Виды, режимы и особенности термообработки сплава АМц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Свойства сплава Амц

1.1 Влияние легирующих элементов на свойства сплава Амц

1.2 Влияние на структуру и свойства основных примесей

2. Виды, режимы и особенности термообработки сплава Амц

3. Особенности свойств и условия эксплуатации

4. Область применения сплавов

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Алюминий - светло-серебристый металл, имеющий кристаллическую решетку гранецентрированного куба. Не испытывает полиморфных превращений. Алюминий - легкий металл, его удельный вес 2,703 г/см³ при 20 ⁰С . В связи с этим алюминий является основой сплавов для легких конструкций, например в авиационной технике. Он обладает высокой электропроводностью (65% от меди), поэтому данный металл в большом объеме используется в качестве проводниковых материалов в электротехнике. Чистый алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью, в связи с образованием на его поверхности стойкой и плотной окисной пленки Al₂O₃. Это свойство сохраняется и во многих сплавах, содержащих алюминий в виде легирующих элементов.

Первые алюминиевые сплавы получены в 50-х гг. 19 в. Они представляли собой сплав алюминия с кремнием и характеризовались невысокими прочностью и коррозионной стойкостью. Длительной время Si считали вредной примесью в алюминиевых сплавах. К 1907 в США получили развитие сплавы Al--Cu (литейные с 8% Cu и деформируемые с 4% Cu). В 1910 в Англии были предложены тройные сплавы Al--Cu--Mg в виде отливок, а двумя годами позднее -- алюминиевые сплавы с 10--14% Zn и 2--3% Cu. Поворотным моментом в развитии алюминиевых сплавов явились работы А. Вильма (Германия) (1903--1911), который обнаружил так называемое старение алюминиевых сплавов, приводящее к резкому улучшению их свойств (главным образом прочностных). Этот улучшенный алюминиевый сплав был назван Дуралюмином.

В СССР Ю. Г. Музалевским и С. М. Вороновым был разработан советский вариант дуралюмина -- так называемый кольчугалюминий. В 1921 А. Пач (США) опубликовал метод модификации сплава Al--Si введением микроскопических доз Na, что привело к значительному улучшению свойств сплавов Al--Si и их широкому распространению. Разрабатывались новые системы: коррозионностойкие, декоративные и электротехнические Al--Mg--Si; самые прочные Al--Mg--Si--Cu, Al--Zn--Mg и Al--Zn--Mg--Cu; наиболее жаропрочные Al--Cu--Mg и Al--Cu--Li; лёгкие и высокомодульные Al--Be--Mg и Al--Li--Mg.

По способу производства изделий алюминиевые сплавы можно разделить на 2 основные группы: деформируемые (в том числе спечённые алюминиевые сплавы) для изготовления полуфабрикатов (листов, плит, профилей, труб, поковок, проволоки) путём деформации (прокатки, ковки и т. д.) и литейные -- для фасонных отливок.

Для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.

Примеси, присутствующие в алюминии, понижают его пластичность, электро- и теплопроводность, снижают защитное действие пленки. В технически чистом алюминии в качестве примесей могут находиться, в основном, Fe и Si.

Алюминий совместно с легирующими элементами образует различные системы, содержащие от двух до пяти компонентов. Системы обладают различными механическими, коррозионными, технологическими свойствами, различными структурами и каждая система состоит из нескольких сплавов.[2]

В данной работе рассматривается сплав Амц.

Сплав Аl-Mn(Амц) - деформируемый сплав на основе алюминия, который не упрочняется термической обработкой. Он отличаются высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Обрабатываемость резанием улучшается с увеличением степени легированности сплавов. Сплавы на этой основе используются в отожженном, нагартованном и полунагартованном состояниях.[1]

1. Свойства сплава Амц

1.1 Влияние легирующих элементов на свойства сплава Амц

АМц - алюминиевый деформируемый сплав, где основным легирующим элементом является марганец.(Химический состав сплава Амц представлен в таблице 1)

Таблица 1-Химический состав сплава Амц

Система Аl-Mn представляет собой диаграмму эвтектического типа. Максимальная предельная растворимость марганца в алюминии - 1,95%, а при комнатной температуре - 0,05%. Структура сплава АМц состоит из a -твердого раствора марганца в алюминии и вторичных выделений фазы MnAl₆ (рисунок 1).Так как сплав содержит малое количество Mn, то при закалке упрочнение идти не будет; также в присутствии железа вместо MnAl₆ образуется сложная фаза (MnFe)Al6, практически нерастворимая в алюминии, поэтому сплав АМц не упрочняется термической обработкой. По этой причине система Аl-Mn относится к термически не упрочняемым деформируемым сплавам.[5]

Рисунок 1 - Микроструктура сплава Амц

Введение в сплав марганца благоприятно влияет в связи с тем, что он образует с железом интерметаллические соединения (Мn, Fe)Al, AlFeMnSi и другие с достаточно отрицательным электродным потенциалом и тем самым нейтрализует катодное влияние железа и повышает защитные свойства оксидной пленки на алюминии. Этим можно объяснить то, что иногда в атмосферных условиях коррозионная стойкость сплава АМц становится выше коррозионной стойкости алюминия. Положительная роль интерметаллических соединений проявляется также в образовании структурной анизотропии, которая способствует торможению развития коррозии в направлении, перпендикулярном поверхности полуфабриката.

Главный недостаток легирования марганцем (даже в малом количестве)-существенный рост зерна при нагреве.

В то же время в сплаве АМц проявляется и отрицательная роль коррозионной анизотропии. Если нагартовка повышает коррозионную стойкость алюминия (повышается сопротивление питтинговой коррозии), то для сплава АМц она может уменьшать ее - появляются предпосылки к расслаивающей коррозии. Эта тенденция увеличивается пропорционально степени нагартовки и ее связывают с образованием микронадрывов вблизи твердых интерметаллических включений МnАl₆. Поэтому введение в сплав большого количества других элементов, способствующих образованию интерметаллических соединений, например титана, ухудшает его коррозионную стойкость в нагартованном состоянии. Однако с учетом изложенных выше закономерностей, по-видимому, более существенное влияние на расслаивающую коррозию сплава АМц могут оказывать интерметаллидные соединения марганца с железом в качестве катодов, поскольку концентрация последнего в сплаве достаточно велика (до 0,7 %).

Плохое влияние на сплав оказывает соединение Al₆(Mn,Fe),которое имеет вид крупных пластин. Данная фаза снижает механические и физические свойства системы.

Увеличение содержания меди до 0,2 % повышает сопротивление расслаивающей коррозии нагартованных полуфабрикатов из сплавов системы Аl-Мn. По-видимому, введение меди в сплав облагораживает потенциал пробоя и вследствие этого уменьшает вероятность зарождения и распространения подповерхностной коррозии вблизи катодных интерметаллических фаз.[3]

1.2 Влияние на структуру и свойства основных примесей

Основными примесями в алюминиевых сплавах являются Si и Fe.Железо не растворяется в алюминии, и уже при малом его количестве в структуре алюминия появляется эвтектика FeAl₃ + Al, выделяющаяся в форме игл, что резко снижает пластичность и коррозионные свойства.

Кремний растворим в алюминии, но не образует с ним химических соединений, а присутствует в элементарном виде. Из-за дендритной ликвации даже малое количество кремния вызывает появление эвтектики Аl+Si. При этом вырастает интервал кристаллизации, что вызывает горячеломкость ( склонность к образованию трещин в твердо-жидком состоянии , которые появляются в следствие неравномерной усадки кристаллизующегося металла). Повышенное количество кремния ухудшает деформируемость алюминия, так как понижается его пластичность.

Для снижения негативного влияния железа и кремния стараются в сплаве выдерживать соотношение Fe : Si=1,3 : 1,5

2. Виды, режимы и особенности термообработки сплава Амц

Для цветных сплавов обычно в качестве термообработке проводят высокотемпературный отжиг, закалку, естественное или искусственное старение. При производстве полуфабрикатов может использоваться как промежуточная, так и окончательная термообработка. Например, промежуточная операция при прокатке - рекристаллизационный отжиг, который проводят для снятия наклепа.

Окончательная термообработка может включать в себя рекристаллизационный отжиг, если требуется доставить разупрочненный полуфабрикат, или закалка-старение, если его нужно упрочнить.

Конечной термической обработкой для сплава Амц является рекристаллизационный(полный) отжиг (450-470 ⁰С) или дорекристаллизационный (неполный) отжиг(200-300 ⁰С). Если проводить полный отжиг, то сплав будет более мягким( относительное удлинение 23%),и будет маркой АмцМ. Если проводить неполный отжиг - АмцП (полунагартованный с относительным удлинением 10%)

При отжиге алюминиевых сплавов возможно формирование крупнозернистой структуры. Причем это возможно не только на стадии собирательной рекристаллизации, но и на стадии первичной. Причина этого в том, что алюминиевые сплавы имеют гетерогенную структуру. Нельзя забывать, что рассматриваемом сплаве Амц главным легирующим элементом является марганец - одна из главных причин роста зерна.

Следовательно, для устранения крупнозернистости необходимо повысить скорость нагрева до температуры отжига, избегать пониженных температур, уменьшить длительность выдержки и легировать Ti. Охлаждение проводят произвольно.

3. Особенности свойств и условий эксплуатации Амц

Сплав АМц получил довольно широкое применение в промышленности, в том числе и в авиастроении, благодаря сочетанию высоких механических свойств с высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью. Наличие марганца обеспечивает высокие пластические свойства сплава, особенно при низких температурах.

Нагартовка полуфабрикатов из сплава АМц повышает его прочность при некотором незначительном снижении пластичности.

Для полного разупрочнения сплава АМц допускается высокотемпературный отжиг (300--500°С) с охлаждением на воздухе. Частичное снятие упрочнения достигается уже при 200--290°С. У сплава высокие показатели штампуемости. Он деформируется в горячем и холодном состояниях. Механические свойства сплава Амц при различных температурах указаны в таблицах 2-4.

Таблица 2-Механические свойства сплава Амц при комнатной температуре

Таблица 3-Механические свойства сплава АМц при низких температурах

Таблица 4-Механические свойства сплава АМц при высоких температурах

Сплав АМц хорошо сваривается газовой, контактной и дуговой сваркой. При сварке плавлением рекомендуется проволока СвАМц. Прочность и угол загиба сварного соединения не отличаются от свойств основного металла в отожженном состоянии. Сварка сплава в нагартованном состоянии приводит к получению сварного соединения с уровнем прочности, который достигается при сварке материала в отожженном состоянии.

Затруднения при сварке сплавов типа АМц могут возникнуть из-за несплавления в корне шва, вызванного неудаленной тугоплавкой оксидной пленкой. Несплавление уменьшает сечение шва, снижает его прочность и часто обусловливает негерметичность сварных соединений. Негерметичность может быть вызвана также микродефектами в виде газовых несплошностей, количество и размеры которых зависят от скорости кристаллизации, и макродефектами в виде раковин. При изготовлении ответственных изделий, когда требуется повышенная герметичность, следует периодически контролировать влажность аргона в баллонах и принимать соответствующие меры для компенсации вредного влияния повышенных концентраций водяных паров в аргоне в первые часы работы сварочной установки после смены баллона.[4]

алюминиевый сплав марганец примесь

4. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СПЛАВОВ

Алюминий и сплавы широко применяют во многих отраслях промышленности, в том числе в авиации, транспорте, металлургии, пищевой промышленности и др. Из алюминия и его сплавов изготовляют корпуса самолетов, моторы, блоки цилиндров, коробки передач, насосы и другие детали в авиационной, автомобильной и тракторной промышленности, сосуды для хранения химических продуктов. Алюминий широко применяют в быту, пищевой промышленности, в ядерной энергетике и электронике. Многие части искусственных спутников нашей планеты и космических кораблей изготовлены из алюминия и его сплавов. Вследствие большого химического сродства алюминия к кислороду его применяют в черной металлургии как раскислитель, а также для получения при использовании так называемого алюминотермического процесса трудно восстанавливаемых металлов (кальция, лития и др.). По общему производству металла в мире алюминий занимает второе место после железа.

Наиболее перспективное направление развития приготовления алюминиевых сплавов в наше время является использование дуговых печей постоянного тока. Высокое качество выплавляемых алюминиевых сплавов, более низкий расход электроэнергии, сокращение безвозвратных потерь металла, повышение производительности труда лишь немногие достоинства таких печей.[2]

Сплавы Амц применяются для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется высокая коррозионная стойкость (трубопроводы для масла и бензина, радиаторы тракторов и автомобилей, сварные бензобаки), а также для заклепок, корпусов и мачт судов, узлов лифтов и подъемных кранов, рам транспортных средств. При понижении температуры у сплава Амц прочность быстро растет, поэтому они нашли широкое применение в криогенной технике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные достоинства алюминиевых сплавов: малая плотность, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность.

Данный сплав относится к термически не упрочняемым сплавам, окончательной термообработкой которого является рекристаллизационный отжиг с произвольным охлаждением. Для устранения крупнозернистости, вызванной марганцем, необходимо повысить скорость нагрева до температуры отжига, избегать пониженных температур, уменьшить длительность выдержки и легировать Ti.

Сплав АМц хорошо сваривается газовой, контактной и дуговой сваркой. Так же отличается высокой пластичностью и коррозионной стойкостью. Наблюдается быстрый рост прочности при пониженных температурах.

Сплавы Амц применяются для изделий, получаемых глубокой вытяжкой, сваркой, от которых требуется высокая коррозионная стойкость, судостроения (мебель, трубопроводы), автомобилестроения(радиаторы охлаждения), самолетостроения(сантехнические изделия, декоративная отделка).

Список использованной литературы

1. Колачев Б. А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: МИСИС, 1999. - 416с.

2. Горынин И.В. и др. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов: Справочное руководство. М.: Металлургия, 1978 - 364с.

3. Гуляев А.П. Металловедение: М.: Государственное научно-техническое издательство ОБОРОНГИЗ, 1963 - 255 с.

4. Гелин Ф.Д. Технология металлов. Мн.: 1999 - 315 с.

5. Таубкин М.Д. Цветные металлы и сплавы: Справ.: в 2 т. М.: Металлургия, 1987. - 210 с.

Размещено на Allbest.ru