materialovedenie2 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 3

Мехвнячеакне свойства алюминия требуется легкость, авврнваемоатеч плватнчность. Так, нз него изготовляют рамы, дяерн, трубопроводы, фольгу, цистерны для перевозки нефти н нефтепродуктов, поауду н др. Благодари высокой теплопроводноатн он напользуется для различных теплообменников, в промышленных н бытовых холодильниках. Высокая электропроводнмоать алюминия способствует его широкому применению для конденсаторов, проводов. кабелей, шнн н др. (см.

и. 17.1). Иэ других свойств алюминия следует отметить его высокую отражательную способносп, в связи с чем он используется для прожекторов, рефлекторов, экранов телевизоров. Алюминий имеет малое эффективное поперечное сечение захвата нейтронов (см. ц 14.5). Он хорошо обрабвтывветая давлением, свврнввется газовой н контактной сваркой, но плохо обрабатывается резанием. Алюминий имеет большую усвлку звтвердевання (б)г). Высокая теплота плавления н теплоемкоагь способствуют медленному остыванню алюминия нз жидкого состояния, что лает возможность улучшать отливки нз влк мнння н его сплавов путем моднфнцнроввння, рафнннронвння н других технологических операций.

Общая харакэчрнстнка и класпафикапни алюминиевых сплавон, Алюминиевые сплавы характеризуют высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерпнонным и динамиче. ским нагрузкам, хорошей технологичностью. Временное сопротивление алюминиевых сплавов достигает 500 — 700 МПа при плотности не более 28% кг/мз. По удельной прочности некоторые алюминиевые сплавы (еу,/(ря) = = 23 км) приближаются или соответствуют высокопрочным сталям (о,/(рр) = 27 км). Большинство алюминиевых сплавов имеют хорошую коррозиониую стойкость (за исключением сплавов с медью), высокие теплопроводность и электропроводимость и хорошие технологические свойства (обрабатываются давлением, свариваются точечной сваркой, а специальные-сваркой плавлением, в основном хорошо обрабатываются резанием).

Алюминиевые сплавы пластичнее магниевых и многих пластмасс Большинство нз них превосходят магниевые сплавы по коррозионной стойкости, пластмассы — по стабильности свойатв. Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов являются Сц. Мй, Я, Мп, Хп; реже — Ьэ, М, Тй Многие легирующие элементы образуют с анюминием твердые распюры ограниченной переменной растворимости и промежугочные фазы: СцА1з, МйзЯ и др.

(рис. 122). Это дает возможность подвергать сплавы упрочняющей термиче. ской обработке. Она состоит из закалки на пере сыщенный твердый раствор Рва. 12.1. Диаграмма состояния алюминий— легнруюшнй элемент (схемв): А — деформнруемые сплавы; Я вЂ” литейные сплавы; Б ц — аавввы, гиуарачняемые и упрачияемые чер- мнчеекой абрвбачкой аоотмтечвеггно Матсйналм с малой нлатнастью Ю9 луй й йу 44 цй щй,4 Рис.

12.2. Влияние яегнруюшнх элементов на температуру рекрнстяллнзацня алюмяння и естественного нлн искусственного старения (см. п. 5.4). Легирующие элементы, особенно перехолные, повышают температуру рекристаллизации алюминия (рнс. 12.2). Прн кристаллизации они образуют с алюминием пересыщенные твердые растворы. В процессе го моте низа цни н горячей обработки давлением происходит распад твердых растворов с образованием тонкодисперсных частиц интерметацлицных фаз, препятствующих нрохожцению процессов рекристаллизацян и упрочняющнх сплавы.

Это явление получило название структурного уцрочнения, а применительно к прессованным полуфабрикатам — пресс-эффекта. По этой причине некоторые алюминиевые сплавы имеют температуру рекристаллнзацин выше температуры закалки. Для снятия остаточных напряжений в нагартованных полуфабрикатах (деталях), полученных холодной обработкой давлением, а также в фасонных отливках проводят низкий отжиг. Температура отжига находится в пределах 150-300'С. Конструкционная прочность алюминиевых сплавов зависит от примесей Ге н Я. Они образуют в сплавах нерастворимые в твердом растворе фазы: ГеА1з, ц(А), Ге, Я), )1(А1, Ге, Я) и др.

Независимо от формы (пластинчатой, игольчатой н др.) кристаллы этих фаз снижают пластнчностгн вязкость разрушения, сопротивление развитию трещин. Легированне сплавов марганцем уменьшает вред- нос влияние примесей, так как он связывает их в четвертую фазу ц(А1, Ге, Я, Мп), кристаллизирующуюся в компактной форме. Однако более эффективным способом повышения конструкционной прочности является снижение содержания примесей с 0,5-0,7% (ГОСТ 4784-74) до 0,1 — 0,3% (чисгый сплав), а иногда н ло сотых долей процента (сплав повышенной чистоты).

В первом случае к марке сплава добавляют букву ч, например, Д16ч, во втором — пч, например, В95пч. Особенно значительно повышаются характеристики пластичности и вязкости разрушения в направлении, перпендикулярном пластической деформации. Например, ударная вязкость сплава Д16ч после естественного старения более чем в 2 раза, а относительное удлинение в 1,5 раза выше, чем у сплава Д16 после той же обработки.

Для сплава Д16ч коэффипнент К„= = 43 —: 46 МПа мнз, тогда как для сплава Д16 он равен 35 — 36 МПа.м'". Сплавы повышенной чистоты используют для ответственных нагруженных деталей, например, для силовых элементов конструкцнн пассажирских и транспортных самолетов. Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления (деформируемые, литейные, спеченные), способности к термической обработке (упрочняемые и неупрочняемые) и свойствам (см. рнс. 12.1).

Деформируемые алняииниевые сплавы. К сплавам, неупрачннеммм термической обработкой, относятся сплавы АМц н АМг (табл. 12.3). Сплавы отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью (см. гл. 14 1). Сплавы АМц относятся к системе А1-Мп (рнс. 12.3,а). Структура сплава АМц состоит из ц-твердого распюра н вторичных выделений фазы МпА1сн переходящих в твердый раствор при повышении температуры.

В присутствии железа вместо МпА)я образуется сложная тройная фаза (МпГе)А1м практи- 210 Материалы, применяемые в ма>анно- и приборостроении ТАБЛИЦА 12.3. Химический состав (ГОСТ 4784 — 74) в меннническве свойство деформнруемых ндннпнпивь>к сплнвов Мехлничеахне свойства Содержание злементал !аахлльлае А11,,/ Вид палуйжбрихлзе Сплав о» оа,з о — ! НВВ МВ Мп Прочие МПп Сп АМл" » АМ ей*» АМ гб»* 1 — 1,6 0,2 — 0,6 0,5 в 0,8 Листы >> » 130 190 340 50 ! ОО 170 20 ЗОО 23 20 700 55 125 1,8 — 2,6 5,3 — 6,3 0,02 — О,! Т>, 0,002— — 0,005 Ве 20 950 14 400 480 2 40 320 0,4 — 0,8 0,4 — 0,8 3,3 в 4,8 105 125 330 4 00 !8 !О !! Д16»»» 0,3 — 0,9 3,3 — 4,9 1,2 — 1,3 440 530 115 140 24 7 00 10 !5 8 1 0,2 в 0,5 1,8 — 2,8 300 540 600 170 470 560 Д18»»» В95»»'» 2,2 — 3 1,4 — 2 95 150 1500 0,2 — 0,6 0,01 — 0,25 С 5 — 72п 0,7 — 1,2 УЛ 0,6 в 1,2 8! 12 1 9 13 А1Г6»»»» АК8»»»» 1,8 — 2,6 3,9- 4,8 0,4 в 0,8 0,4 — 0,8 0,4 — 0,8 0,4 — ! 400 299 480 380 125 130 о > определен нл базе 5.

>0» ннмюл. »» Мехлннчеахне свойства павле а>жига. " Мехлннчеахие свойства паоле закалки н естественного атпреннл. »»»* Мехлннчеахие свойств» после закалки и нахуаатленнога старения. Рзи. 12.3. Днлгрлы- мы состояния: а — А! — Мп:  — А!— МВ; в — А1-Сп гп 80 Ои А 41 В) 005 1 2 >Во,»у» 19 10 20 М5> тл» АЕ А1 а) б,» чески нерастворимая в алюминии, поэтому сплав АМц не упрочняется термической обработкой. В отожженном состоянии сплав обладает высокой пластичностью и низкой прочностью. Пластическая деформация упрочняет сплавы почти в 2 раза.

Сплавы АМг относятся к системе А! — Мй(см. рис. 12.3, б). Магний образует с алюминием и-твердый раствор, кон- Прессованные прутки Листы, плиты Прессованные прутки Проволока Листы, плиты Прессованные прутки Поковки н центрация которого при повышении температуры увеличивается от 1,4 до 17,4~~ в результате растворения фазы МйзА1з. Однако сплавы, содержащие до 7% МХ, дают очень незначительное упрочнение при термической обработке.

Вследствие этого сплавы АМг, как и АМп. упрочняют с помощью пластической деформации и используют в иагартованном (АМгН -80 > наклепа) Мопмросмы с молой плопопктыо 211 а полунагартованном (АМгП вЂ” 40% наклеив) состояниях. Однако применение наклепа ограничено из-за резкого снижения пластичности сплавов, поэтому их используют в отожженном (мягком — АМгМ) состоянян. Сплавы АМц и АМг отжигают при температуре 350-420'С.

При повышении содержания магния в структуре сплавов АМг увеличивается количество фазы М8,А1з. При этом временное сопротивление повышается от ПО МПа (АМг1) до 430 МПа (АМгб) при соответссвующем снижении относительного удлинения с 28 до !6%. Легирование магнием, кроме того, вызывает склонность х окислению во время плавки.

разливки я кристаллизации, что привсщит к появлению оксидных пленок в структуре я снижению механических свойсгв. Поэгому сплавы с высоким содержанием магния (АМгб, АЛ27) для устранения склонности к окисленшо легируют беряллием. Укрупнение зерна, вызванное бернллием, устраняется добавкой титана илн циркония. Сплавы типа АМц н АМг применяют для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для бензина и масла, сварные баки), а также для заклепок, переборок, корпусов и мачт судов, лифтов, узлов подъемных кранов, рам вагонов, кузовов автомобилей и др. К сплаоалн упрочпяеммм термической обработкой.

относятся: сплавы нормальной прочности, высо«опрочные я др. Типичные представители сплавов-дуралюмины (маркируют буквой Д). Они характеризуются хорошим сочетанием прочносгн и пластичности н относятся к сплавам системы А1— Са — М8. Согласно диаграмме состояния А1.

Сп (рис. 12.3,в) мель с алюминием образуют твердый раствор, максимальная концентрация меди в котором 5,65% при эвтектической температуре. С понижением температуры растворимость меди уменьшается, достигая 0,1% при 20'С. При этом из твердого раствора выделяется фаза 0 (СнА1 ), содержащая -54,1%Си. Она имеет объемноцентрированную тетрагональную кристаллическую решетку и обладает сравнительно высокой твердостью (Н1' 5310). В сплавах, дополнительно легированных магнием, помимо 0 образуется еще фаза Б (СпМ8А1з) с ромбической кристаллической решеткой (Н1' 5640).