Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технологические свойства алюминиевых сплавов

Технологические свойства алюминиевых сплавов.

В судостроении для корпусных конструкций наряду со сталями различных марок применяют легкие сплавы.

Легкие сплавы обладают высокой удельной прочностью и наиболее широко применяются при изготовлении скоростных судов, яхт, небольших катеров, а также надстроек судов (см. рис.12.1, 12.2).

Рис.12.1. Корпус яхты из алюминиевого сплава

Из легких сплавов наибольшее распространение получили алюминиевые удельной массой 2,6 – 2,8 г/см 3 . Алюминиевые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью; меньше, чем сталь, подвержены обрастанию морскими организмами и немагнитны.

Рис.12.2. Стальное судно с надстройкой из алюминиевого сплава

Введение в алюминиевые сплавы таких металлов как марганец Mn, магний Mg, кремний Si, медь Cu, цинк Zn позволяет получать материалы с разнообразными механическими и технологическими свойствами (см. рис.12.3.).

По сравнению со стальным прокатом, эти сплавы имеют особенности в обработке, которые обусловлены химическим составом и механическими характеристиками

Алюминиевые сплавы разделяют на две группы:

литейные, применяемые для изготовления фасонного литья;

деформируемые, применяемые для изготовления листов, профилей и поковок.

Литейные сплавы в судостроении применяют для отливки судовых деталей любой конфигурации – дельные вещи, детали судовых устройств, оборудование кают и тому подобное.

Деформируемые сплавы в свою очередь разделяют на сплавы, упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

К термически не упрочняемым сплавам относятся:

а) – сплавы алюминия с марганцем – АМц (Al+Mn). Эти сплавы свариваются и предназначены для изготовления судовых конструкций, которые не рассчитываются на прочность (легкие переборки, листы зашивки), а также для деталей, которые изготавливаются штамповкой.

б) – сплавы алюминия с магнием – АМг (Al+Mg). Эти сплавы в зависимости от марки могут также применяться для корпусов морских и речных судов и быстроходных судов.

Для термически не упрочняемых сплавов по сравнению с термически упрочняемым характерна повышенная пластичность, более низкая прочность, хорошая свариваемость и более высокая коррозионная прочность.

Термически упрочняемые сплавы обладают более низкой коррозионной стойкостью и высокими механическими характеристиками, которые достигаются в результате термообработки. При повторном нагреве, например, в процессе сварки, прочность таких сплавов снижается на 40-60% и приближается к характеристикам термически не упрочняемых сплавов.

Рис.12.3. Основные системы легирования алюминиевых сплавов.

1 – литейные сплавы; 2 – термически не упрочняемые сплавы;

3 – сплавы, упрочняющие при старении.
Механические свойства легких сплавов зависят от вида изготавливаемых из них полуфабрикатов (листы, профили, панели, трубы), от их размеров, а также способа механической и термической обработки. В зависимости от этих условий для каждого сплава механические свойства могут изменяться в широком диапазоне.

Механические свойства некоторых алюминиевых сплавов приведены в таблице:

СплавПредел прочности, МПаПредел текучести , МПаОтносительное удлинение , %
Термически не упрочняемые сплавы
АМц88-14718-22
АМг5255-274108-14712-15
АМг61314-333156-206
Термически упрочняемые сплавы
1985Т343-411206-27414-16
К48-1Т110-12
Д16225-480230-3528-13

Технологические свойства алюминиевых сплавов.

1. Все сплавы допускают правку и гибку в холодном или нагретом состоянии.

2. Режутся механической, плазменной, лазерной или водяной резкой.

3. С повышением температуры до 80 – 100 0 С механические свойства сплавов значительно изменяются, что обуславливает повышенные требования к точности выдержки температурного режима.

4. Сплавы более чем сталь чувствительны к концентрации напряжений, поэтому нельзя допускать царапин, рисок, острых надрезов на поверхности деталей.

Читайте так же:
Балки сварные двутавровые гост

5. Сплавы имеют повышенную восприимчивость к наклепу в процессе холодной обработки давлением.

6. Сплавы не удовлетворяют условиям кислородной резки (Температура воспламенения металла выше температуры его плавления).

7. К недостаткам алюминиевых сплавов относятся более значительные по величине, чем при сварке стальных конструкций, сварочные деформации. Основными причинами этого являются в 2 раза более высокие, чем у стали коэффициенты теплопроводности и линейного расширения и в 3 раза меньший модуль нормальной упругости.

Сортамент материалов из алюминиевых сплавов включает листы, профили и прессованные панели. Листы из алюминиевых сплавов получают прокаткой, а профили и панели – прессованием. Прессованные профили изготавливают из заготовки – слитка, предварительно нагретого в печи и вложенного в контейнер пресса. Слиток продавливают сквозь матрицу, имеющую отверстия по контуру прессуемого профиля. Процесс прессования обеспечивает высокие механические свойства полуфабрикатов.

Характеристики сплава АМг6

Применять алюминий, как конструкционный материал, начали еще в середине 19 века. Тогда инженеров привлек его низкий удельный вес и высокая устойчивость металла к коррозии. Но был у алюминия и ряд существенных недостатков. В частности, низкие механические свойства: прочность и твердость. Решить эту проблему смогли советские ученые, дополнительно легировав алюминий магнием. Так мир узнал об сплаве АМг6 с характеристиками актуальными в производстве.

маркировка сплава АМг6

Расшифровка

Сплав АМг6 относится к группе деформируемых алюминиевых сплавов. Количество его легирующих элементов и механические свойства регулируются государственным стандартом ГОСТ 4784-97. Согласно ему химический состав данного сплава, помимо алюминия, включает в себя следующие компоненты:

  • Магний (5,8-6,8%) — главным упрочнитель алюминия. Добавление 1% магния способно повысить прочность алюминиевых сплавов в среднем на 35 МПа, никак не ухудшая при этом их пластичность. Минусом такого легирования является резкое снижение коррозионной стойкости металла при содержании магния свыше 6%. Особенно это заметно проявляется при долгом нахождении металла под статической нагрузкой.
  • Марганец (0,5-0,8%). Легирование марганцем значительно измельчает зернистую структуру АМг6, что положительно воздействует на его механические свойства. Также он уменьшает вероятность образования ликвации – неравномерности химического состава по объему металла.
  • Титан (0,06%) вводят исключительно для улучшения его технологических параметров. В частности, свариваемости. Титан делает структуру сплава более мелкозернистой и снижает его склонность к появлению трещин, повышая тем самым прочностные свойства сварных швов АМг6 на 30-40%.
  • Натрий (0,01%). Содержание данного металла в составе АМг6 нежелательно. Попадание натрия в АМг6 обусловлено его наличием в криолитсодержащих флюсах, которые используются при плавке сплава. Натрий обладает значительно меньшей температурой плавления – 96 ºC – чем алюминий, что может стать причиной повышенной горячеломкости АМг6. Отрицательные свойства натрия нейтрализуют добавлением в состав кремния. В то же время, магний также активно вступает в химическую реакцию с кремнием, образуя соединение Mg2Si. Поэтому марки алюминиевых сплавов с содержанием магния свыше 6% крайне чувствительны к натрию.
  • Медь (0,1%) относится к группе вредных примесей для алюминиевых сплавов. Она заметно снижает коррозионные свойства АМг6. Отрицательно сказывается ее содержание на пластичных характеристиках. Правда, стоит заметить, что медь значительно повышает механические свойства АМг6: твердость и прочность.

лист АМг6

Помимо всех вышеназванных компонентов, состав АМг6 иногда легируют хромом и ванадием. По своему назначению они близки к титану и повышают технологические свойства АМг6. По прочностным характеристикам такой сплав также обладает некоторым преимуществом.

Читайте так же:
Почему пила пилит криво

Достоинства и недостатки

Сплавы на основе магния и алюминия были разработаны в начале 20 века, но до сих пор не потеряли своей актуальности в производстве. Связано это с целым рядом преимуществ, которыми они, и амг6 в частности, обладают:

  • Удовлетворительные механические свойства. Предел прочности на разрыв после отжига составляет 340 МПа, что сравнимо со сталями обычного качества (Ст.3, Ст.2 и прочие марки). Твердость при этом достигает отметки в 650 HB. По этим параметрам Аг6 превосходит все остальные сплавы данной группы.
  • Низкий удельный вес. Плотность амг6 равняется 2650 кгм3, что делает выгодным ее применение в металлоконструкциях, к которым предъявляются строгие требования по массе.
  • Коррозионностойкость. Сплав марки АМг6 не вступает в химическую реакцию с атмосферными газами и большинством слабо концентрированных кислот и щелочей. Устойчив к воздействию воды. Однако, это все становиться возможным только при проведении отжига с низкой скоростью охлаждения.
  • Вибрационная стойкость. АМг6 хорошо зарекомендовал себя при работе в условиях циклических нагрузок. Его предел выносливости составляет 130 Мпа, что сравнимо с аналогичным параметром авиационных дуралюминов.
  • Технологичность. Амг6 относится к первой группе свариваемости. Сварные швы получаются плотными и прочными. По своим эксплуатационным характеристикам мало отличаются от цельного металла. Пластичность сплава также находится на высоком уровне. Относительно удлинение на сжатие для него составляет 20%. Благодаря этому АМг6 поддается любым видам обработки давлением: штамповке, протяжке и прочее.

металлопрокат

Но помимо достоинств, существует и ряд минусов у АМг6. Среди них наиболее значимыми являются:

  • Низкий предел текучести. Для нивелирования этого недостатка используют дополнительное легирование цинком до 0,8% или же проводят нагортовку поверхности металла.
  • Неспособность упрочняться при проведении термической обработки. Алюминиевые сплавы с содержанием магния ниже 8% не поддаются термическому упрочнению.

Область применения

На рынок металлопроката АМг6 поставляется в виде прутков, листов, швеллеров, уголков всевозможного размера. Применяется он главным образом в сварных металлоконструкциях, у которых есть ограничение по массе.

Также из АМг6 изготавливают обшивку как наружную так и внутреннюю для разного рода видов транспорта: автобусы, троллейбусы, железнодорожные вагоны и т.д. Данный сплав отлично зарекомендовал себя в качестве материала для цистерн, в которых транспортируют нефть и другие химически активные вещества.

По прогнозам специалистов, алюминиевые сплавы не потеряют своей важности для промышленности еще как минимум в течение 100 лет, несмотря на активную конкуренцию со стороны композитных материалов. Причина этого – простота технологии выплавки и огромные запасы. По своей распространённости в земной коре алюминий уступает лишь кремнию и кислороду.

Механические свойства свариваемых алюминиевых сплавов

Применяются свариваемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6, АМг61.

Низколегированные сплавы АМг2 и АМг3 применяют при изготовлении различных бензо- и маслотрубопроводов в самолетостроении и других летательных аппаратах.

Сплав АМг3 широко применяют для изготовления сварных баков и деталей сварных конструкций средней прочности.

Сплавы Амг4, Амг5, АМг6 и АМг61 как более прочные используют в более наружных сварных конструкциях.

Для повышения прочности и особенно предела текучести листов и плит из сплава АМг6 толщиной 15-20 мм их нагартовывают на (20-40%).

Читайте так же:
Что можно спаять дома

Самозакаливающиеся сплавы 1915 и В92ц термически упрочняемые свариваемые сплавы системы Al — Zn — Mg имеют более высокие технологические и прочностные свойства по сравнению со сплавами системы Al — Mg .

Для сварных конструкций работающих при криогенных и повышенных температурах, применяются сплавы АК8, 1201, 1205, ВАД1.

Сплавы для внутренней декоративной отделки применяются АД1, АД31, АВ и АМц (различные профили детали).

Для лопастей вертолетов применяются сплавы АВ и АД33.

Для заклепок применяют сплавы Д18 и В65, В94 (в закаленном и состаренном состоянии). Al сплавы, применяемые для заклепок, должны обладать высокой пластичностью, достаточной для расклепываемости без образования трещин.

Для изготовления деталей поршневых двигателей применяют деформируемые алюминиевые сплавы АК9, АК2, АК4, АК4-1 и литейные сплавы АЛ31, АЛ5, АЛ25, АЛ30. Для изготовления деталей реактивных двигателей применяют деформируемые сплавы АК4, АК4-1, Вд17 и литейные сплавы АЛ4, АЛ5, АЛ9, АЛ19, АЛ33. В поршневых двигателях основные детали (картеры, головки цилиндров, поршни, детали топливной аппаратуры).

В реактивных двигателях алюминиевые сплавы также находят широкое применение. Основными свойствами материалов для двигателей должны быть следующие:

1 низкая плотность; 2 высокая теплопроводность, низкий температурный коэффициент линейного расширения; 3 высокая жаростойкость (сопротивление газовой коррозии при повышенных температурах); 4 высокая жаропрочность; 5 высокая вибрационная прочность.

Поршни из деформируемых сплавов изготовляют путем горячей деформации — ковки и штамповки, далее термическая обработка.

Рис.1. Типовая диаграмма «Алюминий – легирующий элемент»

. 1.)

1-деформируемые, термически неупрочняемые сплавы; 2-деформируемые, термически упрочняемые сплавы

Литейные алюминиевые сплавы претерпевают эвтектическое превращение, а деформируемые — нет. Последние в свою очередь бывают термически неупрочняемыми (сплавы, в которых нет фазовых превращений в твердом состоянии) и деформируемые, термически упрочняемые (сплавы алюминиевые, упрочняемые закалкой и старением). Алюминиевые сплавы обычно легируют Сu, Mg, Si, Мn, Zn, реже Li, Ni, Ti.

Рис. 2. Диаграмма состояния «алюминий — марганец»

Рис. 3. Микроструктура сплава АМц Рис. 4. Микроструктура дюралюмина после

а) закалки в воде с температуры Т2; б) закалки и искусственного старения при Т3 (справа — схематическое изображение)

Структура алюминиевого сплава Амц состоит из твердого раствора марганца в алюминии и вторичных выделений фазы MnAl6 (рис.3). В присутствии железа вместо MnAl6 образуется сложная фаза (MnFe)Al6, практически нерастворимая в алюминии, поэтому сплав Амц не упрочняется термической обработкой. Алюминиевые сплавы АМг (магналий) относятся к системе А1 — Mg (рис. 4). Магний образует с алюминием a -твердый раствор и в области концентраций от 1,4 до 17,4 %Mg происходит выделение вторичной b -фазы (MgAl), но сплавы содержащие до 7 %Mg, дают очень незначительное упрочнение при термической обработке, поэтому их упрочняют пластической деформацией — нагартовкой.

Рис. 4. Диаграмма состояния «алюминий — магний»

Маркировка алюминиевых сплавов

Для отечественных алюминиевых сплавов используются буквенно-цифровая и цифровая системы обозначений. В буквенно-цифровой маркировке (хотя этим сплавам позднее была присвоена цифровая маркировка, но она не «прижилась») не заложено какой-либо системы. Буквы могут символизировать алюминий и основной легирующий компонент — АМц (Al-Mn), АМг1 (Al-Mg), назначение сплава (АК6, АК4-1 — алюминий ковочный), название сплава (АВ — авиаль, Д16 — дуралюмин), могут быть связаны с названием института, разработавшего сплав (ВАД1, ВАД23 — ВИАМ, алюминиевый, деформируемый) и т.д.

Читайте так же:
Единица измерения усилия затяжки

В конце шестидесятых годов была введена четырехзначная цифровая маркировка. Первая цифра обозначает основу алюминиевого сплава. Алюминий и сплавы на его основе маркируют цифрой «1». Вторая цифра обозначает основной легирующий компонент или основные легирующие компоненты. Второй цифрой «0» обозначаются различные марки алюминия, спеченные алюминиевые сплавы (САС), различные сорта пеноалюминия. Цифрой «1» обозначают сплавы на основе системы Al-Сu-Мg; цифрой «2» — сплавы на основе системы Al-Сu; цифрой «3» — сплавы на основе системы Al-Mg-Si; цифрой «4» — сплавы на основе системы Аl-Li, а также сплавы, легированные малорастворимыми компонентами, например переходными металлами (марганец, хром, цирконий); сплавы, замаркированные цифрой «5», базируются на системе Al-Mg и называются магналиями; сплавы на основе систем Аl-Zn-Мg или Аl-Zn-Мg-Сu обозначаются цифрой «9». Цифры 6, 7 и 8 — резервные. Последние две цифры в цифровом обозначении алюминиевого сплава — это его порядковый номер. Последняя цифра несет дополнительную информацию: сплавы, оканчивающиеся на нечетную цифру, — деформируемые, на четную — литейные. Если сплав опытный и не используется в серийном производстве, то перед маркой ставят цифру «0» (01570, 01970) и маркировка становится пятизначной. При производстве деформируемых полуфабрикатов из А85, А8, А7, А6, А5 и А0 алюминий выплавляется в чушках с соотношением Al:Si не менее 1:1. В этом случае к маркировке добавляется буква П (полуфабрикат), например, А6П. Если в алюминии, предназначенном для производства деформируемых Al-Mg сплавов, содержание Na < 0.0015 %, то к маркировке добавляется буква Р (рафинированный). Для указания состояния деформированных полуфабрикатов, изготавливаемых из алюминиевых сплавов, используется буквенно-цифровая система обозначений после марки сплава. Без обозначения значит без термической обработки.

М — мягкий отожженный;

Н3 — нагартованный на три четверти;

Н2 — нагартованный на одну вторую;

Н1 — нагартованный на одну четверть;

Т — закаленный и естественно состаренный;

Т1 — закаленный и искусственно состаренный на максимальную прочность; Т2, Т3 — режимы искусственного старения, обеспечивающие перестаривание материала (режимы смягчающего искусственного старения); Т5 — закалка полуфабрикатов с температуры окончания горячей обработки давлением и последующее искусственное старение на максимальную прочность; T7 — закалка, усиленная правка растяжением (1,5-3 %) и искусственное старение на максимальную прочность

Материаловедение. Шпаргалка.

44. Алюминий; влияние примесей на свойства алюминия; деформируемые и литейные алюминиевые сплавы.

Алюминий отличают низкая плотность, высокие тепло– и электропроводность, хорошая коррозийная стойкость во многих средах за счет образования на поверхности металла плотной оксидной пленки А123. Технический отожженный алюминий АДМ упрочняется холодной пластической деформацией.

Алюминий высокопластичен и легко обрабатывается давлением, однако при обработке резанием возникают осложнения, одной из причин которых является налипание металла на инструмент.

В зависимости от того, какие примеси присутствуют в алюминии, наблюдаются изменения его коррозионных, физических, механических и технологических свойств. Большинство примесей отрицательно сказываются на электропроводности алюминия. Наиболее распространенные примеси: железо, кремний. Железо, наряду с электропроводностью, снижает пластичность и коррозионную стойкость, повышает прочностные свойства алюминия. Присутствие железа в сплавах алюминия с кремнием и магнием отрицательно сказывается на свойствах сплава. Только в тех сплавах алюминия, где присутствует никель, железо считается полезной примесью.

Наиболее распространенная примесь в алюминиевых сплавах – кремний. Данный металл, а также медь, магний, цинк, марганец, никель и хром вводят в алюминиевые сплавы как основные компоненты. Соединения СuАl2, Мg2Si, СuМgАl2– эффективно упрочняют алюминиевые сплавы.

Читайте так же:
Что можно сделать из электромоторчика

Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах. Марганец повышает коррозионную стойкость. Кремний является основным легирующим элементом в ряде литейных алюминиевых сплавов (силуминов), поскольку он участвует в образовании эвтектики.

Ni, Тi, Сг, Fе повышают жаропрочность сплавов, затормаживая процессы диффузии и образуя стабильные сложнолегированные упрочняющие фазы. Литий в сплавах способствует возрастанию их модуля упругости. Вместе с тем магний и марганец снижают тепло– и электропроводность алюминия, а железо – его коррозионную стойкость.

Маркировка алюминиевых сплавов. В настоящее время одновременно применяют две маркировки сплавов: старую буквенно-цифровую и новую цифровую. Наряду с этим имеется буквенно-цифровая маркировка технологической обработки полуфабрикатов и изделий, качественно отражающая механические, химические и другие свойства сплава.

Классификация алюминиевых сплавов. Алюминиевые сплавы в основном подразделяются на деформируемые и литейные, поскольку в производстве порошковых сплавов и композиционных материалов используются процессы пластической деформации и литья.

Алюминиевые сплавы разделяют по способности упрочняться термической обработкой на упрочняемые и не упрочняемые. Они могут подвергаться гомогенизационному, рекристализационному и разупрочняющему отжигу.

Хорошим сочетанием прочности и пластичности отличаются сплавы системы А1—Сu—Мg – дюралюмины Д1, Д16, Д18, Д19 и др. Термическая обработка упрочняет дюралюмины, повышает их свариваемость точечной сваркой. Они удовлетворительно обрабатываются резанием, но имеют склонность к межкристаллитной коррозии после нагрева. Значительное повышение коррозионной стойкости сплавов достигается плакированием.

В авиации дюралюмины применяют для изготовления лопастей воздушных винтов (Д1), силовых элементов конструкций самолетов (Д16, Д19).

Высокопрочные сплавы системы А1—Zn—Мg—Сu (В93, В95, В96Ц) характеризуются большими значениями временного сопротивления (до 700 МПа). При этом достаточная пластичность, трещиностойкость и сопротивление коррозии достигаются режимами коагуляционного ступенчатого старения (Т2, ТЗ), а также применением сплавов повышенной (В95кч) и особой (В95оч) чистоты.

Высокомодульный сплав 1420 обладает благодаря легированию алюминия литием и магнием (система А1—М–Li) пониженной (на 11 %) плотностью и одновременно повышенным (на 4 %) модулем упругости.

Ковочные сплавы АК6 и АК8 (система А1—М–Si—Сu) при горячей обработке давлением обладают высокой пластичностью. Они удовлетворительно свариваются, хорошо обрабатываются резанием, но под напряжением склонны к коррозии. Для обеспечения коррозионной стойкости детали из сплавов АК6 и АК8 анодируют или покрывают лакокрасочными материалами. Из ковочных сплавов изготавливают ковкой и штамповкой детали самолетов, работающие под нагрузкой. Эти сплавы способны работать при криогенных температурах.

Жаропрочные алюминиевые сплавы системы А1-Си-Мп (Д20, Д21) и А1—Сu—Мg—Fе—Ni (АКЧ-1) применяют для изготовления деталей (поршни, головки цилиндров, диски), работающих при повышенных температурах (до 300 °С). Жаропрочность достигается за счет легирования сплавов никелем, железом и титаном, затормаживающими диффузионные процессы и образующими сложнолегированные мелкодисперсные упрочняющие фазы, устойчивые к коагуляции при нагреве. Сплавы обладают высокой пластичностью и технологичностью в горячем состоянии.

Литейные алюминиевые сплавы.

Основные требования к сплавам для фасонного литья – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими (сопротивление коррозии) свойствами. Лучшими литейными свойствами обладают сплавы эвтектического состава.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector