- •Г. В. Бычков, а. А. РаУба,
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Легированные стали
- •1.1. Классификация и маркировка легированных сталей
- •1.2. Легированные конструкционные стали
- •1.3. Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали
- •1.4. Легированные инструментальные стали
- •1.5. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •2. Твердые и сверхтвердые инструментальные материалы
- •2.1. Металлокерамические твердые сплавы
- •2.2. Сверхтвердые материалы
- •3. Поверхностное упрочнение деталей
- •3.1. Механическое упрочнение поверхности
- •3.2. Термическое упрочнение – поверхностная закалка
- •3.3. Химико-термическая обработка
- •3.3.1. Операции химико-термической обработки
- •3.3.2. Диффузионная металлизация
- •4. Сплавы цветных металлов
- •4.1. Алюминий и его сплавы
- •4.1.1. Деформируемые сплавы алюминия
- •Состав и механические свойства сплавов аМц и аМг
- •Химический состав и механические свойства сплавов после закалки и старения
- •4.1.2. Порошковые сплавы алюминия
- •4.1.3. Литейные сплавы алюминия
- •Характеристика некоторых литейных алюминиевых сплавов
- •4.2. Медь и ее сплавы
- •4.2.1. Латуни
- •4.2.2. Бронзы
- •4.2.3. Сплавы меди с никелем и другими металлами
- •5. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы
- •Материаловедение Конспект лекций Часть 2
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
4.1.2. Порошковые сплавы алюминия
Это спеченные алюминиевые порошки (САП) и сплавы (САС).
САП – деформируемые жаропрочные материалы, их получают путем прессования и спекания алюминиевого порошка и окиси алюминия. Из брикетов изготавливают листы, прутки, трубы, профили и другие полуфабрикаты. САП хорошо обрабатываются резанием, свариваются, обладают высокой коррозионной стойкостью и термической стабильностью. По жаропрочности они значительно превосходят другие алюминиевые сплавы при температуре до 300 – 500°С, а максимальная температура кратковременной эксплуатации – 700 – 1000°С.
Высокая жаропрочность САП обеспечивается наличием окисной пленки на поверхности мелкодисперсных (0,1 – 0,01 мкм) частиц алюминиевого порошка. Содержание окиси алюминия в сплавах – от 6 – 9 (САП1) до 18 – 22 % (САП4). С увеличением количества частиц окиси алюминия повышаются предел прочности сплава от 320 до 460 МПа и его жаропрочность.
САП1 хорошо обрабатывается давлением (ковка, штамповка, прессование, прокатка) при 450 – 570°С. Предел прочности САП1 можно значительно увеличивать с 320 до 410 МПа нагартовкой (наклепом). САП2, САП3, САП4 удовлетворительно прессуются, хуже прокатываются и штампуются при высокой температуре.
САП рекомендуется применять для деталей, работающих в условиях сильного коррозионного воздействия (паровоздушная среда при 350°С).
САС – спеченные алюминиевые сплавы, получают брикетированием и деформированием порошков алюминия с порошками кремния, никеля, хрома и т. д. Иногда количественное соотношение порошков соответствует составу стандартных алюминиевых сплавов, и до температуры 200 – 300°С они обладают жаропрочностью. Так, сплавы Д16П, АК4П (П – порошковый) имеют более высокую длительную прочность при нагреве по сравнению с Д16 и АК4.
САС могут обладать особыми физическими свойствами за счет изменения своего состава. САС1 (25 – 30 % кремния, 5 – 7 % никеля, остальное – алюминий) обладает сочетанием низкого коэффициента линейного расширения с малой теплопроводностью. Это позволяет использовать его для выполнения деталей, работающих при 20 – 200°С в паре со стальными. В таком сочетании не возникает значительного термического напряжения при нагреве.
Изделия из САС не имеют технологических дефектов, связанных с литьем (окисные и шлаковые включения, ликвация) и обработкой давлением (анизотропия свойств, плены и др.). Для них не нужен гомогенизирующий отжиг.
4.1.3. Литейные сплавы алюминия
Для получения отливок используется большое количество сплавов, которые делятся на группы в зависимости от состава, технологии литья и получаемых свойств.
Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористостью в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии и т. п. Их маркируют буквами «АЛ» (алюминиевый литейный) и номером сплава. В зависимости от условий получения и применения отливки подвергают термической обработке по одному из восьми режимов, которые обозначают буквой «Т» и номером (Т1, Т2, Т3, ... Т8). Например, АЛ20 (Т2), где Т2 – отжиг при 300°С для снятия внутреннего напряжения и стабилизации размеров.
Силумины – сплавы алюминия с кремнием, обладают хорошими литейными свойствами (табл. 4). Высокая жидкотекучесть, малая усадка, низкая склонность к образованию горячих трещин, хорошая герметичность силуминов объясняются наличием большого количества эвтектики в структуре этих сплавов. Силумины обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошо свариваются и имеют низкую плотность – 2,65 г/см3 (2650 кг/м3); при легировании медью хорошо обрабатываются на станках.
Сплав АЛ2 содержит 10 – 13 % кремния, по диаграмме – заэвтектический. Структура состоит из эвтектики и крупноигольчатых кристаллов кремния, которые снижают пластичность и прочность сплава. Для улучшения структуры и повышения свойств силумины модифицируют фтористыми и хлористыми солями натрия. Натрий сдвигает эвтектическую точку диаграммы вправо вниз, и сплав становится доэвтектическим. Строение эвтектики измельчается, а вместо кристаллов кремния в структуре появляются кристаллы мягкой и пластичной фазы – твердого раствора. Это приводит к увеличению пластичности до 10 – 12 % и прочности – до 180 – 200 МПа. Сплав АЛ2 термическому упрочнению не подвергается. Из него отливают тонкостенные детали сложной формы и детали, испытывающие ударные нагрузки, к которым предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости.
Силумины легируют магнием, медью, марганцем, титаном и др. Наибольшее применение получили сплавы с магнием (АЛ9), магнием и марганцем (АЛ4). Легированные силумины применяют для средних и крупных литых деталей ответственного назначения (корпусы компрессоров, картеры, головки цилиндров и т. п.). Их используют для литья под давлением тяжелонагруженных деталей (блоков цилиндров, головок блоков автомобильных двигателей).
Сплавы алюминия с медью АЛ7, АЛ19 (см. табл. 4) характеризуются высокой прочностью при обычной и повышенной (до 300°С) температуре, хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Литейные свойства низкие (большая усадка, низкая герметичность), что объясняется отсутствием в их структуре эвтектики. Литейные и механические свойства улучшаются при легировании титаном и марганцем (АЛ19). Эти сплавы используются для отливок простой формы. Их часто анодируют, так как сплавы имеют низкую коррозионную стойкость.
Магналины – сплавы алюминия с магнием (АЛ8), обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Литейные свойства низкие. Легирование сплавов титаном, цирконием и бериллием (АЛ27) устраняет склонность к окислению и увеличению зерна, повышает вязкость и пластичность (см. табл. 4). Магналины широко применяют для изготовления деталей, работающих в условиях высокой влажности в судо-, ракето-, приборо- и авиастроении.
Жаропрочные литейные сплавы (см. табл. 4). Наибольшее применение получил сплав АЛ1 (алюминий – магний – медь – никель с добавками хрома), из которого изготавливают головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275 – 300°С. Отливки используют после закалки и кратковременного старения при 175°С (Т5), поршни подвергают закалке и старению при 290°С (Т7).
Таблица 4