав: магния около 6%, титана – 0,1%, остальное – алюминий. Поставляется после отжига (М) – мягкое состояние.

Сплавы в отожженном состоянии рекомендуется использовать для конструкций, изготавливаемых сгибанием и сваркой. Сплавы в закаленном состоянии не рекомендуется подвергать этим видам обработки, так как есть опасность образования трещин.

Прочность сварных соединений алюминиево-магниевых сплавов достигает 92- 97% прочности основного металла. Относительная прочность сплава марки АМг6 по сравнению со сталью марки Ст. 3 составляет 1,9; по сравнению с легированной сталью марки 15ХСНД-1.38; марки 10ХСНД- 1,17.

Алюминиевые сплавы, деформируются, которые укрепляются термической обработкой.

Сплавы, укрепляются термической обработкой, поставляют заказчику в виде различного проката. Структура этих сплавов в отожженном состоянии состоит из твердого раствора легирующих элементов в алюминии и частиц второй фазы, растворяется в алюминии с повышением температуры. Эти фазы представляют собой твердый раствор алюминия в химическом соединении. Частицы второй фазы, растворенные в алюминии с повышением температуры, является укрепляющим фазой при термической обработке.

В равновесном (отожженном) состоянии при нормальной температуре структура алюминиево-медных сплавов, укрепляются термической обработкой, будет состоять из твердого раствора меди (магния, марганца и других элементов) в алюминии и большого количества избыточных кристаллов второй фазы.

Как видно из диаграммы состояния системы «алюминий – медь», в твердом растворе при нормальной температуре находится 0,5% меди. Другая медь (около 3,5%) будет находиться в виде фазы (дюралюминий марки Д1 содержит около 4% Сu), в которой около 55,4% меди.

Сплавы, термически укрепляются в зависимости от химического состава можно разбить на следующие группы.

Сплавы алюминий – магний – кремний с добавлением меди, марганца, хрома называют сплавами Авиаль (АВ; АК5). Укрепляющей фазой в этих сплавах является интерметаллидное соединение Мg2Si. Сплав марки АВ после закалки с температуры 515-525 ° С и естественного старения обладает высокой коррозионной стойкостью. После искусственного старения при 150-160°С в течение 6:00 сплав имеет максимальную прочность. Коррозионная стойкость при этом несколько снижается. Сплав имеет склонность к межкристаллитной коррозии, причем, эта склонность тем больше, чем выше содержание меди в сплаве. Сплав хорошо сваривается. Его рекомендуется применять для изготовления деталей, которым требуется высокая пластичность в холодном и горячем состоянии. К этой группе относится также сплав АК5, предназначенный для ковки и штамповки деталей сложной конфигурации в горячем состоянии.

Микроструктура и свойства сплава систем Аl-Мg-Si (Авиаль) менее легированные, чем дюралюминий. Промышленные сплавы Аl-Мg-Si типа Авиаль по своему химическому составу характеризуются некоторым избытком кремния по сравнению с теоретически необходимым для образования фазы Мg2Sи, поскольку при избытке кремния достигается более благоприятное сочетание прочности сплава и его пластичности. Сплав АВ имеет наибольшую прочность среди сплавов Аl-Мg-Si. После охлаждения в этих сплавах происходит распад твердого раствора с образованием фазы Мg2Si и в небольших количеств фаз (А12Сu) и Аl6Мn. Основной укрепляющей фазой в сплаве является фаза Мg2Si.

Алюминий подвергается закалке и искусственному старению.

Структура сплава после искусственного старения состоит из твердого раствора, вокруг которого размещаются темные включения фазы Мg2Si.

Термическая обработка алюминиевых сплавов заключается в их закалке и дальнейшем старении. Закалка основано на существовании переменной растворимости меди, магния и других элементов (Si, Мg, и др.) В твердом алюминии при повышении температуры. Целью закалки является получение пересыщенного твердого раствора нескольких легирующих элементов (меди, магния, кремния и других) в алюминии.

Закалки алюминиевых сплавов заключается в нагревании их до температуры, при которой легирующие элементы полностью или частично растворяются в алюминии, выдерживании при этой температуре и быстром охлаждении до низкой температуры (10-20 ° С). Скорость охлаждения при закалке должна обеспечить отсутствие распада твердого раствора в процессе охлаждения, то есть быть выше критической (Vкр). Значительная пресыщенность твердых растворов обусловливает их нестабильность, поэтому распад твердых растворов в закаленных сплавах является самовольным процессом.

Дюралюминий – химический состав, свойства, структура и термическая обработка.

Сплавы, тройной системы: алюминий – медь – магний с добавками марганца, кремния, называют сплавами дюралюминий. Эти сплавы укрепляются термообработкой и хорошо сочетают прочность и пластичность. Главными легирующими элементами дуралюмина является медь и магний. С понижением температуры от эвтектической с твердого раствора выделяется химическое соединение СuAl (Q-фаза), твердость которой 49 HRC. Наличие магния приводит к выделению S-фазы Аl2 (CuMg) твердостью 52 HRC. С увеличением до определенного предела концентрации магния прочность сплава возрастает. Марганец повышает коррозионную стойкость. С целью дополнительного повышения коррозионной стойкости дуралюминий наносят на их поверхность тонким слоем чистого алюминия. Кремний в дуралюминия следует рассматривать как примесь. Структура дуралюмина в равновесном состоянии состоит из твердого раствора и различных интерметаллических твердых фазах в том числе Q и S -фаз. Дуралюмины широко применяют в авиации, автомобилестроении, строительных конструкциях.

Марки дуралюминия обозначают буквой Д и числом, значит условный номер сплава, например Д16 (табл. 2.2). Укрепляющими фазами, растворяются в алюминии при нагревании, могут быть (А12Сu), S (А12СuМg), Т (А16СuМg4), Мg2Si, Мg2Аl3. Наличие той или иной упрочняющей фазы в сплаве зависит от содержания меди и магния в сплаве и от их количественного соотношения.

Микроструктура сплавов системы Аl-Сu-Мg с добавками марганца (дюралюминий)

Дюралюминий является многокомпонентным сплавом, но приближенно его можно рассматривать как сплавы системы Аl-Сu-Мg. Аl-Сu-Мg, вследствие предельной растворимости меди и магния в твердом алюминии, он значительно изменяется при понижении температуры. С увеличением содержания магния в сплаве последовательно образуются новые фазы: (А12Сu), S (А12СuМg), Т (А16СuМg4). Эти фазы при нагревании растворяются в твердом растворе и, выделяясь из пресыщенного твердого раствора, играют роль упрочняющих фаз при старении сплава.

Таблица 2.2. Химический состав дюралюминий (% масс.) [5]

Разработка гипоэвтектического алюминиево-кремниевого сплава для трехмерной печати на основе GMAW с использованием клиновых отливок

% PDF-1.4 % 1346 0 объект > эндобдж xref 1346 111 0000000016 00000 н. 0000005298 00000 н. 0000005449 00000 п. 0000005993 00000 н. 0000006407 00000 н. 0000007072 00000 н. 0000007138 00000 н. 0000007556 00000 н. 0000007671 00000 н. 0000007784 00000 н. 0000007882 00000 н. 0000008556 00000 н. 0000009230 00000 н. 0000009611 00000 н. 0000010290 00000 п. 0000010976 00000 п. 0000011673 00000 п. 0000012364 00000 п. 0000013048 00000 н. 0000013730 00000 п. 0000014285 00000 п. 0000014375 00000 п. 0000014902 00000 п. 0000015497 00000 п. 0000016188 00000 п. 0000086262 00000 п. 0000086915 00000 п. 0000087147 00000 п. 0000087231 00000 п. 0000087288 00000 п. 0000092491 00000 п. 0000095297 00000 п. 0000098470 00000 п. 0000098893 00000 п. 0000099410 00000 н. 0000099872 00000 н. 0000104224 00000 н. 0000104344 00000 п. 0000104420 00000 н. 0000104519 00000 п. 0000104670 00000 п. 0000104784 00000 н. 0000105191 00000 п. 0000105537 00000 п. 0000105809 00000 н. 0000107087 00000 п. 0000107152 00000 н. 0000107272 00000 н. 0000107392 00000 н. 0000107461 00000 п. 0000107497 00000 н. 0000107831 00000 н. 0000107910 00000 п. 0000115174 00000 н. 0000115243 00000 н. 0000115279 00000 н. 0000115613 00000 н. 0000115692 00000 н. 0000121827 00000 н. 0000121906 00000 н. 0000122024 00000 н. 0000122103 00000 н. 0000122254 00000 н. 0000122353 00000 н. 0000122780 00000 н. 0000122859 00000 н. 0000163836 00000 н. 0000165693 00000 н. 0000165734 00000 н. 0000204392 00000 н. 0000204504 00000 н. 0000204653 00000 н. 0000204795 00000 н. 0000205208 00000 н. 0000205617 00000 н. 0000206025 00000 н. 0000206367 00000 н. 0000206765 00000 н. 0000208593 00000 н. 0000208995 00000 н. 0000209113 00000 н. 0000209231 00000 н. 0000209350 00000 н. 0000209468 00000 н. 0000209537 00000 н. 0000209561 00000 н. 0000210768 00000 н. 0000210847 00000 н. 0000210916 00000 п. 0000210952 00000 п. 0000211285 00000 н. 0000211364 00000 н. 0000218624 00000 н. 0000218681 00000 п. 0000218999 00000 н. 0000219078 00000 н. 0000219229 00000 н. 0000219328 00000 н. 0000219408 00000 п. 0000219465 00000 н. 0000219782 00000 н. 0000219861 00000 н. 0000219890 00000 н. 0000220616 00000 н. 0000238570 00000 н. 0000239296 00000 н. 0000256559 00000 н. 0000257285 00000 н. 0000274903 00000 н. 0000005093 00000 н. 0000002572 00000 н. трейлер ] / Назад 1613417 / XRefStm 5093 >> startxref 0 %% EOF 1456 0 объект > поток hV {PSW; # 7K ˊ ĀU4> {@ DJZuJ +: 2B-v ] m] huv3 $;}

Формирование на месте активных материалов алюминий – кремний – литий в алюминиевых матрицах для литий-ионных аккумуляторов

Несмотря на огромные теоретические возможности новых материалов для анодов литий-ионных аккумуляторов (LIB) ( e.грамм. Si, Sn, и т. Д. ), традиционная конструкция этих электродов со связующими, токосъемниками и усилителями проводимости препятствует трансляции увеличения производительности при коммерциализации. Следовательно, следует уделить внимание системам из монолитных материалов, которые могут повысить производительность и одновременно снизить сложность конструкции. В настоящей работе были синтезированы тонкие пленки алюминий – кремний с составами от 0 до 45 ат.% Si, а также исследованы структура, морфология и электрохимическое поведение материала как электрода для LIB.Этот анализ подтверждает, что фаза Li ₉ AlSi ₃ образуется во время начального литирования, до образования β-фазы, и признана доминирующей фазой в системе сплава Al – Si – Li. Эти результаты также показывают, что предотвращение образования β-фазы во время литирования электрода приводит к превосходному циклическому сроку службы электрода с 70 ат.% Al – 30 ат.% Si за 100 циклов при скорости C / 20 и удельной емкости. 650 мА рт. ст. ⁻¹ . In situ, измерения напряжения и ex situ SEM-анализ, проведенный во время циклирования, подтверждают обратимость, так что в пленках не наблюдается разрушения или расслоения, несмотря на высокую емкость и длительное циклическое воздействие.

У вас есть доступ к этой статье