al (Раздаточные материалы), страница 3

льные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих

случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается от-

носительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем,

который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколь-

ко повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стой-

кость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так

как он легче, чем алюминий.

Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на

две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные

технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластич-

ность в нагретом состоянии, а литейные-хорошую жидкотекучесть. Для по-

лучения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в

неодинаковом количестве.

Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только техниче-

ски чистый алюминий, о котором речь шла выше, но также и двойные спла-

вы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и несколько отли-

чаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и

марганца. Общей содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы назы-

вают силуминами и маркируют у нас в стране СИЛ-00 (наиболее чистый по

примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2. Поставляют их в виде гладких чушек

или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг. Силумин в чушках тоже явля-

ется товаром на мировом рынке.

Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном ра-

створимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем пре-

дел их растворимости при высокой температуре. В них не должно эвтекти-

ки, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.

Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны

иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наиболь-

шую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хоро-

шую обрабатываемость давлением.

Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах

является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно не-

больших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые

другие элементы.

Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые и неупрочняе-

мые. Это наименование отражает способность или неспособность сплава

заметно повышать прочность при термической обработке.

Структурные превращения, происходящие в алюминиевых сплавах при их

термической обработке, существенно отличается от таковых в стали пото-

му, что алюминий не имеет аллотропического превращения. В них повыше-

ние прочности может происходить только за счет процессов, связанных с

выделением из перенасыщенного в результате закалки твердого раствора

каких-то упрочняющих фаз.

Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии-сплавы алю-

миния с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и

могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них нахо-

дится в пределах 2.2-7 %.

Название марок дюралюминия начинается буквой Д, затем идет цифра,

которая не отражает химического состава, а представляет собой просто

номер. В разное время было разработано много марок дюралюминия, но

многие из них не нашли широкого применения. Сейчас промышленность вы-

пускает пять основных марок дюралюминия, химический состав которых

приведен в таблице.

____________________________________________________________________

| | Основной химический состав, % |

| Дюралюми-|_________________________________________________________|

| ний | Cu | Mn | Mg | Si,не | Fe,не |

| | | | | более | более |

|__________|__________|__________|__________|____________|___________|

| Д1...... | 3,8-4,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,7 | 0,7 |

| | | | | | |

| Д16..... | 3,8-4,9 | 0,3-0,9 | 1,2-1,8 | 0,5 | 0,5 |

| | | | | | |

| Д18..... | 2,2-3,0 | <0,2 | 0,2-0,5 | 0,5 | 0,5 |

| | | | | | |

| Д19..... | 3,8-4,3 | 0,5-1,0 | 1,7-2,3 | 0,5 | 0,5 |

| | | | | | |

| Д20..... | 6,0-7,0 | 0,4-0,8 | <0,05 | 0,3 | 0,3 |

|__________|__________|__________|__________|____________|___________|

Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной темпе-

ратуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C .

Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала

его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизи-

тельно до 500 C ). При этой температуре его структура представляет со-

бой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е.

быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной тем-

пературе. 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 крис-

таллов химического соединения CuAl . Химическое соединение еще не об-

разуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет

неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердо-

го раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительно-

му повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластич-

ности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при ком-

натной температуре носит название естественного старения.

Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение пер-

вых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву макси-

мальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть

до 100-150 C ,то произойдет искуственное старение. В этом случае про-

цесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Обьясня-

ется это тем, что при более высокой температуре диффузионные переме-

щения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит за-

вершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора.

Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем дей-

ствие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естест-

венном старении.

Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температу-

ре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естест-

венном старении в течении четырех дней.

Близкими по химическому составу к дюралюминию, но в горячем состо-

янии несколько более пластичными, чем они, являются алюминиевые спла-

вы для поковок и штамповок, которые маркируют буквами АК (алюминий

кованый) и порядковым номером (АК4, АК4-1, АК6 и АК8).

К группе деформируемых упрочняемых сплавов сплавов относят также бо-

лее высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы системы Al-Cu-Mg-Zn, назва-

ние марок которых начинаются буквой В (высокопрочные)-это сплавы марок

В93, В94, В95.

Характерной особенностью осноного химического состава сплавов В93,

В94 и В95 является то, что при сравнительно небольшом содержании меди

(0.8-2.4 %) и магния (1.2-2.8 %) в них вводят большое количество цинка

(5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого

раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному

повышению твердости.

Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобре-

ли сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.

Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную раствори-

мость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эф-

фект упрочнения при их термообработке невелик. Обьясняется это следу-

щим 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, последу-

ющий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает обра-

зование 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 мо-

жет, 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 последущим 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 заметного

эффекта упрочнения.

Несмотря на сказанное, введение и марганца, и магния в алюминий по-

лезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содер-

жании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие,

чем чистый алюминий.

Значительное повышение прочности сплавов алюминия с марганцем и ма-

гнием может быть достигнуто путем их пластической деформации. Накле-

панные (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 сплавов системы Al-Mn обозначают буквами АМц, а сис-

темы Al-Mg буквами АМг, далее в обоих случаях следует цифра, указыва-

ющая номер сплава.

Для получения литейных сплавов в алюминий вводят такие легирующие

элементы и в таком количестве, чтобы обеспечить получение в их струк-

туре эвтектики. Эвтектика легкоплавка и кристаллизуется при постоянной

температуре, что создает хорошую жидкотекучесть, т.е. способность

сплава в жидком состоянии хорошо заполнять литейную форму.

Применяемые в настоящее время литейные алюминиевые сплавы, делят на

пять групп в зависимости от того, какой основной легирующий элемент

введен в них. К группе 1 относят сплавы, легированные магнием, к груп-

пе 2-кремнием, 3-медью, 4-одновременно кремнием и медью, к группе 5

относят сплавы, легируемые другими элементами, включающие в свой сос-

тав иногда до пяти легирующих компонентов одновременно.

Марки литейных сплавов независимо от их принадлежности к той или

иной группе обозначают буквами АЛ (алюминиевый литейный) и номером.

Наиболее характерные составы литейных алюминиевых сплавов всех пяти

групп приведены в таблице. Там же указаны и другие марки сплавов, от-

носящихся к каждой из этих групп.

____________________________________________________________________

|Груп-| | Основной химический состав,% | Перечень |

| па |Сплавы|____________________________________________| марок |

|спла-| | Mg | Si | Cu | Zn | Ni |входящих в|

|вов | | | | | | | группу |

|_____|______|________|________|________|________|________|__________|

| 1 | АЛ8 |9,5-11,5| - | - | - | - | АЛ13, |

| | | | | | | | АЛ22, |

| | | | | | | | АЛ23, |

| | | | | | | | АЛ27, |

| | | | | | | | АЛ28, |

| | | | | | | | АЛ29, |

| | | | | | | | |

| 2 | АЛ2 | - | 10-13 | - | - | | АЛ4,АЛ9 |

| | | | | | | | |

| 3 | АЛ7 | - | - | 4-5 | - | - | АЛ19 |

| | | | | | | | |

| 4 | АЛ3 |0,35-0,6|4,5-5,5 |1,5-3,0 | - | - | АЛ5,АЛ6, |

| | | | | | | | АЛ10, |

| | | | | | | | АЛ14, |

| | | | | | | | АЛ15 |

| | | | | | | | |

| 5 | АЛ1 |1,2-1,75| - |3,75-4,5| - |1,75-2,3| АЛ16, |

| | | | | | | | АЛ17, |

| | | | | | | | АЛ18, |

| | АЛ11 | 0,1-0,3|6,0-8,0 | - | 7-12 | - | АЛ20, |

| | | | | | | | АЛ21, |