Силаева_Помельникова_Констр_материалы (В.И. Силаева, А.С. Помельникова, М.В. Унчикова - Конструкционные материалы общего и специального назначения), страница 3

2.3). Наличиетвердой и хрупкой γ2-фаз (Cu31Al19) резко снижает пластичностьсплавов. Однофазные алюминиевые бронзы со структурой α-твердого раствора обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности, двухфазные — высокой прочностью, твердостью, износостойкостью. Недостатки алюминиевых бронз (склонность к газонасыщению, плохая обрабатываемость пайкой) существенноуменьшаются при легировании железом, никелем, марганцем.Алюминиевые бронзы упрочняют закалкой, при которой подавляется эвтектоидное превращение и образуется мартенсит. Из алюминиевых бронз изготовляют детали, работающие в тяжелыхусловиях изнашивания: зубчатые колеса, червячные передачи,втулки, седла клапанов и др.Рис. 2.3.

Диаграмма состояния системы Cu–Al (а) и влияние алюминия на механические свойства бронз (б)17Алюминиевые сплавыПо объему производства алюминий и сплавы на его основеблагодаря уникальному комплексу свойств занимают первое местосреди цветных металлов.Алюминий обладает малой плотностью, хорошей тепло- иэлектропроводностью, пластичностью и высокой коррозионнойстойкостью в воде, в атмосферных условиях, в некоторых органических кислотах, при контакте с пищевыми продуктами.

Примеси(Fe, Si и др.) ухудшают эти свойства. Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается газовой и контактной сваркой, ноплохо обрабатывается резанием, имеет низкую жидкотекучесть.Важнейшими достоинствами алюминиевых сплавов являютсявысокая удельная прочность (отношение временного сопротивления в к плотности g), способность сопротивляться инерционными динамическим нагрузкам.

Временное сопротивлениие алюминиевых сплавов достигает 500…700 МПа при плотности не более2,85·103 кг/м3. По удельной прочности некоторые алюминиевыесплавы (σв /ρg = 21 км) приближаются к высокопрочным сталям(σв /ρg = 23 км).Большинство алюминиевых сплавов имеет хорошую коррозионную стойкость (за исключением сплавов с медью), высокуютепло- и электропроводность и хорошие технологические свойства.Основными легирующими элементами алюминиевых сплавовявляются Cu (М), Mg (Мг), Si (К), Mn (Мц), Zn (Ц). Эти легирующие элементы образуют с алюминием твердый раствор переменной растворимости и промежуточные фазы (например, CuAl2,CuMgAl2, Mg2Si и др.).Алюминиевые сплавы подразделяют на литейные, деформируемые и спеченные, а также неупрочняемые и упрочняемые термической обработкой (рис. 2.4).Из всех алюминиевых сплавов в лабораторной работе будутрассмотрены только высокопрочный деформируемый сплав В96 илитейные сплавы системы Al–Si, называемые силуминами.Деформируемые сплавы предназначены для получения полуфабрикатов обработкой давлением.

Для их упрочнения кроме легирования используют пластическую деформацию, закалку и старение, а также термомеханическую обработку.18Маркировка деформируемых алюминиевых сплавовне имеет единой системы.Для обозначения некоторыхсплавов используют исторически сложившуюся буквенно-цифровуюмаркировку,причем цифра, как правило,не соответствует концентрации легирующих элементов.Например, самый распространенный сплав дюралюмин обозначают буквой Д ипорядковым номером.

В марках некоторых сплавов отра- Рис. 2.4. Диаграмма состояния сижена организация-разработ- стемы алюминий — легирующийчик: марки В96, ВАД1 вклю- элемент:чают букву В, указывающую А — деформируемые сплавы; В — литейные сплавы; I — неупрочняемые термона разработчика — Всерос- обработкой; II — упрочняемые термообсийский институт авиацион- работкойных материалов (ВИАМ).В последние годы введена международная маркировка, состоящаяиз четырех цифр. Первая обозначает основу сплава (для алюминиевых сплавов — цифра 1), вторая — систему легирования (основные легирующие элементы), третья и четвертая — порядковыйномер сплава.Высокопрочный термически упрочняемый сплав В96 принадлежит к системе легирования Al–Zn–Mg–Cu.

Цинк, магний и медьобладают переменной растворимостью в алюминии. После закалкиот температуры 480 °С в сплаве фиксируется пересыщенный твердый раствор, распад которого при искусственном старении(140 °С, 16 ч) приводит к образованию тонкодисперсных частицупрочняющих фаз и получению следующих свойств: σв = 700 МПа,HB 190. Однако после указанной термической обработки сплавимеет низкие значения пластичности (δ = 7 %) и вязкости разрушения. Для повышения этих значений проводят двухступенчатоестарение при температуре 100…120 °С в течение 3…10 ч (перваяступень) и температуре 160…170 °С в течение 10…30 ч (вторая19ступень). Предварительное зонное старение (первая ступень) способствует равномерному распределению частиц упрочняющей фазы, в результате чего пластичность увеличивается до 10…13 %.Сплав В96 применяют для изготовления высоконагруженныхдеталей конструкций, работающих в основном в условияхнапряжения сжатия (обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов).Литейные алюминиевые сплавы для отливки фасонных деталейв песчаные формы, кокиль, методом литья под давлением и другимиспособами должны обладать хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, сопротивлением образованию горячихтрещин, небольшой рассеянной пористостью), которые улучшаютсяпри уменьшении интервала кристаллизации и увеличении содержания эвтектической структурной составляющей.В зависимости от основного легирующего элемента алюминиевые литейные сплавы делят на три группы: Al–Si (силумины),Al–Cu, Al–Mg.Литейныеалюминиевыесплавы в соответствии с ГОСТ1583–89 маркируют буквой А,за которой указывают буквы,обозначающие легирующие элементы: К — Si, М — Cu, Мг —Mg, Н — Ni, Кд — Cd.Силумины,содержащиебольшое количество эвтектики[α + Si], обладают лучшими литейными свойствами средиалюминиевых сплавов.

Они хорошо свариваются и имеют высокую коррозионную стойкость. Широкое применение впромышленности нашли сплавы АК12, АК9, АК7, АК8М(МВТУ-1) и др. ЭвтектическийРис. 2.5. Диаграмма состояниясплав АК12 (рис. 2.5) имеет отсистемы Al–Si:———————— — до модифицирования;личные литейные, но низкие– – – – – — после модифицированиямеханические свойства, плохо20обрабатывается резанием. Сплав АК12 не упрочняется термической обработкой, что объясняется высокой скоростью распадаα-твердого раствора, который частично происходит уже при закалке, а также коагуляцией стабильных выделений.

Применяют этотсплав для изготовления сложных по формам, но малонагруженныхдеталей (корпуса приборов, самолетные колеса, барабаны, кронштейны и др.).Механические свойства сплава АК12 и других силуминов можно улучшить модифицированием. Обычно силумины модифицируют хлористыми и фтористыми солями натрия, при введении которых эвтектическая точка на диаграмме состояния системы Al–Sicдвигается в сторону большего содержания кремния (см.

рис. 2.5).В результате структура сплава с 12 % Si (АК12) становится доэвтектической. Она состоит из первичных кристаллов α-твердого раствора и мелкокристаллической эвтектики [α + Si]. При этом временноесопротивление увеличивается почти в 1,5 раза, а относительноеудлинение — в 3 раза.Сплавы АК9, АК7, АК8М (МВТУ-1) и другие легированныесилумины упрочняют термической обработкой (закалкой и искусственным старением). Эти сплавы применяют для изготовлениянагруженных деталей (блоки цилиндров, картеры и др.).Титановые сплавыТитан и его сплавы широко используют практически во всехотраслях машиностроения, поскольку они обладают уникальнымисвойствами: малой плотностью (ρ = 4,5 т/м3), высокой удельнойпрочностью (до 30 км), исключительно высокой коррозионнойстойкостью, значительной прочностью при температуре до 500 °С,достаточной технологичностью.Свойства титана зависят от степени его чистоты (рис.

2.6).Особенно вредной примесью является водород. Растворимость водорода в α-титане при эвтектоидной температуре составляет0,18 %, а при комнатной — 0,002 % (мас.) (рис. 2.7). В результате втитане при малых концентрациях водорода образуются вторичныевыделения гидридов, а при концентрации более 0,18 % — эвтектоидные выделения гидридов.

Пластинчатые хрупкие выделениягидридной фазы располагаются вдоль плоскостей скольжения и21Рис. 2.6. Зависимость механических свойств титана от содержания примесейдвойникования или по границам зерен, что вызывает резкоеохрупчивание титана и его сплавов. Кроме водорода вреднымипримесями являются кислород, азот и углерод, при повышенномсодержании которых также снижаются пластические свойства титана и его сплавов. Эти элементы образуют с титаном твердыерастворы внедрения, а начиная с определенных концентраций —соответственно оксиды, нитриды и карбиды.

Под микроскопомгазонасыщенный слой обнаруживается в виде столбчатых кристаллов α-фазы или ориентированных α-пластин (альфированныйслой). Содержание указанных примесей в титане ограничено сотыми, а иногда тысячными долями процента.Титан относится к полиморфным металлам: при температуредо 882 °С существует в форме α-модификации и имеет гексагональную плотноупакованную решетку, при более высокой температуре — в виде β-модификации с объемно-центрированной ре22шеткой. Легирующие элементы в зависимости от того, какони влияют на стабильностьα- и β-фаз, делят на три группы.Основным элементом, относящимся к α-стабилизаторам иповышающим температуру полиморфного превращения, является алюминий (рис. 2.8, а).Практически все титановыесплавы легированы алюминием,поскольку это приводит куменьшению плотности, повышению прочности, жаропрочности, жаростойкости сплава.Большинство легирующихэлементов понижают темпера- Рис.

2.7. Диаграмма состояния ситуру полиморфного превраще- стемы Ti–Alния, расширяя β-область, и являются β-стабилизаторами. Изоморфные β-стабилизаторы (V, Nb,Mo, Ta) образуют непрерывный ряд твердых растворов с β-тита-Рис. 2.8. Схемы диаграмм состояния системы титан — легирующийэлемент:а — α-стабилизаторы; б — изоморфные β-стабилизаторы; в — эвтектоидообразующие β-стабилизаторы; г — нейтральные элементы23ном и делают β-фазу стабильной при комнатной температуре(рис.