Алюміній та сплави на його основі

Густина чистого алюмінію у=2,7 г/слг3; температура плавлення алюмінію — 657° С. Прокатаний і відпалений алюміній високої чистоти має ств =60 кгс/мм2; а0,2 =20 кгс/мм2; ф = 85%; 6 = 40%; 25 НВ.

Алюміній високопластичний і маломіцний, тому як конструкційний матеріал його не застосовують. Параметр гранецентрованої решітки алюмінію при 20° С дорівнює о, о

4,04А; атомний радіус — 1,43А. Алюміній не має алотропічних модифікацій, але має високу тепло- й електропровідність та велику заховану теплоту плавлення. Алюміній стійкий проти корозії на повітрі та у деяких інших середовищах, що обумовлено утворенням щільної плівки А1203 на його поверхні, яка й захищає метал від корозії.

Постійними домішками у чистому алюмінії є залізо і кремній. Вміст цих елементів знижує його пластичність.

Сплави алюмінію 3 міддю називають дюралюмінієм. їх широко застосовують у техніці.

На рис. 84 зображено діаграму стану «алюміній — мідь».

З рис. 84 виДйо, що мідь розчиняється в алюмінії при кімнатній температурі у кількості близько 0,5%, а при

548° С — до 5,7%- При нагріванні сплаву міді з алюмінієм до 500° С вторинні кристали сполуки СиАЬ можна перевести в однофазний стан з утворенням а-твердого розчину. Утворений таким способом твердий розчин при вмісті в ньому понад 0,5% міді є перенасиченим. Твердий розчин можна зафіксувати швидким охолодженням у воді або іншому середовищі.

Твердий розчин міді в алюмінії, зафіксований гартуванням, нестійкий- У загартованому дюралюмінії відбуваються ЗМІНИ, ЯНІ приводять до виділення СиАЬ і залишення в розчині дише 0,5% міді, що відповідає зрівноваженій системі. Цей процес називають старінням. Старіння алюмінію моЖ® відбуватись при кімнатній температурі (природне старіння) і при нагріванні до 200° С (штучне старіння).

Таким чином, термічна обрсока алюмінієвих сплавів складається з двох циклів — гартування і старіння. З рис. 85 видно, що початковий період обробки алюмінієвих сплавів характеризується незначним підвищенням міцності. В цей період дюралюміній пластичний і детаЛь протягом 2—3 год можна піддавати різноманітним технологічним операціям (згинати, відбортовувати,

розклепувати тощо). Після інкубаційного періоду пластичність дюралюмінію різко зменшується, а міцність збільшується. При природному старінні (Ї=20°С) вона сягає максимуму через 4—5 діб (рис. 86).

На рис. 86 зображено криві старіння дюралюмінію при нагріванні його до різних температур. При нагріванні до 200° С старіння завершується через кілька годин, але при значній видержці міцність алюмінію зменшується, відбувається так зване знеміцню- вання. При мінусових температурах процес старіння значно триваліший, ніж при природному старінні (20° С).

Заостаннімиданимипідчас природного старіння

відбуваютьсяпідготовчіпроцеси перед безпосереднім

виділенням СиАІг з а-розчину. Саме ж виділення може відбуватися тільки при високих температурах.

Алюмінієві сплави, які застосовують у техніці, поділяються на деформівні незміцнювані термообробкою, де- формівні зміцнювані і ливарні. Сплави, які деформують без зміцнення термообробкою, мають невисоку міцність, але високу пластичність і протикорозійну стійкість. Застосовують ці сплави при виготовленні деталей методом штампування, тобто тоді, коли потрібна висока пластичність матеріалу.

У табл. 42 наведено дані про склад деформовуваних сплавів, не зміцнюваних термообробкою, прийнятий за ГОСТ 4784—65.

Алюмінієві сплави, які застосовують у техніці, поділяються на деформівні незміцнювані термообробкою, де- формівні зміцнювані і ливарні. Сплави, які деформують без зміцнення термообробкою, мають невисоку міцність, але високу пластичність і протикорозійну стійкість. Застосовують ці сплави при виготовленні деталей методом штампування, тобто тоді, коли потрібна висока пластичність матеріалу.

У табл. 42 наведено дані про склад деформовуваних сплавів, не зміцнюваних термообробкою, прийнятий за ГОСТ 4784—65.

Таблиця 42

Сплави алюмінію з марганцем і з магнієм мають більшу міцність і протикорозійну стійкість, ніж чистий алюміній. Ці сплави у вигляді листів або іншого прокатаного чи спресованого матеріалу застосовують в різних галузях народного господарства як у відпаленому, так і в м'якому стані (до позначення їх марок іноді додають букву М), після незначного наклепу (додається буква П) і після сильного наклепу (додається в позначку марки буква Н).

Таблиця 43

У табл. 43 наведено дані про механічні властивості сплаву АМц.

Дюралюміній та інші деформовувані сплави, зміцнювані термообробкою. Дюралюміній — найбільш поширений у техніці сплав алюмінію з міддю, магнієм, марган-

цем, кремнієм і залізом. Слово дюралюміній розшифровується як твердий алюміній (французькою мовою dur— твердий). Він містить близько 4% Си, 1% Mg, 1% Мп і невелику кількість Fe і Si.

У табл. 44 наведено склади дюралюмінію деяких найпоширеніших у техніці марок, прийняті за ГОСТ 4784— 65.

Таблиця 44

Дюралюміній наведених у цій таблиці марок піддають термічній обробці з метою підвищення механічних властивостей. У табл. 45 наведено дані про механічні властивості дюралюмінію, а у табл. 46— режими термічної обробки цих сплавів.

Найбільш надійним з'єднанням деталей з дюралюмінію є склепування їх заклепками із сплаву Д18 такого складу: 2,2—3,0% Си; 0,2—0,5% Мп; 0,2% Мд; <0,5% Ре; <0,5%) Бі.

З'єднання деталей з дюралюмінію паянням або зварюванням ненадійне.

Алюмінієві сплави з доданням цинку (крім міді і магнію) мають більш високу міцність. До таких сплавів належить сплав В95, механічні властивості якого після гартування і штучного старіння наведено у табл. 47. У цій таблиці зазначено гарантовані механічні якості напівфабрикатів.

Алюмінієві сплави для поковок і штампування. При

виготовленні деталей з алюмінієвих сплавів методом кування і штампування (наприклад, лопатей гвинта, картерів двигунів та ін.) застосовують алюмінієві сплави, наведені в табл.48.

Якщо при виготовленні деталей куванням застосовують дюралюміній нормального складу, то в марці його позначають АКІ. Механічні властивості сплавів для штампування і кування наведено у табл. 49.

Силуміни та інші алюмінієві сплави для фасонного лиття. З ливарних алюмінієвих сплавів — силумінів в авто- і авіабудівництві широко виготовляють литі деталі.

Силуміни містять значну кількість кремнію і за своїми хімічними властивостями істотно відрізняються від дюралюмінію. Ці сплави мають добрі ливарні властивості, майже не піддаються природному старінню, а максимальної міцності набувають тільки після штучного старіння протягом 10—20 год при 150—180° С.

Хімічний склад ливарних алюмінієвих сплавів, прийнятий за ГОСТ 2685—63, наведено у табл. 50. У позначен-

ні марок силумінів буква А означає, що це сплав алюмінієвий, Л — що він ливарний, цифри — порядковий номер сплаву в ГОСТІ.

У табл. 51 наведено дані про механічні властивості ливарних сплавів.

Деталі, що працюють з великими навантаженнями, слід виготовляти з ливарних сплавів у тих випадках, коли їх через складність форми не можна виготовити методом кування чи штампування.

Жароміцні алюмінієві сплави. Деталі, що працюють при температурах 200—350° С (наприклад, поршень, головка, циліндр та їн.), виготовляють з алюмінієвих де- формівних жароміцних сплавів. Склад таких сплавів наведено у табл. 52.

Термічна обробка жароміцних кованих сплавів, наведених у табл. 52, складається з гартування після нагрівання до 510—520° С з наступним штучним старінням протягом Іб-т-20 еод при 100—180° С.

Литі деталі виготовляють з жароміцного сплаву АМ1, який містить: Си —3,75—4,5; Mg —1,25—1,75; Ni —1,75— 2,25; Fe^0,8; Si^0,7 і Zn^0,3%. Сплав AK4 за своїми механічними властивостями перевищує сплави АК2 і АЛ2.