Сплавы на базе алюминия

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение……………………………………………………………………..…….2

1. Сплавы на основе алюминия………………………………………...…….3
2. Состав……………………………………………………………………….5
3. Применение………………………………………………………………....8
1. Конструкционные алюминиевые сплавы………………………….8
2. Алюминий как добавка в другие сплавы ………………..………12

Заключение…………………………………………………………………….....13

Библиографический список……………………………………………….…….14

Приложение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

   Алюминий (Al) - серебристо-белый металл. В природе встречается в виде минералов, преимущественно алюмосиликатов. Наиболее распространенными минералами являются боксит, алунит, нефлин, содержащие глинозем Al₂O₃. Получают алюминий при электролизе глинозема, Алюминий — легкий, пластичный металл, хорошо поддающийся обработке давлением (ковка, прокатка, волочение), обладающий высокой тепло- и электропроводностью. Плотность алюминия 2,7 г/см³, температура плавления 660°С, температура кипения 2500°С, термический коэффициент линейного расширения 24 x 10^-6, предел прочности 5—6 кгс/мм², твердость по Бринеллю 17 кгс/мм² (при прокатке прочность и твердость возрастают). На воздухе алюминий покрывается тонкой окисной пленкой, защищающей металл от дальнейшего окисления. Алюминий обладает химической стойкостью к азотной и органическим кислотам, пищевым продуктам. Легко растворяется в щелочах. Алюминий используют для получения различных сплавов и как лигатуру в сплавах на основе меди, титана, никеля, цинка, железа. Он применяется для раскисления стали перед литьем. Из сплавов на основе алюминия наиболее известны дюралюминий и магналий.

   Целью работы является более глубокое изучение теоретического материала по теме «Сплавы» на примере алюминия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. СПЛАВЫ  НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ

 

   В качестве конструкционного материала  обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.

• Алюминиево-магниевые Al-Mg. Сплавы системы Al-Mg характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью.

В сплавах  этой системы, содержащих до 6 % Mg, образуется эвтектическая система соединения Al₃Mg₂ c твердым раствором на основе алюминия. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5 %. Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает его прочность. Каждый процент магния повышает предел прочности сплава на 30 Мпа, а предел текучести — на 20 Мпа. При этом относительное удлинение уменьшается незначительно и находится в пределах 30…35 %. Сплавы с содержанием магния до 3 % (по массе) структурно стабильны при комнатной и повышенной температуре даже в значительно нагартованном состоянии. С ростом концентрации магния в нагартованном состоянии структура сплава становится нестабильной. Кроме того, увеличение содержания магния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава. Для улучшения прочностных характеристик сплавы системы Al-Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Попадания в сплавы этой системы меди и железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость.

• Алюминиево-марганцевые Al-Mn. Сплавы этой системы обладают хорошей прочностью, пластичностью и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Основными примесями в сплавах системы  Al-Mn являются железо и кремний. Оба этих элемента уменьшают растворимость марганца в алюминии. Для получения мелкозернистой структуры сплавы этой системы легируют титаном. Присутствие достаточного количества марганца обеспечивает стабильность структуры нагартованного металла при комнатной и повышенной температурах.

• Алюминиево-медные Al-Cu (Al-Cu-Mg). Механические свойства сплавов этой системы в термоупрочненном состоянии достигают, а иногда и превышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей. Эти сплавы высокотехнологичны. Однако у них есть и существенный недостаток — низкое сопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитные покрытия.

В качестве легирующих добавок могут встречаться  марганец, кремний, железо и магний. Причем наиболее сильное влияние  на свойства сплава оказывает последний: легирование магнием заметно  повышает предел прочности и текучести. Добавка кремния в сплав повышает его способность к искусственному старению. Легирование железом и  никелем повышает жаропрочность  сплавов второй серии. Нагартовка этих сплавов после закалки ускоряет искусственное старение, а также повышает прочность и сопротивление коррозии под напряжением.

• Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu). Сплавы этой системы ценятся за очень высокую прочность и хорошую технологичность. Представитель системы — сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Эффект столь высокого упрочнения достигается благодаря высокой растворимости цинка (70 %) и магния (17,4 %) при повышенных температурах, резко уменьшающейся при охлаждении.

Однако  существенным недостатком этих сплавов  является крайне низкая коррозионная стойкость под напряжением. Повысить сопротивление коррозии сплавов  под напряжением можно легированием медью. Нельзя не отметить открытой в 60-е  годы закономерности: присутствие лития  в сплавах замедляет естественное и ускоряет искусственное старение. Помимо этого, присутствие лития  уменьшает удельный вес сплава и  существенно повышает его модуль упругости. В результате этого открытия были разработаны новые системы  сплавов Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Mg-Cu-Li.

• Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.
• Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль.
• Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

 
 
 

2. СОСТАВ

 

     Алюминиевые сплавы делятся на две группы, применяемые  в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом ) и на применяемые в литом виде. Границу между этими двумя группами сплавов определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре

     По  физико-химическим и технологическим  свойствам все деформируемые  алюминиевые сплавы можно разделить  на следующие группы:

1)       малолегированные и термически не упрочненные сплавы;

2)       Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn (АВ, АК6, АК8);

3)       Сплавы типа дуралюмин  (Д1, Д6, Д16 и др);

4)       Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe (АК2, АК4, АК4-1);

5)       Сплавы типа В95, обладающие наибольшей прочностью при комнатной температуре.

     Дюралюминий имеет состав: алюминия 95%, меди 4%, марганца и магния по 0,5%. Достоинством сплава является его легкость, хорошие литейные свойства и прочность. Предпринимались попытки использовать дюралюминий для изготовления зубных протезов, однако они были оставлены из-за коррозионной неустойчивости сплава. Использование его в зубном протезировании в настоящее время не проводится. Из дюралюминия изготавливаются некоторые предметы оснастки зуботехнических лабораторий (кюветы, артикуляторы).

Д1, Д6, Д16, ДЗП и Д18П.

     Магналий — сплав, состоящий из 70% алюминия и 30% магния. По свойствам очень близок к дюралюминию. Применяется в стоматологии в тех же случаях, что и дюралюминий.

     Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe. К этой группе относятся сплавы АК3, АК4, АК4-1, В95

     Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn. Группа сплавов АВ, АК6, АК8.

     Типичный  химический состав и области применения алюминиевых деформируемых сплавов.   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. ПРИМЕНЕНИЕ

 

     Широко  применяется как конструкционный  материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве — лёгкость, податливость штамповке, коррозионная стойкость (на воздухе алюминий мгновенно покрывается прочной плёнкой Al₂O₃, которая препятствует его дальнейшему окислению), высокая теплопроводность, неядовитость его соединений. В частности, эти свойства сделали алюминий чрезвычайно популярным при производстве кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

     Основной  недостаток алюминия как конструкционного материала — малая прочность, поэтому его обычно сплавляют с небольшим количеством меди и магния (сплав называется дюралюминий). 

1. КОНСТУКЦИОННЫЕ  АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

 

     Начиная с 1955 года, институт (Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «ПРОМЕТЕЙ») разрабатывал высокопрочные свариваемые алюминиевые сплавы морского применения. Потребность в этих сплавах возникла в связи с необходимостью создания скоростного флота и судов с динамическими принципами поддержания (ДПП) – судов на подводных крыльях и воздушной подушке.

     Так как алюминиевые сплавы для морских  судов должны обладать высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью, авиационные алюминиевые сплавы, разработанные специально для клепаных (не сварных) конструкций самолетов  и имеющие низкую коррозионную стойкость  в морской среде, для судостроения не подходили. Были созданы алюминиево-магниевые  сплавы нового класса, которые имеют  высокую коррозионную стойкость  в морской среде и хорошо свариваются  всеми видами сварки плавлением. Для  повышения прочностных и коррозионных свойств сварных соединений из этих сплавов не требуется проведения дополнительной термической обработки – их прочность и коррозионная стойкость практически не отличаются от аналогичных свойств исходного металла.

     Наиболее  перспективным является алюминиево-магниевый  сплав марки 1561, в котором благодаря  оптимальному химическому составу  и оригинальной технологии изготовления создана структура, обеспечивающая комплекс характеристик, значительно превосходящих параметры аналогичных зарубежных сплавов. Сплав 1561 в отожженном и горячекатаном состояниях имеет предел текучести не менее 180 – 210 МПа (в зависимости от типа полуфабриката), предел прочности не менее 340 МПа и прочность сварных соединений не менее 0,9 прочности основного металла. Более 40 лет сплав 1561 является основным конструкционным материалом для изготовления сварных корпусов отечественных скоростных судов на подводных крыльях и воздушной подушке.