Жаропрочные алюминиевые сплавы

Механические свойства алюминиевых литейных сплавов

Марка сплава	Вид литья	Термическая обработка	sв, МПа	s0,2, МПа	d, %	Твердость НВ	Плотность, г/см^3
АЛ2	В землю	–					2,66
В кокиль	–					–
АЛ4	В землю	Закалка + старение					2,65
АЛ9	В землю	Закалка + старение					2,68
АЛ6	В землю	Закалка + старение					2,76
АЛ7	В землю	Закалка + старение					2,81
АЛ12	В землю	Закалка + старение				–	2,91
АЛ8	В землю	Закалка					2,58
В кокиль	Закалка					–

Применение литых сплавов для нагруженных деталей целесообразно лишь в том случае, когда сложная форма литой детали дает преимущество в массе по сравнению с простой по форме кованой деталью или когда ковкой не удается получить заданную форму детали; в других случаях более целесообразно использование кованых, механически более прочных сплавов.

Имеющаяся номенклатура сплавов позволяет выбрать для каждого конкретного назначения оптимальную марку.

Есть детали, изготавливаемые отливкой или штамповкой из алюминиевых сплавов, которые работают при температурах порядка 200–300°С и даже 350°С (например, поршень, головка цилиндра и т. п.)

Применяемые для этих целей алюминиевые сплавы легируют такими элементами, как медь, магний, никель, железо, титан.

Для получения необходимых свойств эти сплавы подвергают закалке (перевод избыточных фаз в твердый раствор) и затем искусственному старению (стабилизации структурного состояния).

Чем сложнее состав сплава и состав выделяющихся фаз, тем медленнее происходит разупрочнение сплава при высоких температурах. Поэтому жаропрочные сплавы обычно имеют сложный химический состав и содержат специально вводимые присадки железа и никеля, что отличает их от остальных алюминиевых сплавов.

Термическая обработка жаропрочных кованых сплавов (АК2, АК4) заключается в закалке с 510–520°С с последующим искусственным старением в течение 15–20 ч при 100–180°С. Во избежание деформации при работе сплава в условиях повышенных температур, обусловленных дополнительным выделением фаз, следует проводить так называемую стабилизацию, т. е. отпуск при более высокой температуре, чем указано, при этом вследствие перестаривания (коагуляции выделившихся фаз) прочность будет ниже, чем указана в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Механические свойства алюминиевых жаропрочных сплавов
при повышенных температурах

Марка сплава	sв, МПа, при температуре, °С	d, при температуре, °С
АЛ2
АК2
АК4

Для поршневых сплавов важно иметь максимальную теплопроводность, минимальные коэффициент трения и плотность. Сплавы АК2 и АК4 имеют плотность 2,80 г/см³, коэффициент линейного расширения при 20–400°С равен 22. Теплопроводность сплавов АК2 и АК4 – 1,55 и 1,68 Дж/(см-с-°С) соответственно.

Литейным алюминиевым жаропрочным сплавом является сплав АЛ1 следующего состава: 3,75–4,50% Сu; 1,25–1,75% Mg; 1,75–1,25 Ni; < 0,8% Fe; < 0,7% Si; < 0,3% Zn. Жаропрочность его обусловлена образованием при кристаллизации жесткого каркаса из соединений Mg₂Si и Al _x Cu _y (Fe, Ni) _z.

Задания и методические указания

1. Ознакомиться с микроструктурой и свойствами алюминия и его сплавов.

2. Изучить основные операции термической обработки алюминиевых сплавов.

3. Изучить влияние естественного старения на свойства и структуру алюминиевых сплавов.

4. Исследовать микроструктуру алюминия и его сплавов в металлографическом микроcкопе МИ-1, записать файлы изображения исследованных структур.

5. Составить отчет о проделанной работе (при составлении необходимо описать основные операции термической обработки алюминиевых сплавов, механизм естественного старения; начертить часть диаграмм состояния Al – Cu, Al – Si; зарисовать все просмотренные структуры с указанием названия структурных составляющих и марки сплавов).

Контрольные вопросы

1. Наиболее характерные свойства чистого алюминия.

2. Назовите отличительные механические свойства чистого алюминия. Какова их величина?

3. В какой решетке кристаллизуется алюминий?

4. Какова коррозионная стойкость алюминия, что ее обеспечивает?

5. Области применения чистого алюминия.

6. Назовите основной легирующий элемент, вводимый для
упрочнения алюминиевых сплавов.

7. Приведите диаграмму состояния Аl – Сu, назовите ее тип и фазовый состав.

8. Назовите пределы растворимости меди в Аl по диаграмме состояния Аl – Сu.

9. На чем основана упрочняющая термическая обработка в А1 – Сu сплавах?

10. Перечислите операции термической обработки алюминиевых сплавов. Какая операция особенно важна и почему?

11. Как определяют необходимую скорость охлаждения при закалке сплава А1 – Сu?

12. При какой температуре наблюдается максимальная скорость превращения при закалке алюминиевых сплавов?

13. Какой концентрации меди должен быть твердый раствор А1 – Сu сплава, чтобы он был пересыщенным и обеспечивал упрочнение при старении?

14. Какие виды старения происходят в А1 – Сu сплавах?

15. Опишите структуру А1 – Сu сплава в отожженном состоянии.

16. Опишите структуру А1 – Сu сплава в свежезакаленном состоянии.

17. Опишите структуру А1 – Сu сплава в естественно состаренном состоянии.

18. Как изменяется предел прочности в А1 – Сu сплавах после операций термической обработки?

19. Что такое инкубационный период в А1 – Сu сплавах и как он используется?

20. Как изменяется прочность дюралюминия при искусственном старении в зависимости от температуры?

21. Опишите процесс возврата А1 – Сu сплава к свежезакаленному состоянию.

22. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах при старении.

23. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах на первой зонной стадии старения.

24. Что такое зоны Гинье – Престона (зоны Г. – П.), как они влияют на прочность сплава?

25. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах на фазовой стадии старения.

26. Опишите процессы, которые протекают в А1 – Сu сплавах на третьей стадии старения.

27. Расскажите о процессе старения, включающем стадии:

свежезакаленный сплав ® зоны Г. – П. (Г. – П.-1 – Г. – П.-2) ® q' ® q.

28. Диаграмма состояния А1 – Si.

29. Растворимость алюминия в кремнии, содержание Si в эвтектике.

30. Влияние модифицирования на кристаллизацию в системе Al – Si.

31. Микроструктура литейных сплавов алюминия – силуминов.

32. Классификация технических алюминиевых сплавов.

33. Чем определяется граница между деформированными и литыми алюминиевыми сплавами?

34. Как влияет термическая обработка на литейные алюминиевые сплавы?

35. Как изменяются технологические свойства сплавов системы двух компонентов с ограниченной растворимостью?

Дата добавления: 2014-11-29