Алюминий и его сплавы свойства маркировка и применение – 49(35). Алюминий и сплавы на его основе, маркировка, свойства и область применения
alexxlab | 09.10.2016 | 0 | Вопросы и ответы
8.1.2. Алюминий и его сплавы.
Алюминий отличают низкая плотность, высокие тепло- и электропроводность, хорошая коррозионная стойкость во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной оксидной пленки Al2O3. Отожженный технический алюминий (σВ = 80 МПа,δ= 35%.) упрочняется холодной пластической деформацией. Свойства нагартованного (Н) технического алюминияσВ = 150 МПа,δ= 6%. Алюминий высокопластичен и легко обрабатывается давлением, однако при обработке резанием возникают осложнения из-за налипания металла на инструмент.
Маркировка и классификация алюминиевых сплавов.
В настоящее время одновременно существуют две маркировки сплавов: старая буквенно-цифровая, и новая – цифровая. (К новой маркировке я отношусь скептически, поэтому давать не буду, изучите сами).
Алюминиевые сплавы подразделяются (в основном) на деформируемые и литейные.
Деформируемые алюминиевые сплавы.
Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичностиразделяют на две основные группы:
А) сплавы с добавлением марганца или магния (АМц и АМг6), не упрочняемые термической обработкой. Их используют в отожженном (М), нагартованном (Н), или полунагартованном (П) состояниях. Эти сплавы хорошо свариваются. Их применяют для изготовления коррозионностойких изделий, получаемых методами глубокой вытяжки и сварки (например, сварных бензобаков, топливных, маслянных и воздушных трубопроводов и т.п.).
Б) сплавы системы Al-Mg-Si(АВ, АД31, АД33), упрочняемые закалкой (520…530) и искуственным старением (150…170 С, 10…12 часов). Эти сплавы не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением. В закаленном и состаренном состоянии они удовлетворительно обрабатываются резанием, а также свариваются с помощью точечной, шовной и аргонодуговой сварки. Сплав АВ из данной группы отличается большей прочностью.
Из этих сплавов изготавливают лопасти вертолетов, барабаны колес гидросамолетов, элементы кабин вертолетов.
Сплавы системы Al–Cu-Мg – дуралюмины Д1, Д16, Д18, Д19, ВД17. Свариваются точечной сваркой, обрабатываются резанием (в термоупрочненном состоянии). Однако склонны к межкристаллической коррозии после нагрева. Значительное повышение коррозионной стойкости сплавов достигается плакированием. Работают до температур 220 С (сплавы Д19 и ВД17 до 250).
В авиации дуралюмины находят самое широкое применение: элементы силового каркаса крыла и фюзеляжа, обшивка дозвуковых самолетов, лопасти воздушных винтов (Д1).
Высокопрочные сплавы
системы Al–Zn
Ковочные сплавыАК6 и АК8 (системыAl-Si-Mg-Cu) обладают высокой пластичностью при горячей обработке давлением. Удовлетворительно свариваются. Хорошо обрабатываются резанием. Для повышения коррозионной стойкости элементы конструкции анодируют (электрохимически оксидируют) или наносят лакокрасочные покрытия.
Из ковочных сплавов изготавливают ковкой и штамповкой детали самолетов, работающие под нагрузкой (лонжероны, рамы, пояса, кронштейны). Эти сплавы способны работать и при криогенных температурах.
Жаропрочные алюминиевые сплавыAl-Cu-Мn(Д20, Д21), и
Al-Cu-Mg-Fe-Ni(AK4-1) применяют для изготовления деталей, работающих при температурах до 330 С (поршни, головки цилиндров, диски и лопатки компрессоров). Легирование достигается за счет легирования никелем и железом, образующие сложнолегированные мелкодисперсные упрочняющие фазы (при закалке с 530 С, старение при 190 С, 8-12ч).
Литейные алюминиевые сплавы.
Основные требования – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими свойствами.
Конструкционные герметичные сплавысистемAl-Si(AЛ-2)Al-Si-Mg(АЛ4, АЛ9, АЛ34). Силумины обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной обрабатываемостью резанием и коррозионной стойкостью. В то же время структура сплава АЛ2, представляющая собой игольчатую грубую эвтектику с включениями кристаллов первичного кремния, не обеспечивает требуемых механических свойств. Термической обработкой этот сплав не упрочняется.
Легированные силумины АЛ4, АЛ9, АЛ34 упрочняются термической обработкой. Эти сплавы используют для изготовления средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания). Сплав АЛ34 применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошим комплексом технологических свойств.
Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы.
В эту группу входят сплавы системы Al-Cu-Mn(АЛ19),Al-Cu-Mn-Ni(АЛ33). Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе и динамическое нагружение) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием – жаропрочность при температурах до 350 С. Сплав отличается хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью и имеет пониженные литейные свойства. Сплав упрочняется закалкой с 545 С (12ч) и старением при 175 С (3…6ч). Сплав широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.
Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы
Сплавы системы Al-Mg(АЛ8, АЛ27) иAl-Mg-Zn(АЛ24) обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Сплавы (АЛ8, АЛ27) подвергаются закалке в масле без старения. Имеют плохие литейные свойства и низкую (до 80 С) жаропрочность. Жаропрочность сплава АЛ24 сохранияется до 150 С.
Сплавы способны работать в условиях коррозии морской воды вместо дефицитных бронз, латуней и нержавеющих сталей.
Спеченные алюминиевые сплавы (порошковые и гранулированные) характеризуются повышенными механическими и физическими свойствами.
Спеченный
алюминиевый порошок (САП) – это материал, полученный холодным, а
затем горячим брикетированием (
прессованием под давлением 700 МПа при
500…600 С) предварительно окисленной
алюминиевой пудры. Затем из брикетов
ковкой, прокаткой или прессованием
изготавливают изделия или полуфабрикаты.
Поскольку каждая частичка пудры покрыта
тонким слоем оксида алюминия, то чем
тоньше пудра, тем больше в САПе иоксида
алюминия, выше его прочность, но ниже
пластичность. В САПе содержится от 6 до
22% Al
Разновидностью САПа является сплав СПАК-4 (системы Al-Cu-Mg-Al2O3), в котором впервые использовано совместное упрочнение алюминиевой матрицы оксидами (Al2O3) и интерметаллидами (например Al9FeNi) и др.). Обладая высокой длительной прочностью при 350 С (в 2…2,5 раза большей, чем у сплава АК4-1), сплав СПАК4 может применяться для работающих на форсированных режимах поршней.
studfiles.net
73. Сплавы на основе алюминия, свойства, маркировка, применение.
Всем известна тонкая алюминиевая фольга используется как упаковочный материал для продуктов питания (например шоколада), более толстая – для изготовления банок для напитков.
Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью (2,5 – 3,0 г/см3) в сочетании с достаточно хорошими механическими свойствами и удовлетворительной устойчивостью к окислению. По своим прочностным характеристикам и по износостойкости они уступают сталям, некоторые из них также не обладают хорошей свариваемостью, но многие из них обладают характеристиками, превосходящими чистый алюминий. Особо выделяются алюминиевые сплавы с повышенной пластичностью, содержащие до 2,8% Mg и до 2,5% Mn – они обладают большей, чем чистый алюминий прочностью, легко поддаются вытяжке, близки по коррозионной стойкости к алюминию. Дуралюмины – от французского слова dur – твердый, трудный и aluminium – твердый алюминий. Дуралюмины – сплавы на основе алюминия, содержащие: 1,4-13% Cu, 0,4-2,8% Mg , 0,2-1,0% Mn , иногда 0,5-6,0% Si , 5-7% Zn , 0,8-1,8% Fe , 0,02-0,35% Ti и др. Дуралюмины – наиболее прочные и наименее коррозионно-стойкие из алюминиевых сплавов. Склонны к межкристаллической коррозии. Для защиты листового дуралюминия от коррозии его поверхность плакируют чистым алюминием. Они не обладают хорошей свариваемостью, но благодаря своим остальным характеристикам применяются везде, где необходима прочность и легкость. Наибольшее применение нашли в авиастроении для изготовления некоторых деталей турбореактивных двигателей.
74. Медь, свойства, маркировка, применение.
Медь – металл красного цвета с т плавления 1083 оС, плотностью 8940 кг/м3 обладает высокой электропроводностью, используется как проводниковый материал. В бытовых изделиях используется сплавы меди – латуни, бронзы и т.д.
75. Бронзы, состав, марки, свойства и применение.
Бронза – сплав меди с любым металлом кроме цинка. Бронзы подразделяются на оловянистые – на базе олова, и безоловянистые. Марка бронзы состоит из букв Бр, далее буквы символов, входящих в состав сплава элементов, затем их процентное содержание: Например: Бр. ОЦС 2-4-2 : олово – 2%, цинк – 4%, свинец – 2%.Бронза А7 содержит 7% алюминия, из них изготовлялись дореформенные железные монеты. Бронзы хорошо обрабатываются давлением, резанием, хорошо льются – все зависит от свойства компонентов. Оловянистые бронзы применяются в художественном литье.
76. Латуни, состав, свойства, маркировка, применение.
(от
нем. Latun), сплав на основе меди, в котором
главной добавкой является цинк (до 50%).
Благодаря хорошей обрабатываемости
давлением в горячем и холодном состояниях,
высоким механическим свойствам, красивому цвету и сравнительной дешевизне
Л. – самые распространённые из медных
сплавов. Из них получают листы, ленты,
прутки, трубы, проволоку (деформируемые
Л.), а также отливки (литейные Л.). При
увеличении содержания цинка цвет Л.
изменяется от красноватого до
светло-желтого. В отличие от красной
меди, Л. в России называли жёлтой медью.
Простые Л. – сплавы меди только с цинком.
Л., содержащие до 10% Zn, называют
studfiles.net
СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Содержание
– классификация сплавов
– физические свойства
– коррозионные свойства
– механические свойства
– круглый и профильный алюминиевый прокат
– плоский алюминиевый прокат
– интересные интернет-ссылки
Классификация алюминиевых сплавов.
Алюминиевые сплавы условно делятся на литейные (для производства отливок) и деформируемые (для производства проката и поковок). Далее будут рассматриваться только деформируемые сплавы и прокат на их основе. Под алюминиевым прокатом подразумевают прокат из алюминиевых сплавов и технического алюминия (А8 – А5, АД0, АД1). Химический состав деформируемых сплавов общего применения приведен в ГОСТ 4784-97 и ГОСТ 1131.
Деформируемые сплавы разделяют по способу упрочнения: упрочняемые давлением (деформацией) и термоупрочняемые.
Другая классификация основана на ключевых свойствах: сплавы низкой, средней или высокой прочности, повышенной пластичности, жаропрочные, ковочные и т.д.
В таблице систематизированы наиболее распространенные деформируемые сплавы с краткой характеристикой основных свойств присущих для каждой системы. Маркировка дана по ГОСТ 4784-97 и международной классификации ИСО 209-1.
| Характеристика сплавов | Маркировка | Система легирования | Примечания | |
СПЛАВЫ УПРОЧНЯЕМЫЕ ДАВЛЕНИЕМ (ТЕРМОНЕУПРОЧНЯЕМЫЕ) | ||||
Сплавы низкой прочности и высокой пластичности,свариваемые, коррозионносойкие | АД0 | 1050А | Техн. алюминий без легирования | Также АД, А5, А6, А7 |
| АД1 | 1230 | |||
| АМц | 3003 | Al – Mn | Также ММ (3005) | |
| Д12 | 3004 | |||
Сплавы средней прочности и высокой пластичности,свариваемые, коррозионносойкие | АМг2 | 5251 | Al – Mg (Магналии) | Также АМг0.5, АМг1, АМг1.5АМг2.5 АМг4 и т.д. |
| АМг3 | 5754 | |||
| АМг5 | 5056 | |||
| АМг6 | – | |||
ТЕРМОУПРОЧНЯЕМЫЕ СПЛАВЫ | ||||
| Сплавы средней прочности и высокой пластичности свариваемые | АД31 | 6063 | Al-Mg-Si (Авиали) | Также АВ (6151) |
| АД33 | 6061 | |||
| АД35 | 6082 | |||
| Сплавы нормальной прочности | Д1 | 2017 | Al-Cu-Mg (Дюрали) | Также В65, Д19, ВАД1 |
| Д16 | 2024 | |||
| Д18 | 2117 | |||
| Свариваемые сплавы нормальной прочности | 1915 | 7005 | Al-Zn-Mg | |
| 1925 | – | |||
Высокопрочные сплавы | В95 | – | Al-Zn-Mg-Cu | Также В93 |
| Жаропрочные сплавы | АК4-1 | – | Al-Cu-Mg-Ni-Fe | Также АК4 |
| 1201 | 2219 | Al-Cu-Mn | Также Д20 | |
| Ковочные сплавы | АК6 | – | Al-Cu-Mg-Si | |
| АК8 | 2014 | |||
Состояния поставки Сплавы, упрочняемые давлением, упрочняются только холодной деформацией (холодная прокатка или волочение). Деформационное упрочнение приводит к увеличению прочности и твердости, но уменьшает пластичность. Восстановление пластичности достигается рекристаллизационным отжигом. Прокат из этой группы сплавов имеет следующие состояния поставки, указываемые в маркировке полуфабриката:
1) не имеет обозначения – после прессования или горячей прокатки без термообработки
2) М – отожженное
3) Н4 – четвертьнагартованное
4) Н2 – полунагартованное
5) Н3 – нагартованное на 3/4
6) Н – нагартованное
Полуфабрикаты из термоупрочняемых сплавов упрочняются путем специальной термообработки. Она заключается в закалке с определенной температуры и последующей выдержкой в течение некоторого времени при другой температуре (старение). Происходящее при этом изменение структуры сплава, увеличивает прочность, твердость без потери пластичности. Существует несколько вариантов термообработки. Наиболее распространены следующие состояния поставки термоупрочняемых сплавов, отражаемые в маркировке проката:
1) не имеет обозначения – после прессования или горячей прокатки без термообработки
2) М – отожженное
3) Т – закаленное и естественно состаренное (на максимальную прочность)
4) Т1 – закаленное и искусственно состаренное (на максимальную прочность)
Для некоторых сплавов производится термомеханическое упрочнение, когда нагартовка осуществляется после закалки. В этом случае в маркировке присутствует ТН или Т1Н. Другим режимам старения соответствуют состояния Т2, Т3, Т5. Обычно им соответствует меньшая прочность, но большая коррозионная стойкость или вязкость разрушения.
Приведенная маркировка состояний соответствует российским ГОСТам.
Физические свойства алюминиевых сплавов.
Плотность алюминиевых сплавов незначительно отличается от плотности чистого алюминия (2.7г/см3). Она изменяется от 2.65 г/см3 для сплава АМг6 до 2.85 г/см3 для сплава В95.
Легирование практически не влияет на величину модуля упругости и модуля сдвига. Например, модуль упругости упрочненного дуралюминия Д16Т практически равен модулю упругости чистого алюминия А5 (Е=7100 кгс/мм2). Однако, за счет того, что предел текучести сплавов в несколько раз превышает предел текучести чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкционного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).
За счет малой плотности удельные значения предела прочности, предела текучести и модуля упругости (соответствующие величины, поделенные на величину плотности) для прочных алюминиевых сплавов сопоставимы с соответствующими значениями удельных величин для стали и титановых сплавов. Это позволяет высокопрочным алюминиевым сплавам конкурировать со сталью и титаном, но только до температур не превышающих 200 С.
Большинство алюминиевых сплавов имеют худшую электро- и теплопроводность, коррозионную стойкость и свариваемость по сравнению с чистым алюминием.
Ниже в таблице приведены значения твердости, тепло- и электропроводности для нескольких сплавов в различных состояниях. Поскольку значения твердости коррелируют с величинами предела текучести и предела прочности, то эта таблица дает представление о порядке и этих величин.
Из таблицы видно, что сплавы с большей степенью легирования имеют заметно меньшую электро- и теплопроводность, эти величины также существенно зависят от состояния сплава (М, Н2, Т или Т1):
| марка | твердость, НВ | электропроводность в % по отношению к меди | теплопроводность в кал/оС | ||||||
| М | Н2 | Н,Т(Т1) | М | Н2 | Н, Т(Т1) | М | Н2 | Н, Т(Т1) | |
| А8 – АД0 | 25 | 35 | 60 | 0.52 | |||||
| АМц | 30 | 40 | 55 | 50 | 40 | 0.45 | 0.38 | ||
| АМг2 | 45 | 60 | 35 | 30 | 0.34 | 0.30 | |||
| АМг5 | 70 | 30 | 0.28 | ||||||
| АД31 | 80 | 55 | 55 | 0.45 | |||||
| Д16 | 45 | 105 | 45 | 30 | 0.42 | 0.28 | |||
| В95 | 150 | 30 | 0.28 | ||||||
Из таблицы видно, что только сплав АД31 сочетает высокую прочность и высокую электропроводность. Поэтому «мягкие» электротехнические шины производятся из АД0, а «твердые» – из АД31 (ГОСТ 15176-89). Электропроводность этих шин составляет (в мкОм*м):
0,029 – из АД0 (без термообработки, сразу после прессования)
0,031 – из АД31 (без термообработки, сразу после прессования)
0.035 – из АД31Т (после закалки и естественного старения)
Теплопроводность многих сплавов (АМг5, Д16Т, В95Т1) вдвое ниже, чем у чистого алюминия, но все равно она выше, чем у сталей.
Коррозионные свойства.
Наилучшие коррозионные свойства имеют сплавы АМц, АМг, АД31, а худшие – высоко-прочные сплавы Д16, В95, АК. Кроме того коррозионные свойства термоупрочняемых сплавов существенно зависят от режима закалки и старения. Например сплав Д16 обычно применяется в естественно-состаренном состоянии (Т). Однако свыше 80оС его коррозионные свойства значительно ухудшаются и для использования при больших температурах часто применяют искусственное старение, хотя ему соответствует меньшая прочность и пластичность (чем после естественного старения). Многие прочные термоупрочняемые сплавы подвержены коррозии под напряжением и расслаивающей коррозии.
Свариваемость.
Хорошо свариваются всеми видами сварки сплавы АМц и АМг. При сварке нагартованного проката в зоне сварочного шва происходит отжиг, поэтому прочность шва соответствует прочности основного материала в отожженном состоянии.
Из термоупрочняемых сплавов хорошо свариваются авиали, сплав 1915. Сплав 1915 относится к самозакаливающимся, поэтому сварной шов со временем приобретает прочность основного материала. Большинство других сплавов свариваются только точечной сваркой.
Механические свойства.
Прочность сплавов АМц и АМг возрастает (а пластичность уменьшается) с увеличением степени легирования. Высокая коррозионная стойкость и свариваемость определяет их применение в конструкциях малой нагруженности. Сплавы АМг5 и АМг6 могут использоваться в средненагруженных конструкциях. Эти сплавы упрочняются только холодной деформацией, поэтому свойства изделий из этих сплавов определяются состоянием полуфабриката, из которого они были изготовлены.
Термоупрочняемые сплавы позволяют производить упрочнение деталей после их изготовления если исходный полуфабрикат не подвергался термоупрочняющей обработке.
Наибольшую прочность после упрочняющей термообработки (закалка и старение) имеют сплавы Д16, В95, АК6, АК8, АК4-1 (из доступных в свободной продаже).
Самым распространенным сплавом является Д16. При комнатной температуре он уступает многим сплавам по статической прочности, но имеет наилучшие показатели конструкционной прочности (трещиностойкость). Обычно применяется в естественно состаренном состоянии (Т). Но свыше 80 С начинает ухудшаться его коррозионная стойкость. Для использования сплава при температурах 120-250 С изделия из него подвергают искусственному старению. Оно обеспечивает лучшую коррозионную стойкость и больший предел текучести по сравнению с естественно-состаренным состоянием.
С ростом температуры прочностные свойства сплавов меняются в разной степени, что определяет их разную применимость в зависимости от температурного диапазона.
Из этих сплавов до 120 С наибольшие пределы прочности и текучести имеет В95Т1. Выше этой температуры он уже уступает сплаву Д16Т. Однако, следует учитывать, что В95Т1 имеет значительно худшую конструкционную прочность, т.е. малую трещиностойкость, по сравнению с Д16. Кроме того В95 в состоянии Т1 подвержен коррозии под напряжением. Это ограничивает его применение в изделиях, работающих на растяжение. Улучшение коррозионных свойств и существенное улучшение трещиностойкости достигается в изделиях обработанных по режимам Т2 или Т3.
При температурах 150-250 С большую прочность имеют Д19, АК6, АК8. При больших температурах (250-300 С) целесообразно применение других сплавов – АК4-1, Д20, 1201. Сплавы Д20 и 1201 имеют самый широкий температурный диапазон применения (от криогенных -250 С до +300 С) в условиях высоких нагрузок.
Сплавы АК6 и АК8 пластичны при высоких температурах, что позволяет использовать их для изготовления поковок и штамповок. Сплав АК8 характеризуется большей анизотропией механических свойств, у него меньше трещиностойкость, но он сваривается лучше, чем АК6.
Перечисленные высокопрочные сплавыт плохо свариваются и имеют низкую коррозионную стойкость. К свариваемым термоупрочняемым сплавам с нормальной прочностью относится сплав 1915. Это самозакаливающийся сплав (допускает закалку со скоростью естественного охлаждения), что позволяет обеспечить высокую прочность сварного шва. Сплав 1925, не отличаясь от него по механическим свойствам, сваривается хуже. Сплавы 1915 и 1925 имеют большую прочность, чем АМг6 и не уступают ему по характеристикам сварного шва.
Хорошо свариваются, имеют высокую коррозионную стойкость сплавы средней прочности – авиали (АВ, АД35, АД31,АД33).
АЛЮМИНИЕВЫЙ ПРОКАТ.
Из алюминия и его сплавов производятся все виды проката – фольга, листы, ленты, плиты, прутки, трубы, проволока. Следует иметь в виду, что для многих термоупрочняемых сплавов имеет место “пресс-эффект” – механические свойства прессованных изделий выше, чем у горячекатаных (т.е. круги имеют лучшие показатели прочности, чем листы).
Прутки, профили, трубы
Прутки из термоупрочняемых сплавов поставляются в состоянии “без термообработки” или в упрочненном состоянии (закалка с последующим естественным или искусственным старением). Прутки из термически неупрочняемых сплавов производятся прессованием и поставляются в состоянии “без термообработки”.
Общее представление о механических свойствах алюминиевых сплавов дает гистограмма, на которой представлены гарантированные показатели для прессованных прутков при нормальных температурах:
Из всего приведенного многообразия в свободной продаже всегда имеются прутки из Д16, причем круги диаметром до 100 мм включительно обычно поставляются в естественно состаренном состоянии (Д16Т). Фактические значения (по сертификатам качества) для них составляют: предел текучести ?0.2 = (37-45), предел прочности при разрыве ?в = (52-56), относительное удлинение ?=(11-17%). Обрабатываемость прутков из Д16Т очень хорошая, у прутков Д16 (без термообработки) обрабатываемость заметно хуже. Их твердость соответственно 105 НВ и 50 НВ. Как уже отмечалось, деталь, изготовленная из Д16 может быть упрочнена закалкой и естественным старением. Максимальная прочность после закалки достигается на 4-е сутки.
Поскольку дуралюминиевый сплав Д16 не отличается хорошими коррозионными свойствами, желательна дополнительная защита изделий из него анодированием или нанесением лако-красочных покрытий. При эксплуатации при температурах выше 80-100 С проявляется склонность к межкристаллитной коррозии.
Необходимость дополнительной защиты от коррозии относится и к другим высокопрочным сплавам (Д1, В95, АК).
Прутки из АМц и АМг обладают высокой коррозионной стойкостью, допускают возможность дополнительного формообразования горячей ковкой (в интервале 510-380оС).
Разнообразные профили широко представлены из сплава АД31 с различными вариантами термообработки. Применяются для конструкций невысокой и средней прочности, а также для изделий декоративного назначения.
Прутки, трубы и профили из АД31 имеют высокую общую коррозионную стойкость, не склонны к коррозии под напряжением. Сплав хорошо сваривается точечной, роликовой и аргонно-дуговой сваркой. Коррозионная стойкость сварного шва такая же, как у основного материала. Для повышения прочности сварного шва необходима специальная термообработка.
Уголки производятся в основном из АД31, Д16 и АМг2.
Трубы производятся из большинства сплавов, представленных на рисунке. Они поставляются в состояниях без термообработки (прессованные), закаленные и состаренные, а также отожженные и нагартованные. Параметры их механических свойств примерно соответствуют, приведенным на гистограмме. При выборе материала труб кроме прочностных характеристик учитывается его коррозионная стойкость и свариваемость. Наиболее доступны трубы из АД31.
Наличие кругов, труб и уголков – см. на странице сайта “Алюминиевые круги, трубы и уголки”
Плоский алюминиевый прокат.
Листы общего назаначения производятся по ГОСТ 21631-76, ленты – по ГОСТ 13726-97, плиты по ГОСТ 17232-99.
Листы из сплавов с пониженной или низкой коррозионной устойчивостью (АМг6, 1105, Д1, Д16, ВД1, В95) плакируются. Химический состав плакирующего сплава обычно соответствует марке АД1, а толщина слоя составляет 2 – 4% от номинальной толщины листа.
Плакирующий слой обеспечивает электрохимическую защиту основного металла от коррозии. Это означает, что коррозионная защита металла обеспечивается даже при наличии механических повреждений защитного слоя (царапины).
Маркировка листов включает в себя: обозначение марки сплава + состояние поставки + вид плакировки (если она присутствует). Примеры маркировки:
А5 – лист марки А5 без плакировки и термообработки
А5Н2 – лист марки А5 без плакировки, полунагартованный
АМг5М – лист марки Амг5 без плакировки, отожженный
Д16АТ – лист марки Д16 с нормальной плакировкой, закаленный и естественно состаренный.
На гистограмме приведены основные характеристики механических свойств листов в различных состояниях поставки для наиболее используемых марок. Состояние “без термообработки” не показано. В большинстве случаев величины предела текучести и предела прочности такого проката близки к соответствующим значениям для отожженного состояния, а пластичность ниже. Плиты выпускаются в состоянии “без термообработки”.
Из рисунка видно, что выпускаемый ассортимент листов дает широкие возможности для выбора материала по прочности, пределу текучести и пластичности с учетом коррозионной стойкости и свариваемости.Для ответственных конструкций из прочных сплавов обязательно учитывается трещиностойкость и характеристики сопротивления усталости.
Листы из технического алюминия (АД0, АД1, А5-А7).
Нагартованные и полунагартованные листы используются для изготовления ненагружен-ных конструкций, резервуаров (в т. ч. для криогенных температур), требующих обеспечения высокой коррозионной стойкости и допускающих применение сварки. Они используются также для изготовления вентиляционных коробов, теплоотражающих экранов (отражательная способность алюминиевых листов достигает 80%), изоляции теплотрасс.
Листы в мягком состоянии используются для уплотнения неразъемных соединений. Высокая пластичность отожженных листов позволяет производить изделия глубокой вытяжкой.
Технический алюминий отличается высокой коррозионной устойчивостью во многих средах (см. страницу “Свойства алюминия”). Однако, за счет разного содержания примесей в перечисленных марках, их антикоррозионные свойства в некоторых средах всё-таки различаются.
Алюминий сваривается всеми методами. Технический алюминий и его сварные соединения обладают высокой коррозионной стойкостью к межкристаллитной, расслаивающей коррозии и не склонны к коррозионному растрескиванию.
Кроме листов, изготавливаемых по ГОСТ21631-76, в свободной продаже имеются листы, произведенные по Евростандарту, с маркировкой 1050А. По химическому составу они соответствуют марке АД0. Фактические параметры (по сертификатам качества) механических свойств составляют (для листов 1050АН24): предел текучести ?0.2 = (10.5-14), предел прочности при разрыве ?в=(11.5-14.5), относительное удлинение ?=(5-10%), что соответствует полунагартованному состоянию (ближе к нагартованному). Листы с маркировкой 1050АН0 или 1050АН111 соответствуют отожженному состоянию.
Листы (и ленты) из сплава 1105.
Из-за пониженной коррозионной стойкости изготавливается плакированным. Широко применяется для изоляции теплотрасс, для изготовления малонагруженных деталей, не требующих высоких коррозионных свойств.
Листы из сплава АМц.
Листы из сплава АМц хорошо деформируются в холодном и горячем состояниях. Из-за невысокой прочности (низкого предела текучести) используются для изготовления только малонагруженных конструкций. Высокая пластичность отожженных листов позволяет производить из них малонагруженные изделия глубокой вытяжкой.
По коррозионной стойкости АМц практически не уступает техническому алюминию. Хорошо свариваются аргонно-дуговой, газовой и контактной сваркой. Коррозионная стойкость сварного шва такая же, как у основного металла.
Листы из сплавов АМг.
Чем больше содержание магния в сплавах этой группы, тем они прочнее , но менее пластичны.
Механические свойства.
Наиболее распостранены листы из сплавов АМг2 (состояния М, Н2, Н) и АМг3 (состояния М и Н2), в том числе рифленые. Сплавы АМг1, АМг2, АМг3, АМг4 хорошо деформируются и в горячем и в холодном состоянии. Листы обладают удовлетворительной штампуемостью. Нагартовка заметно снижает штампуемость листов. Листы этих марок применяются для конструкций средней нагруженности.
Листы из АМг6 и АМг6 в упрочненном состоянии не поставляются. Применяются для конструкций повышенной нагруженности.
Коррозионная стойкость. Сплавы АМг отличаются высокой коррозионной стойкостью в растворах кислот и щелочей. Сплавы АМг1, АМг2, АМг3, АМг4 имеют высокую коррозионную стойкость к основным видам коррозии как в отожженном так и в нагартованном состонии.
Сплавы АМг5, АМг6 склонны к коррозии под напряжением и межкристаллитной коррозии. Для защиты от коррозии листы и плиты из этих сплавов плакируются, а заклепки из АМг5п ставят только анодированными.
Свариваемость.Все сплавы АМг хорошо свариваются аргоннодуговой сваркой, но характеристики сварного шва зависят от содержания магния. С ростом его содержания уменьшается коэффициент трещинообразования, возрастает пористость сварных соединений.
Сварка нагартованных листов устраняет нагартовку в зоне термичес-кого влияния сварного соединения, механические свойства в этой зоне соответствуют свойствам в отожженном состоянии. Поэтому сварные соединения нагартованных листов АМг имеют меньшую прочность по сравнению с основным материалом.
Сварные соединения АМг1, АМг2, АМг3 обладают высокой стойкостью против коррозии. Для обеспечения коррозионной стойкости сварного шва АМг5 и АМг6 требуется специальная термообработка.
Листы и плиты из Д1, Д16, В95.
Высокопрочные сплавы Д1, Д16, В95 имеют низкую устойчивость к коррозии. Поскольку листы из них используются в конструкционных целях, то для коррозинной защиты они плакируются слоем технического алюминия. Следует помнить, что технологические нагревы плакированных листов из сплавов, содержащих медь (например Д1, Д16), не должны даже кратковременно превышать 500 С.
Наиболее распространены листы из дуралюминия Д16. Фактические значения механических параметров для листов из Д16АТ (по сертификатам качества) составляют: предел текучести ?0.2 = (28-32), предел прочности при разрыве ?в= (42-45), относительное удлинение ?=(26-23%).
Сплавы этой группы свариваются точечной сваркой, но не свариваются плавлением. Поэтому основной способ их соединения – заклепки. Для заклепок используется проволока из Д18Т и В65Т1. Сопротивление срезу для них соответственно 200 и 260 МПа.
Из толстолистового проката доступны плиты из Д16 и В95. Плиты поставляются в состоянии “без термообработки”, но возможно термоупрочнение уже готовых деталей после их изготовления. Прокаливаемость Д16 допускает термоупрочнение деталей сечением до 100-120 мм. Для В95 этот показатель составляет 50-70 мм.
Листы и плиты из В95 имеют большую (по сравнению с Д16) прочность при работе на сжатие.
Наличие листов и плит – см. на странице сайта “Алюминиевые листы”
********************
Выше кратко рассмотрены свойства алюминиевых сплавов общего назначения. Для специальных целей применяются или другие сплавы, или более чистые варианты сплавов Д16 и В95. Чтобы представить многообразие специальных сплавов, применяемых в авиа-ракетной технике, стоит зайти на сайт http://www.viam.ru.
Подход к выбору материалов для корабля «Буран» интересно отражен на сайте http://www.buran.ru/htm/inside.htm
Очень интересные материалы об истории создания и применении алюминиевых сплавов в масштабных проектах СССР содержатся в воспоминаниях академика Фридляндера:
- http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/2004/ALLOYS.HTM
- http://www.arcan7.ru/library/articles/230.html
- http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VRAN/02_01/FRID.HTM
- http://scilib.narod.ru/Avia/Fridlyander/contents.htm
На главную
normis.com.ua
Классификация и маркировка сплавов алюминия — КиберПедия
.
В промышленности алюминий используется как в чистом виде, так и в виде различных сплавов. Маркировка алюминия начинается с буквы А, затем идет цифра, указывающая содержание алюминия в сотых долях процента. Например, алюминий марки А97 содержит алюминия 99,97 %, остальное – контролируемые примеси [14].
Постоянные примеси алюминия – Fe, Si, Cu, Zn и Ti. В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса:
1) особой чистоты марки А999;
2) химически чистый марок А995, А99, А97, А95;
3) технически чистый марок А85, А8, А7, А6, А5, А0 и А.
В электротехнике применяют алюминий марок А7Е, А6Е, А5Е и АЕ, где буква Е указывает на его электротехническое назначение. Технический алюминий, выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.) маркируют АД0 и АД1. Алюминиевую проволоку, в зависимости от исходных механических свойств, выпускают нескольких сортов, которые маркируют АТП, АТ, АПТ и АМ – соответственно твердая повышенной прочности, твердая, полутвердая и мягкая.
Ввиду низкой прочности и незначительной упрочняемости при холодной пластической деформации чистый алюминий как конструкционный материал применяют сравнительно редко. Более широко используют сплавы алюминия, которые характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться статическим и динамическим нагрузкам, в том числе и при повышенных температурах, отличаются хорошей технологичностью. Классификация наиболее известных алюминиевых сплавов приведена на рис.3.2.
Рис.3.2. Классификация сплавов на основе алюминия
Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Cu, Mg, si, Mn, Zn, реже Li, Ni, Ti [15]. Такие элементы, как Cu, Zn, Mg, Ni, Fe и Mn участвуют в формировании прочностных свойств, причем Mn одновременно повышает коррозионную стойкость. Кремний является основным легирующим элементов в ряде литейных сплавов (силуминов), поскольку он участвует в образовании эвтектики. Подобные элементы, как Ni, Ti, Cr, Fe повышают жаропрочность сплавов, затормаживая процессы диффузии и образуя стабильные сложнолегированные упрочняющие фазы. Литий в сплавах способствует возрастанию их модуля упругости. Магний и марганец снижают тепло- и электропроводность алюминия, а железо – его коррозионную стойкость. Алюминиевые сплавы можно условно разделить на конструкционные и электротехнические.
Маркировка конструкционных алюминиевых сплавов. В настоящее время одновременно действуют две маркировки сплавов: старая буквенно-цифровая (табл 3.2.) и новая цифровая (рис.3.3.).
Таблица 3.2.
Буквенно-цифровая маркировка алюминиевых сплавов
| Принцип классификации | Сплав | |
| По химическому составу | - | Амг, АМц |
| По назначению сплава | Дуралюминий | Д1, Д6 |
| По технологическому назначению | Ковочный | АК6, АК8 |
| По свойствам | Высокопрочный | В95, в96 |
| По методу получения полуфабрикатов и изделий | Спеченный литейный | САП, САС, АЛ2 |
| По виду полуфабрикатов | Проволочный | Амг5П* |
* Буква П, входящая в маркировку сплава, указывает на то, что сплав проволочный
Разные организации, присваивая буквенно-цифровые марки сплавам, руководствовались разными принципами. Есть марки, которые характеризуют состав сплава, например Амг2 (алюминий + 2% магния), Амц (алюминий + 1% марганца). Другие марки отражают технологию получения изделий: АЛ2, АЛ4, АЛ7, где буквы Ал показывают, что сплав алюминиевый литейный, а цифры после букв – порядковые номера сплавов, не несущие никакой полезной информации о сплаве; АК4, АК6 – алюминиевые сплавы для ковки. В марках многих сплавов отражена организация – разработчик: ВАЛ8, ВАЛ10, ВАЛ14 – литейные сплавы, разработанные в ВИАМе (Всесоюзный институт авиационных материалов), ВАД1, ВАД3 – деформируемые сплавы, разработанные в ВИАМе.
.начиная с 1970 г. для маркировки любых алюминиевых сплавов была введена единая цифровая система [13]. В соответствии с цифровой маркировкой первая цифра показывает основу сплава (для алюминия 1), вторая цифра обозначает систему легирования (показывает основные легирующие компоненты), третья и четвертая цифры – порядковый номер сплава и технологию получения изделий.
Основа (А1) Порядковый номер сплава
Основные легирующие элементы
| Обозначение | Материал | ||||||||||
| 0 или нечетная цифра | Деформируемый | |||||||||||
| Четная цифра | Литейный | |||||||||||
| Металлокерамический | ||||||||||||
| Проволочный |
Рис. 3.3. Принципы цифровой маркировки алюминиевых сплавов
При этом для деформируемых сплавов последняя цифра должна быть 0 или нечетная цифра, а для литейных – нечетная цифра. Таким образом, главная информация о составе сплава определяется второй цифрой марки. Для цифр, стоящих в марке на втором месте, приняты следующие обозначения:
· 0 – легирующих элементов нет, есть только примеси, т.е. обозначение разных сортов технического алюминия;
· 1 – сплавы систем Al-cu-Mg и al-Mg-Fe-Ni;
· 2 – сплавы систем Al-cu-Mn и al-Li-Cd-Mn;
· 3 – сплавы систем Al-Mg-Si и Al-Mg-Si-Cu;
· 4 – сплавы, легированные Li, а также малорастворимыми в алюминии компонентами Mn, Cr, Zr, Ni, Be и др;
· 5 – сплавы системы Al-Mg;
· 9 – сплавы системы Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu.
Цифры 6, 7 и 8 (на втором месте) для маркировки алюминиевых сплавов пока не используются. Примеры обозначения сплавов с помощью буквенно-цифровой и цифровой маркировок приведены в табл. 3.3. Цифровая маркировка всеобщего распространения не получила и используется преимущественно для обозначения деформируемых алюминиевых сплавов нового поколения. Для литейных алюминиевых сплавов цифровая маркировка вообще не нашла применение. Для них разработана и введена единая система буквено-цифровой маркировки [16]. Эта система аналогична применяемой для сталей, однако обозначения химических элементов имеет свои особенности (таблица 3.4.).
Таблица 3.3
Примеры маркировок алюминиевых сплавов
| Легирующие элементы | Маркировка | Легирующие элементы | Маркировка | ||
| Буквенно-цифровая | Цифровая | Буквенно-цифровая | Цифровая | ||
| Al | АД00 | Cu Mg Mn Si | АК6 АК8 | ||
| Mn | АМц | Cu Mg Fe Ni Si | АК4 АК4-1 | ||
| Mg-Mn | Амг1 Амг5 | Zn-Mg | - | ||
| Mg-Si | АВ | Zn-Mg-Cu | В95 В96Ц1 | ||
| Cu-Mg | Д1 Д16 ВАД1 Д18 | Cu-Mn | Д20 |
В результате марку сплава записывают следующим образом: первая буква, А, показывает алюминий, последующие буквы – основные легирующие элементы, а числа, стоящие после букв, показывают среднее содержание данного компонента в процентах по массе.
Таблица 3.4
Условные обозначения легирующих элементов
в марках алюминиевых сплавов
| Химический символ | Наименование легирующего элемента | Условное обозначение в марке |
| Al | Алюминий | А |
| Si | Кремний | К |
| Cu | Медь | М |
| Mg | Магний | Мг |
| Mn | Марганец | Мц |
| Ni | Никель | Н |
| Zn | Цинк | Ц |
Если содержание компонента меньше единицы, буква обозначающая данный компонент в марке обычно не указывается.
Примеры записи марок литейных алюминиевых сплавов выглядят следующим образом: АК5М,АК12М2МгН, АМг5Мц, Ац4Мг, АК21М2, 5Н2,5.
Буквы Ч (чистый) или ОЧ (особой чистоты) ставятся в конце маркировке и указывают на повышенную чистоту сплавов по примесям железа и кремния.
Наряду с рассмотренными системами маркировок алюминиевых сплавов имеется буквенно-цифровая маркировка технологической обработки полуфабрикатов и изделий, качественно отражающая механические, химические и другие свойства сплава (табл. 3.5).
Таблица 3.5
Буквенно-цифровая маркировка технологической обработки
деформируемых и литейных сплавов
| Обозначение | Вид обработки, характеристика свойств материала | |
| Деформируемый сплав | Литейный сплав | |
| М | Мягкий, отожженный | Модифицированный |
| Т | Закаленный и естественно состаренный | - |
| Т1- | Закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность | Состаренный- |
| Т2- | Закаленный и искусственно состаренный по смягчающему режиму для повышения вязкости разрушения | Отожженный- |
| Т3- | Закаленный и искусственно состаренный по смягчающему режиму для повышения сопротивления коррозии под напряжением | - |
| Т4 | - | Закаленный |
| Т5- | - | Закаленный и частично состаренный |
| Т6- | - | Закаленный и полностью состаренный на максимальную твердость |
| Т7- | - | Закаленный с последующим стабилизирующим отпуском |
| Т8- | - | Закаленный с последующим смягчающим отпуском |
| Н | Нагартованный (5 – 7 %) | - |
| П | Полунагартованный | - |
| Н1 | Усиленно нагартованный (20%) | - |
| ТН | Закаленный, естественно состаренный и нагартованный | - |
| Т1Н | Закаленный, нагартованный и искусственно состаренный | - |
| ТПП | Закаленный и естественно состаренный, повышенной прочности | - |
| ГК | Горячекатаные (листы, плиты) | - |
| А | Нормальная плакировка | - |
| У | Утолщенная плакировка (8% на сторону) | - |
Маркировка электротехнических алюминиевых сплавов. Для этих сплавов действует буквенно-цифровая система маркировки [17].
Для изготовления холоднотянутой электротехнической проволоки используют алюминий марки АД1 и алюминиевые деформируемые сплавы марок Амц, Амг2, АМг5П, Д1П, Д16П, Д18 и в65, где А обозначает алюминий, Д – деформируемый сплав, Мц – Марганец, Мг – магний, П – сплав холодной высадки (разновидность обработки давлением), В – высокопрочный деформируемый сплав. Цифра, стоящая за обозначением элемента, показывает его содержание в процентах.
Из электротехнических сплавов системы Al-Mg-Si-Fe наиболее известен сплав альдрей(АВ), который используют для производства контактных проводов.
3.3. Классификация и маркировка сплавов титана.
В промышленности титан используется как в чистом виде, так и в виде различных сплавов. Маркируют технический титан буквами ВТ, за которыми сразу стоит цифра 1 (ВТ1). Далее через черточку ставится цифра, характеризующая чистоту технического титана. Контролируемыми примесями в титане являются следующие элементы: Fe, Si, C, Cl, N2 и O2. Если содержание примесей в сумме менее 0,10 %, то такой титан относят к самому чистому (иодидному) и маркируют ВТ1-00. Далее по степени чистоты (по убывающей) выделяют следующие сорта технического титана ВТ1-0, ВТ1-1 и ВТ1-2 [18].
Классификация основных сплавов титана приведена на рис.3.4. Как любая классификация, она не может считаться полной, так как титановые
сплавы классифицируют часто по структуре, по составу, по склонности к упрочнению, по прочности и т.д. В ряде случаев применяют классификацию по элементам – стабилизаторам соответствующих фаз. Однако все эти классификации весьма сложные и имеют ограниченное ведомственное применение.
Рис.3.4. Классификация сплавов на основе титана
В маркировке сплавов титана какие-либо специальные системообразующие символы отсутствуют. Все промышленные деформируемые сплавы титана маркируют двумя буквами ВТ, ОТ, ПТ и АТ за которыми сразу без пропуска следует цифра, обозначающая порядковый номер сплава и не дающая о нем никакой полезной информации. Примеры записи марок деформируемых титановых сплавов выглядят следующим образом: ВТ3, ВТ6,ПТ7,ОТ4,АТ6,ВТ22,ВТ35.
Литейные сплавы титана по составу аналогичные деформируемым. Для них в конце марки сплава пишется буква Л, например: ВТ1Л,ВТ5Л, ВТ21Л.
Для того, чтобы узнать химический состав титанового сплава и определить его структурную принадлежность, необходимо обратиться к специальной справочной литературе, где приводятся данные обо всех известных сплавах титана.
cyberpedia.su
33.Алюминий и его сплавы. Состояние отрасли. Технологическая система производства алюминия. Свойства, применение, маркировка.
Алюминий – блестящий серебристо-белый металл, на воздухе покрывается серебристой пленкой, предохраняющей от дальнейшего разрушения, разрушается h3S – h3SO4, отличается невысокой плотностью, легкостью, высокой тепло- и электропроводностью. Отожженный алюминий прокатывается в фольгу, хорошо сваривается в определенных условиях, трудно обрабатывается резанием. Применяется в линиях электропередач, в сплавах – во многих отраслях промышленности, важнейшая руда – бокситы. По распространенности в природе занимает 1 место среди металлов, в земной коре 7,45% алюминия, в чистом виде не встречается из-за высокой химической активности.
Состояние отрасли. Потребление алюминия в России до реформ составляло 19 кг/чел(в Японии потребление – 26 кг/чел), в 1995 г. потреблении составило 1,2 кг/чел. Основная масса алюминия до реформ шла в оборонную промышленность и энергетику. В связи с развалом этих отраслей спрос на внутреннем рынке сократился с 15 млн. т до 0,3 млн. т и заводы были переориентированы на внешний рынок: экспорт составляет приблизительно 80% выпуска, в т.ч. на Саянском, Новокузнецком, Краснодарском – 92-95%. Алюминиевая промышленность практически не сократила выпуск алюминия, но полностью изменила схему практически все заводы работают на базе толлинга, схема которого предполагает, что поставщик сырья, он же источник средств для оплаты производства, является собственником организации. С массированным выпуском отечественного алюминия на внешний рынок цены на него резко снизились с 2560$ в 88 г. до 1300$ в 1996 г.
Технологическая система производства алюминия.
1) Получение глинозема путем выщелачивания измельченного боксита;
2) Растворение глинозема в криолите и его последующий электролиз. В электролизной ванне анод – угольный, катод покрыт угольными блоками. Анионы алюминия нейтрализуются на катоде и выпаривается в расплав. На производство 1 тонны алюминия уходит 17-18 кВт электроэнергии.
3) Электролитическое рафинирование(аналогично рафинированию меди), где анодом являются алюминиевые блоки.
Алюминий всех марок содержит более 99% алюминия. Маркировка: А 85, обозначается буквой А и цифрой, показывающей десятые и сотые доли в процентах после 99%, т.е. А 85 содержит 99,85% алюминия.
34.Алюминиевые сплавы: свойства, применение, маркировка.
Так как прочность алюминия очень незначительна, то в качестве конструкционных материалов применяют его сплавы, которые подразделяются на литейные(силумин), деформированные (в основном дюралюминий – сплав алюминия с медью (2-5%) и добавкой других компонентов), обозначается буквой Д и номером сплава (Д1-Д16). Дюралюминий – блестящий твердый сплав. По механическим свойствам дюралюминий приближается к среднеуглеродистым сталям. Применяется в виде различного проката: листы, уголок, трубы и т.д. Силумин – сплав алюминия с кремнием, обладающий хорошими литейными свойствами, мягкостью, применяется для изготовления неответств. деталей. Также часто применяются сплавы алюминия с цинком, марганцем и другими металлами.
studfiles.net
29.Алюминий и его сплавы. Состояние отрасли. Технологическая система производства алюминия. Свойства, применение, маркировка.
Алюминий – блестящий серебристо-белый металл, на воздухе покрывается серебристой пленкой, предохраняющей от дальнейшего разрушения, разрушается h3S – h3SO4, отличается невысокой плотностью, легкостью, высокой тепло- и электропроводностью. Отожженный алюминий прокатывается в фольгу, хорошо сваривается в определенных условиях, трудно обрабатывается резанием. Применяется в линиях электропередач, в сплавах – во многих отраслях промышленности, важнейшая руда – бокситы. По распространенности в природе занимает 1 место среди металлов, в земной коре 7,45% алюминия, в чистом виде не встречается из-за высокой химической активности.
Состояние отрасли. Потребление алюминия в России до реформ составляло 19 кг/чел(в Японии потребление – 26 кг/чел), в 1995 г. потреблении составило 1,2 кг/чел. Основная масса алюминия до реформ шла в оборонную промышленность и энергетику. В связи с развалом этих отраслей спрос на внутреннем рынке сократился с 15 млн. т до 0,3 млн. т и заводы были переориентированы на внешний рынок: экспорт составляет приблизительно 80% выпуска, в т.ч. на Саянском, Новокузнецком, Краснодарском – 92-95%. Алюминиевая промышленность практически не сократила выпуск алюминия, но полностью изменила схему практически все заводы работают на базе толлинга, схема которого предполагает, что поставщик сырья, он же источник средств для оплаты производства, является собственником организации. С массированным выпуском отечественного алюминия на внешний рынок цены на него резко снизились с 2560$ в 88 г. до 1300$ в 1996 г.
Технологическая система производства алюминия.
1) Получение глинозема путем выщелачивания измельченного боксита;
2) Растворение глинозема в криолите и его последующий электролиз. В электролизной ванне анод – угольный, катод покрыт угольными блоками. Анионы алюминия нейтрализуются на катоде и выпаривается в расплав. На производство 1 тонны алюминия уходит 17-18 кВт электроэнергии.
3) Электролитическое рафинирование(аналогично рафинированию меди), где анодом являются алюминиевые блоки.
Алюминий всех марок содержит более 99% алюминия. Маркировка: А 85, обозначается буквой А и цифрой, показывающей десятые и сотые доли в процентах после 99%, т.е. А 85 содержит 99,85% алюминия.
30.Алюминиевые сплавы: свойства, применение, маркировка.
Так как прочность алюминия очень незначительна, то в качестве конструкционных материалов применяют его сплавы, которые подразделяются на литейные(силумин), деформированные (в основном дюралюминий – сплав алюминия с медью (2-5%) и добавкой других компонентов), обозначается буквой Д и номером сплава (Д1-Д16). Дюралюминий – блестящий твердый сплав. По механическим свойствам дюралюминий приближается к среднеуглеродистым сталям. Применяется в виде различного проката: листы, уголок, трубы и т.д. Силумин – сплав алюминия с кремнием, обладающий хорошими литейными свойствами, мягкостью, применяется для изготовления неответств. деталей. Также часто применяются сплавы алюминия с цинком, марганцем и другими металлами.
studfiles.net
Сплавы из алюминия и их применение :: ТОЧМЕХ
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
tochmeh.ru