рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Алюминий и сплавы на его основе

Алюминий и сплавы на его основе - Лабораторная Работа, раздел Машиностроение, Лабораторная работа №1 Термическая обработка литейного чугуна в машиностроении Алюминий Кристаллизуется В Кубическую Гранецентрированную Решетку. Он Не Имее...

Алюминий кристаллизуется в кубическую гранецентрированную решетку. Он не имеет полиморфных превращений. Характерными свойствами алюминия является малый удельный вес (ρ = 2, 72 г/см3), высокая пластичность (δ = 35-40%), низкая температура плавления (6580С), высокая тепло- и электропроводность. Однако чистый алюминий как конструкционный материал применяется ограниченно из-за низких прочностных свойств: (в = 80 Мпа, HB 25 ). Введение легирующих элементов, таких как медь Cu, магний Mg, марганец Mn, железо Fe, кремний Si, позволяет значительно улучшить механические свойства алюминия Al и в ряде случаев создает условия для дополнительного упрочнения сплавов в результате термической обработки.

В соответствии с диаграммой состояния алюминий - легирующий элемент (ЛЭ) все сплавы на основе алюминия делятся на три класса: деформируемые неупрочняемые термической обработкой, деформируемые термически упрочняемые и литейные.

Деформируемые термически неупрочняемые сплавы имеют однофазную структуру однородного - раствора на основе алюминия Al; концентрация ЛЭ в диапазоне от точки О до точки P (рис.1).

Деформируемые термически упрочняемые сплавы имеют двухфазную структуру + АmВп, где АmВп – интерметаллическое соединение; концентрация ЛЭ от точки Р до точки D' (рис.1).

Литейные сплавы (концентрация ЛЭ от точки D' до точки Е', рис.1) претерпевают эвтектическое превращение, и поэтому основной их структурной составляющей является механическая смесь двух фаз (+ АmВп) – эвтектика. Наличие эвтектики, обладающей жидкотекучестью, обеспечивает этим сплавам хорошие литейные свойства.

 
 

Рис.1

Деформируемые сплавы.

1. К деформируемым термически неупрочняемым сплавам относятся сплавы, легированные магнием Mg и марганцем Mn (обозначаются соответственно АМг и АМц). Среднее содержание Mg и Mn в процентах обозначается цифрами, например, АМг3. Эти сплавы обладают невысокой прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью.

Содержание марганца в этих сплавах не превышает 1,6%. При содержании марганца до 0,3% он находится только в твердом растворе, при большем количестве он частично будет находиться в виде интерметалличнского соединения MnAl6, не растворяемого в алюминии.

Содержание магния в деформируемых алюминиевых сплавах колеблется от 2 до 7%. Магний с алюминием образует несколько интерметаллических соединений: Mg2Al3 и Mg4Al3. Сплавы, содержащие больше 3% магния могут подвергатьтся упрочняющей термической обработке, но эффект от упрочнения будет невелик, и поэтому этот путь упрочнения сплавов не используется.

Упрочнение сплавов данной группы достигается только путем холодной обработки давлением (наклепа).

2. Выше отмечалось, что сплавы на основе алюминия Al с концентрацией ЛЭ от точки Р до точки D' (рис. 1) способны термически упрочняться. Такая способность обусловлена наличием в этих сплавах переменной растворимости легирующего элемента в соответствии с положением линии DР на рисунке 1. Из этого класса алюминиевых сплавов наиболее распространены так называемые дуралюмины. Основным легирующим элементом в них является медь Cu (до 4,5 % Cu). Кроме меди, дуралюмин содержит магний Mg и марганец Mn.

Структура этих сплавов в отожженном состоянии состоит из твердого раствора легирующих элементов в алюминии и частичек второй фазы, растворяемых в алюминии с повышением температуры, таких, как Θ-фаза (CuAl2), S –фаза (CuMgAl2), T –фаза (CuMg5Al5) (Рис. 2). Именно эти фазы являются упрочняющими при термической обработке.

Термическая обработка алюминиевых сплавов заключается в закалке и последующем старении (дисперсионном твердении). Закалка основана на существовании переменной растворимости меди, магния и некоторых других элементов в твердом алюминии при повышении температуры (лабораторная работа №3).

После закалки структура сплава Д16 будет представлять собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов в алюминии (рис 3,а).

После естественного старения структура состоит из зерен пересыщенного твердого раствора и интерметаллических соединений алюминия с легирующими элементами, не растворившихся в твердом алюминии (темные включения на шлифе, рис.3,б).

а б

Рис.3

 

Высокопрочный деформируемый сплав В95 имеет следующий химический состав: 5-7 % Zn; 1,8-2,8 % Mg; 1,4-2,0 % Cu; 0,2-0,6 % Mn; 0,1-0,25 % Cr; остальное – Al. Сплав подвергается закалке и искусственному старению. Механические свойства сплава после термической обработки: в = 540-560 МПа; = 10-12 %; HRB 14-17 . Причем нижние пределы относятся к плакированным листам, а верхние - к профилям и пруткам. Структура сплава В95 после закалки и старения состоит из зерен алюминиевого твердого раствора (светлый фон шлифа) и интерметаллических соединений (типичные включения на шлифе), не растворившихся при нагреве под закалку. Упрочняющими фазами в сплаве В95 являются тройные соединения: S- фаза (Al2MgCu) и Т- фаза (Al2Mg3Zn3), не видимые под оптическим микроскопом. Недостатком этого сплава являются низкая пластичность и коррозионная стойкость. Применение этого сплава без плакирования не рекомендуется (Плакирование заключается в создании на обеих поверхностях листа тонкого защитного слоя, состоящего из чистого алюминия.)

Жаропрочный деформируемый сплав АК4 имеет следующий химический состав: 2,2 % Cu; 1,6 % Mg; 1,25 % Ni; 1,35 % Fe; 0,85 % Si; 0,1 % Ti; остальное – Al. Применяется для поршней тепловых двигателей, обладает более высокими прочностью и твердостью при повышенных температура, чем дуралюмин. В этом сплаве содержится никель, который с алюминием и медью дает тройное соединение AlCuNi, а с алюминием и железом тройное соединение Al9FeNi, нерастворимые в твердом алюминии, которые повышают жаропрочность сплава, делая структуру сплава более гетерогенной и препятствуя развитию процесса рекристаллизации. Фазы-упрочнители сплава АК4 S- фаза (Al2MgCu) и W- фаза (Al2CuMgSi), имеющие сложный состав, выделяются из твердого раствора и укрупняются (коагулируют) более медленно, чем CuAl2 в дуралюмине, вследствие чего сплав АК4 более стоек против отпуска, т.е. обладает жаропрочностью. Присадка Ti в количестве меньше 0,1 % способствует образованию мелкокристаллической структуры (создает дополнительные центры кристаллизации). Термическая обработка сплава: закалка с 520 оС в воде и искусственное старение при 160 оС. Структура сплава после указанной термической обработки состоит из зерен алюминиевого твердого раствора (светлый основной фон шлифа) и интерметаллических соединений, не перешедших при нагреве под закалку в твердый раствор (темные включения).

Литейные сплавы. Литейные алюминиевые сплавы, в которых растворимость ЛЭ в твердом алюминии изменяется с изменением температуры, можно термически обрабатывать, т.е. подвергать закалке с последующим старением, в результате чего прочность сплава повышается. Структура литейных сплавов по сравнению с деформированными сплавами крупнозернистая, грубая, поэтому, чтобы перевести при закалке надлежащее количество интерметаллических соединений в твердый раствор, для литейных сплавов требуется более длительная выдержка, чем для деформируемых.

В качестве литейных используются сплавы алюминия с кремнием Si при содержании кремния от 4 до 13%, медью Cu при ее содержании более 8%, магнием Mg, по химическому составу близкие к эвтектической концентрации.

Наиболее распространенными литейными сплавами являются силумины – сплавы алюминия с кремнием. Они обладают хорошими литейными свойствами – хорошо заполняют форму, имеют малую усадку и не склонны к образованию трещин. Однако силумины склонны к образованию газовой пористости. Угол диаграммы Al-Si приведен на рис.4.

Алюминий с кремнием дает эвтектику, содержащую 11,6 % Si. Большинство применяемых силуминов являются доэвтектическими сплавами, так как заэвтектические сплавы, содержащие в структуре крупные первичные кристаллы кремния, весьма хрупки и обладают малой прочностью.

Структура доэвтектического силумина представляет твердый раствор и эвтектику. При обычном способе литья эвтектика силуминов имеет грубое строение. Кремний в ней

 
 

Рис.4

находится в виде крупных игл. Если силумины подвергнуть модифицированию, т.е. перед разливкой ввести в жидкий сплав натрий или смесь его солей (2/3 NaF + 1/3 NaCl), то эвтектика становится мелкозернистой. Кроме того, заэвтектический сплав (12-14 % Si) делается по структуре доэвтектическим, т.е. происходит сдвиг эвтектической точки вправо. Модифицирование резко повышает механические свойства: предел прочности в и относительное удлинение растут одновременно. Термическая обработка простых силуминов дает весьма малое упрочнение, поэтому они термически не обрабатываются.

 
 

Простейшим двойным литейным силумином является сплав АЛ2, содержащий 10-13 % Si. На рис. 5 дана микроструктура немодифицированного заэвтектического силумина АЛ2, состоящая из кристаллов кремния (белые) и эвтектики

Рис. 5

 

+Si грубого строения, в которой кремний находится в виде крупных игл. Силумин с такой структурой обладает низкими механическими свойствами. Если в жидкий сплав перед его кристаллизацией ввести небольшое количество (0,01-0,1) натрия, это приводит к измельчению включений кремния и значительному улучшению механических свойств силумина. Этот процесс называется модифицированием. Характерным является то, что при модифицировании снижается температура кристаллизации кремния и эвтектики, точка эвтектики сдвигается вправо и заэвтектический сплав становится доэвтектическим (рис. 4).После модифицирования структура силумина АЛ2 мелкозернистая (рис. 6). Видны первичные дендриты твердого раствора (светлый фон) и мелкая (дисперсная) эвтектика +Si (темный фон). Гарантируемые механические свойства модифицированного силумина: в 160 МПа, 2 %, HB 50 HRB.

Сплав АЛ12 является литейным алюминиевомедным сплавом, содержащим 10-14 %Cu. По механическим свойствам он уступает силумину, но в литье имеет одно преимущество перед ним – образует меньшее количество окисных пленок. Чаще применяется без термической обработки. Сплав АЛ12 является доэвтектическим и при комнатной температуре в равновесном состоянии имеет структуру: алюминиевый твердый раствор (светлый фон) и эвтектику (+CuAl2), залегающую по границам зерен твердого раствора.

 

Рис. 6

 

Сплав алюминия с 9,5-11,5 % Mg называют магналием (АЛ8). Этот сплав имеет высокие механические и антикоррозионные свойства. Литейные свойства сплава невысоки. Термическая обработка в промышленных масштабах сплава АЛ8 не применяется, так как эффект от старения незначителен. Обычно магналий подвергают только закалке с целью получения однородной структуры для большей устойчивости против коррозии. Закалка производится с 430 оС в горячей воде; выдержка при температуре закалки 15-20 часов. Механические свойства сплава после закалки: в 270 Мпа, 9 %, HB 60.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Лабораторная работа №1 Термическая обработка литейного чугуна в машиностроении

Лабораторная работа термическая обработка литейного чугуна в машиностроении в большом.. цель работы.. при выполнении этой работы необходимо смягчение чугуна путем обычного и изотермического отжига и нормализации а также..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Алюминий и сплавы на его основе

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
ОТЖИГ I РОДА (РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЙ ОТЖИГ)   Рекристаллизационный отжиг предназначен в основном для устранения различных отклонений в структуре металла или сп

ОТЖИГ II РОДА. НОРМАЛИЗАЦИЯ
  Перед отжигом углеродистых сталей исходной структурой чаще всего является феррито-карбидная смесь. Основное превращение при нагреве – это переход перлита в аустенит при температурах

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДУРАЛЮМИНА (ТО СПЛАВА БЕЗ ПОЛИМОРФНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ) Закалка Закалка без полиморфного превращения применима к любым сплавам, в которых одна ф

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ЗАКАЛКА. ОТПУСК СТАЛИ (ТО СПЛАВА С ПОЛИМОРФНЫМ ПРЕВРАЩЕНИЕМ) Закалка стали заключается в нагреве доэвтектоидных сталей выше критической температуры А3 на 30-50

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛИТЕЙНОГО ЧУГУНА
  В машиностроении в большом количестве применяют литейный чугун различных марок. За последние годы в практике находит все более широкое применение легированный литейный чугун. Путем

Цель работы
Изучить микроструктуры химико-термически обработанных сталей и зависимость между структурой и свойствами стали после различных видов обработки. Химико-термическая обработка это обработка ,

E+g ¢изб®g ¢®a+g ¢(эвтектоид)®a+g ¢изб.
Концентрация азота изменяется от поверхности в глубь слоя соответственно диаграмме состояния железо-азот и особенно резко на границах отдельных фаз. Твердость азотированного слоя железа и простых у

ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ. ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ
  Мартенситное превращение в стали, особенно в реальных изделиях конечной величины, нужно рассматривать совместно с закаливаемостью и прокаливаемостью стали. Под закаливаемос

Медь и сплавы на ее основе
Чистая медь, обладая высокой электропроводностью и пластичностью, является основным материалом для проводов. Помимо этого медь применяется на прокладки, уплотнительные кольца, шайбы и т.д.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги