Деформируемые сплавы

Алюминий и его сплавы

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, харак­теризуется низкой плотностью 2,7 г/см³, высокой элек­тропроводностью, температура плавления 660°С. Меха­нические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применя­ется ограниченно.

Для повышения физико-механических и технологи­ческих свойств алюминий легируют различными эле­ментами (Сu, Mg, Si, Zn). Железо и кремний являются постоянными примесями алюминия. Железо вызывает снижение пластичности и электропроводности алюми­ния. Кремний, как и медь, магний, цинк, марганец, никель и хром, относится к легирующим добавкам, упрочняющим алюминий.

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

—алюминий особой чистоты марки А 999 (0,001 % примесей);

—алюминий высокой чистоты — А 935, А 99, А 97,А 95 (0,005—0,5 % примесей);

—технический алюминий — А 85, А 8, А 7, А 5, А 0 (0,15—0,5 % примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфаб­рикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алю­миний высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

В автомобилестроении широкое применение получи­ли сплавы на основе алюминия. Они классифицируются:

—по технологии изготовления;

—по степени упрочнения после термической обра­ботки;

— по эксплуатационным свойствам.

К неупрочняемым термической обработкой относятся сплавы:

— алюминия с марганцем марки АМц;

— алюминия с магнием марок АМг, АМгЗ, АМг5В,АМг5П, АМгб.

Эти сплавы обладают высокой пластичностью, кор­розионной стойкостью, хорошо штампуются и сварива­ются, но имеют невысокую прочность. Из них изготов­ляют бензиновые баки, проволоку, заклепки, а также сварные резервуары для жидкостей и газов, детали ва­гонов.

В группе деформируемых алюминиевых сплавов, уп­рочняемых термической обработкой, различают сплавы:

—нормальной прочности;

—высокопрочные сплавы;

—жаропрочные сплавы;

—сплавы для ковки и штамповки.

Сплавы нормальной прочности. К ним относятся спла­вы системы Алюминий + Медь + Магний (дюралюми­ны), которые маркируются буквой «Д». Дюралюмины (Д1, Д16, Д18) характеризуются высокой прочностью, достаточной твердостью и вязкостью. Для упрочнения сплавов применяют закалку с последующим охлаждени­ем в воде. Закаленные дуралюмины подвергаются ста­рению, что способствует увеличению их коррозионной стойкости.

Дюралюмины широко используются в авиастроении: из сплава Д1 изготовляют лопасти винтов, из Д16 — несущие элементы фюзеляжей самолетов, сплав Д18 — один из основных заклепочных материалов.

Высокопрочные сплавы алюминия (В93, В95, В96) от­носятся к системе Алюминий — Цинк — Магний — Медь. В качестве легирующих добавок используют мар­ганец и хром, которые увеличивают коррозионную стой­кость. Для достижения требуемых прочностных свойств сплавы закаливают с последующим старением.

Высокопрочные сплавы по своим прочностным пока­зателям превосходят дуралюмины, однако менее пластич­ны и более чувствительны к концентраторам напряжений (надрезам). Из этих сплавов изготовляют высоконагруженные наружные конструкции в авиастроении — дета­ли каркасов, шасси и обшивки.

Жаропрочные сплавы алюминия (АК 4— 1, Д 20) име­ют сложный химический состав, легированы железом, никелем, медью и другими элементами. Жаропрочность сплавам придает легирование.

Детали из жаропрочных сплавов используются пос­ле закалки и искусственного старения и могут эксплуа­тироваться при температуре до 300°С.

Сплавы для ковки и штамповки (АК 2, АК 4, АК 6, АК 8) относятся к системе Алюминий — Медь — Маг­ний с добавками кремния. Сплавы применяют после закалки и старения для изготовления средненагруженных деталей сложной формы (АК6) и высоконагруженных штампованных деталей — поршни, лопасти винтов, крыльчатки насосов и др.

Литейные сплавы. Для изготовления деталей методом литья применяют алюминиевые сплавы систем Al-Si, Al-Cu, Al-Mg. Для улучшения механических свойств сплавы легируют титаном, бором, ванадием. Главным достоинством литейных сплавов является вы­сокая жидкотекучесть, небольшая усадка, хорошие ме­ханические свойства.

Применяют следующие виды термической обработ­ки литейных алюминиевых сплавов:

— искусственное старение: для улучшения прочнос­ти и обработки резанием;

— отжиг с охлаждением на воздухе: для снятия литей­
ных и остаточных напряжений и повышения пла­стичности;

— закалка и естественное (или искусственное) старе­
ние: для повышения прочности;

— закалка и смягчающий отпуск: для повышения пла­стичности и стабильности размеров.

Сплавы алюминия с кремнием (силумины) получили наибольшее распространение среди алюминиевых ли­тейных сплавов в силу своих высоких литейных свойств и хороших механических и технологических характери­стик. Силумины (марок АЛ2, АД4, АЛ9) обладают вы­сокой жидкотекучестью, хорошей герметичностью, до­статочной прочностью, хорошо обрабатываются резанием, легко свариваются, сопротивляются коррозии и устойчивы к образованию горячих трещин.

Сплав АЛ2 применяется для изготовления тонкостен­ных деталей сложной формы при литье в землю: корпуса агрегатов и приборов.

Сплав АЛ4 — высоконагруженные детали ответствен­ного назначения: корпуса компрессоров, блоки двига­телей, поршни цилиндров и др.

Сплав АЛ9 — изготовление деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для де­талей, подвергающихся сварке.

Сплавы алюминия с магнием (магналины) —--АЛ 8, АЛ13, АЛ27, АЛ29 обладают наиболее высокой корро­зионной стойкостью и более высокими механическими свойствами после термической обработки по сравнению с другими алюминиевыми сплавами, но литейные свой­ства их низкие.

Сплавы АЛ8 и АЛ 13 являются наиболее распро­страненными, из них изготовляют подверженные кор­розионным воздействиям детали морских судов, а так­же детали, работающие при высоких температурах (головки цилиндров мощных двигателей воздушного ох­лаждения).

Сплавы алюминия с медью — АЛ7, АЛ 12, АЛ 19, обла­дают невысокими литейными свойствами и понижен­ной коррозионной стойкостью, но высокими механи­ческими свойствами.

Сплав АЛ7 применяют для изготовления отливок несложной формы, работающих с большими напряже­ниями (головки цилиндров маломощных двигателей воздушного охлаждения).

Сплавы алюминия, меди и кремния — АЛЗ, АЛ4, АЛ6 характеризуются хорошими литейными свойствами, но коррозионная стойкость их невысокая.

Сплав АЛЗ широко применяют для изготовления от­ливок корпусов, арматуры и мелких деталей.

Сплав АЛ4 используется для отливок ответственных деталей, требующих повышенной теплоустойчивости и твердости.

Сплав АЛ6 применяют для отливок корпусов карбю­раторов и арматуры бензиновых двигателей.

Сплавы алюминия, цинка и кремния — типичный пред­ставитель сплав АЛИ (цинковый силумин), обладаю­щий высокими литейными свойствами, а для повышения механических свойств подвергающийся модифицированию. Используется для изготовления отливок сложной формы — картеров, блоков двигателей внутреннего сго­рания.

Подшипниковые сплавы. Наибольшее приме­нение из алюминиевых подшипниковых материалов получил сплав АСМ. По антифрикционным свойствам он близок к свинцовой бронзе, но превосходит ее по коррозионной стойкости и технологичности.

Сплав АСС-6-5 содержит в своем составе 5 % свин­ца, что придает ему высокие противозадирные свойства. Подшипники скольжения из Сплавов АСМ и АСС-6-5 применяют взамен бронзовых в дизельных двигателях.

Из алюминиевых сплавов, легированных оловом, изготовляют тяжелонагруженные подшипники скольже­ния в автомобилестроении, а также в судовом и общем машиностроении.

Алюминиевые сплавы характеризуются более высо­ким коэффициентом теплового расширения, чем чугуны и стали. Поэтому подшипники из алюминиевых сплавов ограниченно применяются в практике машино­строения. Более широкое распространение получили биметаллические материалы, представляющие собой слой алюминиевого сплава, нанесенный на стальное основание. Такие биметаллы обеспечивают надежную работу узлов трения при больших нагрузках и высоких скоростях скольжения.

Спеченные металлы. Материалы на основе алюминия, полученные методами порошковой метал­лургии, обладают по сравнению с литейными сплавами более высокой прочностью, стабильностью свойств при повышенных температурах и коррозионной стойкостью.

Материалы из спеченных алюминиевых порошков (САП) состоят из мельчайших частичек алюминия и его оксида А1₂О₃. Порошок для спекания получают из тех­нически чистого алюминия, распылением с последую­щим измельчением гранул в шаровых мельницах.

Технологический процесс получения изделий из САП состоит из операций изготовления заготовок и последу­ющей механической обработки. Заготовки получают брикетированием (холодным или с подогревом) порошка

с последующим спеканием при 590—620°С и давле­ниях 260—400 МПа.

По стойкости к воздействию температуры материа­лы из САП превосходят жаропрочный алюминиевый сплав ВД17.

Спеченные алюминиевые порошки (марок САП-1 — САП-4) применяют для изготовления деталей повышен­ной прочности и коррозионной стойкости, эксплуати­руемых при рабочих температурах до 500°С.

Спеченные алюминиевые сплавы (САС) получают из порошков алюминия с небольшим содержанием А1₂О₃, легированных железом, никелем, хромом, марганцем, медью и другими элементами.

Представителем этой группы материалов является САС-1, содержащий 25—30 % Si и 7 % Ni, применяемый взамен более тяжелых материалов в приборо- и маши­ностроении.

Дата добавления: 2014-01-07