ivi.ru [CPS]

главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

Алюминиевые сплавы

На основе алюминия производится большое количество разнообразных сплавов, отличающихся малой плотностью (до 3 г/см3), высокими коррозионной стойкостью, теплопроводностью, электропроводностью, жаропрочностью, прочностью и пластичностью при низких температурах, хо­рошей светоотражательной способностью. На изделия из алюминиевых сплавов легко наносятся защитные и декоративные покрытия, они легко обрабатываются резанием и свариваются контактной сваркой.

Алюминиевые сплавы наряду с основным металлом-алюминием могут содержать один или бо­лее из пяти основных легирующих компонентов: медь, кремний, магний, цинк и марганец, а также железо, хром, титан, никель, кобальт, серебро, литий, ванадий, цирконий, олово, свинец, кадмий, висмут и др. Легирующие компоненты при достаточно высокой температуре полностью растворяются в жидком алюминии. Растворимость в твердом состоянии с образованием твердого раствора для всех элементов ограничена. Нерастворившиеся частицы или образуют в структуре сплава самостоятельные, чаще всего твердые и хрупкие кристаллы, или присутствуют в виде чистых эле­ментов (кремния, олова, свинца, кадмия, висмута), или в виде интерметаллических соединений с алюминием (А2Cu; Al3Mg2; Аl6Mn; АlMn; Al3Fe; А7Сг; Al3Ti; Al3Ni; AlLi).

В сплавах с двумя или тремя легирующими компонентами интерметаллические соединения входят в состав двойных (Mg2Si, Zn2,Mg), тройных [α(AlFeSi)] и более сложных фаз.

Образующийся твердый раствор и наличие гетерогенных структурных составляющих опреде­ляют физические, химические и технологические свойства сплавов. Влияние легирования на структуру сплавов описывается диаграммой состояния, по которой определяется характер проте­кания процесса затвердевания, состав образующихся фаз и возможность различных превращений в твердом состоянии. На рис. 1 - 9 рассмотрены диаграммы состояния двойных и тройных алюминиевых сплавов.

 

   

Сплав системы Al-Cu. Из диаграммы видно, что при содержании меди от 0 до 53% имеет место простая эвтектическая система Аl(α) – Аl2Cu(θ) с эвтектикой при температуре 548°С и содержании 33% Cu. Максимальная растворимость (при эвтектической температуре) меди в α-твердом растворе - 57%. Растворимость меди уменьшается с понижением температуры и при температуре 300°С составляет 0,5%. Нерастворившаяся медь находится в равновесном состоянии в виде фазы А2Cu. При средних температурах в результате распада пересыщенного твердого рас­твора образуются метастабильные промежуточные фазы (θ' и θ").

Сплав системы Al-Si. Система чисто эвтектическая, существующая при температуре 577°С и содержании 12,5% Si. В α-твердом растворе при этой температуре растворяется 1,6% Si. На кристаллизацию эвтектического кремния может влиять незначительная добавка натрия. При этом происходит зависимое от скорости затвердевания переохлаждение и смещение эвтектической точки с соответствующим измельчением эвтектической структуры.

Сплав системны Al-Mg. Область содержания магния в сплаве от 0 до 37,5% является эвтектической. Эвтектика существует при температуре 449°С и содержании 34,5%Mg. Рас­творимость магния при этой температуре максимальная и составляет 17,4%. При температуре 300°С в α-твердом растворе растворяется 6,7%Mg; при 100°С - l,9% Mg. Нерастворившийся магний находится в структуре чаще всего в виде β-фазы (Al3Mg2).

Сплав системы Al-Zn. Сплавы этой системы образуют эвтектическую систему при температуре 380°С с богатой цинком эвтектикой при содержании 97% Zn. Максимальная растворимость цинка в алюминии - 82%. В области α-твердого раствора ниже температуры 391°С имеется разрыв. Обогащенная цинком α-фаза при температуре 275°С распадается с образованием эвтектической смеси алюминия с 31,6% Zn и цинка с 0,6%Аl. Далее растворимость цинка понижается и при температуре 100°С она составляет всего 4%.

Диаграммы состояния сплавов систем Al-Mn, Al-Fe свидетельствуют о существовании эвтектики при очень малых концентрациях легирующих элементов. За исключением марганца растворимость элементов в твердом состоянии незначительна, например, железа < 0,05%.

В сплавах систем Al-Ti (см. рис. 1.14), Аl-Cr растворимость элементов составляет десятые доли процента.

В сплаве системы Al-Рb с понижением температуры происходит разделение компонентов уже в расплаве с образованием двух жидких фаз. Затвердевание начинается практически при температуре плавления алюминия и заканчивается при температуре плавления легирующего элемента (моноэвтектическая кристаллизация).

Сплав системы Al-Mg-Si состоит из двух тройных эвтектик. Тройная эвтектика Al-Mg2Si-Si, содержащая 12% Si и 5% Mg, плавится при температуре 555°С. Эвтектика Al-Mg2Si-AlbMg2 с температурой плавления 451°С почти не отличается от двойной системы Al-Al3Mg2. Линия ликвидуса, соединяющая обе тройные эвтектические точки, переходит через максимум при температуре 595°С точно по квазибинарному сечению (8,15% Mg и 4,75% Si). Благодаря избытку магния (по отношению к Mg2Si) растворимость кремния в α-твердом растворе сильно уменьшается. Сплавы Al-Mg, особенно литейные, содержат несколько десятых процента кремния и поэтому относятся к частичной системе Al-Mg2Si-Al3Mg2.

Сплав системы Al-Cu-Mg. Диаграмма состояния этой системы показывает, что наряду с двойными фазами A3Mg2(β) и Аl2Cu(θ) в равновесии с твердым раствором α могут находится две тройные фазы S и Т. За перитектическим превращением при высоком содержании меди образуется близко к квазибинарному сечение Al-S (температура эвтектики 518°С) и частичная эвтектическая область Al-S-Al2Cu (температура эвтектики 507°С). Богатая магнием фаза Т (Al6Mg4Cu) возникает на основе фазы S в результате перитектической четырехфазной реакции при температуре 467°С. При температуре 450°С происходит последующая перитектическая четырехфазная реакция, по которой фаза Т превращается в β.

Сплав системы Al-Cu-Si. Диаграмма состояния сплава показывает, что алюминий образует с кремнием и фазой А2Cu простую тройную эвтектическую частичную систему (температура эвтектики 525°С). Совместное присутствие меди и кремния не влияет на взаимную растворимость их в α-твердом растворе.

Сплав системы Al-Zn-Mg. В построении алюминиевого угла системы участвуют двойные фазы Al3Mg2, MgZn2 и тройная фаза Т, отвечающая среднему химическому составу Al2Mg3Zn3. Сечения Al-MgZn2 и Al-Т остаются квазибинарными (температура эвтектики 447°С). В частичной области Al-T-Zn при температуре 475°С имеет место перитектическая четырехфазная реакция, по которой фаза Т превращается в фазу MgZn2. В дальнейшем при прохождении четырехфазной реакции при температуре 365°С из фазы MgZn2 при высоком содержании цинка образуется фаза MgZn5, которая вместе с алюминием и цинком кристаллизуется по эвтектической реакции при температуре 343°С.

В сплавах на основе алюминия легирование основными компонентами предусматривается та­ким образом, чтобы их суммарное содержание находилось ниже максимальной растворимости. Исключение составляет кремний, который благодаря благоприятным механическим свойствам эвтектики используется в эвтектической и заэвтектической концентрациях.

Примеси и добавки могут видоизменить диаграмму состояния лишь незначительно. Эти элементы чаще всего слабо растворяются в твердом растворе и образуют гетерогенные выделения в структуре.

Вследствие неполного выравнивания концентрации внутри первичных кристаллов алюминиевого твердого раствора во время его затвердевания в структуре могут появиться эвтектические участки при концентрации ниже максимальной растворимости, особенно в литом состоянии. Они располагаются по границам первичных зерен и препятствуют обрабатываемости.

Поскольку легирующие добавки растворяются в твердом растворе, гетерогенные структурные составляющие могут быть устранены длительным нагреванием при высоких температурах (гомо­генизации) дуффузионным путем. При горячем деформировании хрупкие выделения по границам зерен механически разрушаются и распределяются в структуре в строчечном режиме. Этот про­цесс характерен при превращении литой структуры в деформированную.

Алюминиевые сплавы по способу обработки подразделяются на деформируемые и литейные.