Алюминий – свойства и сплавы алюминия

Алюминий – свойства и сплавы алюминия

Основные характеристики механических свойств сплавов цветных металлов

• E — модуль упругости — коэффициент пропорциональности между нормальным напряжением и относительным удлинением;
• G — модуль сдвига (модуль касательной упругусти) — коэффициент пропорциональности между касательным напряжением и относительным сдвигом;
• μ — коэффициент Пуассона — абсолютное значение отношения поперечной деформации к продолной в упругой области;
• σт — предел текучести (условный) — напряжение при котором остаточная деформация после снятия нагрузки составляет 0,2%;
• σв — временное сопротивление (предел прочности) — прочность на разрыв;
• δ — относительное удлинение — отношение абсолютного остаточного удлинения образца после разрыва к начальной расчётной длине;
• твёрдость (HB, HRC, HV).

Механический свойства алюминиевых сплавов

Для обозначения состояний деформируемых сплавов приняты следующие обозначения: М — мягкий, отожжённый; П — полунагартованный; Н — нагартованный; Т — закалённый и естественно состаренный; Т1 — закалённый и искусственно состаренный на высокую прочность; Т2 — закалённый и искусственно состаренный по режиму, обеспечивающему по сравнению с режимом Т1 более высокие значения вязкости разрешения и сопротивления коррозии под напряжением; Т3 — аналогично Т2 с улучшенными свойствами. Буква «ч» в обозначении марки сплава указывает на повышенную чистоту сплава (по содержанию примесей).

Механические свойства алюминиевых деформируемых сплавов

E = 70…72 ГПа, G = 27…28 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,31…0,33.

Правила маркировки сплавов алюминия

Марку материала определить достаточно сложно, поэтому алюминиевые сплавы маркируют таким образом, чтобы было понятно, что это именно они. Номер присваивают каждому составу. Он имеет буквенно-цифровое обозначение.

Существует несколько особенностей, свойственных маркировке:

• В начале номера стоит несколько букв, говорящих о составе материала.
• Затем идет цифровой порядковый код.
• Окончание — цифра, говорящая об особенностях проведения обработки (например, термической).

Для лучшего понимания процесса маркировки рассмотрим пример сплава Д17П. Согласно правилу, первая буква говорит нам о составе сплава. Д — дюралюминий. Химический состав у всего дюралюминия одинаков, различия заключаются в концентрации основных входящих в него элементов. Следующая за буквой Д цифра 17 говорит о порядковом номере материала, имеющего определенные качества. Последняя буква, в данном случае П, указывает на полунагартованный сплав. То есть методом обработки материала является давление без предваряющего его нагрева. Следовательно, прочность материала, полученного в ходе такой обработки, будет в два раза ниже максимальной.

Механические свойства титановых сплавов

E = 110…120 ГПа, G = 42…45 ГПа, коэффициент Пуассона μ = 0,31…0,34.

Механический свойства медных сплавов

Медные сплавы разделяются на две основные группы: латуни и бронзы. Латуни — сплавы, легированные цинком. Различают простые и специальные латуни.

Простые латуни (двойные сплавы) маркируют буквой Л, за которой следует содержание меди в процентах. В обозначении специальных латуней после буквы Л следуют заглавные буквы легирующих элементов и содержание меди в процентах, затем через тире — процентное содержание каждого легирующего элемента. Бронзы — сплавы, легированные различными элементами за исключением цинка. Маркируют бронзы буквой Бр, в остальном повторяется система маркировки латуней. Сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель, именуются медно-никелевыми и имеют специальные названия. Деформируемые медные сплавы поставляются в мягком (отожженном и закаленном), полутвердом (обжатие 10-30%), твердом (обжатие 30-50%) и особо твердом (обжатие более 60%) состояниях. Сплавы на основе олова или свинца — баббиты, маркируются буквой Б, за которой следует цифра, обозначающая содержание олова в сплаве.

Виды алюминиевых сплавов

Основой для создания алюминия и его сплавов являются несколько видов металлической руды:

• литейная;
• первичная;
• деформируемая;
• техническая;
• антифрикционная.

В соответствии со способом использования вещества разделяют на литейные и деформируемые. И если первые прекрасно заполняют собой формы, применяемые для отлива, то вторые имеют высокую пластичность, появляющуюся уже после термической обработки.

Пластичность вещества говорит о его стойкости к коррозии и улучшенной свариваемости. Имеется прямая связь между количеством меди в сплаве алюминия и его прочностью. Легирующее вещество в количестве 6 %, добавляемое в сплав, позволяет увеличить стойкость к механическим воздействиям на 30 МПа, а текучесть на 20 МПа.

При этом происходит снижение показателя относительного удлинения, который, впрочем, не выходит за пределы 35 %. Для сохранения необходимых показателей стойкости к коррозии нужно следить за тем, чтобы количество магния не было более 6 %. В противном случае структура сплава будет нестабильной.

Для улучшения характеристик сплава в него добавляют:

• хром;
• кремний;
• марганец;
• ванадий;
• титан.

Если в соединение добавить железо и медь, то это плохо отразится на его состоянии: ухудшатся показатели устойчивости к коррозии и свариваемости.

Пластичность будет возрастать с добавлением марганца. Кроме того, он будет делать вещество более стабильным. А мелкозернистой структура станет после легирования титаном. Основными примесями марганцевых соединений являются железо и кремний.

Рекомендовано к прочтению

• Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
• Виды резки металла: промышленное применение
• Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

Кремний, медь и алюминий добавляются при изготовлении блоков цилиндров, а также втулочных подшипников. Поверхность получается достаточно твердой, но приработка будет требовать значительных усилий.

Термическая стойкость возрастает в результате легирования медью. Она повышается даже у низкоуглеродистой стали. Однако стойкость к коррозии у такого материала низкая, он требует обязательной обработки, а также полимеризации.

Модификация алюминиево-медного сплава происходит при добавлении:

• магния;
• марганца;
• кремния;
• железа.

Прочность материала значительно повышается при добавлении в его состав магния, который также придает ему текучесть. Термостойкость возрастает при добавке железа и никеля. В результате происходит стимуляция искусственного старения сплава.

Силумин получают посредством добавления кремния. Натрий и никель в небольшом количестве помогают повысить качественные характеристики сплава. Применяются такие материалы в основном для производства различных деталей и корпусов для бытовой техники, а также декоративного литья, поскольку имеют прекрасные литейные характеристики.

Стойкость к механическим воздействиям материалу придают удобные в обработке цинк, алюминий и магний. Это достигается благодаря магнию и цинку, имеющим хорошую растворимость. Правда, понижение температуры способно заметно снизить свойства сплава. Кроме того, он не устойчив к ржавчине. Этот недостаток исправляется легированием медью.

Механические свойства деформируемых латуней

E = 105…115 ГПа.

Воплощение высокой химической активности алюминия в сплавах

Большинство конструкционных материалов, которые принято считать алюминиевыми, изготовлено не из чистого металла, а его деформируемых сплавов. Второй класс сплавов на основе Al составляют литейные, используемые большей частью в машиностроении.

По характеру механической и термической обработки, алюминиевые сплавы относят к нагартованным, отожженным, закаленным и состаренным (искусственно или естественно). По основному легирующему элементу, различают следующие категории:

• Дюралюминий, Алюминиево-медный сплав, отличающийся прочностью на уровне низкоуглеродистой стали. Недостаток: материал требует защитного покрытия, в силу собственной низкой сопротивляемости коррозии. Среди дополнительных легирующих добавок используются: магний для повышения текучести; железо — жаропрочности, а также кремний;

Дюралюминий

• Алюминиево-магниевые. Отличаются высоким уровнем сопротивления коррозии, свариваемости и вибростойкости. Для повышения прочностных характеристик дополнительно легируются марганцем, кремнием или титаном. Широко используются для фасонного литья;

Отливки из алюминиево-магниевого сплава

• Силумин. Алюминиево-кремниевый сплав, характеризуется наилучшими литейными свойствами, поэтому целенаправленно используется для отлива корпусов различного оборудования, механизмов;

Шаровй кран из силумина

• Алюминиево-марганцевые. Такие сплавы отличаются пластичностью, обладают высоким сопротивлением коррозии, хорошей свариваемостью;

• Авиаль. Тройной сплав алюминия с магнием и кремнием. Отличается высочайшей пластичностью. Используется в авиационной промышленности. Последнее время с добавлением авиаля начали изготавливать корпуса мобильных телефонов.

Корпус самолета из авиационного алюминия (авиали)

Вторым вариантом сплавов с алюминием, выступают материалы, где металл используется как добавка. Ярким примером бытового применения таких алюминиевых сплавов является кухонная посуда: кастрюли, сковородки, миски и прочее; еще до недавнего времени широко распространенная среди населения.

Механические свойства деформируемых бронз

E = 92…130 ГПа.

Механические свойства медно-никелевых сплавов

E = 120…145 ГПа.

Свойства алюминия

Алюминий и его сплавы имеют малую плотность 2,64- 2,89 г/см3. Прочностные же свойства зависят от легирования, тер­мической обработки, степени деформирования и могут достигать высоких значений. По прочности многие алюминиевые сплавы не уступают конструкционным сталям.

Чистый алюминий (суммарное содержание примесей не более 0,05%) имеет гранецентрированную кубическую решетку с пара­метрами 4,04 А. Температура его плавления 659,8-660,2° С, температура кипения 1800-2500° С.

Для сплавов алюминия электропроводность составляет 30-50% электропроводности меди, а для чистого алюминия 62-65% электропроводности меди.

Алюминий окисляется с образованием окисной пленки Аl203, которая защищает его от дальнейшего окисления,Химический состав деформируемых и литейных алюминиевых сплавов по ГОСТам 4784-65 и 2685-63.

Из алюминиевых сплавов в основном изготовляют конструк­ции, работающие при сравнительно низких температурах не свыше 350° С. Так дуралюмин используют для работы при темпе­ратурах не более 200° С, сплавы типа В95 до 125° С, авиали до 80-100° С при длительной работе и до 200° С при кратковре­менной. Специальные сплавы САП (спеченный алюминиевый поро­шок) применяют и для работы при более высоких температурах. До температуры 100° С кратковременные механические свойства меняются мало. Обращает внимание высокое относительное удли­нение алюминиевых сплавов при низких температурах.

Характеристики длительной проч­ности термически не упрочняемых сплавов обычно ниже, чем тер­мически упрочняемых.

Длительные выдержки сплавов типа авиаль при температурах свыше 80-100° С приводят к их упрочнению и снижению пласти­ческих свойств. Исследованиями, проведенными авторами, уста­новлено, что относительное удлинение снижается при указанных условиях с 20-25% (исходное состояние после закалки и есте­ственного старения) до 1-2%. Подобное ухудшение свойств, при которых возможно хрупкое разрушение конструкций, яв­ляется существенным препятствием применения сплавов такого типа для работы при температурах выше 80° С.

( 2 оценки, среднее 4 из 5 )