Курс Алюминиевые сплавы и области их применения Часть 1. Свойства и области

и области применения алюминиевых сплавов
Чеверикин Владимир Викторович НИТУ «МИСиС»
Вставьте картинку

Новиков, В.С. Золоторевский, В.К. Портной и др. Металловедение, том 1

и 2. Под ред. В.С.Золоторевского. МИСиС, 2009.
Б.А. Колачев, В.И. Ливанов, В.И. Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. МИСиС, 2005.
Промышленные алюминиевые сплавы. Справ. изд. Металлургия, 1981.
Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справ. изд./ под ред. Дж. Хэтча. Металлургия, 1989.
Применение алюминиевых сплавов. Справ. изд. Металлургия, 1985.
J.R. Davis & Associates, Joseph R Davis. Aluminum and Aluminum Alloys ASM International Handbook Committee, 1993. (Доступно в сети Internet)

земной коре
1-е место среди цвет. металлов по объему производства –

более 25 млн т/год (15% РФ)
Цена - 2200- 2500 $/т (01.01.12 – 2300$)
Легкость – уд.вес 2,7 г/см3
Высокая прочность (сплавов)- в до 750 МПа
Высокая коррозионная стойкость
Высокая электропроводность (2/3 от Cu)
Высокая технологичность при всех видах обработки
Возможность использования отходов

промышленность
бытовая техника
специальные области

кристаллизация → выемка из формы → термическая обработка

→ механическая обработка → обработка поверхности
Способы литья:
-в разовые (песчаные) формы, получаемые разными методами: формовкой, оболочковые, по выплавляемым моделям, прототипированные – медленное охлаждение из-за низкой теплопроводности формы;
-в постоянные (металлические) формы: кокильное литье, литье под высоким и низким давлением – более быстрое охлаждение

9 – формовочная смесь, 3 – нижняя опока,
4 –

модель, 5 – полость формы, 6 – стержень, 7 – центрирующий штырь,
8 – верхняя опока, 10 – модель, 11, 12 – литники,
13 – скоба для скрепления опок

3 – заливочный ковш, 4 – расплав, 5 – полость

пресс-формы, 6 - отливка

Al5FeSi (β) и Al8Fe2Si (α)
Цинк
Медь
Магний
Свинец и олово
Натрий
Водород

(магналии)
Al-Mg-Si (авиали)
Al-Cu-Mg (дуралюмины)
Al-Cu-Mg-Si (ковочные)
Al-Zn-Mg (свариваемые)
Al-Zn-Mg-Cu (высокопрочные)
Al-Li-Cu-Mg (сверхлегкие)

типа твердых растворов (например, АМ5, АМг10)
2-Доэвтектические сплавы (большинство силуминов, например

типа АК7 и АК8М3)
3-Эвтектические сплавы (силумины типа АК12 и АК12М2);
4-Заэвтектические сплавы (заэвтектические силумины, например АК18)

сплавов

раствора и небольшим количеством избыточных фаз (на основе систем Al-Cu,

Al-Mg, Al-Zn-Mg)

Сплавы со значительным количеством эвтектики (доэвтектические и эвтектические силумины)

Сплавы с первичными кристаллами избыточных фаз (заэвтектические силумины)

элементами

(D) ;
форма и размер дендритных ячеек

(Al) (d) ;
распределение легирующих элементов и примесей в (Al);
состав, структура, морфология и объемная доля (QV) частиц избыточных фаз кристаллизационного происхождения,
характеристики субструктуры (распределение и плотность дислокаций, размеры субзерен и дислокационных ячеек, углы их разориентировки, вторичные выделения);
количество, размер и распределение пор

состояние)
АМ5
АМг6л

металлов, вторичные – из лома и отходов.

Первичные обычно чище по

примесям и имеют поэтому более высокие свойства, особенно пластичность.

При одинаковом химическом составе по всем компонентам, включая металлические и неметаллические (водород и оксиды) примеси, первичные и вторичные сплавы ничем не отличаются

1583-93

серия – сплавы Al-Si-Mg и Al-Si-Mg-Cu

-Диффузионное устранение последствий неравновесной кристаллизации
-Структурные изменения при гомогенизации

-Технология нагрева и закалки отливок
-Изменение механических свойств отливок после закалки

Старение
-Стадии распада пересыщенного твердого раствора
-Природа упрочнения при старении
-Влияние режимов старения на механические свойства отливок

из-за подавления диффузионных процессов, в результате чего возникает дендритная ликвация

– концентрационная неоднородность дендритов (Al) и неравновесный избыток фаз эвтектического происхождения

Цель закалки – устранение последствий неравновесной кристаллизации для повышения свойств отливок и получения пересыщенного твердого раствора для подготовки к последующему старению

Технология проведения закалки - нагрев до температуры ~0,9Тпл, выдержка в течение нескольких часов и быстрое охлаждение

Главные процессы при нагреве – устранение последствий неравновесной кристаллизации: растворение избыточных фаз и устранение внутрикристаллитной ликвации, а также изменение формы частиц нерастворимых избыточных фаз и распад (Al) по переходным металлам, при охлаждении – фиксация пересыщенного твердого раствора.

среднего состава твердого раствора bc в сплаве Х1
Микроструктура
сплава Al-5%

Cu

- отливки сплава АМг9 при температуре гомогенизации 440 0С
p

= -1,6 + 0,48m,
- слитки сплава Д16 при температуре гомогенизации 480 0C
р = 0,79 + 1,66m или
p = 0,63 m1,2 (m - в мкм, p - в час).

l0 = d/2

D- коэффициент диффузии, см2/c:
Mg, Zn, Si

- 10- 9
Cu - 10-10
Ni - 10-12
Fe, Mn, Cr, Zr -10-13 - 10-14

закалкой (б)

фаз, в том числе одной и той же фазы:

1)

прожилки по границам дендритных ячеек;
2) скелеты;
3) иглы, пластины;
4) тонкодифференцированные кристаллы в сплавах, близких к эвтектической точке и др.

закалки

нагреве под закалку
а
б
в

величина изменения свойств разная у разных сплавов
После закалки прочность и

пластичность могут расти и падать, а могут практически не меняться (зависит от сплава и исходной структуры)
Сильного упрочнения и охрупчивания не происходит



Причины изменения свойств:
- увеличение легированности матрицы,
- растворение избыточных фаз,
- изменение макро -, микро - и
субструктуры матрицы

подкалки) без полиморфного превращения. Возможен только в сплавах систем с

уменьшающейся растворимостью легирующих элементов в матричном твердом растворе при понижении температуры.
При распаде этого раствора выделяются фазы, отличающиеся составом и структурой или только составом.

Главные параметры – температура и время выдержки.

Главная цель – упрочнение сплавов.

Гинье-Престона (ЗГП) с размером 1-10 нм и высокой плотностью распределения

(1018 см-3 или 1012 см-2) при естественном и низкотемпературном старении.
Образование и рост частиц (10-100 нм) метастабильных фаз – при искусственном старении на максимальную прочность.
Образование и рост стабильных (равновесных) фаз (>100 нм) – при перестаривании.

решеткой и метастабильных промежуточных фаз ( и ), которые могут

выделяться из алюминиевого раствора при старении сплавов Al – Cu

% Cu (старение при 130 0С в течение 18 дней)
Электронная

микрофотография, фольга

сплавов в двойной системе
Н – разность значений твердости состаренного и

закаленного сплава