Властивості алюмінію та його сплавів
Властивості
алюмінію
Алюміній – метал срібно-білого кольору, має
гранецентровану кубічну Радку з параметром α = 0,4041 нм; характеризується
малою густиною (γ = 2700кг/м³), низькою температурою плавління (tп =
660ºС), високими пластичністю, тепло- та електропровідністю, доброю
зварюваністю й оброблюваністю різанням. Алюміній у відпаленому стані має
σв = 80..100 МПа, 25…30НВ, велику пластичність(δ = 35…40%). Водночас
алюміній характеризується низькою міцністю та твердістю. На повітрі він
покривається тонкою щільною плівкою Al2O3, яка надійно захищає його від
корозії. Сталими домішками алюмінію є залізо, кремній, мідь, магній, марганець,
цинк, титан та ін. Домішки зумовлюють погіршення фізико-хімічних властивостей і
пластичності алюмінію, через що їх вміст строго обмежують. Залежно від сумарної
частки домішок первинний алюміній поділяють на алюміній особливої, високої та
технічної чистоти.
Алюміній
особливої чистоти марок А999 містить 0,001% домішок; алюміній високої чистоти
марок А995, А99, А97 і А95 - від 0,005 до 0,05% домішок; технічної чистоти
марок А85, А8, А7, А7Е і А0 – від 0,15 до 1,0% домішок. Алюміній особливої
чистоти застосовують для дослідних робіт, у напівпровідниковій і ядерній
техніці.
У промисловості
використовують переважно алюміній високої та технічної чистоти. З нього
виготовляють головним чином сплави, а також електропроводи, кабелі,
конденсатори та фольгу. Застосовувати алюміній як конструкційний матеріал недоцільно
з огляду на його низьку міцність.
Сплави
алюмінію
Найбільшого
поширення набули сплави Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg та інші. Всі сплави
алюмінію можна розділити на деформуючі, призначені для одержання
напівфабрикатів (листів, плит, прутків і т. д.), а також поковок і штампових
заготовок шляхом прокатки, пресування, кування та штампування, і ливарні,
призначені для фасонного лиття.
Сплави алюмінію,
обладаючи гарною технологічністю у всіх стадіях переділу, малою щільністю,
високою корозійною стійкістю, при достатній міцності, пластичності і в'язкості
знайшли широке застосування в авіації, суднобудуванні, будівництві та інших
галузях народного господарства.
Деформуючі
алюмінієві сплави зміцнюється термічною обробкою дуралюмина. Дюралюмінами
називаються сплави Al-Cu-Mg, в які додатково вводять марганець. Типовим
дуралюмином є сплав Д1.
Марганець
підвищує стійкість дуралюміна проти корозії, а будучи присутнім у вигляді
дисперсних частинок фази Т, підвищує температуру рекристалізації і покращує
механічні властивості.
Дуралюмін, що
виготовляється в листах, для захисту від корозії піддають плакуванню, тобто
покриттю тонким шаром алюмінію високої чистоти.
З сплаву Д16
виготовляють обшивки, шпангоути, стрингера і лонжерони літаків, силові каркаси,
будівельні конструкції, кузова вантажних автомобілів і т.д.
Сплави
Авіаль (АВ). Ці сплави поступаються дюралюмінам по міцності, але мають кращу пластичність
в холодному і гарячому станах. Авіаль задовільно обробляється різанням (після
гартування і старіння) і зварюється контактним і аргонодуговим зварюванням. Сплав
має високу загальну опірність корозії.
З сплаву АВ
виготовляють різні напівфабрикати (листи, труби і т.д.), що використовуються
для елементів конструкцій, що несуть помірні навантаження, крім того, лопасті
гвинтів вертольотів, ковані деталі двигунів, рами, двері, для яких потрібна
висока пластичність в холодному і гарячому станах.
Високоміцні
сплави.
Межа міцності цих сплавів досягає 550-700 МПа, але при меншій пластичності, ніж у дуралюмінієвих. Представником високоміцних
алюмінієвих сплавів є сплав В95.
При збільшенні
вмісту цинку та магнію міцність сплавів підвищується, а їх пластичність і
корозійна стійкість знижуються. Добавки марганцю та хрому покращують корозійну
стійкість. Сплави мають гарну пластичність в гарячому стані і порівняно легко
деформуються в холодному стані після відпалу. Сплав В95 добре обробляється
різанням і зварюється точковим зварюванням, його застосовують у літакобудуванні
для навантажених конструкцій, що працюють тривалий час при t <= 100¸
120 ° С. Сплав В95 рекомендується для стислих зон конструкцій і для деталей без
концентраторів напружень.
Сплави для
кування і штампування. Сплави цього типу відрізняються високою пластичністю і
задовільнимb ливарними властивостями, що
дозволяють отримати якісні злитки.
Сплав АК6
використовують для деталей складної форми та середньої міцності, виготовлення
яких вимагає високої пластичності в гарячому стані. Сплав АК8 рекомендують для
важконавантажених штампованих деталей.
Жароміцні
сплави.
Ці сплави використовують для деталей, що працюють при температурі до 300°С.
Жароміцні сплави мають більш складний хімічний склад, ніж розглянуті вище
алюмінієві сплави. Їх додатково легують залізом, нікелем і титаном. Деформуючі
алюмінієві сплави, не зміцнюється термічною обробкою. До цих сплавів
відносяться сплави алюмінію з марганцем або з магнієм. Зміцнення сплавів
досягається в результаті утворення твердого розчину і в меншій мірі надлишкових
фаз.
Сплави легко
обробляються тиском, добре зварюються і володіють високою корозійною стійкістю.
Обробка різанням ускладнена.
Сплави (АМц,
АМг2, АМг3) застосовують для зварних і клепаних елементів конструкцій, що
зазнають невеликі навантаження і потребують високого опору корозії.
1. Сплави Al-Si (силуміни).
Відрізняються високими ливарнимивластивостями, а виливки - великою щільністю.
Сплави Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) порівняно легко обробляються різанням. Заварку
дефектів можна виробляти газовим та аргонодуговим зварюванням.
Сплав АЛ9 - Sв = 200МПа, S0.2 = 140МПа, d = 5%.
Сплави Al-Cu. Ці
сплави (АЛ7, АЛ19) після термічної обробки мають високі механічні властивості
при нормальній і підвищеній температурах і добре обробляються різанням. Ливарні
властивості низькі.
Сплав АЛ7
використовують для відливання невеликих деталей простої форми, сплав схильний
до крихкого руйнування.
Сплав АЛ7 - Sв = 240МПа, S0.2 = 160МПа, d = 7%.
Сплави Al-Mg.
Мають низькі ливарні властивості. Характерною особливістю цих сплавів є гарна
корозійна стійкість, підвищені механічні властивості й оброблюваність різанням.
Сплави АЛ8, АЛ27,
АЛ13 і АЛ22 призначені для виливків, що працюють у вологій атмосфері,
наприклад, у суднобудуванні й авіації.
Сплав АЛ8 - Sв = 350МПа, s0.2 = 170МПа, d = 10%.
2. Мідні силуміни порівняно з силумінами мають
трохи гірші ливарні властивості, але кращі механічні. Їх марки АК5М, АК8М3,
АК12М2МгН та ін. Числа після літер К, М, Н і Мг відповідають середній масовій
частці(в%) кремнію, міді, нікелю і магнію. Коли число після літери відсутнє,
масова частка елемента становить близько 1%.
Серед мідних
силумінів окремої уваги заслуговує сплав марки АК8М3, що містить близько 8% Si,
3% Cu, а також Mg, Mn, Ni (~0,5% кожного). Мідь і магній, що
мають змінну розчинність в алюмінії, сприяють зміцненню сплаву під час
термообробки (гартування і штучного старіння). Сплав АК8М3 має добру
зварюваність й корозійну тривкість. З мідних силумінів виготовляють корпуси
компресорів, головки та блоки циліндрів автомобільних двигунів.
3. Сплави третьої групи, основними компонентами яких є
Al і Cu, мають серед ливарних сплавів найвищу міцність (σв = 300…500 МПа)
й пластичність (δ = 4…12%). Вони легко обробляються різанням, добре
зварюються, але виявляють малу корозійну тривкість й мають низькі ливарні
властивості. Додаткове легування титаном і марганцем сприяє росту міцності й
поліпшенню ливарних властивостей. Виділення інтерметалевих фаз Al12Mn2Cu і Al3Ti на границях зерен твердого розчину
підвищує жароміцність сплавів до 300ºС. Одним з представників третьої
групи є сплав марки АМ5.
4. Магналії – належать до системи Al-Mg. вони легко обробляються різанням, тривкі до корозії, задовільно міцні та
пластичні, їх ливарні властивості погані. Марки сплавів четвертої групи: АМг7
(6…8% Mg), АМг10 (9,5…10,5% Mg), АМг5К (4,5…5,5% Mg; 0,8…1,3% Si; 0,1…0,4% Mg).
З магналіїв виготовляють деталі суден та літаків, які не бояться вологи.
5. У сплавах п’ятої групи другим
за масовою часткою компонентом після алюмінію може бути кремній (К) або цинк
(Ц). Марки сплавів: АК9Ц6, АК7Ц9, АЦ4Мг.
Жароміцні
сплави. (АК4-1,
АК-4 та ін.) зберігають свої механічні властивості до температури 300ºС.
Порівняно з іншими сплавами мають більшу кількість легувальних елементів. Їх
додатково легують такими елементами, як залізо, нікель і титан. Залізо й нікель
утворюють фазу Al9Fe Ni, яка у вигляді дисперсних частин, що
не коагулюють, підвищує жароміцність. Ці сплави використовують для виготовлення
поршнів, головок циліндрів, лопаток компресорів турбореактивних двигунів,
бшивок надзвукових літаків.
Список
використаної літератури
1.В.Попович; Технологія конструкційних матеріалів і
матеріалознавство. Підручник. – Львів: Світ, 2006; 216с.-223с.
2.М.А.Сологуб; Технологія конструкційних матеріалів.
Підручник, вища шк., 2002; 77с.
3. http://www.s-metall.com.ua/alyminij_i_splavi_na_ego_osnove.html