- •1. Железоуглеродистые сплавы
- •Механические свойства стали обыкновенного качества группы а (гост 380-88)*
- •Механические свойства качественных конструкционных углеродистых сталей (после нормализации) (гост 1050-74)
- •Применение качественных углеродистых конструкционных сталей
- •Конструкционные углеродистые стали выпускаются в виде разнообразных профилей большого количества типоразмеров. Приведены наиболее применяемые в конструкциях рэс сортаменты сталей.
- •Механические свойства хромистых нержавеющих сталей
- •Механические свойства аустенитных сталей в закаленном состоянии
- •Механические свойства криогенных сталей
- •Вопросы для самопроверки
- •2. Титановые сплавы
- •Механические свойства технического титана (отожженный)
- •2.2. Титановые сплавы
- •Механические свойства и псевдо- титановых сплавов в отожженном состоянии
- •Необходима высокая прочность и малый вес. Замена конструкционной углеродистой стали на титановые сплавы позволяет снизить массу деталей примерно в два раза.
- •Вопросы для самопроверки
- •3. Магниевые сплавы
- •Литейные магниевые сплавы, их состав и свойства
- •Продолжение табл.3.1
- •Вопросы для самопроверки
- •Алюминиевые сплавы
- •Химический состав деформируемых неупрочняемых сплавов
- •Вопросы для самопроверки
- •5. Конструкционные сплавы на основе меди
- •Вопросы для самопроверки
- •6. Материалы упругих элементов
- •Допустимая скорость охлаждения при этом виде отжига зависит от массы изделия, его формы и теплопроводности и лежит в пределах 20-200 °с/ч.
- •9. Химико-термическая обработка металлов
- •Вопросы для самопроверки
- •Библиографический список
- •Чернышов Александр Васильевич
- •394026 Воронеж, Московский просп. , 14
Химический состав деформируемых неупрочняемых сплавов
Марка сплава |
Al |
Cu |
Mg |
Mn |
Fe |
Si |
Zn |
Ti |
Cr |
Be |
АД0 |
<99,5 |
До 0,02 |
До 0,05 |
До 0,025 |
До 0,30 |
До 0,30 |
До 0,1 |
До 0,1 |
- |
- |
АД1 |
Не менее <99,30 |
До 0,05 |
До 0,05 |
До 0,025 |
До 0,30 |
До 0,30 |
До 0,1 |
До 0,15 |
- |
- |
АМц |
основа |
До 0,15 |
До 0,2 |
1,0-1,6 |
До 0,7 |
До 0,6 |
До 0,1 |
До 0,2 |
- |
- |
АМг2 |
“-“ |
До 0,1 |
1,8-2,6 |
0,2-0,6 |
До 0,4 |
До 0,4 |
До 0,2 |
До 0,1 |
До 0,05 |
- |
АМг3 |
“-“ |
До 0,1 |
3,2-3,8 |
0,3-0,6 |
До 0,5 |
До 0,4 |
До 0,2 |
До 0,05 |
До 0,05 |
- |
АМг4 |
“-“ |
До 0,1 |
3,8-4,6 |
0,5-0,8 |
До 0,3 |
0,5-0,8 |
До 0,2 |
0,02-0,1 |
0,05-0,25 |
0,0025-0,005 |
АМг5 |
“-“ |
До 0,1 |
4,8-5,8 |
0,3-0,8 |
До 0,5 |
До 0,4 |
До 0,2 |
0,02-0,1 |
- |
0,002-0,005 |
АМг5П |
“-“ |
До 0,2 |
4,7-5,7 |
0,2-0,6 |
До 0,4 |
До 0,5 |
- |
- |
- |
- |
АМг6 |
- |
До 0,1 |
5,8-6,8 |
0,5-0,8 |
До 0,4 |
До 0,5 |
До 0,2 |
0,02-0,1 |
- |
0,002-0,005 |
Таблица 4.2
Механические свойства деформируемых неупрочняемых сплавов при Т = 20С
Марка сплава |
Вид полуфабриката |
Состояние испытуемых образцов |
Толщина или диаметр мм |
Е, ГПа |
G, Па |
б-1, Гпа на базе 2107 циклов |
бВ, МПа |
б0.2, МПа |
бnu, МПа |
, % |
, % |
беж, % |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
АД0 |
Лист |
Отожжённый |
2 |
71 |
27 |
- |
80 |
40 |
- |
35 |
80 |
- |
АД1 |
Пруток |
Без термической обработки |
20 |
- |
- |
- |
150 |
100 |
- |
6 |
60 |
- |
Амц |
Лист |
Отожжённый Полунагартованный Нагартованный |
0,7-10,5 0,7-10,5
0,7-10,5 |
- -
- |
- -
- |
- -
- |
110 170
220 |
60 130
180 |
35 -
- |
25 10
5 |
- -
- |
- -
- |
Пруток |
Без термической обработки |
20 |
70 |
26,5 |
- |
170 |
110 |
70 |
18 |
65 |
- |
|
АМг2 |
Лист Пруток |
Отожжённый Отожжённый |
2 20 |
71 - |
27 - |
85 - |
190 190 |
100 80 |
- - |
23 25 |
- 65 |
100 80 |
АМг3 |
Лист
|
Отожжённый
|
2
|
71 |
27 |
90 |
230 |
120 |
- |
25 |
- |
120 |
АМг4 |
Лист Пруток |
Отожжённый Без термической обработки |
2 25 |
71 - |
27 - |
110 - |
280 320 |
140 190 |
100 100 |
20 15 |
- - |
140 140 |
Продолжение табл. 4.2
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
АМг5 |
Лист Пруток |
Отожжённый Отожжённый |
2,5 20 |
71 - |
26,5 - |
110 - |
300 300 |
150 160 |
- - |
20 14 |
- - |
160 160 |
АМг6 |
Лист плакированный |
Отожжённый Нагартованный 20% |
2 - |
71 - |
27 - |
100 - |
340 400 |
170 300 |
130 230 |
20 9 |
- - |
180 320 |
Примечание: б-1 – предел выносливости при изгибе с симметричным циклом нагревания,
бnu – предел пропорциональности.
Неупрочняемые деформируемые сплавы на основе Al применяют для деталей РЭС, изготавливаемых холодной листовой штамповкой, в том числе глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется повышенная коррозионная стойкость и малый вес при достаточной прочности.
Конструкционные деформируемые алюминиевые
сплавы, упрочняемые термической обработкой
Наиболее распространенным представителем деформируемых алюминиевых сплавов, упрочняемых термической обработкой является дюралюминий - сплав, по крайней мере, шести компонентов: алюминия, меди, магния, марганца, кремния и железа, хотя основными добавками являются медь (3,4 - 4,0 %), магний (0,5-1,0 %) и марганец (0,5-1,0 %). Кремний и железо являются постоянными примесями, попадающими в сплав вследствие применения недостаточно чистого алюминия.
Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соединений (следовательно, вызывающих старение), таких как CuAl2, MgSi и нерастворимых соединений, таких как железистые и марганцовистые соединения. Марганец повышает стойкость дюралюминия против коррозии, а присутствуя в виде дисперсных частиц фазы Т (Al12Mn2Cu) повышает температуру рекристаллизации и улучшает механические свойства.
В отожженном состоянии дюралюминий состоит из твердого раствора и вторичных включений различных интерметаллических соединений, но основными из которых являются CuAl2 и MgSi. При закалке с оптимальной температурой (500 °С) основное количество соединений CuAl2, MgSi растворяются в алюминии и сплав представляет из себя структуру пересыщенного твердого раствора (соединения железа не растворяются). При естественном старении после закалки (в течение 57 суток) из твердого раствора выпадают соединения CuAl2, Mg2Si и сплав приобретает высокие механические свойства - высокую прочность.
На рис.4.3 представлена примерная кривая зависимость прочности и пластичности дюралюминия от температуры закалки с последующим естественным старением.
Из рисунка видно, что наивысшие механические свойства дюралюминия обеспечиваются при закалке в области 500 °С. Повышение температуры закалки до 520 °С и выше вызывает резкое ухудшение его свойств, что связано с ростом зерна, окислением и оплавлением границ зерна. При термической обработке дюралюминия колебание температуры закалки не должно превышать ± 3-4 °С, так как большие колебания Т закалки приводят к катастрофическому ухудшению механических свойств. В табл.4.3 приведены химические составы наиболее распространенных упрочняемых алюминиевых сплавов, а в табл.4.4 - механические параметры.
Таблица 4.3
Химический состав (%) деформируемых упрочняемых алюминиевых сплавов
Марка сплава |
Fl |
Cu |
Mg |
Mn |
Ni |
Fe |
Si |
Zn |
Ti |
Д18 |
основа |
2,2-3,0 |
0,2-0,5 |
до 0,2 |
- |
до 0,5 |
до 0,5 |
до 0,1 |
до 0,1 |
В65 |
“-“ |
3,9-4,5 |
0,15-0,3 |
0,3-0,5 |
- |
до 0,2 |
до 0,75 |
до 0,1 |
до 0,1 |
Д1 |
“-“ |
3,8-4,8 |
0,4-0,8 |
0,4-0,9 |
до 0,1 |
до 0,7 |
до 0,7 |
до 0,3 |
до 0,1 |
Д16 |
“-“ |
3,8-4,9 |
1,2-1,8 |
0,3-0,8 |
до 0,1 |
до 0,5 |
до 0,5 |
до 0,3 |
до 0,1 |
Д16П |
“-“ |
3,8-4,5 |
1,2-1,6 |
0,3-0,7 |
- |
до 0,5 |
до 0,5 |
до 0,1 |
до 0,1 |
Д19 |
“-“ |
3,8-4,3 |
1,7-2,3 |
0,5-2,0 |
- |
до 0,5 |
до 0,5 |
до 0,1 |
до 0,1 |
ВД17 |
“-“ |
2,6-3,2 |
2,0-2,4 |
0,45-0,7 |
- |
до 0,3 |
до 0,3 |
до 0,1 |
до 0,1 |
АВ |
“-“ |
0,1-0,5 |
0,45-0,9 |
0,15-0,35 |
- |
до 0,5 |
0,7-1,2 |
до 0,3 |
до 0,1 |
АД31 |
“-“ |
до 0,1 |
0,4-0,9 |
до 0,1 |
- |
до 0,5 |
0.3-0,7 |
до 0,2 |
до 0,15 |
АД33 |
“-“ |
0,15-0,4 |
0,8-1,2 |
до 0,15 |
- |
до 0,7 |
0,4-0,8 |
до 0,25 |
до 0,15 |
В95 |
“-“ |
1,4-2,0 |
1,8-2,8 |
0,2-0,6 |
- |
до 0,5 |
до 0,5 |
5,0-7,0 |
- |
Таблица 4.4
Механические свойства деформируемых упрочняемых алюминиевых сплавов при Т = 20С
Марка сплава |
Вид полуфабриката |
Состояние испытуемых образцов |
Толщина или диаметр |
б-1, Гпа на базе 2107 циклов |
бВ, МПа |
б0.2, МПА |
, % |
, % |
бож, МПа |
Е, ГПа |
G, ГПа |
КСТ, МДж/м3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
Д18 |
Проволока |
Отожжённая Закаленная естественным состар |
1,4-10,0 1,4-10 |
- - |
160 300 |
60 170 |
25 24 |
- 50 |
- - |
71 - |
27 - |
- - |
Д1 |
Пруток Профиль прессованный |
То же То же |
До 50 До 10 |
- - |
- 360 |
260 220 |
- 12 |
- - |
- - |
72 - |
27 - |
- - |
Д16 |
Лист
Профиль прессованный |
То же То же Закаленный и состаренный искусственно |
2-4 2-4 5-10 |
130 - 140-150 |
450 460 480 |
320 360 350 |
19 10 12 |
- - - |
- - -
|
72 - 72 |
- - - |
- - - |
Д19 |
Лист плакированный |
Закаленный и естественно состарен |
2-4 |
- |
440 |
310 |
16 |
- |
330 |
70 |
- |
- |
|
|
Закаленный и искусственно состарен |
2-4 |
- |
450 |
400 |
6,5 |
- |
425 |
- |
- |
- |
Продолжение табл. 4.4
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
ВД17 |
Полоса прессованная |
Закаленная и искусственно состарен |
60 |
165 |
- |
- |
- |
- |
- |
72 |
27 |
- |
АД33 |
Лист |
Отожжённая Закаленный и естественно состар. |
2-4 2-4 |
100 - |
140 230 |
80 120 |
20 19 |
- - |
- - |
71 - |
26,5 - |
- - |
АВ |
Лист неплакированный |
Закаленный и естественно состар. |
0,5-10 |
- |
250 |
160 |
23 |
- |
- |
- |
- |
- |
В95 |
Листы, плиты |
Закаленный и естественно состар. |
1,5-10 |
160 |
570 |
500 |
12 |
- |
- |
72 |
- |
- |
Дюралюминий Д1, Д16, Д18, ВД17 упрочняются термической обработкой, характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. Эти сплавы поставляются в виде прутков, листов и фасонных профилей, которые используются для изготовления корпусов блоков, каркасов, шасси, стоек и т.д. Сложные конструкции на основе этих материалов могут соединяться путем сварки, с помощью крепежных деталей и заклепок. Из приведенных марок наибольшей пластичностью обладает сплав Д18, из которого изготавливают заклепки.
Рис.4.3. Механические свойства дюралюминия в зависимости от температуры закалки с последующим естественным старением
Сплавы Д1, Д16 в искусственно состаренном состоянии имеют улучшенную коррозионную стойкость, которая не уничтожается при повышенных температурах.
Сплавы АД31, АД32, АВ применяются для изготовления деталей РЭС невысокой прочности, но повышенной пластичности и коррозионной стойкости работающие в диапазоне -70 +50 °С.
Сплав В95 обладает наивысшей прочностью (600 МПа) и близким к нему по значению пределом текучести. Сплав применяют для высоконагруженных конструкций РЭС и работающий в условиях напряжения сжатия.
4.4. Литейные алюминиевые сплавы
Сплавы для изготовления деталей литьем должны обладать высокими технологическими свойствами: высокой жидкотекучестыо, небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости. Эти свойства должны сочетаться с хорошими механическими свойствами, с сопротивлением коррозии и др.
Основу литейных алюминиевых сплавов, применяемых для производства деталей РЭС, являются сплавы Al - Si, называемые силуминами.
На рис. 4.4, а приведена диаграмма состояния сплава Al - Si и влияние кремния на механические свойства сплава (рис.4.4,б). Линия АЕС - ликвидус. Линия АВЕД - солидус. Точка А (657 °С) соответствует температуре плавления алюминия. Эвтектический сплав (11,7 % Si) имеет температуру плавления 577 °С. Кремний не образует с алюминием химических соединений и почти не растворяется в нем при нормальной температуре. Растворимость кремния в алюминии (образование - фазы) при 300 °С лишь 0,99 %, а при эвтектической температуре достигает 1,65 %.
Эвтектические сплавы Al - Si обладают хорошими литейными и неплохими механическими свойствами, поэтому их применяют для изготовления многих деталей РЭС
|
|
Рис. 4.4. Диаграмма состояния Al - Si (а) и влияние кремния на механические свойства сплава (б)
Для улучшения механических свойств сплавов Al - Si их подвергают модификации введением в сплав перед отливкой незначительного количества (до 1 %) натрия или его солей. Модификацией сплава достигается мелкозернистая структура, повышение прочности и увеличение пластичности.
Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами АЛ (А - алюминий, Л - литейный) и цифрами, указывающими порядковый номер сплава.
В табл.4.5 приведен химический состав сплавов, наиболее часто применяемых в РЭС, а в табл.4.б - их механические свойства.
Таблица 4.5
Химический состав (%) литейных алюминиевых сплавов
Марка сплава |
Основные компоненты |
Примеси (не более) |
||||
Mg |
Si |
Mn |
Cu |
Fe |
прим |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
4 |
6 |
7 |
АЛ2 |
- |
10-13 |
- |
- |
0,3-1,5 |
2,2-2,8 |
АЛ4 |
0,17-,30 |
8,0-10,5 |
0,25-0,5 |
- |
0,6-1,2 |
1,1-1,7 |
АЛ9 |
0,20-0,4 |
6,0-8,0 |
- |
- |
0,3-1,0 |
1,0-1,9 |
Продолжение табл.4.5
1 |
2 |
3 |
4 |
4 |
6 |
7 |
АЛ3 |
0,20-0,8 |
4,0-6,0 |
0,20-0,8 |
1,5-3,5 |
1,0-1,5 |
1,3-1,8 |
АЛ8 |
9,20-11,5 |
- |
- |
- |
<3 |
<1,1 |
Таблица 4.6
Механические свойства литейных алюминиевых
сплавов при температуре 20 °С
Марка сплава |
Термическая обработка |
Е, ГПа |
G, Гпа |
бВ, МПа |
б0.2, МПа |
, % |
НВ, МПа |
, Г/см3 |
АЛ2 |
Без т/о |
70 |
- |
170 |
80 |
1,8 |
550 |
2,66 |
АЛ4 |
Закалка + старение |
70 |
- |
260 |
200 |
2,0 |
700 |
2,65 |
АЛ9 |
Закалка + частичное старение |
70 |
- |
220 |
120 |
4,0 |
650 |
2,68 |
АЛ8 |
Закалка |
70 |
- |
320 |
170 |
11 |
700 |
2,58 |
Сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9 имеют высокие литейные свойства и обладают герметичностью изготовленных из них отливок. Сплав АЛ2 не упрочняется термической обработкой; единственным способом повышения механических свойств является модифицирование натрием путем присадки к расплаву солей NaF или NaCl. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы - раствора. Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из нескольких кристаллов (Si) и - твердого раствора. Такая структура улучшает механические свойства.
АЛ2 рекомендуется применять для изготовления деталей РЭС небольших размеров и более простой формы. Это обусловлено тем, что в крупногабаритных деталях возможно появление концентрированных усадочных раковин, характерных для сплавов с малым интервалом кристаллизации.
Сплав АЛ4 применяют для изготовления средних и крупных деталей (корпусов). При этом средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению при Т=175 °С, а крупные нагруженные детали (корпуса) - закалке и искусственному старению.
Сплав АЛ9 применяют для изготовления средних и крупных деталей ответственного назначения (корпусов механизмов, рам несущих конструкций, стоек, литых лицевых панелей, объемных конструкций шасси и др.). Для повышения пластичности отливки подвергают закалке при температуре 535 ± 5 °С, а для повышения прочности - закалке и старению при температуре 200 °С.
Сплавы Al - Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.
Сплав АЛ8 (Al - Mg) имеет низкие литейные свойства, т.к. не содержит эвтектики. Характерной его особенностью является повышенные механические свойства, малая плотность и высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, в морской воде, в щелочных растворах, в агрессивных средах на основе азотной кислоты, в растворах хлористых солей. Сплав хорошо обрабатывается резанием и полируется. Легирование Be, Ti, Zr устраняет склонность сплава к окислению в процессе плавки и улучшает литейные свойства. Недостатком этого сплава является низкая жаропрочность - уровень рабочих температур не превышает 80 °С. Поэтому его используется для изготовления деталей повышенной прочности, работающих в тяжелых климатических условиях, включая действие морской воды и тумана, в области температур –60 +60 °С.