Смекни!
smekni.com

Свойства алюминия (стр. 4 из 7)

К группе деформируемых упрочняемых сплавов сплавов относят также бо­лее высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы системы Al-Cu-Mg-Zn, назва­ние марок которых начинаются буквой В (высокопрочные)-это сплавы марок В93, В94, В95.

Характерной особенностью осноного химического состава сплавов В93, В94 и В95 является то, что при сравнительно небольшом содержании меди (0.8-2.4 %) и магния (1.2-2.8 %) в них вводят большое количество цинка (5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному повышению твердости.

Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобре­ли сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.

Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную раствори­мость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эф­фект упрочнения при их термообработке невелик. Обьясняется это следу­щим образом.

В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1,9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последу­ющий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает обра­зование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.

В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1,4% упрочнения быть не мо­жет, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последущим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы-химического соединения Mg Al . Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметного эффекта упрочнения.

Несмотря на сказанное, введение и марганца, и магния в алюминий по­лезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содер­жании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.

Значительное повышение прочности сплавов алюминия с марганцем и ма­гнием может быть достигнуто путем их пластической деформации. Накле­панные (нагартованные) изделия из этих сплавов обладают существенно более высокой прочностью, чем в отожженном состоянии. В сплаве АМц, например, при поклепе временное сопротивление повышается с 13 до 22 кГ/мм .

Название марок сплавов системы Al-Mn обозначают буквами АМц, а сис­темы Al-Mg буквами АМг, далее в обоих случаях следует цифра, указыва­ющая номер сплава.

Для получения литейных сплавов в алюминий вводят такие легирующие элементы и в таком количестве, чтобы обеспечить получение в их струк­туре эвтектики. Эвтектика легкоплавка и кристаллизуется при постоянной температуре, что создает хорошую жидкотекучесть, т.е. способность сплава в жидком состоянии хорошо заполнять литейную форму.

Применяемые в настоящее время литейные алюминиевые сплавы, делят на пять групп в зависимости от того, какой основной легирующий элемент введен в них. К группе 1 относят сплавы, легированные магнием, к груп­пе 2-кремнием, 3-медью, 4-одновременно кремнием и медью, к группе 5 относят сплавы, легируемые другими элементами, включающие в свой сос­тав иногда до пяти легирующих компонентов одновременно.

Марки литейных сплавов независимо от их принадлежности к той или иной группе обозначают буквами АЛ (алюминиевый литейный) и номером.

Наиболее характерные составы литейных алюминиевых сплавов всех пяти групп приведены в таблице. Там же указаны и другие марки сплавов, от­носящихся к каждой из этих групп.

Груп-паспла-вов Сплавы Основной химический __________________________Mg | Si | Cu| | состав,%________Zn ________Ni Перечень | марок |входящих в|группу |
12345 АЛ8АЛ2АЛ7АЛ3АЛ1АЛ11АЛ26 9,5-11,5| - | -| || || || || || |- | 10-13 | -| |- | - | 4-5| |0,35-0,6|4,5-5,5 |1,5-3,0 | | | | | | | |1,2-1,75| - |3,75-4,5 | | | |0,1-0,3|6,0-8,0 | -| || |0,4-0,7| 20-22 | 1,5-2,5 -----7-12- ---1,75-2,3-1,0-2,0 АЛ13, |АЛ22, |АЛ23, |АЛ27, |АЛ28, |АЛ29, | |АЛ4,АЛ9 | |АЛ19 | |АЛ5,АЛ6, | АЛ10, | АЛ14, | АЛ15 ||АЛ16, |АЛ17, |АЛ18, |АЛ20, |АЛ21, |АЛ24, |АЛ25, |

Сплав алюминия с высоким содержанием магния (марка АЛ8) обладает на­иболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами среди ли­тейных сплавов, но его литейные свойства существенно хуже, чем у дру­гих. Отливка изделий из него сопряжена с определенными технологически­ми трудностями.

Литейные сплавы с высоким содержанием кремнием часто называют силу­минами, т.е. так же, как и сырьевые двойные сплавы алюминия с кремни­ем. Нормальный силумин АЛ2, содержащий 10-13% Si, является сплавом с прекрасными литейными свойствами, но он недостаточно прочен и не мо­жет упрочняться путем термической обработки, так как кремний почти не­растворим в алюминии. В его структуре на фоне грубой эвтектики нахо­дятся крупные весьма твердые включения первичного кремния, что делает сплав малопластичным. Во избежания этого структуру измельчают путем модифицирования-введением перед отливкой незначительных количеств, на­пример натрия. Такой сплав называют модифицированным силумином.

Для повышения прочности силумина содержание кремния в нем снижают до 4,5-5,5%, но дополнительно вводят легирующие добавки меди, марганца и магния, например марка АЛЗ. Это делает его и более прочным и упрочня­емым при закалке и старении.

Силумин марки АЛ11, содержащий большое количество цинка, обладает особенно высокой жидкотекучестью; его применяют для получения отливок очень сложной конфигурации.

Легирование заметно улучшает свойства алюминия. Так только временное сопротивление алюминия разрыву повышается с 10 до 22 кГ мм в дюралю­минии марки Д16. В состоянии же максимального упрочнения прочность не­которых сплавов повышается до 58 кГ мм .

Высокий уровень механических свойств в сочетании с низкой удельной плотностью обеспечивает очень широкое применение алюминиевых сплавов в самых разнообразных отраслях, особенно в самолетостроении, авиамото­ростроении, транспортном машиностроении и др., где от снижения массы конструкции увеличивается ее полезная мощность.

Алюминиевая промышленность относительно новая, самая крупная и быс­трее всех растущая среди основных подотраслей цветной металлургии, а вместе с тем и наиболее монополизированная. В конце 70-х годов почти половина всего производства первичного алюминия в несоциалистических сранах была сосредоточена на заводах трех американских ("Алкоа", "Рей­нолдз металз" и "Кайзер алюминиум") и одной канадской ("Алкан") моно­полий, тесно связанной с американским капиталом. Они не только господ­ствуют в алюминиевой промышленности США и Канады, но и захватили важ­ные позиции в ряде европейских государств (особенно сильны они в Нор­вегии), в Японии и Австралии, в бокситодобывающих странах Центральной Америки и Африки. Предприятия широкоизвестных монополий французкой "Пешине С. А.", швейцарской "Алюсюис", западногерманской "Ферайнигте Алюминиумверке А. Г." и трех японских дают более 1 5 производства алю­миния в развитых капиталистических странах.

В 1950 г. алюминиевые заводы имелись в 12 промышленно развитых капи­талистических странах и лишь в одной развивающейся, причем 99% выплав­ки было сконцетрировано в шести главных капиталистических странах и четырех, где основную роль в электроэнергетики играли ГЭС-в Канаде, Норвегии, Австрии и Швейцарии. К 1977 г. доля последних четырех госу­дарств в мировом капиталистическом производстве упала более чем вдвое (до 8.9%), а число стран, производящих алюминий, превысило 30; среди них одиннадцать развивающихся: Гана, Индия, Бразилия, Бахрейн (c про­изводством свыше 100 тыс. т год), Аргентина, Суринам, Камерун (свыше 50 тыс. т), Венесуэла, Мексика, Иран, Южная Корея. Алюминиевой про­мышленностью обзавелись Австралия, Новая Зеландия, ЮАР и Исландия. Она теперь есть в преобладающем большинстве западноевропейских госу­дарств. Однако все вместе взятые, появившиеся после 1950 г., 19 новых производителей алюминия дают его меньше, чем одна Япония, опередившая по масштабам производства Канаду. Из европейских государств бедная гидроресурсами ФРГ опередила не только Францию и Италию, но и Норве­гию, а Нидерланды производят теперь больше алюминия, чем альпийские Швейцария и Австрия вместе взятые. Эти изменения-отчасти результат снижения удельной элекроемкости алюминиевого производства (с 22-25 тыс. кВт ч на 1 кг до 11-12 тыс. на новейших предприятиях подотрасли), а главным образом-изменившейся ситуации в электроэнергетике большин­ства государств: резкого падения доли ГЭС в электробалансе и переводе их в этой связи на работу преимущественно в пиковом и полупиковом ре­жиме; кроме того, благодаря техническому прогрессу, удешевилась выра­ботка элекроэнергии на ТЭС, особенно работающих на дешевом топливе. В большинстве экономически развитых стран новые алюминиевые заводы лока­лизуют в расчете на собственные топливные базы (например, в Руре) или на привозное топливо (близ Гамбурга, в портах Японии); в Великобрита­нии построен даже завод в расчете на получение электроэнергии от АЭС (на о-ве Энглси).

Большинство развитых капиталистических государств, в том числе все шесть главных держав, хотя и покрывают основную часть внутреннего спроса на алюминий собственным производством, являются все же его нет­то-импортерами. Важнейшими нетто-экспортерами остались Канада и Норве­гия. К числу "новых" экспортеров алюминия относятся-Гана, Камерун, Су­ринам, с недавних пор Новая Зеландия, Исландия и вовсе не богатые ги­дроэнергоресурсами Нидерланды, Греция, и Бахрейн и некоторые другие страны Ближнего Востока.