Алюміній та його сплави

Алюміній – легкий метал сріблясто-білого кольору, густина його складає (2,7т/м³), температура плавлення 660 С, межа міцності на розтягнення – 80…100 МПа (8…10 кг/мм²), твердість – 25 НВ, кристалічна гратка - ГЦК. Алюміній дуже пластичний, має високу тепло- та електропровідність.

Алюміній, який випускається промисловістю, розрізняється ступенем чистоти та маркується наступним чином:

А 999 (≤0,001% домішок) – особливої чистоти

А 995, А 99, А97, А95 (0,005…0,05% домішок) – високої чистоти

А85, А8 та інш. (0,15…1% домішок)– алюміній технічної чистоти

АДО, АД1 – технічний алюміній

Використання чистого алюмінію як конструкційного матеріалу обмежене через низьку пластичність і твердість. З чистого алюмінію виготовляють рами, двері, трубопроводи, фольгу, цистерни для перевозки нафти та нафтопродуктів, посуд та інш.

Широке поширення у техніці одержали алюмінієві сплави. Нижче наведені алюмінієві сплави, які найчастіше використовуються в техніці.

1. Алюміній – марганець (АМц)

2. Алюміній – магній – кремній (АД31, АД35)

3. Алюміній – мідь – магній (Д1, Д16, Д18)

4. Алюміній – магній – марганець (АМг1, АМг2)

Технічні алюмінієві сплави поділяються на деформівні та ливарні.

Деформівні алюмінієві сплави в свою чергу поділяються на ті, що зміцнюються термічною обробкою та не зміцнюються термічною обробкою. До алюмінієвих сплавів, що зміцнюються термічною обробкою, відносяться:

дуралюмін – сплави Al–Cu–Mg; маркуються Д1...Д16. Цифра показує порядковий номер у ГОСТі (4784-97);

авіалі –А13, АД31, АД33;

високоміцні сплави – В95, В96.

Термообробка алюмінієвих сплавів заснована на змінні розчинності сполук міді, магнію, кремнію, цинку та деяких інших елементів в алюмінії.

На рисунку 1 зображена діаграма стану сплавів алюміній – мідь, де - твердий розчин міді в алюмінії, а Cu–Al₂ – хімічна сполука. З діаграми можна побачити, що максимальна розчинність міді в алюмінію досягається при 548 С та складає 5,7%. Термічна обробка таких сплавів заснована на зміні розчинності сполук міді в алюмінії. Так, при нагріванні сплаву, який має менше 5% міді, до 500 - 550 С, відбувається розчинність включень Сu–Al₂ та утворюється однорідний твердий розчин.

При різкому охолодженні (гартуванні) фіксуються ця структура, але у зв’язку з тим, що при кімнатній температурі розчинність міді в алюмінії знижується до 0,2%, - твердий розчин, стає пересиченим. Виділення залишків міді ускладнено внаслідок слабкої дифузії атомів при цій температурі.

Рисунок 1 – Діаграма стану сплавів алюміній - мідь

Однак з часом (4–5 діб), ця дифузія все-таки відбувається, що приводить до утворення зон з підвищеним вмістом міді (зони Гіньє- Престона). Через те що атомний радіус міді значно менший атомного радіусу алюмінію, то в цих зонах відбувається стягнення кристалічної гратки сплаву та заклинювання площин ковзання, тобто створюються перешкоди для пластичної деформації, підвищується твердість та міцність сплава в декілька разів (відбувається старіння сплава). Якщо це старіння виникає при кімнатній температурі, то воно називається природним, якщо при підвищеній (100-150^о) – штучним. На цих перетвореннях заснована термічна обробка дуралюмінів, які являють собою сплави алюмінію з міддю, магнієм та марганцем.

Структура деформованого сплава алюміній-мідь складається з твердого розчину ά на алюмінієвій основі та надлишкової фази CuAl₂ (Рисунок 2). З деформованих сплавів алюмінію виготовляють листи, стрічки, профілі, труби.

Алюмінієві деформовані сплави, що не зміцнюються термічною обробкою, маркуються таким чином:

АД, АД1, АМц – м’які сплави;

АМг-3, АМг-5 – тверді сплави.

Твердість та міцність цих сплавів можна незначно збільшити шляхом поверхневої пластичної деформації – наклепом.

Поиск по сайту: