Alumiiniumi sulam rauaga hüdroakustikas. Alumiinium ja selle sulamid: kõik selle metalli kohta

Alumiiniumist

Väikese tõttu erikaal(2.70) alumiinium ja selle sulamid on äärmiselt väärtuslikud konstruktsioonimaterjalid, eriti lennukiehituses. Alumiiniumi kõrge elastsus võimaldab seda töödelda surve ja stantsimisega külmades ja kuumades tingimustes.
Suhteliselt madal elektritakistus võimaldab kasutada alumiiniumi elektritööstuses juhtmete ja muude toodetena. Alumiiniumi kõrge korrosioonikindlus, mis tuleneb selle iseloomulikust omadusest moodustada pinnale oksiidkilesid, võimaldab kasutada alumiiniumi kattematerjalina.
Tänu nendele väärtuslikele omadustele on alumiinium ja selle sulamid leidnud ülimalt laialdast kasutust kõigis tööstusharudes ja igapäevaelus.
Venemaal toodetakse üheksa klassi tehnilist alumiiniumi, mille keemiline koostis ja ligikaudne otstarve on toodud tabelis. 16.

Lisandid mõjutavad tugevalt alumiiniumi elektrilisi, tehnoloogilisi ja korrosiooniomadusi.
Kaubandusliku alumiiniumi peamised lisandid on raud ja räni, mis satuvad metalli tootmise käigus.
Juba ebaolulised kogused selliseid lisandeid nagu raud, mangaan, vask, tsink, magneesium ja teised vähendavad järsult tehnilise alumiiniumi elektrijuhtivust (joonis 1) ja soojusjuhtivust.
Raud alumiiniumis peaaegu ei lahustu: eutektilisel temperatuuril (655°) on raua lahustuvus 0,052%, temperatuuri langedes lahustuvus langeb järsult (joonis 2). Alumiiniumi raud esineb iseseisva AlsFe faasina.

Alumiiniumis lahustumatu raua olemasolu vähendab korrosioonikindlust ja vähendab oluliselt elektrijuhtivust ja plastilisust (töötatavust), kuigi me suurendame veidi alumiiniumi tugevust.
Räni ja raua samaaegsel esinemisel alumiiniumis moodustub uus faas. Tehnilises alumiiniumis on räni ja raua suhe selline, et moodustub uus kolmekomponentne ühend.
Raua kahjulikku mõju paljudes sulamites võib nõrgendada, kui alumiiniumile lisatakse mangaani või kroomi, mis aitavad kaasa skeleti- või võrdvärske struktuuri kristalliseerumisele.
Räni lahustub alumiiniumis eutektilisel temperatuuril (577°) kuni 1,65%. Temperatuuri langedes räni lahustuvus väheneb ja toatemperatuuril säilib lahuses mitu sajandikku protsenti räni (joonis 3). Räni lahustuvuse muutumine alumiiniumis temperatuuri langedes põhjustab kõvenemisprotsesse, kuid need on nii nõrgad, et praktiline väärtus Ei ole.
Räni mõju mehaanilised omadused alumiinium on sarnane raua toimega.
Kaltsiumi, naatriumi ja muude elementide lisandid tehnilises alumiiniumis tühistes kogustes ei mõjuta alumiiniumi omadusi praktiliselt.

Hapnik reageerib intensiivselt alumiiniumiga ja moodustab tulekindla oksiidi Al2O3, mille olemasolu alumiiniumis vähendab oluliselt mehaanilisi omadusi ja halvendab metalli teket.
lämmastik, süsinikmonooksiid, süsinikdioksiid ja vääveldioksiid reageerivad kõrgel temperatuuril alumiiniumiga ja moodustavad tulekindlaid ühendeid.
Nende gaaside lahustuvus alumiiniumis alumiiniumi sulatusprotsessi temperatuuridel on madal, kuid need gaasid on kahjulikud, kuna metall on saastunud oksiidide, sulfiidide ja karbiididega, mis suurendavad gaaside lahustuvust sula alumiiniumis.
Kõrgel temperatuuril lahustub alumiiniumis suhteliselt suur kogus vesinikku (300 ° 0,001 cm3 100 g alumiiniumi kohta, 500 ° - 0,0125 cm3 100 g kohta ja 850 ° - 2,15 cm3 100 g kohta). Alumiiniumi jahtumisel jääb osa vesinikust sinna kinni, mis muudab sellisest metallist valmistatud tooted poorseks. Seetõttu on vesiniku või veeauru olemasolu ahju atmosfääris, milles alumiinium sulatatakse, väga ebasoovitav.
Legeerivate lisandite olemasolu alumiiniumis muudab dramaatiliselt vesiniku lahustuvust selles. Vask, räni ja tina vähendavad vesiniku lahustuvust alumiiniumis, mangaan, nikkel, magneesium, raud, kroom, tseerium, toorium ja titaan aga suurendavad seda. 2,8% mangaani juuresolekul 600 ° juures või 6% magneesiumi juuresolekul 500 ° juures on alumiinium võimeline absorbeerima vesinikku.
Tehnilise alumiiniumi mehaanilised omadused sõltuvad selle deformatsiooniastmest ja lõõmutamistemperatuurist.
Seega on pehme alumiiniumi tõmbetugevus 7-10 kg/mm2 ja deformeeritud 15-20 kg/mm2, suhteline pikenemine on vastavalt 30-35 ja 4-6%.
Joonisel fig. 4 ja 5 näitavad alumiiniumi klasside A1 ja A2 tõmbetugevuse ja pikenemise sõltuvust deformatsiooniastmest ja lõõmutustemperatuurist.

Peamised legeerivad lisandid sepistatud ja valatud alumiiniumisulamites on vask, magneesium, mangaan, räni, tsink, titaan ja mõnel juhul tina, nikkel jne.
Alumiiniumisse sulamite valmistamisel lisatavad lisandid suurendavad oluliselt metalli tugevust, kuid vähendavad selle elastsust, elektri- ja soojusjuhtivust ning nõrgendavad alumiiniumoksiidkile kaitsvat toimet, kuna tekkivad uued faasid rikuvad alumiiniumoksiidi kihi järjepidevust. .
Vask alumiiniumiga moodustab tahke lahuse. Eutektilisel temperatuuril (548°C) on vase lahustuvus umbes 5,7%, temperatuuri langetamisel lahustuvus väheneb, ulatudes 200°C juures umbes 0,5%-ni.
Tahke lahuse olekus talub alumiiniumi-vasesulam hästi survetöötlust. Aeglase jahutamise korral hakkab nendest sulamitest eralduma keemiline ühend СuAl2. Kiire jahutamine ehk karastamine võimaldab vältida tahke lahuse lagunemist ja saada toatemperatuuril ebastabiilset lahust. Tahke lahuse lagunemise protsessis toimub sulamite kõvenemine, st nende kõvadus ja tõmbetugevus suureneb.
Kõvenemisprotsess algab pärast karastamist pikaajalisel kokkupuutel toatemperatuuril, kuid tugevam kõvenemine saavutatakse kunstliku vananemise ajal (sulamite hoidmine temperatuuril 100–150 °). Näiteks. 4% vasesisaldusega alumiiniumisulami tõmbetugevus on pärast karastamist ja karastamist 35–37 kg / mm2, mitte 27 kg / mm2 värskelt karastatud olekus ja 13 kg / mm2 lõõmutatud olekus.
Praegu kasutatakse kahekordseid alumiiniumi-vasesulameid harva; enimkasutatavad sulamid, mis sisaldavad lisaks vasele magneesiumi, mangaani, tsinki ja muid elemente.
Magneesium, nagu vask, moodustab alumiiniumiga tahke lahuse piirkonna, mis väheneb temperatuuri langedes magneesiumi lahustuvuse vähenemise tõttu alumiiniumis.
451° juures on magneesiumi lahustuvus alumiiniumis 14,9%, 150°-2,95% (joonis 6).

Magneesiumi lahustuvuse vähenemine alumiiniumis temperatuuri langedes võimaldab rakendada karastus- ja sellele järgnevat karastuskarastamist; Al-Mg sulamites ei ole kõvenemise nähtus nii väljendunud kui Al-Cu sulamites.
Olulise tugevdava efekti annavad alumiiniumisulamid koos Mg2Si ühendi lisandiga. Näiteks 1,85% Mg2Si sisaldava kuumtöödeldud sulami tõmbetugevus suureneb rohkem kui kolm korda.
Tsink koos alumiiniumiga moodustab suure tahke lahuse piirkonna β, mis temperatuuri langedes järsult kitseneb. Küll aga tsingi kasutamine kõvendina alumiiniumisulamid ei leitud praktilise rakendamise. Suure tugevdava efekti annavad alumiiniumisulamid, millele on lisatud MgZn2 ühendit. Need lisandid võimaldavad pärast kuumtöötlemist saada sulameid tõmbetugevusega kuni 60 kg/mm2.
Mangaan ei osale sulamite nagu duralumiiniumid vananemisprotsessis, kuid suurendab nende tugevust ja korrosioonikindlust. Mangaani juuresolekul ilmub sulami struktuuris mangaani komponent. Magneesiumi ja räni sisaldavates sulamites annab mangaan kõvastuva efekti, mis on palju parem kui vasel.
Mitmekomponentsete alumiiniumisulamite kuumtöötlemine võimaldab saada suure tõmbetugevusega (üle 60 kg/mm2) sulameid, millel on piisavalt tugev venivus ja muud kõrged mehaanilised ja füüsikalised omadused.

Alumiiniumsulamid

Tööstuslikud alumiiniumisulamid jagunevad sepistatud ja valatud.
sepistatud sulamid. Deformeeruva vananemiskindla sulamina on enim kasutatud 1909. aastal avastatud duralumiinium, mille koostises on sellest ajast peale tehtud vaid väikseid muudatusi.
Duralumiinium on vähemalt viiest komponendist koosnev sulam, millele on lisatud lisanditena vaske, magneesiumi ja mangaani, samas kui räni ja raud (umbes 0,5%) on tavalised lisandid, mis sisenevad sulamisse kaubandusliku alumiiniumiga, mis juba sisaldab neid lisandeid.
Tabelis. 17 annab mõningaid andmeid sepistatud alumiiniumisulamite keemilise koostise ja mehaaniliste omaduste kohta.

Nagu tabeli andmetest järeldub. 17, legeerivate lisandite protsendi suurenemisega suureneb tõmbetugevus ja sulami elastsus väheneb.
Duralumiiniume kasutatakse peamiselt lehtede, profiilide, traadi, varraste, torude ja neetide valmistamiseks. Lehti toodetakse nii plakeerimata kui ka puhta alumiiniumiga plakeeritud.
Laialdaselt kasutatakse ka Al-Mg-Si-põhiseid sulameid, mida kasutatakse sepistamise ja stantsimismaterjalide tootmiseks - sulamite rühma, mida GOST-is nimetatakse AK-klassi sulamiteks. Need sulamid sisaldavad duralumiiniumist suuremas koguses räni (kuni 1,2%). Lisaks on nendes mõne klassi sulamites (AK2 ja AK4) mangaan asendatud nikliga.
Kõrgtugevate sulamite hulka kuulub AK8 sulam, mis sisaldab 3,9-4,8% vaske, 0,4-0,8% magneesiumi, 0,4-1,0% mangaani ja 0,6-1,2% räni. Sellel sulamil on kõrge tõmbetugevus (kuni 50 kg/mm2), kuid sulami kalduvus kristallidevahelisele korrosioonile piirab selle ulatust.
Omaduste poolest toatemperatuuril on mõned AK-tüüpi sulamid (näiteks AK2) lähedased duralumiiniumile, kuid ületavad seda vastupidavuse poolest kõrgel temperatuuril.
Viimastel aastatel on hakatud kasutusele võtma B95 sulamit, mida kunstlikult vanandatakse ja mille tõmbetugevus on üle 65 kg / mm2, kõvadus 190 kg / mm2 ja suhteline pikenemine umbes 7%.
Valatud sulamid. Valatud alumiiniumisulamitest on enim levinud silumiinid – suure ränisisaldusega sulamid.
Lisaks silumiinidele kasutatakse vase ja magneesiumiga alumiiniumisulameid, kuigi palju harvem.
Valatud alumiiniumsulamid on legeeritud rohkemate lisanditega kui sepistatud sulamid.
Lisandite sisaldus valusulamites on selline, et valusulamisse moodustub eutektika, mis reeglina suurendab voolavust, valutihedust ja suurendab sulami vastupidavust kokkutõmbumispingetele.
Suure ränisisaldusega sulamid on tavaliselt nõelakujulise eutektikaga, kuid kui vedelsulamile lisada väike kogus modifikaatorit (naatriummetall, naatriumfluoriidi ja naatriumkloriidi segu), paraneb sulami struktuur oluliselt, kuna eutektika muutub peeneteraliseks.
Silumiinid sobivad hästi keevitamiseks ja peaaegu ei pragune kokkutõmbumispingetest, mis on seletatav väikese kristalliseerumisintervalliga. Silumiinide suureks puuduseks on kalduvus moodustada oksiidkile (mis suurendab valandite tagasilükkamist), samuti madal mehaaniline tugevus ja halb töödeldavus. Nagu paljud valusulamid, on silumiin väga tundlik raua saastumise suhtes: isegi silumiumi rauasisalduse kerge suurenemine (0,1–0,2%) põhjustab suhtelise pikenemise järsu vähenemise (2–3 korda).
Tabelis. 18 on näidatud mõnede valusulamite koostis ja mehaanilised omadused.
Nagu tabelist järeldub, on silumiinide mehaanilised omadused oluliselt madalamad kui sepistatud sulamite mehaanilised omadused, mis on silumiinide jämedama struktuuri tagajärg.
Alumiinium-uraani sulamid on suhteliselt odavad, tugevad ja kergesti töödeldavad ning alumiiniumiga kaetud sulamid peavad vees korrosioonile väga hästi vastu.

30.05.2019

Tellija peamised nõuded erinevate hoonete ehitamisel on energiatõhusus, oluline töökiirus,...

29.05.2019

Pakume ülevaadet GEOTECHi poolt esitletud populaarsete profileeritud geomembraanide mudelite omadustest ja omadustest. Membraanide modifikatsiooni ülevaates Tefond, Izostud, ...

29.05.2019

Sambia kohtud kuulutasid välja omapoolse otsuse riigi suurima vasekaevandusettevõtte Konkola Copper Mines likvideerimise kohta,...

29.05.2019

Tänapäeval peetakse metallkonstruktsioonide demonteerimist tehniliselt väga keeruliseks tööks. Samal ajal leidke seadmeid ja seadmeid ...

28.05.2019

Auto mikrokliimat peetakse üheks olulisemaks mugavusteguriks. On ebatõenäoline, et jääte rahule sellega, et tänava temperatuurirežiim on täpselt sama, mis ...

28.05.2019

Brasiilia Mining Vale Corporation rauamaak, samuti Hiina Rahvavabariigist pärit China Communications Construction Co sõlmisid lepingu...

Õppimine raua-alumiiniumi sulam algas pärast I maailmasõda. Liidus, Saksamaal, Inglismaal ja teistes riikides tehtud töö näitas, et alumiinium suurendab oluliselt malmi kuumakindlust. Samuti on uuringute käigus leitud, et nendel sulamitel on kõrge süsivesikute, katlakivikindlus ja hea vastupidavus oksüdeerivas keskkonnas.

Katlakivi moodustumise kiirus kõrgel temperatuuril sõltub metalli pinnale moodustunud oksiidkile omadustest. Mida tihedam ja ühtlasem see on, seda paremini kaitseb see pinda oksüdeerumise eest. Kile moodustavad oksiidid ei tohi sublimeeruda, peavad olema tulekindlad ega tohi moodustada madala sulamistemperatuuriga eutektikat. Kile peab olema madala ioonjuhtivusega. Kuumakindlaks sulamiks loetakse sulamit, mille kadu katlakiviga ei ületa 0,0002–0,0004 g / cm2 / tunnis. See tingimus kehtib raua ja kroomi ja räni sulamite kohta ning kehtib ka raua ja alumiiniumi sulamite kohta.

Võib öelda, et siiani oli termilisele ja keemilisele mõjule allutatud valandite kõige levinum sulam ferkromiit jms. raua-kroomi sulamid. Korrosioonikindlate materjalidena kasutatakse sagedamini raua-räni sulameid. Hoolimata asjaolust, et raua-alumiiniumisulameid on uuritud juba mitu aastat, ei ole need leidnud laialdast rakendust. Enamik nende sulamite uuringuid piirdus mehaaniliste, füüsikaliste ja muude omaduste laboratoorsete määramistega. Nendest sulamitest kvaliteetsete valandite saamisel tekkis raskusi metalli kõrge gaasiküllastusega, oksiidkilede moodustumisega metalli paksuses, alumiiniumi raiskamisega sulatamisel, valandite hävimisega normaaltemperatuuril, jne, mis sundis teadlasi mitte ainult töö lõpetama, vaid jõudis ka järeldusele, et selliseid sulameid ei saa praktikas rakendada. Kõige põhjalikumalt uuriti sulameid, mis sisaldasid 16 - 20% A1 ja 3% C. Kirjandusest on teada, et selliseid sulameid, mida nimetatakse "chugal" (malm + alumiinium), hakati sulatama endises Nõukogude Liidus.

Võib öelda, et hoolimata erakordsetest omadustest raua-alumiiniumi sulam, seda ei olnud kuskil (kuna seda saab kirjanduse põhjal otsustada) ei toodetud suurtes kogustes. Kuid nii raua-alumiiniumi sulamid kui ka püroferaal vajasid valandite tootmise tehnoloogia edasiarendamist, mis võimaldaks pakkuda kvaliteetseid tooteid minimaalselt. tootmiskulud. Üks autoritest, Z. Eminger, töötas leiutajate palvel koos oma töörühmaga välja püroferaali sulatamise tehnoloogia, mis võimaldab luua valandite suuremahulise tootmise. Töörühm sai selle sulami kohta uusi andmeid, mille põhjal töötati välja selle tootmise tehnoloogia.

Haruldane metall tõuseb nii sageli õhku, osaleb majade, autode ja merelaevad nagu alumiinium. Näib - mitte kõige vastupidavam, mitte kõige vastupidavam, pigem pehme ... Mis on alumiiniumis nii erilist, tänu millele seda nimetatakse "tuleviku metalliks"?

Alumiiniumil on kahtlemata mitmeid eeliseid, millele on raske vaielda:

Lihtsus;
- levimus - alumiinium on planeedil Maa kõige levinum metall;
- töötlemise lihtsus;

Isegi alumiinium ei eralda kuumutamisel kahjulikke aineid ja juhib hästi soojust. Kuid kõige tähtsam on lisada puhtale alumiiniumile veidi, vaid mõni kümnendik teist elementi ja .... voilaa! Saate materjali diametraalselt vastupidisega füüsilised ja keemilised omadused. Mõned alumiiniumil põhinevad sulamid on nii tugevad, et temperatuuridel kuni -200 kraadi Celsiuse järgi on need võrreldavad titaani ja terasega!

Alumiiniumisulamite hankimine ja klassifitseerimine

Alumiiniumisulamite saamise protsessi nimetatakse legeerimiseks. Doping on aga pigem mitte üks, vaid mitu omavahel seotud protsessi. Selle olemus seisneb selles, et sulaalumiiniumi lisatakse lisa- (legeerivaid) elemente koguses, mis ulatub mitmest kümnendikust kuni mitme tuhandiku protsendini.

Abiainete osakaal sõltub otseselt saadavast tulemusest. Oluline on meeles pidada, et alumiinium sisaldab tavaliselt juba rauda ja räni. Mõlemad elemendid ei ole parem pool mõjutavad tulevase sulami kvaliteeti: vähendavad selle vastupidavust korrosioonile, elektrijuhtivust ja elastsust.

Tulenevalt asjaolust, et alumiiniumi ja alumiiniumisulameid kasutatakse strateegiliselt olulistes valdkondades, on nende suhtes kohustuslik riiklik sertifitseerimine ja märgistus. Venemaal määratakse sulamite kvaliteet kahe GOST-i alusel: nr 4784-97 ja nr 1583-93.

Alumiiniumsulamid võib klassifitseerida mitmel erineval viisil. Abistavate (legeerivate) elementide tüübi järgi on sulamid:

Lisandite lisamisega (üksikud elemendid - tsink, magneesium, mangaan, kroom, räni, liitium jne);

Intermetalliidide lisamisega (mitme metalli ühendid - magneesium + räni, vask + magneesium, liitium + magneesium, liitium + vask jne).

Sõltuvalt valitud edasise metallitöötlemise meetodist jagunevad need järgmisteks osadeks:

Deformeeruvad alumiiniumisulamid (sulam ei muutu vedelikuks, vaid muutub lihtsalt väga plastiliseks) - neid on mugav tembeldada, sepistada, valtsida, ekstrudeerida, pressida. Suurema tugevuse saavutamiseks töödeldakse mõnda sulamit kõrgendatud temperatuuril (lõõmutamine, kõvenemine ja vanandamine), teisi aga surve all. Selle tulemusena saadakse sellised alumiiniumist toorikud nagu lehed, profiilid, torud, keerukama kujuga tooted jne.

Valualumiiniumisulamid (sulam tuleb tootmisse väga vedelas olekus, nii et seda saab hõlpsasti igasse vormi valada) - selliseid sulameid on lihtne lõigata, need on valatud (saadakse rõhu all) ja vormitud tooted.

Kõik alumiiniumipõhised sulamid võib tugevusastme järgi jagada ka järgmisteks osadeks:

Tugev (alates 480 MPa);
- keskmise tugevusega (300–480 MPa);
- madala tugevusega (kuni 300 MPa);

Eraldi klassifitseeritakse kõrgetele temperatuuridele ja korrosioonile vastupidavad sulamid.

Selleks, et legeeritud tooteid oleks lihtne eristada, antakse igale sulamile oma number, mis koosneb tähtedest ja numbritest. See number näitab alumiiniumisulami marki. Brändinime algusesse asetatakse täht või mitu tähte, need näitavad sulami koostist. Seejärel tuleb sulami digitaalne seerianumber. Lõpus olev kiri näitab, kuidas sulamit töödeldi ja mis kujul see hetkel on.

Analüüsime märgistamise põhimõtet D16P sulami näitel. Brändi esimene täht "D" tähendab duralumiiniumist, st alumiiniumi sulamit vase ja magneesiumiga. "16" - sulami seerianumber. "P" – pooltöödeldud, see tähendab, et sulam on külmtöödeldud tugevuse väärtuseni, mis on pool maksimaalsest.

Alumiiniumisulamite tootmine ja nende kasutusala on olenevalt tüübist ja kaubamärgist väga erinev. Igal sulamil on oma väga spetsiifiline füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste komplekt. Nende omaduste hulgas on selliseid, millest sõltub sulami edasine saatus - kuhu see tehasest jõuab: lennubaasi, ehitusplatsile ja tootmistsehhi. köögiriistad. Need omadused on järgmised: tugevusaste, korrosioonikindlus, tihedus, plastilisus, elektri- ja soojusjuhtivus.

Erinevate alumiiniumisulamite põhiomadused

Vaatame peamisi alumiiniumipõhiseid sulameid nende omandatud omaduste poolest.

Vase ja alumiiniumi sulamit võib olla mitut tüüpi - "puhas", milles peamised aktiivsed elemendid on Al ja Cu, "vask-magneesium", milles lisaks vasele ja alumiiniumile on teatud osa maagiast hõivatud. ja mangaaniga legeeritud "vask-mangaan". Selliseid sulameid nimetatakse sageli ka duralumiiniumist ning neid on lihtne lõigata ja "täpikeevitada".

Duralumiiniumide iseloomulik tunnus on see, et alumiiniumi võetakse nende jaoks koos raua ja räni lisanditega. Nagu me juba ütlesime, halvendab nende elementide olemasolu tavaliselt sulami kvaliteeti, kuid see juhtum on erand. Raud sulami korduval kuumtöötlemisel suurendab selle kuumakindlust ja räni toimib duralumiiniumide "vananemise" protsessis katalüsaatorina. Magneesium ja mangaan omakorda legeerivate elementidena muudavad sulami palju tugevamaks.

Alumiiniumi ja magneesiumi sulamil on sõltuvalt magneesiumi kogusest erinev tugevus ja plastilisus. Mida vähem magneesiumi, seda väiksem on sellisest sulamist saadud toote tugevus ja seda suurem on korrosioonikindlus. Magneesiumisisalduse suurenemine 1% võrra suurendab tugevust kuni 30 000 Pa. Magneesiumil ja alumiiniumil põhinevad sulamid sisaldavad keskmiselt kuni 6% esimest. Miks mitte rohkem? Kui sulamis on liiga palju magneesiumi, läheb sellest saadav toode kiiresti rooste ning lisaks on sellistel toodetel ebastabiilne struktuur, need võivad praguneda jne.

Magneesiumisulamite kuumtöötlemist alumiiniumiga ei teostata, kuna see on ebaefektiivne ega anna vajalikku tugevuse suurendamise efekti.

Tsingi ja magneesiumiga alumiiniumisulamit peetakse tänapäeval tuntud alumiiniumisulamitest kõige vastupidavamaks. Selle tugevus on võrreldav titaaniga! Kuumtöötlemisel lahustub suurem osa tsingist, mis teebki selle sulami nii tugevaks. Tõsi, sellistest sulamitest valmistatud tooteid on elektritööstuses võimatu kasutada, need ei ole pingekorrosioonile vastupidavad. Kui lisate kompositsioonile vaske, saate korrosioonikindlust veidi suurendada, kuid indikaator jääb endiselt ebarahuldavaks.

Alumiinium-räni sulam on valutööstuses kõige levinum sulam. Kuna räni lahustub kuumutamisel alumiiniumis kergesti, sobib saadud sulakompositsioon suurepäraselt vormimiseks ja vormitud valanditeks. Valmis kaup neid on suhteliselt lihtne lõigata ja neil on suur tihedus.

Alumiiniumi sulamit rauaga, nagu ka alumiiniumi ja nikli sulameid, ei leidu praktiliselt kunagi "elavalt". Raud lisatakse ainult abielemendina, et valusulam saaks kergesti vormi seintelt lahti tulla. Nikkel on omakorda enim tuntud magnetite valmistamisel ja on ühe elemendina alumiiniumi-nikli-raua sulamis.

Titaani ja alumiiniumi sulamit ei leidu ka puhtal kujul ja seda kasutatakse ainult toodete tugevuse suurendamiseks. Samal eesmärgil teostatakse terase ja alumiiniumisulamite keevitamine.

SISSEJUHATUS

Metallidest on looduses kõige rohkem alumiiniumi. praktiline kasutamine- teine ​​(pärast rauda). Alumiinium on keemiline element, mis kuulub D.I perioodilise süsteemi kolmandasse rühma. Mendelejev. Alumiiniumi aatomarv 13, aatommass 26,98, sulamistemperatuur 660 °C, tihedus 2,7 g/cm3, ei oma polümorfseid teisendusi, sellel on näokeskse kuubi võre punktiga A = 0,4041 nm.

Alumiinium erineb teistest metallidest väikese tiheduse, kõrgete plasti- ja korrosioonikindlate omaduste, kõrge soojus- ja elektrijuhtivuse ning peegelduvuse poolest.

Tänu nendele omadustele kasutatakse alumiiniumi peaaegu kõigis tööstusharudes – lennunduses, ehituses, keemiatööstuses jne.

Alumiinium on korrosioonikindel metall. Selle pinnale moodustunud tihe oksiidi Al 2 O 3 kile nakkub väga hästi metalliga, laseb halvasti läbi kõik gaasid ning kaitseb alumiiniumi edasise oksüdeerumise ja korrosiooni eest atmosfääritingimustes, vees ja muudes keskkondades. Alumiinium on vastupidav kontsentreeritud lämmastikhappele ja mõnedele orgaanilistele hapetele (sidrun-, äädikhape jne). Mineraalhapped (vesinikkloriid, vesinikfluoriid) ja leelised hävitavad oksiidkile.

Püsivad lisandid (Fe, Si, Ti, Mn, Cu Zn, Cr) vähendavad alumiiniumi füüsikalis-keemilisi omadusi ja plastilisust. Sõltuvalt lisandite sisaldusest on primaaralumiiniumi klassid A999, A995, A99, A97, A95.

Raud ja räni on peamised vältimatud lisandid, mis alumiiniumi tootmisel satuvad.Nende olemasolu mõjutab negatiivselt alumiiniumi omadusi. Raud see on alumiiniumis praktiliselt lahustumatu, seetõttu tekib isegi väikseima sisalduse korral habras keemiline ühend FeAl 3. Metalli sisselõigeteks olevate nõelte kujul kristalliseerudes vähendab see alumiiniumi plastilisi omadusi. Raud vähendab alumiiniumi korrosioonikindlust tänu suur vahe Al ja FeAlg faaside elektrokeemilised potentsiaalid, mikrogalvaaniliste paaride esinemine nende faaside piiril ja teradevahelise korrosiooni areng.

Räni ei moodusta alumiiniumiga keemilisi ühendeid ja esineb alumiiniumisulamites elementaarsel kujul. Räni lahustuvus alumiiniumis toatemperatuuril ei ületa 0,05%. Isegi väikeste ränikoguste korral moodustuvad alumiiniumstruktuuris Al-f Si eutektika kandmised. Ränikristallid on omadustelt sarnased keemiliste ühenditega, neil on kõrge kõvadus (HB 800) ja rabedus. Räni lisandite peamine negatiivne mõju väljendub kaubandusliku alumiiniumi valuomaduste halvenemises. Räni vähendab järsult tahke aine temperatuuri, suurendab kristalliseerumisintervalli (at = t n -- -- t0), ja seega vähendab voolavust ja suurendab sulami kalduvust praguneda.

Tööstuslik alumiinium sisaldab samal ajal rauda ja räni, seega võib seda pidada Al--Fe--Si süsteemi kolmekomponentseks sulamiks. Sel juhul võib alumiiniumis tekkida kaks kolmekomponentset keemilist ühendit: a (A1--Fe--Si) ja J (A1--Fe--Si), mis on Al-s praktiliselt lahustumatud. Tehnilise alumiiniumi struktuuris skeleti, krabilaadse faasi välimus A(A1--Fe--Si) ja jäme lamellfaas (3 (A1--Fe--Si) muudavad dramaatiliselt selle omadusi.

Sõltuvalt lisandite sisaldusest jagatakse alumiinium klassidesse: tehniline, kõrge puhtusastmega ja kõrge puhtusastmega.

Tabelis 1 on toodud mõned kaubamärgid, sepistatud alumiiniumi keemiline koostis (mõeldud pooltoodete tootmiseks kuum- või külmdeformatsiooni teel). Valuplokkide ja valuplokkidena tarnitavale esmasele alumiiniumile kehtib GOST 11069-74 standard, mille klasside tähistuse näited on toodud tabelis 2. Alumiiniumi mehaanilised omadused sõltuvad selle puhtusest ja seisukorrast. Lisandite sisalduse suurenemine ja plastiline deformatsioon suurendavad alumiiniumi tugevust ja kõvadust (tabel 3).

Tabel 1

Alumiiniumist sepistatud

tabel 2

Alumiiniumist esmane

Tabel 3

Alumiiniumi mehaanilised omadused erinevad
lõõmutatud puhtus

Puhtus, %

Alumiiniumi iseloomustavad kõrged tehnoloogilised omadused. Sellest saab valmistada mis tahes erineva mõõtmega pooltooteid. Alumiiniumist pooltoodete kõrge plastilisuse tõttu on seda lihtne deformeerida ilma olulise kuumutamiseta. Keevitamist saab läbi viia peaaegu kõigi meetoditega, sealhulgas sulakeevitusega. Alumiiniumi suure sitkuse tõttu on töödeldavus halb.

Seda kasutatakse elektritööstuses ja soojusvahetites. Alumiiniumi kõrget peegeldusvõimet kasutatakse peeglite, võimsate helkurite tootmiseks. Alumiinium praktiliselt ei suhtle lämmastikhappe, orgaaniliste hapete ja toiduainetega. Seda kasutatakse konteinerite valmistamiseks transpordiks. toiduained, kodu asjad. Lehtalumiiniumi kasutatakse laialdaselt pakkematerjalina. Oluliselt on kasvanud alumiiniumi kasutamine ehituses ja transpordis.

PÕHIOSA

1. Alumiiniumisulamite klassifikatsioon

Sõltuvalt tootmisviisist jaotatakse tööstuslikud alumiiniumisulamid paagutatud, valatud ja sepistatud (joon. 1).

Valatud sulamid läbivad eutektilise transformatsiooni, sepistatud sulamid aga mitte. Viimased on omakorda termiliselt karastamata (sulamid, milles tahkes olekus faasimuutusi ei toimu) ja deformeeruvad, termiliselt karastatud (karastamisel ja vanandamisel karastatud sulamid).

Alumiiniumsulamid legeeritakse tavaliselt Cu, Mg, Si, Mn, Zn-ga, harvemini Li, Ni, Tiga.

2. Deformeeruvad alumiiniumisulamid, mis ei ole kuumtöötlemisel karastatud

Sellesse sulamite rühma kuuluvad kaubanduslik alumiinium ja karastamata keevitatavad korrosioonikindlad sulamid (alumiiniumi sulamid mangaani ja magneesiumiga). AMts sulamid kuuluvad Al – Mn süsteemi (joon. 2).

Riis. 1. Esitage diagramm "alumiinium legeerelement":

1 - deformeeruvad, termiliselt mittekõvenevad sulamid;
2 - deformeeruvad, termiliselt karastatud sulamid.

Riis. 2. Oleku skeem "alumiinium - mangaan":

Riis. 3. AMts sulami mikrostruktuur

Riis. 6. Duralumiiniumi mikrostruktuur pärast:

a) karastamine vees alates temperatuurist T 2 ;
b) kõvenemine ja kunstlik vanandamine T 3 juures (paremal - skemaatiline kujutis)

AMts sulami struktuur koosneb a-tahkest mangaani lahusest alumiiniumis ja MnAl 6 faasi sekundaarsetest sademetest (joonis 3). Raua juuresolekul moodustub MnAl 6 asemel kompleksfaas (MnFe)Al 6, mis alumiiniumis praktiliselt ei lahustu, mistõttu AMts sulam kuumtöötlemisel ei tugevne.

Nende sulamite koostisel on väga kitsad piirid: 1 - 1,7% Mn; 0,05-0,20% Cu; punktkorrosiooni vähendamiseks lisatakse vaske.

Lubatud on kuni 0,6–0,7% Fe ja 0,6–0,7% Si, mis põhjustab sulamite mõningast kõvenemist ilma olulise korrosioonikindluse vähenemiseta.

Kui temperatuur langeb, suureneb tugevus kiiresti. Seetõttu on selle rühma sulamid leidnud laialdast rakendust krüogeenses tehnoloogias.

AMg (magnaalium) sulamid kuuluvad A1 – Mg süsteemi (joon. 4). Magneesium moodustab alumiiniumiga a-tahke lahuse ja kontsentratsioonivahemikus 1,4–17,4% Mg eraldub sekundaarne b-faas (MgAl), kuid kuni 7% Mg-i sisaldavad sulamid annavad kuumtöötlemisel väga vähese kõvenemise, nii et need kivistusid plastilise deformatsiooniga – kõvenemine.

Laos!
Kõrge jõudlus, mugavus, lihtne töö ja usaldusväärne töö.

Keevitusekraanid ja kaitsekardinad - laos!
Kaitse kiirguse eest keevitamise ja lõikamise ajal. Suur valik.
Kohaletoimetamine kogu Venemaal!

Alumiinium koos rauaga on võimeline tootma tahkeid lahuseid, intermetallilisi ühendeid (Fe 2 Al 4 -62,93% Al; Fe 2 Al 5 - 54,71% Al; FeAl 2 -49,13% Al; FeAl -32,57% Al jne) ja eutektilisi ( Al + FeAl 3, Тsula = 654 °С, rauasisaldus metallis 1,8%). Raua lahustuvus tahkes olekus on eutektilisel temperatuuril piiratud 0,053%. Alumiiniumi lahustuvus rauas on umbes 32%, st 600 korda suurem. Alumiiniumi ja rauasulamite struktuuris tahkumisel sadestuvad ühendi FeAl 5 (59,18%) kristallid.

Keevitustingimusi iseloomustab FeAl 3 ja Fe 2 Al 5 ilmumine. Neil on madal ajutise takistuse piir (15-17 MPa). Fe 2 Al 5, FeAl 3 ja FeAl 2 kõvadus jääb vahemikku μv = 9600-11500 MPa. Rauasisalduse suurenemisega ja temperatuuri tõusuga väheneb kõvadus. Fe 3 Al μv jaoks = 2700 MPa. FeAl 3 ja Fe 2 Al 5 pehmenemine algab temperatuuril 0,45 T pl. Fe 2 Al 5 iseloomustab anomaalselt kõrge elektritakistus.

Intermetallid on keemiliselt vastupidavad. Järgnev kuumtöötlusühendid võivad kaasa tuua ainult intermetallilise tsooni pikkuse suurenemise. Ühendis on kolm iseloomulikku piirkonda: raud (teras) - intermetalliline tsoon - alumiinium (alumiiniumisulam). Ühendite mehaanilised omadused sõltuvad vahepealsest tsoonist - selle koostisest. metallidevaheliste ühendite hulk, kuju, pikkus, asukoha iseloom ja pidevus.

Alumiiniumile moodustub keemiliselt vastupidav tulekindel oksiidkile (Al 2 O 3 sulamistemperatuur on 2047 ° C), mis võib sulakeevitamise ajal põhjustada defekti selle kile lisamise kujul keevismetallis. Räbustite kasutamine ei anna positiivseid tulemusi: alumiiniumi keevitamiseks mõeldud räbustid on sulavad, vedelad, halvasti märjad terased; terase räbustid reageerivad aktiivselt sula alumiiniumiga.

Difusiooniprotsesside olemus alumiiniumi tahkefaasilise keevitamise ajal raua ja terasega interaktsiooni algfaasis ja veelgi erineb. On näidatud, et raua difusioon alumiiniumiks toimub algperioodil. Selle tulemusena tekib piiritsoonis FeAl 3 + Fe 2 Al 5 faaside segust koosnev kiht. Lisaks täheldatakse terase ümberkristalliseerumisele vastaval temperatuuril alumiiniumi intensiivset difusiooni teraseks. Selle protsessi kiirus sõltub keemiline koostis toorikute kokkupuute materjal ja kuumutamistingimused. Tahkefaasilise interaktsiooni korral teatud keevitustemperatuuri ja aja tingimustes ei pruugi intermetalliliste ühendite pidev esiosa olla.

Reaktsiooni difusiooni alumiinium-raud süsteemis täheldatakse temperatuuril >400°C. Intermetallilise kihi kasv järgib paraboolseadust: y 2 = 2k 1 τ, kus k 1 on väärtus, mis on võrdeline alumiiniumi difusioonikoefitsiendiga läbi kihi.

Legeerivad materjalid alumiiniumist toorik Si, Mn ja muud elemendid ning teras - V, Ti, Si ja Ni suurendavad reaktsiooni difusiooni aktivatsioonienergiat. Nende mõju on seotud tuumade moodustumise raskusega vahefaasis. Terases C ja Mn avaldavad vastupidist mõju. Terase vaba hapniku ja lämmastiku suurenenud sisaldus teatud piirides põhjustab metallidevaheliste ühendite moodustumise alguse temperatuuri tõusu. Intermetallilise kihi tekkimine iga temperatuuri jaoks algab pärast teatud kriitilist aega, st tekib varjatud periood (τ 0), mille järel toimub intensiivne intermetalliliste ühendite moodustumine. Selle sõltuvusel temperatuurist on vorm

τ 0 = 6,0 10 -13 exp (192,3/RT).

Kui protsess viiakse läbi tahkes-vedelas olekus (alumiiniumi sulatamisega), moodustub raua (terase) poolelt Fe 2 Al 5 ja alumiiniumi poolelt FeAl 3.

Kroom-nikkel roostevaba terase keevitamisel alumiiniumisulamitega on intermetalliline kiht keerukama iseloomuga ning selle moodustumisel osalevad Cr ja Ni.

Bimetallühendil on rahuldavad mehaanilised omadused ainult kuni intermetallilise faasi pideva kihi moodustumiseni. Ühenduse töövõime säilib teatud temperatuuri-aja efekti korral. Vaadeldavast materjalide kombinatsioonist valmistatud bimetalltoodete ülemine temperatuurilävi on 500–520 °C.

Peamised viisid alumiiniumisulamite ja teraste toimiva ühenduse saamiseks on järgmised:

intermetalliliste vahekihtide kihi pikkuse piiramine. Suure tugevuse saab saavutada tsooni laiusega 10 µm;

alumiiniumi legeerimine elementidega, mis takistavad vahefaasi, peamiselt räni moodustumist, samuti madala süsiniku- ja mangaanisisaldusega terase kasutamist, mis võimaldab tõsta intermetalliliste ühendite moodustumise temperatuuri 40-60 ° võrra C üle terase ümberkristallimise temperatuuri. Seda meetodit saab edukalt kasutada tahkefaasilises keevitamises.

Plastiliste omaduste ja kõvaduse erinevused võimaldavad vaadeldava materjalikombinatsiooni jaoks edukalt rakendada kiilpressiga keevitamist bimetallvarraste, torukujuliste adapterite jms valmistamisel. Võtke kasutusele meetmed terase kaitsmiseks oksüdatsiooni eest. Ühenduse kõrged mehaanilised omadused saavutatakse tsinkkatte kasutamisega kiilu pinnal.

Difusioonkeevitus viiakse läbi temperatuuril 425-495 ° C (aeg kuni 10 minutit, keevitusrõhk 210-310 Pa). Terasest tooriku pind on kaetud Ni ja W kihiga. Viimane on võimeline moodustama alumiiniumiga eutektika. Sel juhul peab keevitustemperatuur olema madalam kui eutektilise moodustumise temperatuur.

ultraheli keevitamine võimaldab õhukestel töödeldavatel detailidel saada süles-, täpp- ja õmblusühendusi. Vibratsioon antakse alumiiniumi küljelt. Alumiiniumi paksus on piiratud suurusjärgus 1,0–1,25 mm.

Hõõrdekeevitus võimaldab saada kvaliteetseid liitekohti, mille tugevus on võrdne lõõmutatud olekus alumiiniumisulamiga. Keevitusprotsessi käigus saavutab liitekoha temperatuur kiiresti maksimumi ja seejärel stabiliseerub. Keevitamisel austeniit teras 12X18H10T AD1-ga, varjatud perioodi kestus temperatuuril 660 ° C, mis on lähedane liigeses kujunenud perioodile, on 100–120 s. Keevitusaeg ~ 10 s. Seetõttu ei ole intermetallilisel faasil aega märkimisväärsetes kogustes moodustuda. Teisest küljest aitab pidevalt voolav sete (peamiselt alumiiniumist tingitud) saavutada intermetallilistest ühenditest puhast õmblust (kogu sete ~ 14 mm).

Magneesiumi olemasolul alumiiniumisulamis väheneb varjatud perioodi kestus järsult. Seetõttu keevitatakse alumiiniummagneesiumi sisaldavad sulamid režiimides, mis tagavad, et liitekoha temperatuur ei ületa 500 ° C.

Plahvatuskeevitus sellised materjalid nõuavad tõkkekihi kasutamist, mis kantakse terastoorikule. Sel viisil saadakse lamineeritud lehed ja teibid.

On laialdaselt kasutatud rullkeevitus, mis võimaldab reguleerida ühendustsooni küttetemperatuuri. Sel viisil sisse tööstuslikus mastaabis keevitatud 12X18H10T + AMg6; armco-raud + AMg5 ja muud kombinatsioonid.

Kell liitkeevitus ja jootmine intermetallilise kihi tuuma moodustumise ja kasvu protsessid on palju intensiivsemad. Vuugi moodustamisel on oluline tahke teras alumiiniumiga niisutada. Niisutamise parandamiseks ja seeläbi sulandi kokkupuuteaja vähendamiseks terasega kasutatakse õmbluse legeerimist ja terastooriku pinnale katete (tsink, tsink-nikkel - tehnoloogiliselt kõige arenenum ja odavam) pealekandmist. Pärast niisutamist toimub raua lahustumisprotsess vedelas alumiiniumis. On kindlaks tehtud, et lahustumisel tekkiv Fe 2 Al 5 faas võib kristallidena sulamisse siseneda ja lahustuda. Pealegi on vahekihi kasvukiirus suurem kui lahustumiskiirus, mistõttu on võimatu saada ühendit ilma intermetalliliste vahekihtideta. Selle teguri negatiivset mõju saab vähendada alumiiniumi sulatise mahu suurendamisega (serva eellõikamine), režiimi optimeerimisega sulandi temperatuuri piiramiseks, basseini legeerimisega läbi täitematerjali mõjutavate elementidega. intermetallilise kihi kasvukiirus ja koostis. Si (4-5%), Zn (6,5-7%), Ni (3-3,5%) lisamine keevisõmblusesse võimaldab vähendada intermetallilise kihi paksust ja saada liitekohti tugevusega 300-320 MPa.

Võttes arvesse märgitud iseärasusi, on praktikas leidnud rakendust alumiiniumi terasega sulatamise teel ühendamise tehnoloogia kaks varianti: 1) kõvajoodisega jootmine terasserva eelkattega mittekuluva elektroodiga argoonkaare seadmetega ja 2) automaatne. kaarkeevitus kuluelektroodiga piki vookihti AN- A1. Pinnakatted (tsink, alumiinium) on paksusega 30-40 mikronit ja need kantakse galvaniseerimise või alumiiniumistamise teel. Keevitamisel on vaja läbi viia kaar piki alumiiniumlehe serva 1-2 mikroni kaugusel ühendusjoonest ja jälgida teatud kiirust (madalatel kiirustel täheldatakse katete ülekuumenemist ja läbipõlemist, kõrgel kiirused – mittesulamine).

Sukelkaarkeevitusel väheneb räbusti roll märguvuse parandamisele ja metallidevaheliste ühendite moodustumise pärssimisele. On vaja vältida kaare otsest mõju terase servale ja serva lõikamine terasele tuleks teha võimalikult lähedal vanni profiili piirjoontele. Sel viisil keevitatakse 15-30 mm paksused.