Основные физико-механические свойства

Алюминия сплавы, отличаются малой плотностью (до 3,0 г/см3), хорошими технологическими свойствами, высокими коррозионной стойкостью, теплопроводностью. электрич. проводимостью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью при низких температурах, хорошей светоотражат. способностью. На изделия из сплавов алюминия легко наносятся защитные и декоративные покрытия. Сплавы легко обрабатываются резанием и свариваются контактной сваркой, а некоторые и сваркой плавлением.

Разнообразие свойств сплавов алюминия обеспечивается введением присадок магния, меди, цинка, кремния, марганца, церия, хрома, лития, кадмия, циркония, образующих с алюминием твердые растворы и интерметаллиды. напр. Mg2Si, CuAl2, CuMgAl2, Al2LiMg, CuLiAl2, служащие упрочняющей фазой. До 1940 наиб. применение имели сплавы Al-Cu-Mg (дуралюмины), Al-Mg (магналии), Al-Si (силумины), Al-Mg-Si (авиали). Впоследствии быстрое развитие получили высокопрочные сплавы Al-Zn-Mg-Cu, криогенные и жаропрочные Al-Cu-Mn, жаропрочные Al-Се, сплавы пониж. плотности Al-Mg-Li, Al-Cu-Li, Al-Cu-Mg-Li, порошковые и гранульные.

Деформируемые сплавы.

Блок-схема изготовления деформируемых алюминиевых сплавов

Алюминат натрия

Гидроокись алюминия

Чистый глинозем

Алюминий

Бокситы

Деформируемые алюминиевые сплавы

Отфильтрованный раствор алюмината натрия

1 – сушка, дробление, размалывание в шаровых мельницах и обработка концентрированной щелочью

2 – фильтровка

3 – гидролиз в специальных аппаратах – самоиспарителях

4 – фильтрование, промывка, прокаливание

5 – электролиз в специальных электролизных ваннах

6 – легирование медью, магнием, марганцем, цинком, кремнием, железом, никелем и другими элементами.

Эти сплавы алюминия могут быть подвергнуты упрочнению закалкой с последующим старением - естественным (при комнатной температуре) или искусственным (при повышенной температуре). Некоторые сплавы алюминия, в частности содержащие хром, марганец, цирконий и железо, способны закаливаться из жидкого состояния; при этом концентрация элементов в пересыщенном твердом растворе может существенно превосходить максимальную равновесную для твердого состояния.

Дополнительное упрочнение деформируемых сплавов алюминия достигается применением нагартовки-холодной прокатки или растяжения полуфабрикатов. Эта операция используется для улучшения механических свойств термически неупрочняемых сплавов, при этом повышаются прочностные свойства и особенно предел текучести, а пластичность снижается. Для термически упрочняемых сплавов алюминия нагартовка производится после закалки перед старением либо после старения; в результате повышаются прочностные свойства при сохранении прежней вязкости разрушения. Полуфабрикаты из деформируемых сплавов алюминия изготавливают из слитков, получаемых методом непрерывной отливки с непосредственным охлаждением водой.

Существенное повышение пластичности и вязкости разрушения термически упрочняемых сплавов алюминия достигается снижением содержания Fe до 0,12-0,15% и Si до 0,1% в сплавах повышенной чистоты и до сотых долей % в очень чистых сплавах.

Деформируемые сплавы алюминия по величине разделяют на сплавы низкой (менее 300 МПа), средней (300-480 МПа) и высокой (выше 480 МПа) прочности. К первым относят А1-Мn, большинство магналиев, Al-Mg-Si. Из них изготавливают электропровода, оконные рамы, окантовки дверей и др. Сплавы средней прочности - дуралюмины, ковочные Al-Cu-Mg и Al-Cu-Mg-Si, жаропрочные ковочные Al-Cu-Mg-Fe-Ni, криогенные и жаропрочные свариваемые Al-Cu-Mn, сплавы пониженной плотности Al-Li-Mg. Эти сплавы используют для изготовления основных элементов несущих конструкций (работающих при комнатной и повышенной температурах и в криогенной технике), элементов двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей и др. Высокопрочные сплавы Al-Zn-Mg-Cu, Al-Cu — Mg-Li и Al-Cu-Li используют в сильно нагруженных конструкциях.

Порошковые и гранульные сплавы алюминия получают распылением жидкого Аl в воздухе или инертной атмосфере в специальных установках, обеспечивающих сверхвысокую скорость охлаждения (сотни тысяч - миллионы градусов в секунду).

Наибольшее применение имеют порошковые сплавы алюминия - САП (спеченная алюминиевая пудра) и САС (спеченный алюминиевый сплав. Этот материал отличается высокой термической и коррозионной стойкостью. Он сохраняет прочность при температурах до 660°С (температура плавления А1) и даже несколько выше. САС содержит 25-30% Si и 5-7% Ni. Упрочняющая фаза - мельчайшие частицы интерметаллидов и А12О3. Этот сплав имеет более низкий температурный коэффициент линейного расширения [(11,5-13,5)*10-6 К-1], чем большинство остальных сплавов алюминия сплавы.

Порошковые сплавы применяют для изготовления деталей и узлов малонагруженных конструкций, работающих в интервале 250-500°С, высоконагруженных конструкций, работающих при комнатной температуре, в приборостроении.

Высокомодульные деформируемые сплавы Al-Be-Mg — двухфазные гетерогенные системы. Они превосходят по модулю упругости промышленные легкие сплавы в 2-3 раза; их плотность 2,0-2,4 г/см3, модуль упругости 45 000-220 000 МПа, относительное удлинение 15-10%. Такие сплавы обладают также повышенной теплоемкостью и теплопроводностью, более высокой усталостной прочностью (в т.ч. уникальной акустической выносливостью), меньшей скоростью роста усталостных трещин. Применяют их преим. для изготовления тонких жестких элементов несущих конструкций, что позволяет уменьшить массу изделия до 40%.

Литейные сплавы. В зависимости от природы основного легирующего компонента эти сплавы делят на пять групп: Al-Si; Al-Mg; Al-Cu; Al-Si-Cu; прочие, напр. Al-Si-Cu-Mg-Ni; Al-Cu-Si-Mg-Mn-Fe-Cr. Характеристика некоторых литейных сплавов алюминия приведена в таблице 1.

Таблица 1. Свойства литейных сплавов алюминия.

Название	Растяжение, МПа	Модуль упругости, МПа	Относительное удлинение, %
Жаропрочные сплавы	230-340		0,5 - 4
Конструкционные герметичные сплавы	200-300	70000-76000	2 - 3
Коррозийные сплавы

По свойствам различают три группы литейных сплавов: высокопрочные и средней прочности; жаропрочные (для работы до 200-400°С); коррозионностойкие (для работы в морской воде). Сплавы высокопрочные и средней прочности малопроницаемы для газов и жидкостей (могут выдерживать без утечки жидкости давление до 15-25 МПа); из них изготавливают отливки практически любых конфигураций и размеров всеми существующими методами литья. Для измельчения структуры и улучшения свойств силуминов в их расплав перед разливкой вводят небольшие кол-ва Na (в виде солей). Наибольшей жаропрочностью среди литейных сплавов обладают Al-Cu-Mg-Ni и Al-Cu-Ni-Mn; из них изготавливают литые поршни.

Коррозионностойкие литейные сплавы Al - Mg отличаются малой плотностью, легко обрабатываются резанием. Из них изготавливают изделия, эксплуатируемые в морской воде. [5]

Дата добавления: 2015-07-26