Алюминиевые сплавы

Категория:
Цветные металлы


Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы представляют собой композиции на основе алюминия, включающие медь, магний, кремний, цинк, никель и другие элементы. Эти сплавы по сравнению с прочими конструкционными материалами обладают в ряде случаев лучшим сочетанием высоких показателей механических свойств с малым удельным весом. Благодаря этому и ряду других ценных качеств алюминиевые сплавы получили широкое распространение при изготовлении летательных аппаратов и двигателей.

По характеру обработки и применения все алюминиевые сплавы могут быть подразделены на три большие группы.
1. Сплавы, деформируемые прокаткой, прессованием и волочением и поставляемые в виде листов, труб и различных профилей. К ним относятся дюралюмины, а также двухкомпонентные сплавы алюминия с магнием и марганцем.
2. Сплавы, деформируемые ковкой, штамповкой и прессованием. Сюда же могут быть отнесены и материалы группы САП.
3. Литейные сплавы.

Алюминий представляет собой металл серебристо-белого цвета с удельным весом 2,7 г/см3. Кристаллическое строение его характеризуется решеткой гранецентрированного куба с параметром 4,048 kX.

Алюминий имеет температуру плавления 660 °С. Коэффициент линейного расширения его в интервале температур от 0 до 100 °С равен 24 • 10~« 1/°С, теплопроводность при 20 °С 0,52 кал/см – сек- град, а электропроводность достигает 60% от электропроводности меди.

Механические свойства алюминия в значительной степени j зависят от количества примесей. Наиболее чистый металл име- . ет аь = 5 кГ/мм2 и ф = 80%. Технически чистый алюминий, содержащий 0,5—1,0% примесей, имеет аь 10—12 кПмм1, а Ф до 40%. Наклеп вызывает повышение оь алюминия до 20 кГ/мм*.

Алюминий отличается коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, меньшей в морской воде, довольно высокой в азотной кислоте и в некоторых других средах, но совершенно нестоек, в щелочах.

По применению в народном хозяйстве алюминий занимает второе место после железа. Наиболее чистый алюминий применяется в электротехнической промышленности и для плакирования. Для производства сплавов применяется алюминий, содержащий до 1 % примесей.

Как конструкционный материал чистый алюминий не применяется вследствие низкой механической прочности.

Более широкое применение по сравнению с магниевыми сплавами находят сплавы на основе алюминия.

Для изготовления сварных изделий в основном употребляются деформируемые сплавы, делящиеся на две группы: термически упрочняемые и термически неупрочняемые, существенно различающиеся по своим механическим и технологическим характеристикам.

Термически упрочняемые алюминиевые сплавы

К сплавам этого типа относится ряд систем сложного легирования, характеризующихся высокими прочностными свойствами после закалки и старения.

Условно эти сплавы можно разбить на три подгруппы:
— сплавы, относящиеся к системе легирования Al — Си — Mg — Mn;
— высокопрочные сплавы системы легирования Al — Zn — Mg — Си;
— прочные самозакаливающиеся сплавы системы Al — Zn — Mg.

Обычно такие материалы используются в конструкциях в термически обработанном состоянии до сварки.

Основным представителем сплавов первой подгруппы является дуралюмин различных марок, в которых содержание основных легирующих элементов колеблется в следующих пределах: 2,6 — 5,2% Си; 0,4-2,4% Mg; 0,4-1,3% Mn; 0,2 — 1,2% Si.

При нагреве все элементы этих сплавов переходят в твердый раствор, который фиксируется при быстром Охлаждении. При последующем вылеживании происходит распад твердого раствора, протекающий различно в зависимости от температуры. Распад твердого раствора при комнатной температуре носит название естественного старения, при повышенной температуре — искусственного старения. Состояние естественно состаренного сплава неустойчиво и даже при кратковременном нагреве до температуры 150 — 200 °С, как это имеет место при сварке или пайке, наблюдается явление,_возврата, сопровождающееся раз-упрочнением сплава.

Таким образом, нагрев сплавов этой группы в процессе сварки приводит к изменению структуры и свойств материала в околошовной зоне.

При сварке плавлением таких сплавов в околошовной зоне в результате теплового воздействия происходит значительный распад твердого раствора, коагуляция упрочнителей и образование по границам зерен хрупких эвтектических прослоек с невысокой температурой плавления.

Эти изменения ведут к резкому падению прочности околошовной зоны, уменьшению коррозионной стойкости и к возможности появления трещин. До настоящего времени не удавалось получить равнопрочные сварные соединения для этих сплавов. Вследствие низких сварочных свойств дуралюмина нельзя воспользоваться его высокой прочностью и широко применить в сварных изделиях, выполняемых сваркой плавлением, в качестве конструкционного материала.

Эти сплавы могут быть использованы в соединениях, выполняемых контактной точечной сваркой.

Сплавы второй подгруппы относятся к наиболее высокопрочным алюминиевым сплавам. Характерным представителем этой подгруппы является сплав В95 системы А1 — Zn — Mg — Си.

Этот сплав имеет следующий химический состав: 5 — 7% Zn; 1,8 — 2,8% Mg; 1,4-2,0% Си; 0,2-0,96% Mn; 0,1-0,25% Сг; <0,5% Fe; <0,5% Si. В закаленном и искусственно состаренном состоянии неплакированный сплав имеет следующие механические свойства: ств=60 кГ/мм2; а0,г = 55 кГ/мм6=12%). При повышении температуры сплав быстро теряет прочностные свойства, поэтому он пригоден для работы в области температур не выше 125 °С.

Рис. 1. Макрошлифzточечно-сварного соединения дуралюмина

Сплав очень чувствителен к тепловому воздействию, развиваемому при сварке, в связи с чем он обладает весьма низкими сварочными свойствами.

В последнее время предложен несколько корректированный состав сплава В95, обладающий несколько лучшей свариваемостью: 2,8 — 3,0% Mg; 6 — 7% Zn; 1,4 — 2,0% Си; 0,2 — 0,25% Сг; до 0,2% Мп; <0,2% Si; <0,5% Fe; 0,1% Ti.

К третьей подгруппе сплавов относятся самозакаливающиеся сплавы системы А1 — Zn — Mg, представляющие большой интерес с точки зрения получения свариваемых высокопрочных сплавов и поэтому весьма перспективные.

В отличие от предыдущих сплавов сплавы этой группы имеют меньшее количество цинка и не имеют меди, что обеспечивает им лучшую пластичность в литом состоянии и достаточно высокую коррозионную устойчивость при высоких прочностных характеристиках.

Так, предел прочности этих сплавов после длительного старения достигает тв = 47 кГ/мм2, предел текучести о т=25 кГ/мм2 и более при 6 = 20-22%. На основе этой системы разработан целый ряд зарубежных сплавов, как Unidal, Constructal, А — Z4G и др., и отечественные — AMiij В92. Однако эти сплавы не обладают еще в достаточной степени хорошей свариваемостью при высоких прочностных характеристиках. В них суммарное содержание Zn и Mg находится в пределах 5,4 — 8,75% и, как правило, содержание Zn превышает содержание Mg. В связи с этим большинство таких сплавов требуют выполнения сварки в свежезакаленном состоянии-, с проведением пбследуТШЩю^скусственного старения, .что не всегда удобно для сварных изделий. Некоторым исключением является сплав В92, в котором содержание Zn немного менее, чем Mg. Это придает ему, кроме свойств характерных для всей группы самозакаливающихся сплавов, еще одно ценное свойство — идентичность эффектов искусственного и естественного старения. Однако эти сплавы обладают недостаточной свариваемостью при сварке плавлением, что проявляется особенно заметно в соединениях, работающих в условиях сложного нагружения.

Применение высокопрочных сплавов в сварных конструкциях вместо сваривающегося термически неупрочняемого сплава АМгб позволило бы снизить вес изделий на 20 — 25%.

В зависимости от способа соединения при малых объемах работ поверхности деталей из алюминиевых сплавов можно очищать механическим путем круглыми металлическими щетками из стальных проволок (диаметр проволоки не более 0,1 мм при длине ворса щетки не менее 30 мм), шабером, абразивной шкуркой или войлочными кругами с абразивным порошком. Обдувка деталей из легких сплавов песком, как правило, не производится, хотя в последнее время ведутся работы по использованию для этой цели металлического песка, полученного из вторичного алюминия.

При более широких масштабах производства подготовка дета-лей из легких сплавов ведется обычно химическим способом по следующей технологии: протирка, промывка, обезжиривание, промывка, травление, промывка, сушка и контроль. Первая промывка с целью удаления загрязнений производится смывкой, бензином или ацетоном.

Обезжиривание производится или при помощи различных растворителей жировых веществ (ацетон, бензин и др.) или в специальных ваннах, например, в водном растворе следующего состава в г/л:

Тринатрийфосфат технический Na3P04- 12Н20 — 40 — 50 Сода кальцинированная (синтетическая) Na2COs — 40 — 50 Жидкое стекло (силикат натрия технический) Na2Si03 — 25 — 30 Температура ванны 60 — 70° С; время обработки 4 — 5 мин. Используются также и другие щелочные растворы. При обезжиривании деталей раствор необходимо тщательно перемешивать. После обезжиривания в щелочных растворах детали промывают в течение 1 — 2 мин в проточной горячей воде при 50 — 60° С, затем в проточной холодной воде.

Травление деталей в зависимости от способа последующего соединения и вида материала может выполняться в различных по составу ваннах: щелочных, с плавиковой кислотой, с ортофосфор-ной кислотой и т. п.

Травление деталей из алюминиевых сплавов можно производить в ванне следующего состава по весу:

Ортофосфорная кислота Н3РО4 — 30,0 — 35,0%. Хромпик технический К2СГ2О7 или хромпик натриевый технический NaoCrzOj — 0.1 — 0,3% Вода — остальное.

В зависимости от температуры получают разные скорости травления; так, для температур в интервале 20 — 30° С время выдержки материалов в среднем составляет 30 — 18 мин. При травлении в таком растворе поверхность алюминиевых деталей приобретает светлый матовый вид и сравнительно невысокое переходное сопротивление. В заводской практике применяются и другие растворы с ор-тофосфорной кислотой. После травления детали тщательно промывают в холодной проточной воде и сушат в камерах при температуре 70 — 90 °С. После такой подготовки детали могут сохраняться в течение трех суток, после чего необходимо вести подготовку вновь.

Водород в виде пузырьков будет выделяться после удаления пленки Al203, поэтому по появлению пузырьков судят о времени травления. После травления детали промываются в проточной воде и подвергаются осветлению в 15%-ном водном растворе HN03 в течение 2 — 5 мин, после чего вновь промываются и сушатся при температуре 60 °С.

Однако нужно учесть, что при травлении алюминиевых сплавов в щелочных растворах поверхность деталей активируется и через короткий промежуток времени (время хранения деталей не более суток) они вновь покрываются неоднородной пленкой окислов. Кроме того, применение щелочных растворов связано с опасностью сквозного протравливания плакирующего слоя при подготовке плакированных материалов.

Однако для обработки электродной проволоки под сварку плавлением алюминиевых сплавов эти ванны считаются более предпочтительными, так как позволяют получить поверхность менее насыщенную водородом и влагой, что дает меньшую пористость в швах.

В последнее время для обработки проволоки рекомендуется проводить электрополирование, особенно для сплавов системы А1 — Mg.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум