Какие сплавы алюминия называют силуминами - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Какие сплавы алюминия называют силуминами

Содержание

Силумин — свойства, состав, температура плавления, применение

На магазинных прилавках все чаще попадаются изделия из силумина. Это могут быть сковородки, кастрюли, водопроводные краны и иные изделия. Этот материал получается искусственным путем, подробнее ответ на вопрос: силумин — что это, вы найдете в статье ниже.

Описание материала

Определение силумина несложно найти в википедии — это сплав на основе алюминия с добавлением кремния. При этом содержание дополнительного компонента колеблется в пределах от 4 до 22%, и основную часть составляет алюминий. Состав сплава силумин также содержит небольшое количество примесей иных металлов: меди, кальция, титана, железа, цинка, марганца и других.

Так как максимальное количество кремния до 22 %, то внешне его несложно отличить от настоящего металла. Он немного затемнен, поэтому напоминает чугун, но фактически распознать этот материал сумеет только человек с опытом.

Что такое силумин в реальной жизни, и где он встречается?

Характеристики силуминов

Одной из важнейших механических характеристик является микротвердость, для повышения которой в силуминах применяются следующие механизмы:

1) Улучшение структуры первичных кристаллов кремния (Уменьшение размеров, сфероидизация, равномерное распределение по объему сплава).

2) Уменьшение размера всех структурных компонент сплава, включая нерастворимые в матрице интерметаллиды (первичные кристаллы, эвтектики, вторые фазы)

3) Улучшение структуры эвтектики (Диспергирование, превращение дендритов в равноосные кристаллы)

4) Легирование магнием и медью

Для реализации этих механизмов в настоящее время применяются различные традиционные химико-термические методы:

1)Быстрое охлаждение расплава:

-применение конвективной теплопередачи (ультразвуковое распыление),

-контактного охлаждения (Способы «поршня и наковальни», «молота и наковальни»)

-литье в кокиль (литейный метод)

2)Увеличение числа зародышей для кристаллов кремния, а также измельчение частиц кремния путем химической модификации(чаще всего применяется в металлургии):

-Модифицирование натрием (0,006-0,012%), калием, литием, висмутом, сурьмой 0,1-0,3%, стронцием 0,01-0,05% (сурьма и стронций — модификаторы длительного действия), смесью солей (0,1% натрия и 2% смеси фтористого и хлористого натрия) в доэвтектических силуминах.

-Модифицирование фосфором 0,05-0,1% или серой в заэвтектических силуминах

Маркировка

Встречается другая маркировка: АЛ##, где:

  • АЛ — алюминий литейный,
  • ## — номер сплава.

Наиболее распространённые марки:

  • АК12 — 12 % кремния, эвтектический сплав.
  • АК9 — 9 % кремния.
  • АК7Ц9 — 7 % кремния, 9 % цинка.

Общие сведения

Люди, не знающие о сплавах металлов, вряд ли понимают, что такое силумин. Силумин представляет собой смесь, в состав которой входит алюминий и кремний. Дополнительным компонентом, входящим в состав сплава, является кремний. Его может содержаться 4–22%. Остальную часть занимает алюминий. Материал силумин может дополняться различными вкраплениями других металлов.

Химические и физические свойства

Основные свойства силумина напрямую зависят от его состава. От посторонних вкраплений и процентного содержания кремния, меняются характеристики сплава. Химические и физические свойства:

  1. Температура плавления силумина — 580 градусов.
  2. Плотность — 3гр/см3.
  3. Прочность силумина — это свойство определяет устойчивость сплава к активной эксплуатации и коррозийным процессам. На поверхности смеси образуется оксидная плёнка, которая защищает материал от воздействия факторов окружающей среды.
  4. Пластичность сплава. Этот показатель отвечает за литейные свойства материала. У любого металла существует предел текучести.

Ключевые преимущества сплава, которые выделяют покупатели продукции силумина — это невысокая стоимость, износоустойчивость и малый относительный вес.

Маркировка

Силумин маркируется согласно международной системе ИСО, в которой устанавливаются определённые требования для сплавов:

  1. АК 15 — буква «А» обозначает алюминий, а «К» — кремний. Цифра, указанная после аббревиатуры, обозначает процентное содержание дополнительного компонента.
  2. АЛ 9 — буква «А» обозначает алюминий, а «Л» — литий. Как и в первом случае, цифра после аббревиатуры это процент дополнительного материала в составе сплава.

Дополнительно к обозначению основного и дополнительного компонента может добавляться ещё один материал с наивысшим процентным содержанием в составе сплава. Например существуют маркировки на которых написано «АК 15 Ц7». В составе смеси содержится алюминий, кремний и цинк. Два последних компонента занимают 15 и 7%, а алюминий занимает остальной объём.

Виды силумина

Классифицируется материал по 3 видам:

  1. Доэктевтический. Характеризуется тем, что содержание кремния находится в пределах от 4 до 10% от основной массы. В этот состав также могут входить дополнительные элементы: марганец, медь или магний.
  2. 2 вид — относится к более износоустойчивым, при этом содержание кремния около 20%.
  3. Специальные сплавы с добавлением примесей иных металлов, к примеру, цинка или титана.

В зависимости от технических параметров в производственных процессах выполняются различные отливки.

Применение

Повышенный производственный интерес к силумину обусловлен главным образом обладанием такими свойствами как высокая жидкотекучесть, низкий удельный вес и низкой склонностью к образованию усадочных раковин.

По этим причинам силумин активно применяется в следующих сферах:

  • В самолетостроении силумин марок АЛ2 используется при изготовлении деталей, не подверженных механическим и термическим нагрузкам. Из АЛ9 и АЛ34 производят узлы более ответственного назначения. В частности, сюда относятся поршни галлейного охлаждения, насосы и прочее.
  • В судостроении силумин применяется в качестве обшивки стальных и чугунных конструкций. Возможно это благодаря устойчивости силумина к агрессивному воздействию морской воды.
  • В космической отрасли сплавы силумина используются в производстве приборов, детали которых требуют от материала наличие низкого коэффициента линейного расширения и низкого значения плотности.- В автомобилестроении активно применяется силумин АЛ34 для изготовления картеров двигателей внутреннего сгорания и других корпусных деталей, работающих при большом внутреннем давлении.
  • Силумин служит материалом для изготовления фитингов трубопровода. Смесители, переходники, ниппеля, накидные гайка — это неполный список деталей, где используются сплавы силумина.

Ремонт изделий из силумина

Силумин – это сплав, обладающий повышенной хрупкостью, поэтому изделия из него при эксплуатации могут треснуть.

Для их восстановления применяют эпоксидный клей. Внешний вид восстановится, но использовать его при больших нагрузках не стоит. Для склеивания следует:

  • обезжирить то место, на которое будет наноситься клей, дать подсохнуть;
  • развести клей в соответствии с приложенной инструкцией и нанести на обезжиренную поверхность;
  • плотно соединить сломанные части и забыть о них на сутки.

Ремонт сваркой

В некоторых случаях поврежденное изделие лучше подвергнуть сварке. Эту процедуру проводят самостоятельно в домашних условиях или обращаются к специалисту. При проведении работ температура материала повышается, вследствие этого на сплаве появляется оксидная пленка, препятствующая соединению частей изделия. Для устранения этих негативных явлений для сварки используют аргон, обеспечивающий защиту от отрицательных факторов. Для работы необходимо:

  • подготовить неплавящиеся вольфрамовые электроды и припой для сварки конструкций из алюминия;
  • обезжирить поверхность;
  • изделие зафиксировать;
  • разогреть поверхность до 220 градусов по Цельсию. Для отвода тепла свариваемую деталь положить на стальную прокладку;
  • сварить шов, используя переменный ток;
  • произвести обработку швов для эстетики внешнего вида.

Изделие готово к эксплуатации при небольших нагрузках.

Производство силумина

Изготовлением силумина занимаются не только крупные предприятия металлургической промышленности, но и частные лаборатории. Усовершенствование технологического процесса постоянно модернизируется.

  1. Из руды добываются металлы для шихты, можно производить силумин из золы, которая остается после работ теплоэлектроцентралей. Зола восстанавливается способом электронизации и с помощью элемента — криолита. В шихте еще много иных примесей, которые не оказывают влияния на качественные характеристики сплава. Единственное — железо влияет на качество лигатуры, но если оно находится в пределах от 0,8 до 1,5%, то такое количество допускается и содержится в отходах после ТЭЦ, поэтому использование таких шлаков для изготовления продукции благотворно отражается на экологии.
  2. В природе тоже встречаются соединения алюминия и кремния в бокситовой руде, но, согласно технологии, сплавы этих компонентов производятся искусственным путем, что способствует улучшению качества готовых изделий.

Что такое латунь

Материал внешне напоминает золото, но это соединение меди и цинка. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав добавляют никель, железо, олово, свинец и иные ингредиенты. Примесей около 10%, а цинка от 30 до 35%.

  • плотность 8500 кг/м;
  • температура плавления от 880 до 950С;
  • легко поддается обработке;
  • износоустойчивость;
  • вязкость;
  • в зависимости от содержания преобладающего металла, бывает теплопроводной или пропускающей электричество.

Производимая продукция: проволока, фольга, прутья, металлические листы, трубы, арматура. Из нее выполняют украшения, фоторамки и значки. Стоимость изделий относительно невысокая, а срок эксплуатации длительный, при этом не утрачивается товарный вид.

Сравнение силумина и латуни

Силумин или латунь что лучше? По сравнению с латунью силумин является более хрупким материалом, но по ценовым характеристикам он дешевле.

У кранов и вентилей из силумина непродолжительный срок службы, они быстро ржавеют и при возникновении технической аварии могут быстро сломаться, что не исключает затопление нижних этажей. Приборы учета энергетических ресурсов с использованием элементов из этого материала также могут не выдержать параметров высокого давления и быстро придут в негодность

Материал силумин не выдерживает высокую температуру воды, срок эксплуатации водопроводных кранов не превышает года, на них постепенно образовываются микротрещины, что приводит к поломке устройства.

Для систем водоснабжения выбирать лучше всего изделия из латуни, хотя они и дороже, но выдерживают горячую воду и высокое давление.

Как отличить силумин от латуни? Чтобы отличить эти два материала следует обратить внимание на цвет изделия, из которого они изготовлены: из латуни – желтоватого цвета, а из силумина – белого. Причем по весу первый тяжелее второго.

Конструктивные изделия из силумина можно выбирать для иных целей, в случаях, если основная нагрузка приходится на другие элементы.

Совет! При выборе смесителей лучше не экономить, от этого зависит безопасность личная и окружающих.

Читайте также:  Плавка алюминия в домашних условиях

Изделия из силумина сегодня пользуются спросом, так как они недорого стоят, а их внешний вид вполне эстетичен, но при выборе рекомендуется владеть знаниями об их предназначении.

Литейные алюминиевые сплавы

Из алюминиевых литейных сплавов силумины имеют самый большой показатель жидкотекучести, затем идут алюминиево-магниевые и алюминиево-медные сплавы.

Алюминиевые сплавы

Используемые в производстве сварных и сварно-литых изделий, характеризуются литейными свойствами, к которым относят жидкотекучесть, газопоглощение, усадку и ликвацию. На литейные свойства сплавов оказывает влияние целый ряд факторов, начиная от температурного интервала его кристаллизации и заканчивая физическими свойствами применяемой для отливки формы. При меньшем промежутке времени, затрачиваемом на процесс кристаллизации жидкого сплава, обеспечиваются его лучшие текучие свойства. В результате этого при застывании отливки образуется меньше горячих микротрещин и пустот. В заэвтектических и эвтектических сплавах при плохой жидкотекучести появляется вероятность образования холодных трещин.

Алюминиево-магниевые сплавы

Содержание магния в таких сплавах варьируется от 9,5% до 11,5%. Это в 2 раза больше, нежели в деформируемых сплавах. Высокая прочность сплавов достигается благодаря сохранению большого количества Mg в твердом растворе. При температуре 300°С в сплаве растворяется 6,7% Mg. Магний, который не растворился, находится в структуре и образует в α-фазе соединение Al3Mg2 и в β-фазе – Mg5Al8.

Дополнительной прочности это не придает, но снижает пластические свойства сплава. Оптимальные характеристики алюминиево-магниевых сплавов обеспечиваются путем закалки в масле при температуре, равной 430±5°С, на протяжении 12-20 часов. Для улучшения пластических свойств сплава уменьшают процентное содержание в нем кремния и железа, и добавляют цирконий и титан. При наличии примесей марганца, железа и кремния в сплаве образуются интерметаллические соединения, входящие в состав двойных и более сложных фаз.

При литье алюминиево-магниевых сплавов на поверхности образуется пористая пленка, что свидетельствует о высоком содержании газов в заготовке. Чтобы этого избежать, необходимо еще до отливки произвести дегазацию и рафинирование расплава.

Лазерная резка алюминия

Гидроабразивная резка

Слесарные работы

Алюминиево-медные сплавы

Алюминиевые литейные сплавы, легированные медью, не настолько интересны. Большое практическое применение нашли алюминиевые сплавы, легированные такими элементами, как медь, кремний, железо, магний, никель. Сплавы такого состава используют для производства поршней ДВС. Причем их изготавливают не только из литейных сплавов, но и из деформируемых, обрабатывая давлением.

Для литейного производства поршней используют сплавы с добавкой кремния, полученные в доэвтектической и заэвтектической фазах. При кристаллизации поршневых сплавов на поверхности выделяются соединения Cu35NiAl6 и CuMn2Al12, образующие жаропрочный каркас, что очень важно в месте расположения первой канавки под компрессионным кольцом. Таким образом при температуре, достигающей 350°С, обеспечивается высокая износостойкость и длительная прочность деталей ДВС.

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины)

Силумины – это сплавы, содержащие в своем составе алюминий и кремний. Возможны также небольшие добавки меди и марганца. Структура силуминов представлена -твердым раствором и эвтектикой, существующей при температуре 577°С и содержащей 12,5% кремния. В твердом растворе при этой же температуре растворяется еще 1,6% Si. Небольшая добавка натрия улучшает процесс кристаллизации, но в таком случае следует избегать наличия примесей магния. Возможно также введение в сплав фосфора. Силумины, имеющие в своем составе только алюминий и кремний, при термической обработке не упрочняются. Введение небольшого количества магния в сплав силумина позволит термически его упрочнить. Небольшое присутствие железа оказывает на силумин отрицательное воздействие, которое можно уменьшить, добавив в сплав марганец. Железо с кремнием образует хрупкие пластинчатые соединения. Марганец в сочетании с железом образует менее хрупкие кристаллические соединения. Легирование силумина медью и магнием позволяет добиться лучших результатов в термическом упрочнении.

Для производства авиационных узлов и деталей используют в основном деформируемые сплавы. Литейные сплавы ввиду сложного технологического процесса применяют реже. Тем не менее, они все же нашли свое применение в сварно-литых конструкциях воздушных судов.

Создаем металлические предметы в домашних условиях: силумин – что это такое и для чего применяют

На магазинных прилавках все чаще попадаются изделия из силумина. Это могут быть сковородки, кастрюли, водопроводные краны и иные изделия. Этот материал получается искусственным путем, подробнее ответ на вопрос: силумин – что это , вы найдете в статье ниже.

Описание материала

Определение силумина несложно найти в википедии – это сплав на основе алюминия с добавлением кремния. При этом содержание дополнительного компонента колеблется в пределах от 4 до 22%, и основную часть составляет алюминий. Состав сплава силумин также содержит небольшое количество примесей иных металлов: меди, кальция, титана, железа, цинка, марганца и других.

Так как максимальное количество кремния до 22 %, то внешне его несложно отличить от настоящего металла. Он немного затемнен, поэтому напоминает чугун, но фактически распознать этот материал сумеет только человек с опытом.

Что такое силумин в реальной жизни, и где он встречается?

Основные свойства силумина

При сравнении свойства силумина приравнивают к свойствам нержавеющей стали, но при этом первый обладает меньшей массой.

О свойствах сплава алюминия с кремнием :

  1. Прочность, устойчивость к износу и к проявлению коррозии. Оксидная пленка, образующаяся на поверхности, служит защитой от негативных факторов окружающей среды.
  2. Плотность материала составляет около 3 гр/см 3 .
  3. Пластичность или жидкотекучесть сплава – это немаловажное свойство, необходимое для заливки сложных конфигураций, что значительно удешевляет процесс литья.
  4. Температура плавления силумина составляет около 600 0 С, что почти в три раза ниже температуры плавления стали, и это тоже влияет на качество литья и стоимость выполнения работ.

Исходя из перечисленных показателей, изделия из этого материала все больше пользуются потребительским спросом.

Как маркируется силумин

Маркирование сплавов выполняется исходя из требований международных стандартов системы ИСО:

  1. “АЛ 9” означает: А- алюминий, Л- литейный, 9 – процентное содержание дополнительного составляющего вещества.
  2. “АК 15” маркируется по тому же принципу, только буква “К” означает “Кремний”.

В состав входят:

  • 90% основного компонента (алюминия);
  • около 9% кремния;
  • марганца до 0,5%;
  • титана до 0,1%;
  • меди до 0,6%;
  • цинка до 0,3%.

Маркирование производится следующим образом: к примеру , силуминовый сплав это – АК5 Ц8. А – алюминий, К – кремний в количестве 5%, Ц – это цинк в количестве 8%.

Виды силумина

Классифицируется материал по 3 видам:

  1. Доэктевтический. Характеризуется тем, что содержание кремния находится в пределах от 4 до 10% от основной массы. В этот состав также могут входить дополнительные элементы: марганец, медь или магний.
  2. 2 вид – относится к более износоустойчивым, при этом содержание кремния около 20%.
  3. Специальные сплавы с добавлением примесей иных металлов, к примеру, цинка или титана.

В зависимости от технических параметров в производственных процессах выполняются различные отливки.

Группы сплавов

Сплавы из силумина подразделяются на несколько групп. Такое разграничение осуществляется по назначению материалов:

  1. АК 12 – это эвтектический силумин, в его состав входит кремний в количестве 12%. При термообработке отливка не упрочняется и не становится твердой при усадке. Детали, выполненные из такого материала, конструктивно предназначены для герметичных приборов низкого уровня нагрузки.
  2. Высоколегированный заэвтектический силумин маркируется, к примеру, АК4М5. Относится к поршневой группе, применяется при выполнении работ с высокотемпературными режимами. Обладает высокой устойчивостью к высоким температурам и износостойкостью. Применение этого сплава для особо важных изделий, работающих в условиях повышенных нагрузок. Это крупногабаритные и ответственные детали.

Как произвести ремонт изделий из силумина

На изделиях из этого материала в процессе эксплуатации могут появиться трещины или сколы. Чем склеить силумин ? Чтобы восстановить внешний вид можно применить эпоксидный клей. Но при этом стоит учитывать, что при повышенных нагрузках это изделие работать не будет.

Технология выполнения операций:

  1. Обезжирить места для склеивания и немного подсушить.
  2. Развести клей в соответствующей консистенции и нанести на предназначенную для склеивания поверхность.
  3. Соединить части изделия и приложить усилия, затем оставить на сутки в состоянии покоя.

Совет! Места склеивания рекомендуется армировать специальной шпатлевкой с волокнистым наполнителем. Вместо эпоксидной смолы можно использовать припои, предназначенные для алюминия или клеи для этого же материала.

Ремонт силумина с помощью сварки

Ошибочно думать, что сварка силумина – несложный процесс, который можно выполнить всем. При сваривании изделий может возникнуть много вопросов. Материал быстро нагревается, вследствие чего начинает появляться оксидная пленка. Такое явление не даст возможности соединиться частям изделия. Поэтому выбор сделан в пользу сваривания аргоном, так как именно этот газ обеспечивает защиту от внешних негативных факторов при выполнении операций. Сплав будет лучше восстанавливать и укреплять структуру. Как сварить силумин?

Описание процесса:

  1. Подготовить электроды для сварки, для этих целей подойдут вольфрамовые неплавящиеся. Для сваривания изделий рекомендуется применять припои: НТS-2000, Harris-52 или ER 4043, предназначенные для сваривания алюминиевых конструкций.
  2. Произвести обезжиривание свариваемых кромок.
  3. Для обеспечения надежной свариваемости деталь необходимо зафиксировать в жестком приспособлении.
  4. Перед проведением сварочных работ следует произвести разогрев поверхности до 220 0 С. Чтобы тепло было отведено, следует применять прокладки из стали.
  5. Проведение сварочных работ. Для сварки поверхностей применяется переменный ток. Работа производится в ручном режиме.

Это интересно! С варочный инвертор какой лучше купить? Форумы расскажут и подскажут, какой инструмент лучше приобрести для самостоятельных работ.

После проведения работ изделия можно эксплуатировать при пониженных нагрузках. Перед непосредственным проведением сварки силумина в домашних условиях рекомендуется потренироваться на образцах.

Где применяют силумин

Популярность применения силумина на сегодняшний день наиболее высока в области машиностроения и авиастроения. И это не удивительно, так как материал легкий и прочный. Самолетам он облегчает подъем, а для машин это влияет на стоимость: чем больше вес, тем меньше цена.

Из него производятся такие запчасти, как поршни, двигатели, корпусные детали и цилиндры. Часто слав применяется в производстве орудия, к примеру, пневматических винтовок, в том числе коробок для стволов и практически всех узлов этого оружия. В современном исполнении оружие из силумина при обращении легкое и удобное. Основной недостаток конструктивных элементов – это хрупкость материала, то есть при любом незначительном ударе изделие может дать трещину или сломаться. Кастрюли из силумина легкие, но, опять же, хрупкие.

Силумин, применение которого стало популярно для газотурбинных генераторов, состоящих из пластинчатых теплообменников – отличное решение для оснащения систем энергообеспечения. Температура плавления позволяет использовать материал для этих изделий.

Цены на изделия из силумина

Производство силумина

Изготовлением силумина занимаются не только крупные предприятия металлургической промышленности, но и частные лаборатории. Усовершенствование технологического процесса постоянно модернизируется.

  1. Из руды добываются металлы для шихты, можно производить силумин из золы, которая остается после работ теплоэлектроцентралей. Зола восстанавливается способом электронизации и с помощью элемента – криолита. В шихте еще много иных примесей, которые не оказывают влияния на качественные характеристики сплава. Единственное – железо влияет на качество лигатуры, но если оно находится в пределах от 0,8 до 1,5%, то такое количество допускается и содержится в отходах после ТЭЦ, поэтому использование таких шлаков для изготовления продукции благотворно отражается на экологии.
  2. В природе тоже встречаются соединения алюминия и кремния в бокситовой руде, но, согласно технологии, сплавы этих компонентов производятся искусственным путем, что способствует улучшению качества готовых изделий.
Читайте также:  Муфельная печь для плавки алюминия своими руками

Что такое латунь

Материал внешне напоминает золото, но это соединение меди и цинка. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав добавляют никель, железо, олово, свинец и иные ингредиенты. Примесей около 10%, а цинка от 30 до 35%.

  • плотность 8500 кг/м 3 ;
  • температура плавления от 880 до 950 0 С;
  • легко поддается обработке;
  • износоустойчивость;
  • вязкость;
  • в зависимости от содержания преобладающего металла, бывает теплопроводной или пропускающей электричество.

Производимая продукция: проволока, фольга, прутья, металлические листы, трубы, арматура. Из нее выполняют украшения, фоторамки и значки. Стоимость изделий относительно невысокая, а срок эксплуатации длительный, при этом не утрачивается товарный вид.

Сравнение силумина и латуни

Силумин или латунь что лучше? По сравнению с латунью силумин является более хрупким материалом, но по ценовым характеристикам он дешевле.

У кранов и вентилей из силумина непродолжительный срок службы, они быстро ржавеют и при возникновении технической аварии могут быстро сломаться, что не исключает затопление нижних этажей. Приборы учета энергетических ресурсов с использованием элементов из этого материала также могут не выдержать параметров высокого давления и быстро придут в негодность

Материал силумин не выдерживает высокую температуру воды, срок эксплуатации водопроводных кранов не превышает года, на них постепенно образовываются микротрещины, что приводит к поломке устройства.

Для систем водоснабжения выбирать лучше всего изделия из латуни, хотя они и дороже, но выдерживают горячую воду и высокое давление.

Как отличить силумин от латуни? Чтобы отличить эти два материала следует обратить внимание на цвет изделия, из которого они изготовлены: из латуни – желтоватого цвета, а из силумина – белого. Причем по весу первый тяжелее второго.

Конструктивные изделия из силумина можно выбирать для иных целей, в случаях, если основная нагрузка приходится на другие элементы.

Совет! При выборе смесителей лучше не экономить, от этого зависит безопасность личная и окружающих.

Изделия из силумина сегодня пользуются спросом, так как они недорого стоят, а их внешний вид вполне эстетичен, но при выборе рекомендуется владеть знаниями об их предназначении.

Видео по теме: кран из силумина

Сплавы из алюминия и их применение

Легирование

Алюминий применяют для производства из него изделий и сплавов на его основе.

Легирование — процесс введения в расплав дополнительных элементов, улучшающих механические, физические и химические свойства основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции.

Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства.

Прочность чистого алюминия не удовлетворяет современные промышленные нужды, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности, применяют не чистый алюминий, а его сплавы.

При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность , во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость , почти всегда повышается относительная плотность . Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы:
1) деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии),
2) литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).

Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.

Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и немного отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общее содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы называют силуминами . Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.

Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.

Дюралюминии — сплавы алюминия с медью

Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии — сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7 %.

Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной температуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C.

Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизительно до 500 C). При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной температуре. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т.е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен.

Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl. Химическое соединение еще не образуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при комнатной температуре носит название естественного старения.

Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение первых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву максимальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C, то произойдет искусственное старение . В этом случае процесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем действие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естественном старении.

Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температуре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естественном старении в течении четырех дней.

Сплавы алюминия с марганцем и магнием

Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобрели сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.

Марганец и магний , так же как и медь, имеют ограниченную растворимость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эффект упрочнения при их термообработке невелик. Объясняется это следующим образом. В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1,9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последующий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает образование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.

В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1,4% упрочнения быть не может, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последующим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы — химического соединения Mg Al .

Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметногоэффекта упрочнения. Несмотря на это, введение и марганца, и магния в алюминий полезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содержании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.

Другие легирующие элементы

Также для улучшения некоторых характеристик алюминия в качестве легирующих элементов используются:

Бериллий добавляется для уменьшения окисления при повышенных температурах. Небольшие добавки бериллия (0,01-0,05%) применяют в алюминиевых литейных сплавах для улучшения текучести в производстве деталей двигателей внутреннего сгорания (поршней и головок цилиндров).

Бор вводят для повышения электропроводимости и как рафинирующую добавку. Бор вводится в алюминиевые сплавы, используемые в атомной энергетике(кроме деталей реакторов), т.к. он поглощает нейтроны, препятствуя распространению радиации. Бор вводится в среднем в количестве 0,095-0,1%.

Висмут . Металлы с низкой температурой плавления, такие как висмут, свинец, олово, кадмий вводят в алюминиевые сплавы для улучшения обрабатываемости резанием. Эти элементы образуют мягкие легкоплавкие фазы, которые способствуют ломкости стружки и смазыванию резца.

Галлий добавляется в количестве 0,01 — 0,1% в сплавы, из которых далее изготавливаются расходуемые аноды.

Железо. В малых количествах (>0,04%) вводится при производстве проводов для увеличения прочности и улучшает характеристики ползучести. Так же железо уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль.

Индий. Добавка 0,05 — 0,2% упрочняют сплавы алюминия при старении, особенно при низком содержании меди. Индиевые добавки используются в алюминиево — кадмиевых подшипниковых сплавах.

Кадмий. Примерно 0,3% кадмия вводят для повышения прочности и улучшения коррозионных свойств сплавов.

Кальций придает пластичность. При содержании кальция 5% сплав обладает эффектом сверхпластичности.

Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. В количестве 0,5-4% уменьшает склонность к трещинообразованию. Сочетание кремния с магнием делают возможным термоуплотнение сплава.

Олово улучшает обработку резанием.

Титан. Основная задача титана в сплавах — измельчение зерна в отливках и слитках, что очень повышает прочность и равномерность свойств во всем объеме.

Применение алюминиевых сплавов

Большинство алюминиевых сплавов имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Последнее свойство в сочетании с тем, что алюминий не разрушает витамины, позволяет широко использовать его в производстве посуды . Конструкции из алюминиевых сплавов часто используют в морской воде. Алюминий в большом объеме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминиевые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию. Алюминий также широко применяется в машиностроении , т.к. обладает хорошими физическими качествами.

Но главная отрасль, в настоящее время просто не мыслимая без использования алюминия — это, конечно, авиация . Именно в авиации наиболее полно нашли применение всем важным характеристикам алюминия

Другие статьи по сходной тематике

Основные понятия о токарной обработке и токарных станках.

Читайте также:  Как изготовить форму для литья из алюминия

Стали марок AISI 409, 430, 439 — аналоги отечественных марок 08×13, 12×17 и 08×17Т

Гидравлические гильотинные ножницы, гильотинные ножницы с ЧПУ для раскроя и обработки листовых материалов.

Правила нанесения обозначений шероховатости поверхностей на чертежах

ЧАСТИНА ІІ: МІКРОСТРУКТУРА СПЛАВІВ АЛЮМІНІЮ, МАГНІЮ, ТИТАНУ, ОЛОВА, СВИНЦЮ

Фрагмент диаграммы состояния Al – Сu (до 10 %Сu) (рис.7):

Схема микроструктуры образцов дуралюмина после(рис.5):

закалки в водезакалки и искусственного старения

Схема микроструктур четырех образцов силуминов(рис.9):

доэвтектическийэвтектический
заэвтектическиймодифицированный

Марки сплавов, их состав и применение:

АК12Сплав на основе системы алюминий – кремний – магний (силумин). Из сплава получают плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие в процессе эксплуатации значительных нагрузок, сплав отличается высокой герметичностью
FeSiMnTiAlCuZrMgZnПримесей Fe
до 1.510 – 13до 0.5до 0.184.3 – 90до 0.6до 0.1до 0.1до 0.3всего 2.7
АК7чдля изготовления фасонных отливок; сплав отличается высокой герметичностью
FeSiMnAlCuPbBeMgZnSnПримесей
до 1.56 – 8до 0.589.6 – 93.8до 0.2до 0.05до 0.10.2 – 0.4до 0.3до 0.01всего 2
АК5Мдля изготовления фасонных отливок; сплав высокопрочный жаропрочный
FeSiMnAlCuBeMgZnSnПримесей
до 1.54.5 – 5.5до 0.590.7 – 94.151 – 1.5до 0.10.35 – 0.6до 0.3до 0.01всего 1.7Ti+Zr

Бронза безоловянная, обрабатываемая давлениемКремниевая бронза. Высокие механические и технологические свойства, хорошие антифрикционные свойства, коррозионно-стойкая. Применяется для изготовления ответственных деталей в моторостроении, направляющих втулок
FeSiMnNiAlCuPbZnSnПримесей
до 0.10.6 – 1.10.1 – 0.42.4 – 3.4до 0.0294.7 – 96.9до 0.15до 0.1до 0.1всего 0.4

ВЫВОДЫ:Алюминий отличается от других металлов малой плотностью, высокими пластическими и коррозионностойкими свойствами, высокими тепло- и электропроводимостью, а также отражательной способностью. Титан является химически активным металлом, но на воздухе быстро покрывается защитной пленкой плотных окислов, благодаря чему имеет высокую стойкость в атмосфере, в воде, в органических и неорганических кислотах.

Какими свойствами обладает алюминий?

Алюминий отличается от других металлов малой плотностью, высокими пластическими и коррозионностойкими свойствами, высокими тепло- и электропроводимостью, а также отражательной способностью.

Как маркируют алюминий?

АМг; АМц; Д1; Д6; АК6; АК8; В95; В96; САП; САС; АЛ2; Амг5П…

Какие постоянные примеси содержит алюминий?

Постоянные примеси алюминия – Fe, Si, Cu, Zn, Ti.

Как влияют примеси на свойства алюминия?

Они ухудшают все его свойства.

Где применяется алюминий технической чистоты?

Крупные стальные детали завешивают на проволочных, елочных или рамочных подвесках из алюминия технической чистоты.

Как классифицируют алюминиевые сплавы?

Какие компоненты обычно используют для легирования алюминиевых сплавов?

Алюминиевые сплавы обычно легируют Сu, Mg, Si, Мn, Zn, реже Li, Ni, Ti

Какова структура сплава АМц?

Структура сплава АМц состоит из α -твердого раствора марганца в алюминии и вторичных выделений фазы MnAl6. В присутствии железа вместо MnAl6 образуется сложная фаза (MnFe)Al6, практически нерастворимая в алюминии, поэтому сплав АМц и не упрочняется термической обработкой.

9. Приведите примеры деформируемых, термически неупрочняемых сплавов

Какой упрочняющей термообработке подвергают дуралюмины?

Что такое старение?

Старение заключается в выдержке при температуре 150 – 180 °С

Как маркируют литейные алюминиевые сплавы?

АМг5к; АМг10; АК7Ц9; АЦ4Мг…

Как маркируют деформируемые алюминиевые сплавы?

Что такое модифицирование?

Вмешательство в формирование структуры сплава.

Какие сплавы называют силуминами?

Силумины – это сплавы алюминия с кремнием, обычно содержащие 10 – 13 % Si (AK12)

Чем модифицируют силумины?

Силумины легируют магнием, медью и подвергают термической обработке.

С какой целью модифицируют силумины?

Для повышения механических и литейных свойств.

Какова структура модифицированного силумина?

Микроструктура сплава эвтектического состава состоит из эвтектики α + Si.

Какие алюминиевые сплавы широко используются в криогенной технике?

Какими компонентами легируют силумины?

Титан, его свойства и применение

Титан – серебристо-белый легкий металл с удельной плотностью 4,5 Мг/м 3 и температурой плавления 1668°С. Чистый титан находит применение в авиации и ракетостроении, а также в химической промышленности. Металлургической промышленностью изготавливается в виде листов, труб, прутков, проволоки и других полуфабрикатов.

Влияние легирующих элементов на полиморфизм титана?

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуру полиморфного превращения. Такие элементы, как Al, O, N повышают температуру полиморфного превращения и расширяют область α, их называют α-стабилизаторами.

Классификация титановых сплавов по структуре

Ø α-сплавы со структурой твердого раствора легирующих элементов в α-титане;

Ø α+β-сплавы, состоящие из α и β-твердых растворов;

Ø β-сплавы, имеющие структуру твердого раствора легирующих элементов в β-титане.

Фазовые превращения в титановых сплавах

Термическая обработка титановых сплавов

Наличие у сплавов титана высокотемпературной модификации β-твердого раствора, способной к значительному переохлаждению, обусловливает получение разнообразных структур в зависимости от peжимов термической обработки.

Применение титановых сплавов

Ø авиация и ракетостроение

Ø химическая промышленность

Ø оборудование для обработки ядерного топлива;

Ø морское и речное судостроение

Ø криогенная техника (при отрицательных температурах до -250°С).

Назовите основные свойства магния

Магний — металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, обладает металлическим блеском.

Назовите основные легирующие элементы магниевых сплавов

Магний для улучшения свойств легируют Al, Zn, Mn, Zr, Nd, La, Ce, Li.

Какие элементы магниевых сплавов обеспечивают жаропрочность?

Какие элементы обеспечивают коррозионную стойкость магниевых сплавов?

31. Приведите примеры марок литейных и деформированных магниевых сплавов

МЛ3; МЛ4; МЛ5; МЛ5пч; МЛ6 – литейные;

Чем определяются литейные свойства магниевых сплавов?

Высокими механическими свойствами.

Объясните структуру и фазовый состав сплава МЛ5

Магниевый литейный сплавнагруженные детали; предельная рабочая температура: 150°C -длительная, 250°C -кратковременнаясжатие
FeSiMnNiAlCuZrBeMgZnПримесей
до 0.06до 0.250.15 – 0.5до 0.017.5 – 9до 0.1до 0.002до 0.00289.1 – 92.150.2 – 0.8прочие 0.1; всего 0.5

Объясните структуру и фазовый состав сплава МА8

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

Виды и свойства алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы используются для изготовления разных предметов. Чистый металл не имеет достаточной механической прочности, устойчивости к коррозии. Поэтому металл непригоден для решения простейших бытовых задач. Комбинация с легирующими элементами позволяет получить вещество с другими свойствами.

Используются технологии, которые помогают повысить прочность, твердость, устойчивость к высокой температуре и коррозии. Некоторые добавки помогают уменьшить электропроводность, повысить плотность. Марганец и магний не влияют на эти характеристики.

Физические параметры алюминиевых сплавов

Перечислим физические свойства нескольких сплавов на основе алюминия:

  • Соединение АД1 – технически чистое вещество, в котором присутствует 0,7% примесей. Добавки увеличивают устойчивость к воздействию внешних факторов, уменьшают пластичность и электропроводность вещества. Технический алюминий устойчив к химическому воздействию, превосходит по этим параметрам другие вещества. На поверхности материала присутствует тонкая оксидная прослойка. Низкое содержание примесей положительно воздействует на устойчивость к коррозии. Магний и марганец не изменяют эти свойства. Правка методом растяжения – заключительная процедура обработки детали из вещества марки АД1. Для этого используются роликоправильные машины. Марганец и магний помогают создавать крепкие детали, но уменьшает их пластичность.
  • Марка АМц устойчива к коррозии. Детали прекрасно поддаются обработке газовой, аргонной, атомно-водородной и контактной сваркой. Материал прекрасно деформируется при любой температуре. После термообработки прочность не повышается. Изготавливаются детали в отожженном или горячем прессованном виде.
  • AMr3, Amr2. Такие соединения не ржавеют, хорошо подвергаются обработке точечной, газовой, роликовой сваркой. После горячей деформации охладить сплав алюминия можно на воздухе. После термообработки характеристики прочности не повышаются. При изготовлении деталей используют два режима термообработки: низкий 273-350 градусов и высокий 360-420 градусов.
  • АД31 отличается пластичностью, хорошей устойчивостью к окислению. После сварки материал не становится более подверженным ржавчине. Прочность повышается после термообработки.

Виды алюминиевых сплавов

Алюминий, а также сплавы на его основе создаются из металлической руды, которая делится на несколько видов:

  • Первичная.
  • Техническая.
  • Литейная.
  • Деформируемая.
  • Антифрикционная.

По методу использования вещества делятся на деформируемые и литейные. Деформированные отличаются повышенной пластичностью после термообработки. Литейные могут хорошо заполнять формы для отливки.

Пластичные вещества отличаются устойчивостью к коррозии, хорошей свариваемостью. Прочность сплава из алюминия зависит от количества используемой меди. Если добавляется 6% вещества для легирования, устойчивость к механическим воздействиям увеличиваются приблизительно на 30 МПа, текучесть повышается на 20 МПа.

Показатель относительного удлинения немного снижается в таких условиях, но не превышает пределы 35%. Если количество магния превышает 6%, структура материала становится нестабильной, уменьшается устойчивость к коррозии. Чтобы улучшить характеристики, в соединение добавляют такие элементы:

Добавление меди и железа плохо сказываются на состоянии алюминиево-магниевых соединений. Показатель свариваемости и стойкости к воздействию ржавчины ухудшается.

Добавление марганца позволяет повышать пластичность. Для создания мелкозернистой структуры проводится легирование с помощью титана. Чтобы состояние вещества было стабильным, добавляется марганец. Кремний и железо являются главными примесями марганцевых соединений.

Добавки из алюминия, меди, кремния применяются при производстве втулочных подшипников, блоков цилиндров. Из-за твердой поверхности приработка требует продолжительных усилий.

После легирования медью повышается термостойкость. Даже низкоуглеродистая сталь не так устойчива к температурному воздействию. Такой продукт неустойчив к воздействию коррозии, поэтому требует обработки и полимеризации. Алюминиево-медное соединение модифицируется с помощью таких материалов:

Магний сильно повышает прочность металла, придаёт текучесть. Жаропрочность соединения увеличивается после добавления никеля и железа. Стимулируется процесс искусственного старения.

Добавление кремния помогает получить вещество, которое называется силумином. Качественные характеристики соединения повышаются небольшим количеством натрия и никеля. Такие материалы используются для декоративного литья, производства корпусов механизмов и деталей бытовой техники. Они применяются в таких отраслях, благодаря хорошим литейным характеристикам.

Алюминий, магний и цинк удобно обрабатывать, такой материал отличается устойчивостью к механическим воздействиям. Эти характеристики обеспечивает хорошая растворимость цинка и магния. Под воздействием холода такое свойство заметно снижается. Материал неустойчив к коррозии, поэтому требуется дополнительное легирование с помощью меди.

Марки алюминиевых сплавов

Различают три вида маркировки:

  • Буквенно-цифровая.
  • Обычная цифровая.
  • Международный вариант.

Основной материал в сплаве на основе алюминия отмечается первой цифрой в соответствии с ГОСТом. Второе числовое обозначение определяет легирующую систему, которая использовалась. Дополнительные символы указывают на разновидность модификации.

Что такое алюминиевый сплав?

Материал добывают из бокситовой руды. Залежи такой породы есть в России, Америке, Франции и других странах. Алюминий и некоторые его сплавы отличаются мягкостью, устойчивостью к коррозии. Температура плавления составляет примерно 700 градусов. Плотность 2,7 г на кв. см. Вещество прекрасно проводит электричество и тепло, взаимодействует с кислородом. Показатель упругости – 7000 Мпа, прочность – 150 МПа. При использовании некоторых добавок понижается устойчивость к коррозии. Это происходит по причине повреждения оксидной пленки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector