Вопросы для самоподготовки к зачетам и экзаменам по материаловедению

Все сплавы алюминия можно разделить на группы:

1. деформируемые,  предназначеные для получения  полуфабрикатов (листов, плит, прутков,  профилей и тд), поковок и штамповых  заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки. Деформируемые сплавы подразделяются на сплавы, упрочныемые ТО и неупрочняемые ТО.

2. литейные, предназначенные  для фасонного литья.

Сплавы алюминия, обладая хорошей технологичностью во всех стадиях передела, малой  плотностью, высокой коррозионной стойкостью, при достаточной прочности, пластичности и вязкости нашли широкое применение в авиации, судостроении, автостроении, строительстве и в других отраслях промышленности и нар.хоз-ва.

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют  закалку и старение, а для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, - отжиг.

Температура рекристаллизации некоторых сплавов алюминия с  марганцем, хромом, никелем, цирконием, титаном и др. превышает обычно назначаемую t нагрева под дефомацию или закалку, поэтому после закалки и старения этих сплавов в них сохраняется некристаллизованная (полигонизованная) структура с высокой плотностью дислокаций, что повышает ее прочность по сравнению с рекристаллизованной структурой. Это явление получило название структурного упрочнения. Наиболее сильно проявляется в прессованных полуфабрикатах (прутки, профили, трубы) и поэтому это явление применительно к ним называется пресс-эффектом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

41. выскопрочные аллюминиевые  сплавы, сплавы для  ковки и штамповки,  жаропрочные алюминиевые  сплавы, марки, состав, свойства, термическая обработка, область применения. 

Дуралюмины –  сплавы Ал-медь-магний, в которые  дополнительно вводят марганец (повышает свойства против коррозии), железо и  кремний. Маркируется буквой Д и  цифрой, например Д1 содержит: 3,8-4,2%меди, 0,5-0,8 магний и марганца. Более широкое применение – Д16. Листы дуралюмина для повышения коррозионной стойкости подвергают плакированию (покрытию тонким слоем алюминия высокой чистоты) или электрохимическому оксидированию.

Упрочнение достигается закалкой и старением.

Закалка – для  получения однородного твердого раствора. Старение в три этапа. 1.появляются участки обогощенные медью- 3ГП1, увеличение твердости изза искажения  кристаллич.реш-ки. Затем появляется зона ГП2, имеет строение приближающееся к CuAl₂ – зонное старение.

2.Греем, ГП2 превр-ся  в метастабильную фазу CuAl₂, имеющую ГЦК реш-ку, эта фаза когерентно связана с матрицей. Твердость и прочность максимальна. – фазовое старение.

3. греем. Фаза  начинает расти. Размеры начинают  расти, нарушается когерентность. Прочность и тв-сть меньше – коагуляционное старение.

Дуралюмины удовл.обр-ся резанием, хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой  плавлением (изза склонности к образованию  трещин), из Д16 изготавливают обшивки, шпангоуты, стрингера и лонжероны самолетов, силовые каркасы, кузова автомобилей и т.д.

Наряду с дюралюмином  применяются другие сплавы, имеющие  большую твер-сть и прочность. Если есть цинк, маркируется, например В95: 10%цинк, 2%магний,2%медь. Наиболее прочный  – В96: 8-9%цинка,2,5%магния,>2%меди,цирконий.

Авиаль. Маркируются АВ: медь 0,1-0,5%, магний 0,45-0,9%, марганец 0,15-0,35, кремний 0,5-1%. Про прочности уступают дуралюминам, но более пластичны в холодном и горячем состояниях. Обр-ся резаним, свариванием. Закаливают при t=515-525град. затем производится старение 160град. 10-12часов. Высокопрочные сплавы В95-96,Д16,Д20 применяют для изготовления деталей и элементов конструкций самолетов, которые требуют долговечности при переменных нагрузках.

Алюминиевые сплавы для ковки и штамповки отличаются высокой пластичность при t=380-450град., удовл. лит.св-ва, по составу близки к дуралюмину Д1, если Д1 исп-ся для ковки, то маркируется АК1, кроме этого исп-ся АК6, АК8, АК4. подвергают закалке и старению. Наряду с упрочняющей фазой встречаются и др.фазы. хорошо свариваются контактной и др. сваркой.

Жаропрочные сплавы. Исп-ся для деталей работающих при  t до 300град(поршни, головки цилиндров, крыльчатки, лопатки компрессоров и т.д.). имеют более сложный хим.состав. легируются железом, никелем и титаном. Например, высокая прочность сплава Д20 достигается благодаря высокому содержанию меди, марганца и титана. Сплавы АК4-1 закаливают при 530град в холодной или горячей воде и подвергают старению при t=200град. 
 
 
 
 
 
 
 

42. деформируемые аллюминиевые сплавы, неупрочняемые термической обработкой. Марки, состав, свойства, область применения. 

К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или с магнием: АМг и Амц. Цифы в маркировке – это номер сплава, а не химический состав. Эти сплавы имеют малую прочность но высокую пластичность. Повышение прочности при некотором уменьшении пластичности достигается нагортовкой. Если сплав неупрочнен – в конце буква М, полунагортован – П, нагортован – Н. Сплавы обрабатываются давлением (штамповка, гибка и тд), хорошо свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена. Применяют для сварных и клепанных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Например, сплавы АМц, АМг2, АМг3 нашли применение в изготовлении емкостей для жидкости (баки для бензина), трубопроводов, палубных надстроек, морских судов и т.д.. Для средненагруженных деталей конструкций используют сплавы АМг5, АМг6 (рамы и кузова вагонов, корпуса и мачты судов и т.д.) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

43. литейные аллюминиевые  сплавы. Марки, состав, свойства, область  применения. 

Должны обладать хорошей жидкотекучестью, малой  усадкой, малой склонностью к образованию пористости и горячих трещин. Хорошими литеными свойствами обладают сплавы, по составу близкие к эвтектическим. Это – сплавы алюминий-кремний, но механические свойства их очень низкие в связи с крупными размерами зерен. Поэтому их модифицируют – добавляют измельчители: титан, цирконий, бор, ваннадий, хром. Результат – значительное измельчение зерна, повышение свойств. По ГОСТ1583-93 литейные алюминиевые сплавы маркируются буквой А, после которой стоят буквы, показывающие наличие легирующих элементов и цифры (количество этих элементов). Буквой К обозначают кремний, М – медь, Мг – магний и тд. Например, АК9, АМ3.

Наиболее широко применяются сплавы системы алюминий-кремний: АК9, АК12 – силумины, обладают лучшими  литейными свойствами, модифицируют натрием 0,05-0,08%, добавляют две соли: 67%Na-F + 33%Na-Cl.

Система алюминий-медь (АМ3, АМ5) имеют плохие литейные свойства, но высокую прочность и хорошо обрабатываются резанием. Отливки небольшого размера и простой формы.

Система алюминий-магний (АМг6, АМг10) имеют низкие литейные свойства, но они легкие, обладают хорошими прочностными свойствами, коррозионно-стойкие, применяются  в авиа- и судостроении после закалки  и старения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

44. термическая обработка алюминиевых сплавов. Отжиг, закалка, старение. 

Для упрочнения алюминиевых сплавов применяют  закалку и старение, а для устранения неравновесных структур и деформационных дефектов строения, снижающих пластичность сплава, - отжиг.

Закалка заключается в нагреве до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до нормальной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Особенностью алюминиевых сплавов является малый интервал температур под закалку. Например для сплава Д16 485-505град., более высокие температуры вызывают пережог (оплавление по границам зерен), что приводит к образованию трещин, пузырей, снижаются мех.св-ва и сопротивление коррозии. Охлаждение при закалке должно быть со скоростью выше критической. Под критической скоростью закалки понимают минимальную скорость охлаждения, которая предотвращает распад пересыщенного твердого раствора. Чаще всего для закалки применяют воду. После закалки сплавы имеют невысокую прочность и высокую пластичность.

После закалки  следует старение, при котором  сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток (естественное старение) или в течении 10-24 часов  при повышенной температуре 150-200град.(искуственное старение). В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, что сопровождается упрочнением сплава, происходит в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения. При естественном старении образуются лишь зоны ГП1, при искуственном старении последовательность структурных изменений: ГП1 – ГП2 – θ’- θ.

Диффузионный  отжиг (гомогенизация). Этому виду отжига подвергают слитки перед обработкой давлением для устранения дендритной ликвации, которая приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению по границам зерен и между ветвями дендритов хрупких неравновесных эвтектических включений. В результате пластичность литого сплава повышается. Гомогенизация способствует получению мелкозернистой структуры в отожженых листах и уменьшает склонность к коррозии. Температура – 450-520град, выдержка 4-40ч, охлаждение на воздухе или с печью.

Рекристаллизационный  отжиг заключается в нагреве  деформрованного сплава до температур выше температуры окончания первичной рекристаллизации, применяется для снятия наклепа и получения мелкого зерна. Температура рекристаллизации 350-500град., выдержка 0,5-2 часа. Отжиг в качестве промежуточной операции применяют при холодной деформации или между горячей и холодной деформациями. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

45. магний и его  сплавы. Марки, состав, свойства, область  применения. Особенности  литья и термической  обработки магниевых  сплавов.

Магний –  металл серебристо-белого цвета, не имеет  полиморфных превращений и кристаллизуется в ГПУ решетку. Низкая плотность – 1,7 г/см3, tплав=651град. Хорошо обрабатывается резанием, воспринимает ударные нагрузки, гасит вибрационные нагрузки. При высокой температуре активно окисляется, при t=623град. на воздухе возгорается. Мг имеет грубую крупнозернистую структуру, низкие механические свойства, малую пластичность и низкую твердость. В чистом виде Мг применяется мало: в пиротехнике, хим.пром-сти, в металлургии (как легирующий элемент, восстановитель). Сплавы Мг находят применение, раньше назывались «электрон». Достоинство: высокая удельная прочность. Легируют Мг цирконием, неодимом, цинком, аллюминием, торием,марганцем. Добавки циркония 0,5% уменьшают размер зерна Мг почти в сто раз. Сплавы: деформируемые, литейные. Маркируются буквой М (если деформ-ые, то А, литейные – Л) и цифры, например, МЛ15,МА5, цифры – номер сплава. Свойства регламентируются ГОСТом 14957-76. Сплав МА5 содержит 0,15-0,5% марганца, 0,2-0,8 цинка, 7,8-9,2% Ал. Сплав МА14 содержит 5-6% цинка, Мн и Ал-нет,цинка 0,3-0,9%. Сплав МА10 легированный Ал, серебром и кадмием, имеет высокую прочность, недостаток – склонность к образованию трещин, что затрудняет их обработку давлением а так же сварку. Литейные магниевые сплавы – ГОСТ2856-79, в виду грубозернистости имею значительно меньшую пластичность и прочность. Преимущество – значительная экономия металла, в виду низких припусков на мех.обр-ку. Имеют невысокие литейные свойства, поэтому сплавы необходимо перегревать. Наибольшее применение нашли сплавы системы Мг-Ал-Зн. Имеют лучшее сочетание свойств. Высокопрочные магниевые сплавы применяют для наружних деталей самолетов, авиадвигателей: корпуса, компрессора, и др. Магниевые сплавы подвергают ТО: отжигу, закалке, старению. В виду малой  дифф.подвижности  выдержка при ТО составляет 10ки часов. Т1- искуственное старение, без предварительной закалки, выделяется упрочняющая фаза. Т2- отжиг. Для снятия внутренних напряжений и наклепа. Т4- закалка,повышает предельную прочность. Т6-закалка с охлаждением на водухе и поледующее старение – для повышения предела прочности при некотором снижении пластичности. Т61-закалка в воде и старение, исп-ся для получения максимальных прочностных свойств литых деталей