Алюминий– это металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 600 ⁰С. Он имеет гранецентрированную кристаллическую решетку с периодом а=0,4041 нм. Так как алюминий обладает низкой плотностью ρ=2,7 гр/см³, то сплавы на основе алюминия называются легкими. Алюминий имеет высокую электро- и теплопроводность.

Алюминий является коррозийно-стойким материалом, так как на его поверхности появляется пленка окислов, защищающая основной металл от коррозии. Чистый алюминий имеет низкую прочность и применяется для производства деталей, не воспринимающих силового воздействия. Он хорошо деформируется пластически, успешно сваривается, но плохо обрабатывается механически.

Алюминий легко обрабатывается давлением, обработка резанием затруднена, сваривается всеми видами сварки.

Наибольшее распространение получили сплавы Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg-Si. По технологическим признакам алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые – получение полуфабрикатов (листов, плит, труб и т.д) а также поковок и штамповых заготовок путём прокатки,прессования, ковки и штамповки, и литейные, предназначенные для фасонного методом литья. Деформируемые сплавы по способности упрочняться термической обработкой подразделяют на сплавы, не упрочняемые термической обработкой, и сплавы, упрочняемые термической обработкой.

Наиболее известным представителем класса деформируемых сплавов является дюралюминий (Al-Cu-Mg). Марганец добавляется в состав сплава для повышения коррозионной стойкости.Дуралюмином является сплав Д1, замянющейся Д16 из-за низких механических свойств. Часто в такие сплавы добавляют присадки в виде Cr, Zn, Fe, Si. Сплав хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях.

Железо и кремний снижают трещиностойкость.

Упрочнение достигается закалкой и старение. Дуралины после закалки подвергают естественному старению,т.к. оно обеспечивает получение более высокой коррозионной стойкости.

Сплавы авиаль (АВ). Прочность хуже, чем у дюралинов,но лучшая пластичность в холодном и горячем состояниях. Обрабатывается резанием.склонен к межкристальной коррозии.

Высокопрочные сплавы. Предел прочности: 550-700МПа. Представителем этих сплавов является сплав В95. При увеличении содержания магния и цинка прочность сплавов повышается, пластичность и коррозионная стойкость понижаются.

Сплавы для ковки и штамповки. Высокая пластичность.Сплав АК6 используют для деталей сложной формы и средней прочности.Ковку и штамповку сплавов проводят при температуре 450-475 с.

Сплавы АК6 и АК8 хорошо обрабатываются резанием. Склоны к коррозии под напряжением.

Жаропрочные сплавы. Используют для деталей, работающих при температуре до 300 с (поршни, головки цилиндров и т.д.). их дополнительно легируют железом, никелем и титаном.

К деформируемым сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы алюминия с магнием или с марганцем. Эффект от закалки и старения этих сплавов невелик, и их применяют в отожженном состоянии. Повышение прочности при некотором уменьшении пластичности изделий простой формы достигается нагартовкой. Упрочнение, создаваемое нагартовкой снимается в зоне сварки. Сплавы легко обрабатываются давлением. Хорошо свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена. Сплавы применяются для сварных и клепаных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Из алюминиево-магниевых сплавов наиболее часто применяется сплав марки АМг6.

АМц,АМг2, АМг3 нашли применение при изготовлении емкостей для жидкости ( баки для бензина). Для средненагруженных деталей используют АМг5 и АМГ6( рамы, кузова вагонов). Литейные сплавы на базе алюминия (Al-Cu, Al-Mg, Al-Si, Al-Zn-Mg-Si) благодаря низкой плотности и хорошей технологичности широко используются в самолетостроении, судостроении, автомобилестроении, строительстве и других областях.

Литейные сплавы применяются для фасонного литья. Такие сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии. Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами "АЛ" с последующим порядковым номером: АЛ2, АЛ9, АЛ13, АЛ22, АЛЗО.

Сплавы Al – Si получили наибольше распространение. Эти сплавы, получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому и потому отличаются высокими литейными свойствами и средними механическими свойствами, а отливки – большей плотностью. Обладают высокой коррозийной стойкостью.

Сплавы Al – Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплавы Al – Cu(АК4,АК5,АМ5) после термической обработки имеют высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Они склонны к хрупкому разрушению. Если от отливок требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению при 150ºС. Алюминиево-медные сплавы малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплавы Al – Mg. (АМч8 и АМч10)Сплавы алюминий с магнием имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозийная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплавам модифицирующих присадок (титан, цирконий) улучшает механические свойства, а бериллия уменьшает окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов. Эти сплавы предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации

Дуралюмины маркируются буквой "Д" и порядковым номером, например: Д1, Д12, Д18.

Иногда маркируют по составу: АК7М2; АК21М2, 5Н2,5; АК4МЦ6. В этом случае "М" обозначает медь, "К" - кремний, "Ц" - цинк, "Н" - никель; цифра - среднее % содержание элемента.

 Ответ на вопрос №34 Медь и сплавы на ее основе

Медь и ее сплавы

Медь – металл красновато-розового цвета. Температура плавления меди 1083 С. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая. Аллотропических превращений медь не имеет. Плотность меди 8,94 г/см³.

Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, трубки небольшого диаметра, она легко полируется, хорошо паяется и сваривается.

Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электропроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. По электропроводимости она лишь незначительно уступает серебру. Важное значение имеет степень чистоты меди, поскольку при наличии даже небольшого количества примесей электрические свойства меди существенно понижаются.плохая обрабатываемость резанием и низкие литейные качества.

Легирование меди позволяет получать на ее основе различные технические сплавы, обладающие хорошими механическими, технологическими и эксплутационными свойствами. В качестве легирующих добавок используют цинк, олово, свинец, алюминий, марганец, бериллий, никель и другие элементы.

Латунями называют группу сплавов меди с цинком. Все латуни хорошо обрабатываются резанием.

Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.

В технике наибольшее применение нашли латуни, содержащие цинка 30…38%. Эти латуни достаточно пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, проявляют высокую коррозионную стойкость к различным агрессивным средам.

Чем больше меди в латуни, тем она более пластична, выше ее коррозионная стойкость, теплопроводность и электропроводимость. Все латуни имеют хорошие литейные свойства – высокую жидкотекучесть, малую усадку, небольшую ликвацию.

Для повышения механических свойств и химической стойкости производят легирование латуней. С этой целью в их состав дополнительно вводят различные легирующие элементы: свинец, олово, алюминий, кремний, марганец и др

Латуни обозначаются буквой Л (латунь) и числом, показывающим среднее содержание меди в процентах. Например, в латуни Л85 содержится 85% меди и 15% цинка. В марках латуней сложного состава имеются буквы, указывающие на содержание соответствующих легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозначают буквой А, олово – О, свинец – С, железо – Ж, марганец –Мц, никель – Н, кремний – К. Например, в латуни ЛАН59-3-2 содержится в среднем 59% меди, 3% алюминия и 2% никеля (остальное цинк).

Двойные латуни марок Л96 и Л90, имеющие наибольшую массовую долю меди (88…97%), называются томпаками. Они несколько дешевле томпаков, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Бронзами называют сплавы на основе меди с добавками олова, алюминия, свинца, кремния, бериллия и других элементов. В состав бронз может входить и цинк, при этом он не является основной добавкой.

Маркируют бронзы буквами Бр. Далее следуют буквы и цифры, показывающие содержание легирующих элементов, а содержание меди определяется как разность от 100%. Например, в бронзе марки Бр.АЖН10-4-4 содержится в среднем 10% алюминия, 4% железа, 4% никеля и остальное медь (82%). Бронзы обладают хорошими литейными свойствами, их усадка при литье почти в 3 раза меньше, чем у стальных отливок. В отличие от латуней все бронзы хорошо обрабатываются резанием.

Бронзы получают название по основным элементам, входящим в их состав. Одной из давно известных человечеству бронз является оловянистая. Она обладает высокими литейными и антифрикционными свойствами, поэтому используется в основном для художественного литья и как подшипниковый материал в узлах трения машин и механизмов. Алюминиевые бронзы характеризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, имеют высокие механические свойства. Однако эти сплавы имеют достаточно высокую литейную усадку (2,3%). Кроме того, у некоторых алюминиевых бронз недостаточно высокая коррозионная стойкость.

Бериллиевые бронзы имеют высокую химическую стойкость, упругость, износоустойчивость. После термической обработки они приобретают высокую прочность и твердость. Бериллиевые бронзы хорошо свариваются, обрабатываются резанием и подвергаются горячей обработке давлением.

Из этих бронз изготавливают такие детали точного приборостроения, как пружины, мембраны, пружинящие элементы электронных устройств, а также детали, работающие на истирание.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния. Они характеризуются хорошими механическими свойствами, высокой упругостью и выносливостью, успешно поддаются обработке литьем и давлением в горячем состоянии. Во многих случаях они успешно заменяют оловянистые бронзы при изготовлении деталей подшипниковых узлов.

Сплавы меди с никелем и другими легирующими элементами называют мельхиорами. Принцип маркировки таких сплавов аналогичен, как и для латуней и бронз. Например, мельхиор МНЖМц30-1-1 содержит около 30% никеля, до 1% железа и марганца, остальное – медь. Эти сплавы используют для изготовления монет, столовой посуды, деталей точной механики и др.

Медные сплавы с повышенным электрическим сопротивлением называют константанами. Такие сплавы (например, МНМц40-1,5) используют для изготовления катушек сопротивления, реостатов, термопар, а также нагревательных элементов электрических приборов и печей.