АЛЮМИНИЙ, МАГНИЙ ,ТИТАН И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ

Свойства алюминия. Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Он является самым распространенным металлическим элементом земной коры. Основные его свойства следующие: небольшая плотность - 2,7 г/см³, низкая температура плавления – 660⁰С. Эти свойства и предопределяют область его применения. Алюминий быстро покрывается плотной пленкой окислов Al₂O₃, защищающих его от коррозии. Алюминий кристаллизуется в гранецентрированной решетке и не имеет аллотропических превраще­ний.

Таблица 16.

Марки алюминия и его назначение

Технически чистый алюминий после прокатки и отжига имеет сле­дующие механические свойства: sв= 60 МПа; sт= 20 МПа, d = 40%; j = = 85%; твердость по Бринеллю 250 МПа. Нагартовкой (наклепом) sвалюминия можно повысить до 220 МПа.

Алюминий содержит некоторое количество примесей, главным обра­зом железа и кремния. В зависимости от степени чистоты алюминий разделяется на марки (табл. 16).

Технически чистый алюминий в качестве конструкционного матери­ала не применяется из-за его незначительной прочности, зато широко используются сплавы на его основе, многие из которых обладают очень высокой удельной прочностью sв/g.

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ.

Алюминий получают из руд, содержащих свободный глинозем Al₂O₃, или из гидратов окиси алюминия - бокси­тов, каолина, нефелина, алунита. Наивысшее содержание алюминия в бокситах и составляет 40-60%. При производстве алюминия сначала из руд щелочным или электрометаллургическим способом получают свобод­ный глинозем Al₂O₃.

Металлический алюминий получают из свободного глинозема путем его электролитического разложения. Под действием постоянного тока при 950⁰С разлагается на металлический алюминий и кислород. Алюми­ний, обладающий большей плотностью, отлагается на угольной подине ванны, являющейся катодом, а кислород соединяется с углеродом угольных анодов. Полученный электрическим путем алюминий содержит различные нежелательные примеси, растворенные газы, неметаллические включения, поэтому алюминий-сырец рафинируют. Электролитическое ра­финирование позволяет получить алюминий высокой чистоты (до 99,99% Al).

Технические сплавы алюминия. Алюминиевые сплавы делятся на де­формируемые и литейные.

Деформируемые сплавы подразделяются на следующие группы: сплавы высокой прочности - дюралюмины и сплавы типа В95, выпускаемые в виде проката (листы, трубы, фасонные профили);

ковочные сплавы, применяемые для изготовления деталей ковкой и штамповкой;

сплавы для сварных конструкций;

теплопрочные сплавы для работы при повышенных температурах.

Дюралюмин - это сплав системы Al-Cu-Mg с постоянными примесями Si и Fe. Для повышения коррозионной стойкости в дюралюмин вводится Mn.

Наиболее распространен сплав Д16, в состав которого входят: Cu

- 4,4%; Mg - 1,5%; Mn - 0,6%; Si < 0,5%; Fe < 0,5%. Структура дюра­люмина в отожженном состоянии состоит из твердого раствора и интер­металлических соединений

Al₂CuMg, CuAl₂ и FeAl₃. После закалки с температуры 500⁰С структура сплава представляет собой пересыщенный твердый раствор и нерастворенные частицы соединения FeAl₃.

На транспорте широко применяют сплавы Д16АТ, Д16Т, Д16АМ и Д16М. Буква А означает, что сплав плакирован тонким слоем чистого алюминия, Т - подвергнут термической обработке, М - модифицирован­ный.

Сплав В95 - это высокопрочный сплав системы Al-Zn-Mg-Cu. Его состав следующий: Zn - 6%; Mg - 2,3%; Cu - 1,7%; Mn - 0,4%; Cr - 0,15%. Цинк, магний и медь образуют с алюминием твердый раствор и вторичные фазы - интерметаллические соединения. Марганец и хром вводят для усиления эффекта старения и повышения коррозионной стой­кости. Сплав В95 удовлетворительно куется, штампуется и прокатыва­ется.

Отечественная промышленность выпускает еще более высокопрочный сплав В96, в состав которого входит: Zn - 8%; Cu - 1,7%; Mn - 3%; Mn - 0,35%; Cr - 0,15%. После закалки и старения сплав В96 имеет такие свойства: sт= 680 МПа; sв= 720 МПа; d = 8%.

Удельная прочность сплавов В95 и В96 равняется 25, тогда как рельсовая сталь имеет удельную прочность 10. Эти сплавы весьма чувствительны к концентраторам напряжений, что необходимо учитывать при конструировании и обработке деталей из них.

В качестве ковочных применяют алюминиевые сплавы повышенной пластичности в горячем состоянии. Этим требованиям удовлетворяет сплав типа АК8, состав которого следующий: Cu - 4,4%; Mg - 0,6%; Mn

- 0,7%; Si - 0,9%. Ковочные сплавы упрочняют закалкой и искусствен­ным старением. Применяют их для изготовления деталей сложной формы штамповкой и ковкой.

Сварные конструкции изготовляют из сплавов, которые хорошо свариваются, отличаются высоким сопротивлением коррозии, легко об­рабатываются давлением в холодном состоянии. Это сплавы:

АМц, содержащий 1-1,6% Mn, термообработкой не упрочняется, ме­ханические свойства повышаются нагартовкой;

магналий АМг, содержащий 2-2,8% Mn, закалке и старению не под­вергается, упрочняется нагартовкой;

авиаль АВ, содержащий 0,6% Mg и 0,8% Si, упрочняется закалкой и старением, после чего имеет следующие показатели механических свойств: sт= 280 МПа; sв= 330 МПа; d = 16%; НВ = 950 МПа.

Литейные алюминиевые сплавы разделяют на силумины и теплопроч­ные сплавы.

Применяемые для отливок сплавы должны обладать хорошей жидко­текучестью. Этому требованию лучше других удовлетворяют Al-Si-спла­вы - силумины. Эвтектическая концентрация кремния составляет 11,7%. Сплав, содержащий 10-13%, обладает наилучшими литейными свойствами. Для получения мелких кристаллов в эвтектике и повышения механичес­ких свойств силумин модифицируют путем введения в жидкий металл со­лей натрия. Силумины маркируют буквами АЛ (АЛ2, АЛ4 и т.д.). В качестве теплопрочных литейных сплавов применяют алюминиевые сплавы, легированные медью, магнием, железом и кремнием.

МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

Особенность магния - небольшая плотность, равная 1,75 г/см³, и низкая температура плавления – 651⁰С. Магний и его сплавы легко воспламеняются и при горении дают высокую темпера­туру. Технически чистый магний в качестве конструкционного материа­ла не применяют из-за низкой прочности.

Сплавы магния получают легированием алюминием, марганцем, а иногда торием, церием, цирконием. Наиболее часто магний легируют алюминием и цинком, которые входят в состав твердого раствора и об­разуют в двойных сплавах соединения Mg₄Al₃, MgZn₂, а в тройных Mg₄Al₃Zn₃. Применяют как деформируемые, так и литейные магниевые сплавы.

Дата добавления: 2014-10-08; просмотров: 700; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!