Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

упрочнять отливки путем искусственного старения без предварительной закалки. Упрочнение вызывают фазы 6(CuAl2) и P(Mg2Si). Наилучшим является старение при 175 °С в течение 8 ч, когда выделяются метастабильные 6 и Р фазы; при этом временное сопротивление увеличивается на 30-40 МПа, твердость по Бринеллю - на 180 МПа. При изготовлении деталей другими методами литья сплав АЛ32 подвергают полной упрочняющей термической обработке - закалке при 515 + 5°С и старению при 175°С. Сплав АЛ32 применяют для литья под давлением нагруженных деталей, например, блоков цилиндров, головок блоков и других деталей автомобильных двигателей.

Сплавы системы Al-Cu (АЛ7, АЛ 19) характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах; они хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Вместе с тем из-за отсутствия эвтектики сплавы обладают плохими литейными свойствами, имеют низкую герметичность. Как и деформируемые сплавы этой системы, они имеют структуру твердого раствора, но отличаются повышенным содержанием меди (см. рис. 12.3, в). Эвтектика в данной системе (в отличие от силуминов) образуется при высоком содержании меди (33 %Х поэтому имеет большое количество твердой и хрупкой фазы 6(CuAl2), вызывающей хрупкость эвтектических сплавов. Литейные и механические свойства сплавов алюминия с медью улучшаются в результате легирования титаном и марганпем (АЛ 19). Марганец, образуя пересыщенный твердый раствор при кристаллизации из жидкого состояния, способствует значительному упрочнению сплава. Во время нагрева сплава под закалку наряду с растворением 6-фазы из твердого раствора выпадают мелкодисперсные частицы фазы Alj2Mn2Cu, увеличивающие прочность при обычных и повышенных температурах. Например, после закалки сплав АЛ 19 имеет следующие механиче-

ские свойства: = 320 МПа; CTq 2 = 180 МПа; 5 = 9%; НВ 800. При последующем искусственном старении происходит дальнешпее упрочнение сплава, вызываемое уже фазой 6, так предел текучести увеличивается почти на 40%, достигая 250 МПа. Сплавы алюминия с медью используют для деталей, работающих при температурах до 300 "С

Сплавы системы Al-Mg (АЛ8, АЛ27) обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Они не содержат в структуре эвтектики по той же причине, что и сплавы системы Al-Cu, и характеризуются невысокими литейными свойствами, пониженной герметичностью и, кроме того, повышенной чувствительностью к примесям Fe, Si, которые образуют в этих сплавах нерастворимые фазы, снижающие пластичность сплавов.

Для того чтобы предотвратить окисление, плавку и разливку двойных сплавов алюминия с магнием (АЛ8) необходимо вести под защитными флюсами. Легирование двойных сплавов Be, Ti, Zr не только устраняет их склонность к окислению и росту зерна, но и тормозит естественное старение, вызывающее снижение пластичности и вязкости сплавов. Наилучшие механические свойства сплавы А1 -Mg приобретают после закалки от 530 °С, когда весь магний находится в твердом растворе.

Сплавы систем Al-Mg применяют для изготовления деталей, работающих в условиях высокой влажности, в судо-, самолето- и ракетостроении. Из них делают детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы и Др.

Гранулированные сплавы. Гранулированными называют сплавы, полученные путем компактирования из частиц (гранул), отлитых со сверхвысокой скоростью кристаллизации. Гранулы получают при кристаллизации в условиях скоростей охлаждения 10-10 °С/с. Такая скорость охлаждения достигается



различными методами, например, распылением жидкого металла струей чистого нейтрального газа. В зависимости от давления газа и условий кристаллизации диаметр гранул колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Гранулы, а следовательно, и готовые полуфабрикаты (изделия) имеют чрезвычайно мелкозернистую структуру и минимальную легкоустранимую ликвацию. Но особенно большим достоинством гранулированных сплавов является метастабильное состояние. При столь высоких скоростях охлаждения при кристаллизации получаются пересыщенные твердые растворы с концентрацией, в 2,5-5 раз превосходящей предельную растворимость компонентов в равновесных условиях. Такие твердые растворы называют аномально пересыщенными. Степень пересыщения возрастает в соответствии с расположением металлов в ряду Сг, V, Мп, Ti, Zr.

В процессе технологических операций горячего компактирования сплавов (400-450 °С) из пересыщенного твердого раствора выпадают дисперсные частицы интерметаллидных фаз (AlgMn, АЦСг, AljZr и др.), которые повьшгают температуру рекристаллизации (рис. 12.8), увеличивают прочность при обычных (рис. 12.9) и повьипенных температурах.

Большой интерес представляют гранулированные сплавы алюминия с элементами, практически нерастворимыми в нем в равновесных условиях и сильно



О 0,8 1,6 г,Ч- 3,2 4,0% Легирующий элемент

Рис. 12.8. Влияние легирующих элементов на температуру рекристаллизации прессованных прутков, полученных из гранул

00.10,6 i,0 1,8 2,6°/ Легирующий элемент

Рис. 12.9. Зависимость механических свойств прессованных прутков, полученных из гранул, от содержания легирующих элементов

отличающимися от алюминия по плотности. Такие сплавы имеют гетерогенную структуру, представляющую собой алюминиевую матрицу с равномерно распределенными дисперсными (из-за высокой скорости кристаллизации) включениями второй фазы. В сплавах, легированных сравнительно тугоплавкими металлами (Ее, Ni, Со), такими фазами будут интерметаллиды. Они эффективно упрочняют сплавы. В сплавах с такими легкоплавкими металлами, как



Sn, РЬ, в алюминии будут присутствовать дисперсные включения чистых металлов, соответственно, Sn, РЬ. Эти сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами (см. п. 10.4). Стандартные деформируемые сплавы типа дуралюминов (Д16) в гранулированном варианте имеют дополнительный эффект упрочнения из-за наличия дисперсных частиц интерметал-лидных фаз переходных металлов и нерастворимых фаз. При повышенном содержании переходных металлов достигает 800 МПа.

12.2. Сплавы на основе магния

Свойства магния. Магний-металл серебристо-белого цвета. Он не имеет полиморфных превращений и кристаллизуется в плотноупакованной гексагональной решетке с периодами а = 0.3202 нм, с = 0,5199 нм.

Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью (см. табл. 1.5), хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. Теплопроводность магния в 1,5, а электропроводимость - в 2 раза ниже, чем у алюминия. Примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и его модуль нормальной упругости. Однако они близки по удельной жесткости. В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния (ГОСТ 804-72): Мг96 (99,96% Mg), Мг95 (99,95% Mg), Мг90 (99,90% Mg). Примеси Fe, Si, Ni, Си понижают и без того низкие пластичность и коррозионную стойкость (см. п. 14.1). При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623 "С на воздухе воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Порошок, тонкая лента, мелкая стружка магния представляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе при обычных температурах, горят с вьщелением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.

Литой магний имеет крупнокристаллическую структуру и низкие механические свойства: Ов=110-н120 МПа; Оо,2 = = 20 30 МПа; 5 = 6 8%; НВ 300. Модифицирование цирконием и пластическая деформация, приводящие к измельчению структуры, несколько улучшают механиче-

ские свойства: = 260 МПа; 5 = 9% (холоднокатаный лист). Отжиг для снятия наклепа проводят при температуре 330-350 "С, в результате чего магний имеет следующие свойства: Ов=190 МПа; Оо,2 = 98 МПа; 8 = = 15 17%; НВ 400. Наклеп для упрочнения магния применяют редко, так как он вызывает возникновение развитой текстуры деформации и анизотропии свойств.

Низкая пластичность магния при температуре 20-25 "С объясняется тем, что в металлах с гексагональной кристаллической решеткой скольжение происходит только по базисным плоскостям. Повышение температуры приводит к появлению новых плоскостей скольжения и двойникования и, как следствие, к увеличению пластичности. В связи с этим обработку давлением магния проводят при температуре 350-450° в состоянии наибольшей пластичности.

Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется. Он используется в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических препаратов, в металлургии различных металлов и сплавов-как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

Общая характеристика и классификация магниевых сплавов. Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Временное сопротивление отдельных сплавов достигает 250-400 МПа при плотности менее 2-10 кг/м (табл. 12.5). Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются AI, Zn, Мп. Для дополнительного легирования используют цирконий, кадмий, церий, ниодим и др. Механические свойства сплавов магния при температуре 20-25 °С улучшаются при легировании алюминием, цинком, цирконием (рис. 12.10), при повышенной-добавкой церия, ниодима и особенно тория (рис. 12.11). Цирконий и церий оказывают модифицирующее действие на структуру сплавов магния. Особенно эффективно модифицирует цирконий. Добавка 0,5-0,7% Zr уменьшает размер зерна магния в 80-100 раз. Это объясняется структурным и размерным соответствием кристаллических



0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61