Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Алюминий и его сплавы: характеристика, свойства, применение

Для производства алюминия используют бокситы — это горная порода, которая содержит гидраты оксида алюминия. Мировые запасы бокситов почти не ограничены и несоизмеримы с динамикой спроса.

Боксит дробят, измельчают и сушат. Получившуюся массу сначала нагревают паром, а затем обрабатывают щелочью — в щелочной раствор переходит большая часть оксида алюминия. После этого раствор длительно перемешивают. На этапе электролиза глинозем подвергают воздействию электрического тока силой до 400 кА. Это позволяет разрушить связь между атомами кислорода и алюминия, в результате чего остается только жидкий металл. После этого алюминий отливают в слитки или добавляют к нему различные элементы для создания алюминиевых сплавов.

Параметры механической обработки

Кинематическое взаимодействие инструмента и детали является решающим критерием процесса механической обработки. Строго говоря, термин « обрабатываемость» должен определяться отдельно для каждого отдельного процесса механической обработки (токарной обработки, сверления и т. д.). Обычно из-за четко определенного взаимодействия инструментов и деталей термин «обрабатываемость» относят к процессу токарной обработки.

Каждая технология, которую применяют при механической обработке, зависит от нескольких независимых параметров:

  • параметры резания и геометрия инструмента;
  • применяемое оборудование;
  • материал режущего инструмента.

Основные свойства алюминия

Главными факторами, определяющими обширность использования любого материла, являются его свойства и показатели. На сегодняшний день Сплавы на основе алюминия применяются практически во всех сферах деятельности. Простой причиной для такого распространения служат основные свойства алюминия, которые приведены в списке.

  • плотность — 2,7 г/см³
  • температура плавления технического алюминия — 658 °C;
  • температура плавления чистого алюминия — 660 °C;
  • удельная теплота плавления— 390 кДж/кг;
  • температура кипения — 2500 °C;
  • удельная теплота испарения— 10,53 МДж/кг;
  • удельная теплоемкость— 880 Дж/кг·K;
  • временное сопротивление литого алюминия — 10—12 кг/мм², временное сопротивление деформируемого — 18—25 кг/мм²,временное сопротивление сплавов — 38—42 кг/мм²;
  • Твёрдость по Бринеллю — 24…32 кгс/мм²;
  • пластичность у технического — 35 %;
  • пластичность у чистого — 50 %;
  • Модуль Юнга— 70 ГПа;
  • Алюминий обладает высокой электропроводностью (37·10 6 См/м) и теплопроводностью (203,5 Вт/(м·К)), 65 % от электропроводности меди, обладает высокой светоотражающей способностью;
  • Слабый парамагнетик;
  • Температурный коэффициент линейного расширения 24,58·10 −6 К −1 (20…200 °C);
  • Удельное сопротивление 0,0262..0,0295 Ом·мм²/м;
  • Температурный коэффициент электрического сопротивления 4,3·10 −3 K −1 . Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

Важным свойством, которым отличаются сплавы на основе алюминия — это высокая пластичность. Легко может раскатываться в фольгу, что особенно важно для использования в электронике и электротехнике. Материал легко может обрабатываться при небольших механических усилиях. Невысокая температура плавления позволяет переплавлять и изготавливать детали из сплавов алюминия с минимальными энергетическими затратами, что удешевляет производство и саму продукцию.

Марки алюминия по ГОСТУ

Алюминий и его сплавы, равно как и другие металлы, маркируется по установленным стандартам. Так, существуют марки алюминия по ГОСТУ, которые приведены в списках.

Деформируемые алюминиевые сплавы:

Упрочняемые термической обработкой:

  • Дюраль Д1, Д16, Д20*, сплавы алюминия меди и марганца [Al-Cu-Mg];
  • Сплав авиаль (АВ);
  • Высокопрочный сплав (В95);
  • Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8, АК4-1 [жаропрочный]).

Не упрочняемые термической обработкой:

  • Сплавы алюминия с марганцем (АМц);
  • Сплавы алюминия с магнием (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6).

Литейные алюминиевые сплавы для фасонного литья:

  • Сплавы алюминия с кремнием (силумин /) Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) — высокая плотность отливок, легко обрабатываются резанием, отличаются высокими линейными показателями;
  • Сплавы алюминия с медью Al-Cu (АЛ7, АЛ19) — высокие механические свойства после термической обработки, легко обрабатываются резанием;
  • Сплавы алюминия с магнием Al-Mg (АЛ8, АЛ27) — повышенная стойкость к коррозии, повышенные механические свойства, легко обрабатывается резанием;
  • Жаропрочные алюминиевые сплавы (АЛ1, АЛ21, АЛ33) — легко обрабатываются резанием, повышенная жаропрочность.

Классификация с точки зрения удобства механической обработки (Мягкие и пластичные, неудобные для механической обработки резанием):

  • Отожженные — Д16, АВ;
  • Не упрочняемые термической обработкой — АМц, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6.

Относительно прочные и твердые сплавы алюминия, которые достаточно легко обрабатывать механическим путем:

  • Закаленные и искусственно состаренные: Д16Т, Д16Н, АВТ;
  • Ковочные: АК6, АК8, АК4-1;
  • Литейные: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ8, АЛ27, АЛ1, АЛ21, АЛ33.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Ферротитан, как группа ферросплав содержит в себе от 30 до…

Закалка алюминиевых отливов

Закалка подходит не для всех типов алюминиевых сплавов. Для успешного структурного изменения, сплав должен содержать такие компоненты как медь, магний, цинк, кремний или литий. Именно эти вещества способны полноценно растворится в составе алюминия, создав структуру, имеющую отличные от алюминия свойства.

Читать еще:  Какая температура плавления алюминия по цельсию

Данный тип термообработки проводиться при интенсивном нагреве, позволяющем составным элементам раствориться в сплаве, с дальнейшим интенсивным охлаждением до обычного состояния.

При выборе температурного режима следует ориентироваться на количество меди. Также, нужно учитывать свойства литых изделий.

В промышленных условиях температура нагрева под закалку колеблется в диапазоне от 450 до 560 градусов. Выдержка изделий при такой температуре обеспечивает расплавление компонентов в составе. Время выдержи зависит от типа изделия, для деформированных обычно не превышает более часа, а для литых – от нескольких часов до двух суток.

Скорость охлаждения при закалке необходимо подбирать так, чтобы состав алюминиевого сплава не подвергался распаду. На промышленном производстве охлаждение проводят с помощью воды. Однако такой способ не всегда оптимально подходит, так как при охлаждении толстых изделий происходит неравномерное снижение температуры в центре и по краям изделия. Поэтому для крупногабаритных и сложных изделий применяются другие методы охлаждения, которые подбираются индивидуально.

Сплавы алюминия можно разделить на две группы: литейные и деформируемые (те, что обрабатываются давлением).

Помимо указанных буквенных обозначений, к ним могут добавлять буквы, обозначающие вид обработки и состояние изделия: Т — закаленное и естественно состаренное состояние, Т1 — закаленное и искусственно состаренное при 135 — 180 °С, М — обожженное состояние, Н — нагартованное, П — полунагартованное, ПЧ и Ч — указывает на наличие примесей.

Деформируемые:

  • Технический алюминий,
  • Дюралюминий с медью и магнием — Д1, Д16. Сплав Д19 становится прочнее при закалке 500 — 515 °С в воде и естественным старением порядка десяти суток. Немного изменяется его пластичность. Все виды полуфабрикатов выпускают из него. Д21 применяют для штамповок и прессованных заготовок.
  • Сплав АМЦ (алюминиевомарганцевый),
  • Высокопрочные сплавы с магнием, цинком и медью — В92, В95. Сплав В92 становится прочнее и при естественном и при искусственном старении. После закалки 400-460 °С и искусственного старения при 100 С его механические свойства его достигают максимума. Применяется для всех видов полуфабрикатов.
  • «Авиаль» с кремнием и магнием АД 31, АД35 и АД38, кроме них еще А8, но в него входит еще небольшое количество меди. Сплав ВАД23 ( AI — Сu — Мg ) среди прочих деформируемых сплавов алюминия отличается наивысшими и значениями временного сопротивления и предела текучести при нормальных и повышенных (до 160-180 °С) температурах.
  • Магниевые сплавы — Амг (с цифровым обозначением содержания магния). Сплав АМг6 больше других распространен в технике. Он прекрасно сваривается, устойчив к коррозиям, пластичен, при термообработке упрочняется.
  • Жаропрочные (ковочные) с маркировкой АК (АК2, АК 4 и т.д.)

Литейные сплавы используют для изготовления, соответственно, литых заготовок.

  • Al + Si — силумины. АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34. Отлично льются, свариваются и анодируются, режутся.
  • Al + Cu — дюрали,
  • Al + Mg (Амг).

Сплавы из алюминия отличаются удельной прочностью и простотой изготовления деталей из них, устойчивы к коррозии ( в 10-20 раз выше, чем у конструкционной стали), пластичностью даже при низких температурах, при ударе не дают искр, а кроме того имеют отличный внешний вид.

Прочность алюминиевых сплавов находится в зависимости от их марки, состояния, формы и размера заготовки и других факторов.

Алюминий подвергается лазерной резки до 16 мм., и гидроабразивной резки до 300 мм.

Физические параметры алюминиевых сплавов

Перечислим физические свойства нескольких сплавов на основе алюминия:

  • Соединение АД1 – технически чистое вещество, в котором присутствует 0,7% примесей. Добавки увеличивают устойчивость к воздействию внешних факторов, уменьшают пластичность и электропроводность вещества. Технический алюминий устойчив к химическому воздействию, превосходит по этим параметрам другие вещества. На поверхности материала присутствует тонкая оксидная прослойка. Низкое содержание примесей положительно воздействует на устойчивость к коррозии. Магний и марганец не изменяют эти свойства. Правка методом растяжения – заключительная процедура обработки детали из вещества марки АД1. Для этого используются роликоправильные машины. Марганец и магний помогают создавать крепкие детали, но уменьшает их пластичность.
  • Марка АМц устойчива к коррозии. Детали прекрасно поддаются обработке газовой, аргонной, атомно-водородной и контактной сваркой. Материал прекрасно деформируется при любой температуре. После термообработки прочность не повышается. Изготавливаются детали в отожженном или горячем прессованном виде.
  • AMr3, Amr2. Такие соединения не ржавеют, хорошо подвергаются обработке точечной, газовой, роликовой сваркой. После горячей деформации охладить сплав алюминия можно на воздухе. После термообработки характеристики прочности не повышаются. При изготовлении деталей используют два режима термообработки: низкий 273-350 градусов и высокий 360-420 градусов.
  • АД31 отличается пластичностью, хорошей устойчивостью к окислению. После сварки материал не становится более подверженным ржавчине. Прочность повышается после термообработки.
Читать еще:  Бесконтактный термометр для измерения температуры тела

Финишная обработка алюминия и алюминиевых сплавов

Финишная обработка – представляет собой процесс получения качественной равномерно обработанной поверхности, которая не имеет внешних видимых дефектов. Это процесс устранения мелких дефектов поверхности на последнем этапе обработки.

Для обработки алюминия необходимо учитывать его физико-химические свойства. Алюминиевые сплавы имеют очень большое разнообразие иногда значительно отличающиеся друг от друга по своим свойствам. Ниже приводятся некоторые наиболее значительные свойства алюминиевых сплавов, значительно влияющие на его галтовочную обработку.

Алюминиевые сплавы условно делятся на литейные (для производства отливок) и деформируемые (для производства проката и поковок). В металлообрабатывающей промышленности обычно применяются деформируемые сплавы. Их химический состав общего применения описывается в ГОСТ 4784-97 и ГОСТ 1131.

Деформируемые сплавы разделяют по способу упрочнения: упрочняемые давлением (деформацией) и термоупрочняемые.

Сплавы, упрочняемые давлением, упрочняются только холодной деформацией (холодная прокатка или волочение). Деформационное упрочнение приводит к увеличению прочности и твердости, но уменьшает пластичность. Восстановление пластичности достигается рекристаллизационным отжигом.

Сплавы, термоупрочняемые, упрочняются путем специальной термообработки. Она заключается в закалке с определенной температуры и последующей выдержкой в течение некоторого времени при другой температуре (старение). Происходящее при этом изменение структуры сплава, увеличивает прочность, твердость без потери пластичности.

В таблице приведены наиболее распространенные деформируемые сплавы с краткой характеристикой их свойств. Маркировка дана по ГОСТ 4784-97 и международной классификации ИСО 209-1.

Плотность алюминиевых сплавов незначительно отличается от плотности чистого алюминия (2.7г/см3). Она изменяется от 2.65 г/см3 для сплава АМг6 до 2.85 г/см3 для сплава В95.

Легирование сплавов практически не влияет на величину модуля упругости и модуля сдвига. Например, модуль упругости упрочненного дуралюминия Д16Т практически равен модулю упругости чистого алюминия А5 (Е=7100 кгс/мм2). Однако, за счет того, что предел текучести сплавов в несколько раз превышает предел текучести чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкционного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).

Коррозионные свойства.

Наилучшие коррозионные свойства имеют сплавы АМц, АМг, АД31, а худшие – высоко-прочные сплавы Д16, В95, АК. Кроме того коррозионные свойства термоупрочняемых сплавов существенно зависят от режима закалки и старения. Например сплав Д16 обычно применяется в естественно-состаренном состоянии (Т). Однако свыше 80оС его коррозионные свойства значительно ухудшаются и для использования при больших температурах часто применяют искусственное старение, хотя ему соответствует меньшая прочность и пластичность (чем после естественного старения). Поскольку дюралюминиевый сплав Д16 не отличается хорошими коррозионными свойствами, желательна дополнительная защита изделий из него анодированием или нанесением лако-красочных покрытий. При эксплуатации при температурах выше 80-100 С проявляется склонность к межкристаллитной коррозии. Необходимость дополнительной защиты от коррозии относится и к другим высокопрочным сплавам (Д1, В95, АК).

Многие прочные термоупрочняемые сплавы подвержены коррозии под напряжением.

В отличии от термоупрочняемых сплавов, сплавы упрочняемые давлением обладают высокой коррозионной стойкостью.

Механические свойства.

Прочность сплавов АМц и АМг возрастает (а пластичность уменьшается) с увеличением степени легирования. Высокая коррозионная стойкость и свариваемость определяет их применение в конструкциях малой нагруженности. Сплавы АМг5 и АМг6 могут использоваться в средненагруженных конструкциях. Эти сплавы упрочняются только холодной деформацией.

Термоупрочняемые сплавы позволяют производить упрочнение деталей после их изготовления если исходный полуфабрикат не подвергался термоупрочняющей обработке.

Наибольшую прочность после упрочняющей термообработки (закалка и старение) имеют сплавы Д16, В95, АК6, АК8, АК4-1 (из доступных в свободной продаже).

На основании вышеперечисленных свойств алюминия можно сделать вывод, что во время финишной галтовочной обработки алюминия должны использоваться различные абразивные материалы и галтовочные жидкости. Чтобы правильно обработать алюминиевый сплав, нужно учитывать свойства данного металла и применять к нему сугубо индивидуальный технологический процесс обработки.

Читать еще:  Съем изделий из пресс-формы. Мы побеждаем брак! (4780 просмотров)

Классификация алюминиевых сплавов

Наибольшее распространение получили сплавы Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg и другие.

Все сплавы алюминия можно разделить на деформируемые, предназначенные для получения полуфабрикатов (листов, плит, прутков и т. д.), а также поковок и штамповых заготовок путем прокатки, прессования, ковки и штамповки, и литейные, предназначенные для фасонного литья.

Сплавы алюминия, обладая хорошей технологичностью во всех стадиях передела, малой плотностью, высокой коррозийной стойкостью, при достаточной прочности, пластичности и вязкости нашли широкое применение в авиации, судостроении, строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Финишная обработка алюминия и алюминиевых сплавов

Финишная обработка – представляет собой процесс получения качественной равномерно обработанной поверхности, которая не имеет внешних видимых дефектов. Это процесс устранения мелких дефектов поверхности на последнем этапе обработки.

Для обработки алюминия необходимо учитывать его физико-химические свойства. Алюминиевые сплавы имеют очень большое разнообразие иногда значительно отличающиеся друг от друга по своим свойствам. Ниже приводятся некоторые наиболее значительные свойства алюминиевых сплавов, значительно влияющие на его галтовочную обработку.

Алюминиевые сплавы условно делятся на литейные (для производства отливок) и деформируемые (для производства проката и поковок). В металлообрабатывающей промышленности обычно применяются деформируемые сплавы. Их химический состав общего применения описывается в ГОСТ 4784-97 и ГОСТ 1131.

Деформируемые сплавы разделяют по способу упрочнения: упрочняемые давлением (деформацией) и термоупрочняемые.

Сплавы, упрочняемые давлением, упрочняются только холодной деформацией (холодная прокатка или волочение). Деформационное упрочнение приводит к увеличению прочности и твердости, но уменьшает пластичность. Восстановление пластичности достигается рекристаллизационным отжигом.

Сплавы, термоупрочняемые, упрочняются путем специальной термообработки. Она заключается в закалке с определенной температуры и последующей выдержкой в течение некоторого времени при другой температуре (старение). Происходящее при этом изменение структуры сплава, увеличивает прочность, твердость без потери пластичности.

В таблице приведены наиболее распространенные деформируемые сплавы с краткой характеристикой их свойств. Маркировка дана по ГОСТ 4784-97 и международной классификации ИСО 209-1.

Плотность алюминиевых сплавов незначительно отличается от плотности чистого алюминия (2.7г/см3). Она изменяется от 2.65 г/см3 для сплава АМг6 до 2.85 г/см3 для сплава В95.

Легирование сплавов практически не влияет на величину модуля упругости и модуля сдвига. Например, модуль упругости упрочненного дуралюминия Д16Т практически равен модулю упругости чистого алюминия А5 (Е=7100 кгс/мм2). Однако, за счет того, что предел текучести сплавов в несколько раз превышает предел текучести чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкционного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).

Коррозионные свойства.

Наилучшие коррозионные свойства имеют сплавы АМц, АМг, АД31, а худшие – высоко-прочные сплавы Д16, В95, АК. Кроме того коррозионные свойства термоупрочняемых сплавов существенно зависят от режима закалки и старения. Например сплав Д16 обычно применяется в естественно-состаренном состоянии (Т). Однако свыше 80оС его коррозионные свойства значительно ухудшаются и для использования при больших температурах часто применяют искусственное старение, хотя ему соответствует меньшая прочность и пластичность (чем после естественного старения). Поскольку дюралюминиевый сплав Д16 не отличается хорошими коррозионными свойствами, желательна дополнительная защита изделий из него анодированием или нанесением лако-красочных покрытий. При эксплуатации при температурах выше 80-100 С проявляется склонность к межкристаллитной коррозии. Необходимость дополнительной защиты от коррозии относится и к другим высокопрочным сплавам (Д1, В95, АК).

Многие прочные термоупрочняемые сплавы подвержены коррозии под напряжением.

В отличии от термоупрочняемых сплавов, сплавы упрочняемые давлением обладают высокой коррозионной стойкостью.

Механические свойства.

Прочность сплавов АМц и АМг возрастает (а пластичность уменьшается) с увеличением степени легирования. Высокая коррозионная стойкость и свариваемость определяет их применение в конструкциях малой нагруженности. Сплавы АМг5 и АМг6 могут использоваться в средненагруженных конструкциях. Эти сплавы упрочняются только холодной деформацией.

Термоупрочняемые сплавы позволяют производить упрочнение деталей после их изготовления если исходный полуфабрикат не подвергался термоупрочняющей обработке.

Наибольшую прочность после упрочняющей термообработки (закалка и старение) имеют сплавы Д16, В95, АК6, АК8, АК4-1 (из доступных в свободной продаже).

На основании вышеперечисленных свойств алюминия можно сделать вывод, что во время финишной галтовочной обработки алюминия должны использоваться различные абразивные материалы и галтовочные жидкости. Чтобы правильно обработать алюминиевый сплав, нужно учитывать свойства данного металла и применять к нему сугубо индивидуальный технологический процесс обработки.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector