Характеристика сплавов на основе алюминия

Среди всех сплавов своими эксплуатационными качествами выделяются алюминиевые. Их применяют при производстве летательных аппаратов, возведении домов, выпуске наземного транспорта и морских судов. При этом выделяют довольно много недостатков, которыми обладают алюминиевые сплавы: мягкость, не очень высокая прочный, относительно невысокая устойчивость к воздействию повышенной влажности. Однако всего несколько основных положительных качеств определяет широкое распространение алюминиевых сплавов в самых различных областях промышленности. Рассмотрим все особенности данного материала подробнее.

Характеристики алюминиевых сплавов

Сплавы на основе алюминия могут обладать самыми различными характеристиками, так как при их получении проводится смешивание различных примесей. Именно поэтому рассматривая механические свойства алюминиевых сплавов следует уделить внимание тому, какие именно элементы входят в состав.

Для начала отметим классификацию материалов, которые получаются при соединении меди и алюминия. Они делятся на три основные группы:

  1. Действующие элементы медь и алюминий.
  2. Действующие элементы медь, магний и алюминий.
  3. Сочетание меди, алюминия и магния с добавлением легирующих элементов (в основном марганца).

Последняя группа сегодня получила довольно большое распространение, так как температура плавления алюминиевых сплавов, входящих в нее, довольно высока. Сплавы последней группы называют дюралюминием.

Рассматривая дюралюминий уделим внимание нижеприведенным моментам:

  1. В состав данного сплава входят железо и кремний. В большинстве случаев подобные легирующие элементы воспринимаются как вещества, ухудшающие эксплуатационные качества. В данном случае железо способствует повышению жаростойкости, а кремний позволяет с высокой эффективностью провести старение.
  2. Входящие в состав магний и марганец повышают прочность. За счет их включения в состав стало возможно использовать дюралюминий при производстве обшивочных листов для высокоскоростных поездов и летательных аппаратов или самолетов.

Часто встречается сплав, представляющий собой сочетание алюминия и магния. Технические характеристики подобного алюминиевого сплава зависят от того, сколько магния в составе.

Среди основных особенностей можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. С увеличением концентрации магния повышается прочность, но уменьшается коррозионная стойкость.
  2. Прирост магния на 1% приводит к повышению прочности примерно на 30 000 Па.
  3. В большинстве сплавов не более 6% магния. Это связано с тем, что слишком большая концентрация станет причиной покрытия всей поверхности коррозией. Также большая концентрация марганца становится причиной неоднородности структуры, неравномерная нагрузка может стать причиной появления трещины или другой деформации.

Сочетание алюминия с марганцем практически не подвергают термической обработке. Это связано с тем, что даже при соблюдении условий проведения закалки существенно изменить эксплуатационные качества сплава не получится. Плотность алюминиевого сплава может колебаться в достаточно большом диапазоне: от 2 до 4 грамм на кубический сантиметр.

Рассматривая слав, прочность которого имеет рекордные показатели, следует уделить внимание сплаву алюминия с цинком и магнием. При применении современных технологий производства можно добиться качеств, которые будут характерны для титана. Среди особенностей подобного сплава отметим:

  1. Термическая обработка становится причиной растворения цинка, за счет чего предел прочности алюминиевого сплава возрастает в несколько раз.
  2. Применять подобный материал в электрической промышленности нельзя, так как прохождение электричества становится причиной существенного снижения коррозионной стойкости.
  3. Коррозионная стойкость в некоторых случаях повышается путем добавления меди, но все же она становится низкой.

В литейной промышленности весьма большое распространение получили алюминиевые сплавы, которые в своем составе имеют кремний. Тот момент, что при термической обработке кремний отлично растворяется в алюминии, позволяет использовать металл при фасонном или формовочном литье. Получаемые изделия хорошо обрабатываются резанием, а также обладают повышенной плотностью.

Очень редко встречаются смеси алюминия и железа, а также никеля. Это связано с тем, что подобные элементы зачастую применяются исключительно как легирующие вещества.

Примером можно назвать то, что железо добавляется в состав для упрощения процесса отделения детали от формы. В состав могут добавляться титан, который существенно повышает показатель прочности.

Подводя итоги по характеристикам алюминиевых сплавов можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. Предел текучести может варьироваться в достаточно большом диапазоне.
  2. Температура плавления алюминия может изменяться в зависимости от того, какие применялись легирующие вещества.
  3. Прочность материала можно существенно повысить.
  4. Некоторые легирующие элементы снижают коррозионную стойкость, улучшая другие эксплуатационные качества. Именно поэтому проводится покрытие поверхности защитными веществами.
Читайте также:  Расчет параметров зубчатого колеса

Из-за легкости и прочности, а также относительно высокой коррозионной стойкости алюминиевые сплавы получили достаточно широкое применение. Альтернативных материалов, которые обладают подобными свойствами и низкой стоимостью, практически нет.

Сферы применения

Алюминий и алюминиевые сплавы получили самое широкое применение, что связано с основными эксплуатационными качествами. Их применение во многом зависит от состава. Примером назовем следующие моменты:

  1. Изначально сплавы стали применяться при изготовлении элементов дирижаблей или самолетов, что связано с легкостью и прочностью.
  2. Сегодня за счет того, что состав определяет плавление при достаточно высоких температурах, сплавы стали применять при изготовлении скоростных поездов. Для снижения их веса применяется алюминиевые сплавы. При движении на большой скорости поверхность нагревается, но при этом не деформируется.
  3. Машиностроительная, пищевая и легкая промышленность, сфера производства бытовой техничек и электроники – применение алюминиевого сплава весьма обширно.

Столь обширная сфера применения определена также тем, что процесс производства сплава весьма прост, получаемый материал не имеет высокой стоимости, а эксплуатационные качества могут быть изменены путем добавления различных легирующих элементов.

Классификация

Рассматривая виды алюминиевых сплавов следует отметить, что они могут классифицироваться по достаточно большому количеству признаков. Классификация алюминия его сплавов по типу вспомогательных элементов подразумевает выделение следующих основных групп:

  1. С добавлением присадок. В качестве присадки применяется просто огромное количество различных веществ, к примеру, магний, цинк, хром, кремний и другие.
  2. С добавлением интреметаллидов. Эту группу можно охарактеризовать добавлением соединением нескольких металлов, к примеру, меди и магния, лития и магния.

Специальные алюминиевые сплавы могут состоять из огромного количества элементов. Их добавление проводится для придания материалу особых эксплуатационных качеств.

В зависимости от выбранного метода металлообработки можно выделить:

  1. Деформируемые сплавы – твердые, из-за повышенной пластичности могут подвергаться обработки путем прессования или ковки. Для повышения эксплуатационных качеств может проводится дополнительная обработка.
  2. Литейные поступают на производство в жидком виде. Подобный материал легко поддается резке после отвердевания. Пример применения литейного сплава — изготовление корпусных деталей различной формы.

По степени прочности можно выделить несколько групп:

Кроме этого в отдельную группу принято выделять дуралюмины, которые обладают особыми эксплуатационными качествами.

Легкий алюминиевый сплав может иметь достаточно большое количество различных примесей. При этом химический состав отражается на маркировке.

Деформируемые алюминиевые сплавы

Довольно большое распространение деформируемых алюминиевых сплавов можно связать с тем, что при их применении процесс производства различных изделий существенно упрощается. Область применения следующая:

Деформируемые алюминиевые сплавы

В результате получаются различные заготовки или уже практически готовые детали с исключительными эксплуатационными качествами. После получения требующейся формы проводится отжиг, закалка или старение, которые позволяют существенно повысить показатель прочности. Данный типа алюминия применяют для получения труб, листа или профиля.

Литейные алюминиевые сплавы

Технологии получения деталей и заготовок путем литья применяются на протяжении многих лет. Они хороши тем, что позволяют получать самые различные формы, которые могут иметь сложные поверхности. Сплавы на основе алюминия могут переходить в текучее состояние при более низких температурах, чем другие металлы. Именно поэтому процесс изготовления различных деталей существенно упрощается.

Среди других особенностей материала данной группы отметим:

  1. После формирования устойчивой кристаллической решетки полученную поверхность достаточно легко подвергать механической обработке.
  2. Получаемые заготовки рассматриваемым методом также хорошо поддаются обработке методом давления.

Литейные алюминиевые сплавы получили весьма широкое применение в различных отраслях промышленности, особенно тех, в которых нужно получать сложные корпусные детали. За счет литья по форме существенно упрощается дальнейшая механическая обработка.

Литейные алюминиевые сплавы

Основные требования, предъявляемые к литейным алюминиевым сплавом – сочетание хороших литейных свойств и оптимальных физико-механических качеств. Данную группу можно разделить на:

  1. Конструкционные герметичные. Этот тип материала характеризуется высокими литейными качествами, а также удовлетворительной коррозионной стойкостью и механической обрабатываемостью. Как правило, получаемые заготовки и изделия в дальнейшем не подвергаются термической обработке для повышения эксплуатационных качеств. Для изготовления средних и крупных деталей, которые зачастую представлены корпусами, достаточно часто проводится легирование состава.
  2. Высокопрочные и жаропрочные. Довольно часто подобный состав дополнительно легируется титаном, за счет чего обеспечиваются высокие эксплуатационные качества. Жаропрочность выдерживается в пределах 350 градусов Цельсия. Для упрочнения состава проводится закалка на протяжении достаточно длительного периода. Довольно часто подобный сплав применяется при получении крупногабаритных заготовок самого различного предназначения.
  3. Коррозионностойкие составы характеризуются тем, что обладают высокой коррозионной стойкостью при эксплуатации в самых различных агрессивных средах. Структура хорошо подается обработке методом резания и сваривания. Однако стоит учитывать относительно невысокие литейные свойства.
Читайте также:  Фреза по дереву для ручного инструмента

Последняя разновидность алюминиевых сплавов достаточно часто применяется при изготовлении деталей, которые будут эксплуатироваться при воздействии морской воды.

Принципы маркировки

Довольно большое количество сложностей возникает с определением марки материала. Маркировка алюминиевых сплавов проводится так, чтобы их можно было просто определить. Как правило, каждому составу присваивается свой номер, который может состоять из цифр и букв.

Среди особенностей маркировки можно отметить нижеприведенные моменты:

  1. Начинается маркировка с одной или нескольких букв, которые указывают на состав.
  2. Кроме этого марки имеют цифровой порядковый номер.
  3. В конце обозначения также может указываться цифра, которая указывает на особенности проведенной термической или иной обработки.

Разберем применяемые правила обозначений на конкретном примере сплава Д17П. Первая буква указывает на то, какой именно состав. В данном случае это дюралюминий. Все дюралюминии имеют определенный химический состав, однако концентрация основных элементов может существенно отличаться. Поэтому число 17 – порядковый номер, указывающий на конкретный материал (то есть с определенными качествами). В конце есть буква, которая применяется для обозначения полунагартованного сплава. Данный метод обработки предусматривает воздействие давления без предварительного нагрева сплава, а значит прочность будет вполовину меньше максимального значения.

В заключение отметим, что каждый состав обладает своими особыми физико-механическими качествами. Данные свойства определяют то, куда именно будет направлен материал для изготовления деталей или дальнейшей обработки. Наиболее важными свойствами принято считать пластичность, теплопроводность, электрическую проводимость и другие. Немаловажным фактором также является то, насколько качественно было проведено изготовление материала. Применение современных технологий позволяет с высокой точностью контролировать концентрацию тех или иных элементов, исключает вероятность появления различных дефектов. В большинстве случаев производство проводится в соответствии с ГОСТ и другими мировыми стандартами.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Алюминий — один из наиболее распространенных и легких конструкционных материалов. Плотность его 2,7 г/см 3 , температура плавления около 660 °С. Это пластичный металл се­ребристо-белого цвета, обладает высокой теплопровод­ностью и электропроводностью, хорошо обрабатывается давлением и сваривается; на воздухе покрывается тон­кой оксидной пленкой, защищающей металл от дальней­шего окисления и коррозии в атмосферных условиях, в воде и других средах.

1 Недостатками алюминия являются плохая обраба­тываемость на металлорежущих станках и низкие ли­тейные свойства.

Основными рудами для выплавки алюминия служат бокситы, алуниты, каолины и др. Наиболее богатые алюминием руды — бокситы — содержат до 50—60% оксида алюминия (глинозема А1203), а также оксиды железа, кремния, титана, кальция и других метал­лов.

Наша промышленность в зависимости от содержа­ния примесей выпускает около тридцати марок алюминия составляющие группы особой, высокой и техниче­ской чистоты. Причем чистота алюминия всех марок превышает 99%. Превышение чистоты на десятые или сотые доли процента указывается в марке после на­чальной буквы А. Так, в алюминии особой чистоты А999 содержится 0,001% примесей, высокой, чистоты А995, А99, А97, А95—от 0,005 до 0,05% примесей и техниче­ской чистоты А 85, А 8, А 7, А 6, А 5, АЕ — от 0,15% до 1,0% примесей. Буква Е в марке АЕ показывает, что данный алюминий предназначен для изготовления элек­трических проводов.1

Алюминий отливают в виде чушек массой 5,15 и 1000 кг и плоских слитков различной длины толщиной 140—400 мм и шириной 560—2025 мм.

Алюминий имеет самое разнообразное применение в промышленности. Значительная часть его расходуется на изготовление электрических проводов взамен более дорогой меди. Алюминий широко используется в быту, в пищевой промышленности, в электронике и ядерной энергетике. Из алюминия и его сплавов изготавливают корпуса самолетов, блоки, коробки передач, моторы,на­сосы, детали для искусственных спутников и космиче­ских кораблей, цистерны для перевозки и хранения хими­ческих продуктов, различные трубопроводы, рамы и двери; его применяют как антикоррозионное покрытие," а также в качестве легирующего элемента в различных сплавах и активного раскислителя при выплавке сталей.

Читайте также:  Сопротивление литий ионного аккумулятора 18650

Сплавы алюминия. Сплавы алюминия делятся на две основные груп­пы: деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы легируются медью, магнием, мар­ганцем, цинком, железом, кремнием и другими элемен­тами, имеют высокую пластичность, выпускаются в виде листов, полос, плит, прутков, проволоки, труб и т. д.

Эти сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые алюминиевые сплавымогут повышать свою прочность при термической обработке. Наиболее распространенным упрочняемым сплавом является дюр­алюминий — сплав алюминия с медью, кремнием и же­лезом, а иногда с марганцем и магнием.

Дюралюминиймаркируется буквой Д и цифрой, указывающей номер сплава. Химический состав дюралюминия при марки­ровке не отражается.

Промышленность выпускает пять основных марок дюралюминия: Д1, Д16, Д18, Д19 и Д20, в которых со­держится меди 2,2—7,0%, кремния и железа 0,6—1,4%, марганца и магния 0,4—2,5%.

Однако дюралюминий имеет низкую коррозионную стойкость и для защиты от коррозии подвергается плакированию — нанесению на поверхность деталей и изделий тонкого защитного слоя из чистого алюминия.

Наиболее распространенны­ми неупрочняемыми сплавами алюминия являются сплавы на основе алюминия и марганца, алюминия и магния. Эти сплавы маркируются буквами АМц и АМг, за которыми следуют цифры, указывающие номер спла­ва.

Промышленность выпускает сплавы алюминия с марганцем марки АМц, содержащей от 1,0 до 1,6% марганца, и сплавы с магнием марок AMrl, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМгб, содержащие от 0,5 до 6,8% магния.

Неупрочняемые сплавы алюминия отличаются высокой коррозионной стойкостью; повышение проч­ности этих сплавов достигается в результате пластиче­ской деформации.

Литейные сплавы алюминияобладают высокой жидкотекучестью. Применяемые литейные сплавы в зави­симости от основного легирующего элемента делятся на пять групп.

Первая группа сплавов легируется магни­ем, вторая — кремнием, третья — медью, четвертая — кремнием и медью и пятая — несколькими легирую­щими элементами одновременно.

Все литейные сплавы маркируются буквами АЛ (алюминий литейный) и но­мером, который не характеризует ни состав, ни свойст­ва сплавов: АЛ 1, АЛ2, АЛЗО.

Сплавы алюминия с высоким содержанием магния обладают высокими ме­ханическими и антикоррозионными свойствами, но худши­ми литейными свойствами по сравнению с другими груп­пами сплавов.

Сплавы с высоким содержанием кремния, называемые силуминами, содержат 10—13% кремния, характеризуются лучшими литейными свойствами, но недостаточно прочны. Для повышения прочности силу­минов снижают содержание в них кремния и увеличи­вают добавки меди, марганца и магния. Легирование силуминов цинком повышает их жидкотекучесть и кор­розионную стойкость. Литейные сплавы алюминия по­ставляются как в виде готовых отливок, так и в виде чушек.

Лекция №14.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Наиболее распространенные алюминиевые сплавы

Большинство алюминиевых предметов, на самом деле, изготовлены из алюминиевых сплавов. Механической прочности чистого алюминия, как правило, не хватает для решения даже самых простых бытовых и технических задач.

Добавление легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства. Одни качества повышаются – прочность, твердость, жаростойкость. Другие снижаются – электропроводность, коррозионная стойкость. Почти всегда в результате легирования растет плотность. Исключение составляет легирование марганцем и магнием.

По способу применения алюминиевые сплавы можно разделить на деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы обладают высокой пластичностью в нагретом состоянии. Литейные – способны эффективно заполнять литейные формы.

Сырье для получения сплавов обоего типа – не только технически чистый алюминий, но и силумин – сплав алюминия с кремнием (10-13 %). Силумин в России обычно маркируют как СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2 и поставляют в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг.

Их структура (гомогенный твердый раствор) обеспечивает наибольшую пластичность и наименьшую прочность при обработке давлением под нагревом. Основными легирующие элементы – медь, магний, марганец и цинк. В небольших количествах – кремний, железо, никель и т.д. Деформируемые алюминиевые сплавы обычно делят на упрочняемые и неупрочняемые. Прочность первых можно повысить термической обработкой.

Типичными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии – сплавы алюминия с медью (2.2 – 7%), содержащие примеси кремния и железа. Они могут быть легированы магнием и марганцем.

Названия марок дюралюминия состоят из буквы «Д» (она всегда первая) и номера сплава. Сейчас наиболее распространено пять основных марок дюралюминия:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector