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 5

Единственным способом повышения механических свойств этих сплавов является измельчение структуры путем модифицирования. Силумины обычно модифицируют натрием, который в виде хлористых Мсоиераалм с малой илотиосисью 215 лу хоо г о ю гг д,т' Ряс. 12.6. Зависимость механических свойств дхя модифицированного ( — — — ) н нсмодифкдкрованного (- — ) силумина от содеряаияя кремния к фтористых солей вводят в жидкий сплав в количестве 2 — 3% от массы сплава.

Помимо модифицирующего действия натрий сдвигает эвтектическую точку в системе А1-Я в сторону больших содержаний кремния (рис. 12.7). Благодаря этому эвтектический по составу сплав (АЛ2) становится доэвтектическим. В его структуре помимо мелко- кристаллической эвтектики появляются первичные кристаллы мягкой пластичной фазы — твердо~о раствора (см. рис. !25,6). Все зто приводит к увеличению пластичности и прочности (см. рис.

12.6, табл. 12.5) Модифицируют как двойные, тах и легированные силумины, содержашие более 5-6% Я. Для легирования силуминов часто используют М8, Сн, Мп, Тц реже — ХЬ Ух, Сг и др. Растворяясь в алюминии, они повышают прочность я твердость силуминов. Кроме того, мель улучшает обрабатываемость реза- нием, титан оказывает модифицируюд!ее действие. Медь и магний, обладая переменной растворимостью в алюмивин, способствуют упрочнению силуминов при термической обработке, как правило, состоящей из закалки и искусственного старении.

Температура закалки различных силуминов находится в пределах 515 †535 'С, температура старения-в интервале 150-180'С. Грубохрисгаллическая структура литейных сплавов требует больших выдержек при нагреве под закалку (5 — 1О ч) и при старении (10 — 20 ч). Переходные металлы, например, Мп, Тг, лк, способствуют получению пересыщенных твердых растворов при кристаллизации в условиях больших скоростей охлаждения, что вызывает некоторое упрочнение сплавов при старении без предварительной закалки. Из легированных силуминов средней прочности наибольшее применение в промышленности нашли сплавы с добавками магния (АЛ9], магния и марганца (АЛ4).

Наибольшее упрочнение вызывает метастабнльная фаза р'(МБ,Я). Легированные силумины применяют ддя срелних н крупных литых деталей ответственного назначения: корпусов компрессора, картеров, головок цилиндров. Высокопрочный сплав АЛ32, разработанный в МВТУ им. Н. Э. Баумана, предназначен для литья под давлением. Сплав обладает хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью резанием, свариваемостью и коррозионной стойкостью. Марганец и титан, а также большая скорость кристаллизации при литье под давлением способствуют получению метастабильной структуры при отливке деталей. Это дает возможносп зр кг хо га ж л и гл .м оа ж и ж до ял ав Рис.

12.7. Диаграмма состояния А! — Я 216 Материалы, применнемые в митино- и приборостроении упрочнять отливки путем искусственного с~арения без предварительной закалки. Упрочиение вызывают фазы О(СпА!х) и (3(МОа8!). Наилучшим являесся старение при 175'С в течение 8 ч, когда выделяются метастабильные О' и !)' фазы; при этом временное сопротивление увеличивается на 30 — 40 МПа, твердость по Брииеллю — на 180 МПа. При изготовлении деталей другими методами литья сплав АЛ32 подвергают полной упрочняющей термической обработке— закалке при 515*5 "С и старению при !75 С.

Сплав АЛ32 применяют для литьяя под давлением нагруженных деталей, например, блоков цилиндров, головок блоков и других деталей автомобильных двигателей. Сплавы системы А! — Сп (АЛ7, АЛ19) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах; они хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Вместе с тем из-за отсутствия эвтектики сплавы обладают плохими литейными свойствами, имеют низкую герметичность. Как и деформируемые сплавы этой системы, они имеют структуру твердого раствора, но отличаются повышенным содержанием меди (см.

рис. 12З,в). Эвтектика в данной системе (в отличие от силуминов) образуется при высоком содержании меди (33 Я, поэтому имеет большое количество твердой и хрупкой фазы О(СпА!х), вызывающей хрупкость эвтектических сплавов. Литейные и механические свойства сплавов алюминия с медью улучшаются в результате легирования титаном и марганпем (АЛ19). Марганец, образуя пересыщенный твердый раствор при кристаллизации из жидко~о состояния, способствует значительному упрочнеиию сплава.

Во время нагрева сплава под закалку наряду с растворением О-фазы из твердого раствора выпадают мелкодисперсные частипы фазы А! хМп С~ь увеличивающие прочность при обычных и повышенных температурах. Например, после закалки сплав АЛ19 имеет следующие механиче- ские свойства: о, = 320 МПа; сход —— 180 МПа; 8 =9;/; НВ 800. При последующем искусственном старении происходит дальнейшее упрочнение сплава, вызываемое уже фазой О, так предел текучести увеличивается почти на 40;ы достигая 250 МПа. Сплавы алюминия с медью используют для деталей, работающих при температурах до 300'С.

Сплавы системы А1-Мй (АЛ8, АЛ27) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Оня не содержат в структуре эвтектики по той же причине, чхо и сплавы системы А! — Сп, и характеризуются невысокими литейными свойствами, пониже~пюй герметичностью и, кроме того, повышенной чувствительностью к примесям Ге, 81, которые образуют в этих сплавах нерастворимые фазы, снижаняцие пластичность сплавов.

Для того чтобы предотвратить окисление, плавку и разливку двойных сплавов алюминия с магнием (АЛ8) необхо. димо вести под защитными флюсами. Легирование двойных сплавов Ве, Т), 2г ие только устраняет их склонноссь к окислению и росту зерна, но к тормозит естественное старение, вызывающее снижение пластичности и вязкости сплавов, Наилучшие механические свойства сплавы А! — МО приобретают после закалки от 530 С, когда весь магний находится в твердом растворе. Сплавы систем А! — МО применяют для изготовления деталей, работающш в условиях высокой влажности, в суда; самолето- и ракетостроении.

Из них делают детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы я др. Гранулированиые сплавы. Гранулированными называют сплавы, полученные путем компактирования из частиц (гранул), отлитых со сверхвысокой скоростью кристаллизации. Гранулы получают при кристаллизации в условиях скоростей охлаждения !Оз — 10 'С/с. Такая скорость охлаждения достигается различными методами, например, распылением жидкого металла струей чистого нейтрального газа.

В зависимости от давления газа и условий кристаллижлии диаметр гранул колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Гранулы, а следовательно, и готовые полуфабрикаты (изделия) имеют чрезвычайно мелкозернистую структуру и минимальную легкоустравимую ликвацию. Но особенно большим достоинством гранулированных аьтавов является метастабильное состояние. При столь высоких скоростях охлаждения при кристаллизации получаются пересыщенные твердые растворы с концентрапией, в 25-5 раз превосходящей предельную расгворимость компонентов в равновесных условиях.

Такие твердые растворы наэывспот аномально пересыщенными. Степень пересьацения возрастает в соответствии с расположением металлов в ряду Сг, У, Мл, Т1, Ег. В процессе технологических операций горячего комлактирования сплавов (400-450'С) из пересыщенного твердо~о раствора выпадмот дисперсные частицы янтерметаллидных фаз (А!ьМп, А!тСг, А!эХг и др.), которые повышают температуру рекристаллизации (рис. 12.8), увеличивают прочносп, при обычных (рис. !2.9) и повышенных температурах. Большой интерес представляют гранулированные сплавы алюминия с элементами, практически нерастворимыми в вем в равновесных условиях и сильно уод гэ 48 16 КФ 22 СЛ% Леееооенеид ) ю гееоь Рас.

12.8. Влияние лыируюших элементов на температуру рекристалзиэагыи прессованных прутков, полученных иэ гранул Маенериалы е моной нлотнопныо 217 Ш Рйу йх (б 28 262 .Фгодяенеио ееенеен Рвс. 12.9. Зависимость механических свойств прессованных прутков, полученных иэ гранул, ат солержаиия легируюших элементов отличающимися от алюминия по плотности. Такие сплавы имеют гетерогенную структуру, представлжощую собой алюминиевую матрицу с равномерно распределенными дисперсными (из-за высокой скорости кристаллизации) включениями второй фазы.

В сплавах, легированных сравнительно тугоплавкими металлами (Ге, ХЬ Со), такими фазами будут интерметаллиды. Они эффективно упрочняют сплавы. В сплавах с такими легкоплавкими металлами, как 218 Материалы, прилэеннелэые и машино- и приборостроении Зп, РЬ, в алюминии будут присутствовать дисперсные включения чистых металлов, соответственно, бп, РЬ. Эти сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами (см.

п. 10.4). Стандартные деформируемые сплавы типа дуралюминон (Д16) в гранулированном варианте имеют дополнительный эффект упрочнения нз-за наличия дисперсных частиц интерметаллидных фаз переходных металлов и нерастворимых фаз. При повышенном содержании переходных металлов сэ„ достигает 800 МПа. 122. Сплавы на основе мш.иив Свойства мапев. Магний-металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакоианной гексагональной решетке с периодами а = 0.3202 нм, с = 0,5199 нм. Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью (см.

табл. !.5), хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрациоиные нагрузки. Тенлопроводность магния в 1,5, а электропроводимость — в 2 раза ниже, чем у алюминия. Примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и его модуль нормальной упругости.

Однако они близки по удельной жыткосэи. В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния (ГОСТ 804-72): Мг96 (99,96 Мй), Мг95 (99,95 М8), Мг90 (9990 Мй). Примеси ге, Я, Ый Си понижают и без того низкие пластичность и коррозионную стойкость (см. п. !4.1) При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623'С на воздухе воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Порошок, тонкая лента, мелкая стружка магния прелсгавляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе нри обычных температурах, горят с вьщелением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света. Литой магний имеет круннокристаллическую структуру и низкие механические свойства: о, = 110 †: 120 МПа; оел = = 20 —: 30 МПа; 8 = 6 —: 8 ,; ИВ 300.

Моди. фипирование цирконием и пластическая деформация, приводящие к измельченню структуры, несколько улучшают механиче- скис свойства: о, = 260 МПа; 8 = 9 (холоднокатаный лист) Отжиг для снятия наклеив проводят при температуре 330-350 С, в результате чего магний имеет следующие свойства: о,=190 МПа; ое =98 МПа; 6= =15 —:!7 л; НВ 400. Наклеп для упрочиения магния применяют редко, так как ои вызывает возникновение развитой текстуры деформации и анюотропии свойств. Низкая пластичность магния при температуре 20-25 "С объясняется тем, что в метылал с гексагональной кристаллической решеткой скольжение происходит только ао базисным плоскостям.

Повышение температуры приводит к появлению новых плоскостей скольжения и двойиикования и, как следствие, к увеличению пластичности. В связи с этим обработку давлением манин проводят при температуре 350-450' в состоянии наибольшей пластичности. Чистый магний из-за низких механическш свойств как конструкпионный материал практически не применяется.