Сплавы алюминия

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства алюминия, получают введением в него легирующих добавок, таких, как медь, кремний, магний, цинк, марганец.

Дуралюмин (дюраль, дюралюминий, от названия немецкого города, где было начато промышленное производство сплава). Сплав алюминия (основа) с медью (Cu: 2,2-5,2%), магнием (Mg: 0,2-2,7%) марганцем(Mn: 0,2-1%). Подвергается закалке и старению, часто плакируется алюминием. Является конструкционным материалом для авиационного и транспортного машиностроения.

Силумин - легкие литейные сплавы алюминия (основа) с кремнием (Si: 4-13%), иногда до 23% и некоторыми другими элементами: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Изготавливают детали сложной конфигурации, главным образом в авто- и авиастроении.

Магналии - сплавы алюминия (основа) с магнием (Mg: 1-13%) и другими элементами, обладающие высокой коррозийной стойкостью, хорошей свариаемостью, высокой пластичностью. Изготавливают фасонные отливки (литейные магналии), листы, проволоку, заклепки и т.д. (деформируемые магналии).

Основные достоинства всех сплавов алюминия состоит в их малой плотностью (2,5-2,8 г/см₃), высокая прочность (в расчете на единицу веса), удовлетворительная стойкость против атмосферной коррозии, сравнительная дешевизна и простота получения и обработка.

Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды, спорттоваров, мебели, рекламе и других отраслях промышленности.

По широте применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.

Алюминий - одна из наиболее распространенных добавок в сплавах на основе меди, магния, титана, никеля, цинка, железа.

Алюминий применяется и для алитирования (алюминирования) - насыщения поверхности стальных или чугунных изделий алюминием с целью защиты основного материала от окисления при сильном нагревании, т.е. повышения жароупорности (до 1100 ^oC) и сопротивления атмосферной коррозии.

 

8. Титан и его сплавы.

Титан относится к группе тугоплавких металлов, его температура плавления равна 1668°С. Титан имеет две аллотропические модификации α и ß. Модификация α низкотемпературная и существует при нагреве 882,5°С, имеет гексагональную решетку. При темпертуре 882,5°С α-модификация переходит в ß - модификацию, имеющую объемноцентрированную кубическую рещетку. При переходе α-титана в ß - титан объем металла несколько уменьшается, а электропроводность скачкообразн возрастает.

Основными достоинствами титана являются плотность (4,5 г/см³), большая коррозионная стойкость и высокая механическая прочность. Несмотря на то, что титан химически весьма активен и легко реагирует с большим количеством элементов, он обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря защитному дейст­вию образующейся на его поверхности прочной и плот­ной окисной пленки. В большинстве коррозионных сред титан и его сплавы имеют более высокую стойкость, чем кислотостойкие стали и алюминий.

При введении легирующих элементов можно получать сплавы, обладающие высокой механической прочностью. Основными легирующими элементами являются Al, Sn, Мn, Cr, Мо, V. Легирующие элементы влияют на устой­чивость аллотропических модификаций титана. В соот­ветствии с влиянием легирующих элементов на аллотро­пические превращения титановые сплавы классифициру­ются по структуре следующим образом:

• 1) а-титановые сплавы, структура которых состоит из α-фазы (например, сплав ВТ5-1);
• 2) α+ß - сплавы, в структуре которых при­сутствуют обе фазы (ВТЗ-1, ВТ6);
• 3) ß - сплавы, структу­ра которых состоит из механически стабильной ß - фазы (ВТ15); двухфазные (α+ß)-сплавы и ß - сплавы в отличие от α-сплавов упрочняются термической обработкой.

Сплавы титана обладают не только более высокой ме­ханической прочностью, но и большей коррозионной стойкостью, чем чистый титан. Титан и его сплавы хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением, хорошо свариваются в инертной среде, но обладают низкими антифрикционными свойствами и, сравнительно со сталью, хуже обрабатываются резанием.

Сплавы титана широко применяют в авиационной и ракетной технике, в химической промышленности, цветной металлургии и других отраслях, где использование титановых сплавов определяется их ценными антикоррозионными свойствами. Так, титановые теплообменники, работающие в азотной кислоте, имеют скорость коррозии в 60 раз меньшую, чем аналогичные теплообменники из нержавеющей стали. Из титана изготавливают оборудование для хлорной промышленности, гребные винты и т.п.

 

 

 

9. Магний и его сплавы.

Магний. Химический элемент, символ Mg (лат. Magnesium, от греч. Magnesia — название основного карбоната магния, найденного в 18 веке в Греции). Имеет порядковый номер 12, атомный вес 24, 312, плотность 1, 74 г/см³, температуру плавления 651°С, температуру кипения 1107°С.

В табл. 10 приведены некоторые магниевые сплавы и указано их назначение (ГОСТ 2856-68*).

Химический состав магниевых сплавов, %

Марка сплава	Алюминий	Цинк	Марганец	Всегопримесей, не более	Применение
МЛ2	-	-	1,0-2,0	0,5	Горловины бензобаков и несложная бензомасляная аппаратура
МЛ4	5,0-7,0	2,0-3,0	0,15-0,5	0,5	Литые детали самолетов, двигатели, корпуса приборов
МЛ5	7,5-9,3	0,2-0,8	0,15-0,5	0,5	Литые детали самолетов, двигатели, радиоаппаратура, корпуса фотоаппаратов и др.

Чистый магний из-за малой коррозионной стойкости и малой прочности для сварных конструкций непригоден. В качестве конструкционного материала применяют сплавы магния с алюминием, марганцем, церием. Из всех конструкционных материалов магниевые сплавы отличаются наименьшей плотностью (в 4 раза меньше, чем у стали), что обусловливает их применение для конструкций, у которых масса является основным показателем. В отличие от . алюминиевых сплавы на основе магния и их сварные соединения имеют меньшую пластичность.

Маркируют магниевые сплавы буквой М с другой рядом стоящей буквой А для обрабатываемых сплавов и Л для литейных сплавов.

Собственная окисная пленка слабо защищает металл от воздействия атмосферы и влаги даже при комнатной температуре.

Проникая сквозь рыхлую пленку, кислород непрерывно взаимодействует с внутренними слоями металла. Для повышения коррозионной стойкости его поверхность покрывают искусственной хроматной защитной пленкой.

При повышении температуры окисление магния резко усиливается, что затрудняет его Сварку. Магниевые сплавы необходимо тщательно очистить от окиси магния и защитной пленки до начала сварки, а затем нанести защитную пленку на поверхность сварного соединения. Длительное хранение металла после зачистки до сварки ухудшает качество швов.

Наиболее широкое распространение при изготовлении сварных конструкций из магниевых сплавов имеет аргоно-дуговая сварка вольфрамовым электродом. При этом процессе легче осуществляется надежная защита сварочного пространства от воздействия воздуха. Ранее применявшиеся сварка угольным электродом с подачей в сварочную ванну флюсов и сварка покрытыми электродами в настоящее время потеряли свое значение.

 

Сплавы магния, называемые вообще ультралегкими, были известны раньше под разными названиями («электрон», «доуме-талл» и т. п.). В ГОСТ они обозначаются марками: буквой М с другой рядом стоящей буквой А - для обрабатываемых сплавов и Л - для литейных; затем следует цифра, соответствующая нумерации, не совпадающей с составом сплавов

Прочность и твердость магниевых сплавов в среднем не превосходят ~ 25 кг/мм и Нв - 70, при удлинении 8 - 5-10%. Несмотря на столь низкие механические характеристики, при отнесении их к единице веса получаются числа «удельной прочности», иногда превосходящие таковые в других сплавах, что и оправдывает техническое применение магниевых сплавов. В последнее время стали получать сплавы магния (с цинком), в которых предел прочности достигает 35-40 кг/мм2 при удлинении 8-16%. Такие сплавы, вопреки мнению о возможности проката магниевых сплавов только при малых скоростях, допускают прокат при относительно больших скоростях с одного нагрева (440°) с толщины 250 до 5 мм.

 

 

10. Композиционные материалы.

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.

В последнее время материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и пр.