Алюминий и его сплавы

Таблица 6.

Состав  некоторых деформируемых термически упрочняемых сплавов

       Рис. 4. Диаграмма состояния “алюминий  – магний” 
 

       Рис. 5. Фрагмент диаграммы состояния  “алюминий – медь”:

       Т₁ – температура оплавления; 
Т₂ – температура закалки; 
Т₃ – температура искусственного старения. 

       Рис. 7. Диаграмма состояния “алюминий  – кремний”:а) общий вид; 
б) после введения модификатора. 

       При закалке, которая заключается в  нагреве сплава выше линии переменной растворимости, выдержке при этой температуре  и быстром охлаждении, фиксируется структура пересыщенного a – твердого раствора (светлый фон на рис. 6а) и нерастворимых включении железистых и марганцовистых соединений (темные включения). Сплав в свежезакаленном состоянии имеет небольшую прочность s₆ = 30 кгc/мм³ (300 МПа); d = 18 %; твердость НВ75.

       Пересыщенный  твердый раствор неустойчив. Наивысшая  прочность достигается при последующем  старении закаленного сплава. Искусственное  старение заключается в выдержке при температуре 150 – 180 °С. При этом из пересыщенного a – твердого раствора выделяются упрочняющие фазы CuAl₂, CuMgA₂, и др.  
Микроструктура состаренного сплава представлена на рис. 6б. Она состоит из твердого раствора и включений различных вышеперечисленных фаз.

       4. Литейные алюминиевые сплавы

       Действующий в настоящее время стандарт на алюминиевые сплавы (ГОСТ 1583-89) предусматривает  их деление на 5 групп: 
I – сплавы на основе системы А1 – Si – Мg 
II – сплавы на основе системы Al – Si – Сu 
III – сплавы на основе системы Al – Сu 
IV – сплавы на основе системы Al – Mg 
V – сплавы на основе системы алюминий – прочие компоненты.

       В таблице 7 приведены некоторые марки  сплавов этой группы и их химический состав.

       Характерным представителем алюминиевых литейных сплавов являются силумины – это  сплавы алюминия с кремнием, обычно содержащие 10 – 13 %Si (AK12) (рис. 7).

       Микроструктура  литых доэвтектических силуминов состоит из светлых дендритов a - твердого pacтворa кремния в алюминии и двойной эвтектики a + Si игольчатого типа, рис. 8в (т.к. растворимость Al в Si при комнатной температуре составляет 0,05 % , допустимо считать, что в структуре сплавов при низких температурах присутствует не b -твердый раствор, а кремний).

       Рис. 8. Микроструктура силуминов  
(справа – схематическое изображение):а) доэвтектический, б) эвтектический 
в) заэвтектический, г) модифицированный.

       Микроструктура  сплава эвтектического состава состоит  из эвтектики a + Si. При обычном способе литья эта эвтектики имеет грубое строение (рис. 8б). Кремний в ней находится в виде грубых игл. В силуминах заэвтектического состава первично кристаллизуются многогранные кристаллы Si светло-серого цвета (рис. 8в). Кремний хрупок, поэтому силумины имеют низкие механические свойства (s _b = 120 – 160 МПа, d = 1 – 2 %). Чтобы избавиться от грубой эвтектики и первичных кристаллов, сплавы модифицируют, т.е. перед разливкой в расплав вводят небольшое количество натрия (0,05 – 0,08 % к массе сплава) или кальция, бора. В результате модифицирования (рис. 7 – пунктир) увеличивается концентрация кремния в эвтектике (с 11,7 % до 15 %) и сплавы переохлаждаются относительно равновесно эвтектической температуры 577 °С. Силумины заэвтектического состава, содержащие 11,7 – 15 % Si, становятся доэвтектическими, и в их структуре вместо первичных хрупких кристаллов кремния имеются дендриты пластического a -твердого раствора (рис. 8г). Переохлаждение приводит к формированию в структуре мелкозернистой эвтектики.

       Модифицирование улучшает не только механические свойства силуминов (s _b = 170 – 200 MПа, d = 3 – 5 %), но и литейные. Модифицированные силумины хорошо свариваются и имеют высокую коррозионную стойкость. Для повышения прочности двойные силумины легируют магнием, медью и подвергают термической обработке.По назначению конструкционные литейные алюминиевые сплавы условно делятся на следующие группы:

1) сплавы, отличающиеся высокой герметичностью (АК12, АК8);

2) высокопрочные жаропрочные сплавы (АМ5, АК5М);

3) коррозионно-стойкие  сплавы (АМг10; АЦ4Мг). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

       Алюминий  широко применяется в строительстве  и архитектуре. В большинстве  промышленно развитых стран на эти  цели расходуется 20% запасов алюминия. Авиация, железнодорожный и автомобильный транспорт потребляют 25%,а электротехника — около 15%.В последнее время быстро возрастает расход алюминия на изготовление тары и упаковки—сегодня он уже достиг 10—15%.Увеличивается значение алюминия и в производстве товаров широкого потребления: по оценкам, его доля здесь также составляет 10—15%. В связи с этим быстро растет и абсолютный объем производства и потребления алюминия.

       Алюминий  стоит на втором месте по масштабу производства после железа. Использование алюминия происходит как в различных отраслях промышленности, так и в быту. Алюминий применим в пищевой и химической промышленности, потому что ему не характерно взаимодействие с органическими кислотами, концентрированной азотной кислотой и продуктами пиши. Алюминий используют для производства тары, упаковочного материала, емкостей и пр. Алюминий также широко распространен в строительстве, электротехнике, криогенной технике авто- и вагоностроении.  
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ 4784-97.Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки

2. ГОСТ 1583-93 Сплавы алюминиевые литейные. Технические  условия 

3. ГОСТ 11069-74 Алюминий первичный. Марки

4. Добаткин В. И., Слитки алюминиевых сплавов, Свердловск, 1960:

5. Фридляндер И. Н., Высокопрочные деформируемые алюминиевые сплавы, М., 1960;

6. Колобнев И. Ф., Термическая обработка алюминиевых сплавов, М., 1961;

7. Альтман М. Б., Лебедев А. А., Чухров М. В., Плавка и литье сплавов цветных металлов, М., 1963;

8. Воронов С. М., Металловедение легких сплавов, М., 1965;