Aliaj de aluminiu cu fier în hidroacustică. Aluminiu și aliajele sale: totul despre acest metal

Aluminiu

Din cauza micului gravitație specifică(2.70) aluminiul și aliajele sale sunt materiale structurale extrem de valoroase, în special în construcția de aeronave. Ductilitatea ridicată a aluminiului face posibilă prelucrarea lui prin presiune și ștanțare în condiții reci și calde.
Rezistivitatea electrică relativ scăzută face posibilă utilizarea aluminiului în industria electrică ca fire și alte produse. Rezistența ridicată la coroziune a aluminiului, datorită proprietății sale caracteristice de a forma pelicule de oxid la suprafață, face posibilă utilizarea aluminiului ca material de placare.
Datorită acestor proprietăți valoroase, aluminiul și aliajele sale au fost utilizate pe scară largă în toate industriile și în viața de zi cu zi.
În Rusia, se produce aluminiu tehnic de nouă grade, a cărui compoziție chimică și scopul aproximativ sunt prezentate în tabel. 16.

Impuritățile au o influență puternică asupra proprietăților electrice, tehnologice și de coroziune ale aluminiului.
Principalele impurități din aluminiul comercial sunt fierul și siliciul, care intră în metal în timpul producției sale.
Cantități deja nesemnificative de impurități precum fier, mangan, cupru, zinc, magneziu și altele reduc drastic conductivitatea electrică (Fig. 1) și conductibilitatea termică a aluminiului tehnic.
Fierul aproape că nu se dizolvă în aluminiu: la temperatura eutectică (655°), solubilitatea fierului este de 0,052%, cu scăderea temperaturii, solubilitatea scade brusc (Fig. 2). Fierul din aluminiu este prezent ca o fază independentă de AlsFe.

Prezența fierului insolubil în aluminiu reduce rezistența la coroziune și reduce semnificativ conductivitatea electrică și ductilitatea (macinabilitatea), deși creștem ușor rezistența aluminiului.
Odată cu prezența simultană a siliciului și a fierului în aluminiu, se formează o nouă fază. În aluminiul tehnic, raportul dintre siliciu și fier este astfel încât se formează un nou compus ternar.
Efectul nociv al fierului în multe aliaje poate fi slăbit dacă se adaugă mangan sau crom la aluminiu, care contribuie la cristalizarea unei structuri scheletice sau echiaxiale.
Siliciul se dizolvă în aluminiu la temperatura eutectică (577°) până la 1,65%. Odată cu scăderea temperaturii, solubilitatea siliciului scade, iar la temperatura camerei, câteva sutimi de procent de siliciu sunt reținute în soluție (Fig. 3). O modificare a solubilității siliciului în aluminiu cu scăderea temperaturii provoacă procese de întărire, dar acestea sunt atât de slabe încât valoare practică Nu Aveți.
Efectul siliciului asupra proprietăți mecanice aluminiul este similar cu efectul fierului.
Impuritățile de calciu, sodiu și alte elemente prezente în aluminiul tehnic în cantități neglijabile nu au practic niciun efect asupra proprietăților aluminiului.

Oxigenul reacționează puternic cu aluminiul și formează un oxid refractar Al2O3, a cărui prezență în aluminiu reduce foarte mult proprietățile mecanice și afectează formarea metalului.
azot, monoxid de carbon, dioxid de carbon iar dioxidul de sulf la temperaturi ridicate reacţionează cu aluminiul şi formează compuşi refractari.
Solubilitatea acestor gaze în aluminiu la temperaturile procesului de topire a aluminiului este scăzută, dar aceste gaze sunt dăunătoare deoarece metalul este contaminat cu oxizi, sulfuri și carburi, care cresc solubilitatea gazelor în aluminiul topit.
La temperaturi ridicate, o cantitate relativ mare de hidrogen se dizolvă în aluminiu (la 300 ° 0,001 cm3 la 100 g de aluminiu, la 500 ° - 0,0125 cm3 la 100 g și la 850 ° - 2,15 cm3 la 100 g). Când aluminiul se răcește, o parte din hidrogen este reținută în el, ceea ce face ca produsele din astfel de metal să fie poroase. Prin urmare, prezența hidrogenului sau a vaporilor de apă în atmosfera cuptorului în care este topit aluminiul este extrem de nedorită.
Prezența aditivilor de aliere în aluminiu modifică dramatic solubilitatea hidrogenului din acesta. Cuprul, siliciul și staniul reduc solubilitatea hidrogenului în aluminiu, în timp ce mangan, nichel, magneziu, fier, crom, ceriu, toriu și titan o măresc. În prezența a 2,8% mangan la 600° sau 6% magneziu la 500°, aluminiul este capabil să absoarbă hidrogen.
Proprietățile mecanice ale aluminiului tehnic depind de gradul de deformare a acestuia și de temperatura de recoacere.
Deci, rezistența la tracțiune a aluminiului moale este de 7-10 kg/mm2, iar deformat 15-20 kg/mm2, alungirea relativă este de 30-35 și respectiv 4-6%.
Pe fig. 4 și 5 arată dependența rezistenței la tracțiune și a alungirii aluminiului claselor A1 și A2 de gradul de deformare și temperatura de recoacere.

Principalii aditivi de aliaj în aliajele de aluminiu forjat și turnat sunt cuprul, magneziul, manganul, siliciul, zincul, titanul și în unele cazuri staniul, nichelul etc.
Aditivii introduși în aluminiu în timpul producției de aliaje cresc semnificativ rezistența metalului, dar îi reduc ductilitatea, conductivitatea electrică și termică și slăbesc efectele protectoare ale peliculei de oxid de aluminiu, deoarece noile faze formate perturbă continuitatea stratului de oxid de aluminiu. .
Cuprul cu aluminiu formează o soluție solidă. La temperatura eutectică (548°C), solubilitatea cuprului este de aproximativ 5,7%; pe măsură ce temperatura scade, solubilitatea scade, ajungând la aproximativ 0,5% la 200°C.
În stare de soluție solidă, aliajul aluminiu-cupru tolerează bine tratamentul sub presiune. Cu o răcire lentă, compusul chimic СuAl2 începe să se separe de aceste aliaje. Răcirea rapidă, adică stingerea, face posibilă prevenirea descompunerii soluției solide și obținerea unei soluții care este instabilă la temperatura camerei. În procesul de descompunere a soluției solide, are loc întărirea aliajelor, adică crește duritatea și rezistența la tracțiune.
Procesul de întărire începe după călire cu expunere prelungită la temperatura camerei, dar se obține o întărire mai puternică în timpul îmbătrânirii artificiale (menținerea aliajelor la 100-150 °). De exemplu. un aliaj de aluminiu cu 4% cupru după călire și revenire are o rezistență la tracțiune de 35-37 kg/mm2 în loc de 27 kg/mm2 în stare proaspăt călită și 13 kg/mm2 în stare recoaptă.
În prezent, aliajele duble aluminiu-cupru sunt rar folosite; cele mai utilizate aliaje care conțin, pe lângă cupru, magneziu, mangan, zinc și alte elemente.
Magneziul, ca și cuprul, formează o regiune de soluție solidă cu aluminiu, care scade odată cu scăderea temperaturii din cauza scăderii solubilității magneziului în aluminiu.
La 451°, solubilitatea magneziului în aluminiu este de 14,9%, la 150°-2,95% (Fig. 6).

Scăderea solubilității magneziului în aluminiu cu scăderea temperaturii face posibilă aplicarea călirii și călirii ulterioare; în aliajele Al-Mg, fenomenul de întărire nu este la fel de pronunțat ca în aliajele Al-Cu.
Un efect de întărire semnificativ este dat de aliajele de aluminiu cu adăugarea compusului Mg2Si. De exemplu, rezistența la tracțiune a unui aliaj tratat termic care conține 1,85% Mg2Si crește de peste trei ori.
Zincul cu aluminiu formează o regiune mare de soluție solidă β, care se îngustează brusc odată cu scăderea temperaturii. Cu toate acestea, utilizarea zincului ca întăritor aliaje de aluminiu nu a fost găsit aplicație practică. Un efect mare de întărire este dat de aliajele de aluminiu cu adăugarea compusului MgZn2. Acești aditivi vor face posibilă obținerea de aliaje după tratament termic cu o rezistență la tracțiune de până la 60 kg/mm2.
Manganul nu participă la procesul de îmbătrânire a aliajelor precum duraluminii, dar le crește rezistența și rezistența la coroziune. În prezența manganului, în structura aliajului apare o componentă de mangan. În aliajele care conțin magneziu și siliciu, manganul dă un efect de întărire mult superior celui al cuprului.
Tratamentul termic al aliajelor de aluminiu multicomponent face posibila obtinerea de aliaje cu o rezistenta mare la tractiune (peste 60 kg/mm2) cu alungire suficient de puternica si alte proprietati mecanice si fizice ridicate.

Aliaje de aluminiu

Aliajele industriale de aluminiu sunt împărțite în forjat și turnat.
aliaje forjate. Ca aliaj deformabil, care se întărește în vârstă, duraluminiul, descoperit în 1909, a devenit cel mai utilizat, a cărui compoziție a suferit de atunci doar modificări minore.
Duraluminul este un aliaj de cel puțin cinci componente, la care se adaugă cuprul, magneziul și manganul ca aditivi, în timp ce siliciul și fierul (aproximativ 0,5% fiecare) sunt impurități comune care intră în aliajul cu aluminiul comercial, care conține deja aceste impurități. .
În tabel. 17 oferă câteva date despre compoziția chimică și proprietățile mecanice ale aliajelor de aluminiu forjat.

După cum rezultă din datele din tabel. 17, cu o creștere a procentului de aditivi de aliere, rezistența la tracțiune crește și ductilitatea aliajului scade.
Duraluminii sunt utilizați în principal pentru fabricarea tablelor, profilelor, sârmei, tijelor, țevilor și niturilor. Foile sunt produse atât necătuite, cât și placate cu aluminiu pur.
Aliajele pe bază de Al-Mg-Si, utilizate pentru producția de forjare și ștanțare, sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă - un grup de aliaje denumite în GOST-uri ca aliaje de clase AK. Aceste aliaje conțin o cantitate crescută de siliciu în comparație cu duraluminiu (până la 1,2%). În plus, în aceste aliaje de anumite clase (AK2 și AK4), manganul este înlocuit cu nichel.
Aliajele de înaltă rezistență includ aliajul AK8 care conține 3,9-4,8% cupru, 0,4-0,8% magneziu, 0,4-1,0% mangan și 0,6-1,2% siliciu. Acest aliaj are o rezistență mare la tracțiune (până la 50 kg/mm2), dar tendința aliajului la coroziune intercristalină îi limitează domeniul de aplicare.
Din punct de vedere al proprietăților la temperatura camerei, unele aliaje de tip AK (de exemplu, AK2) sunt apropiate de duraluminiu, dar îl depășesc ca rezistență la temperaturi ridicate.
În ultimii ani a început să fie introdus aliajul B95, care este supus îmbătrânirii artificiale și are o rezistență la tracțiune de peste 65 kg/mm2, o duritate de 190 kg/mm2 și o alungire relativă de aproximativ 7%.
Aliaje turnate. Dintre aliajele de aluminiu turnat, siluminile sunt cele mai comune - aliaje cu un conținut ridicat de siliciu.
Pe lângă silumini, sunt folosite aliaje de aluminiu cu cupru și magneziu, deși mult mai rar.
Aliajele de aluminiu turnat sunt aliate cu mai mulți aditivi decât aliajele forjate.
Conținutul de aditivi din aliajele de turnare este astfel încât în ​​aliajul turnat se formează un eutectic, care, de regulă, crește fluiditatea, densitatea de turnare și crește rezistența aliajului la solicitările de contracție.
Aliajele cu o cantitate mare de siliciu au de obicei un eutectic acicular, dar atunci când o cantitate mică de modificator (sodiu metalic, un amestec de fluorură de sodiu și clorură de sodiu) este adăugată la aliajul lichid, structura aliajului este îmbunătățită semnificativ, din moment ce eutecticul devine cu granulaţie fină.
Siluminii se pretează bine la sudare și aproape că nu crapă din cauza tensiunilor de contracție, ceea ce se explică printr-un interval mic de cristalizare. Un mare dezavantaj al siluminilor este tendința de a forma pelicule de oxid (ceea ce crește respingerea pieselor turnate), precum și rezistența mecanică scăzută și prelucrabilitatea slabă. La fel ca multe aliaje de turnare, siluminul este foarte sensibil la contaminarea cu fier: chiar și o creștere ușoară a conținutului de fier în silumin (cu 0,1-0,2%) duce la o scădere bruscă a alungirii relative (de 2-3 ori).
În tabel. 18 prezintă compoziţia şi proprietăţile mecanice ale unor aliaje de turnare.
După cum rezultă din tabel, proprietățile mecanice ale siluminilor sunt semnificativ mai mici decât proprietățile mecanice ale aliajelor forjate, ceea ce este o consecință a structurii mai grosiere a siluminilor.
Aliajele aluminiu-uraniu sunt relativ ieftine, puternice și ușor de prelucrat, iar aliajele placate cu aluminiu rezistă foarte bine la coroziune în apă.

30.05.2019

Principalele cerințe ale clientului în timpul construcției diferitelor clădiri sunt eficiența energetică, o viteză semnificativă de lucru,...

29.05.2019

Oferim o privire de ansamblu asupra proprietăților și caracteristicilor modelelor populare de geomembrane profilate prezentate de GEOTECH. În revizuirea modificării membranelor Tefond, Izostud, ...

29.05.2019

Instanțele din Zambia și-au anunțat propriul verdict privind lichidarea celei mai mari companii miniere de cupru din țară, Konkola Copper Mines,...

29.05.2019

Astăzi, demontarea structurilor metalice este considerată un tip de lucru foarte complicat din punct de vedere tehnic. În același timp, găsiți echipamente și dispozitive pentru...

28.05.2019

Microclimatul din mașină este considerat unul dintre cei mai importanți factori de confort. Este puțin probabil să fii mulțumit de faptul că regimul de temperatură pe stradă va fi exact același cu ...

28.05.2019

Mining Vale Corporation din Brazilia minereu de fier, precum și China Communications Construction Co din Republica Populară Chineză, au încheiat un acord privind...

Studiu aliaj fier-aluminiuînceput după Primul Război Mondial. Lucrările efectuate în Uniune, Germania, Anglia și alte țări au arătat că aluminiul crește semnificativ rezistența la căldură a fontei. De asemenea, s-a constatat în cercetări că aceste aliaje au carburare ridicată, rezistență la calcar și o rezistență bună într-un mediu oxidant.

Viteza de formare a depunerilor la temperaturi ridicate depinde de proprietățile filmului de oxid format pe suprafața metalului. Cu cât este mai dens și mai uniform, cu atât protejează mai bine suprafața de oxidare. Oxizii care alcătuiesc filmul nu trebuie să se sublimeze, trebuie să fie refractari și să nu formeze eutectici cu punct de topire scăzut. Filmul trebuie să aibă o conductivitate ionică scăzută. Un aliaj rezistent la căldură este considerat a fi unul în care pierderea cu scară nu depășește 0,0002 - 0,0004 g / cm2 / oră. Această condiție se aplică aliajelor de fier cu crom și siliciu și rămâne valabilă pentru aliajele de fier cu aluminiu.

Se poate spune că până acum cel mai comun aliaj pentru piesele turnate supuse atacului termic și chimic a fost fercromitul și similar aliaje fier-crom. Aliajele fier-siliciu sunt mai des folosite ca materiale rezistente la coroziune. În ciuda faptului că aliajele fier-aluminiu au fost studiate de câțiva ani, acestea nu și-au găsit o aplicație largă. Cele mai multe studii ale acestor aliaje s-au limitat la determinări de laborator ale proprietăților mecanice, fizice și de altă natură. La obținerea pieselor turnate de înaltă calitate din aceste aliaje, au fost întâmpinate dificultăți legate de saturația mare de gaz a metalului, formarea de pelicule de oxid în grosimea metalului, risipa de aluminiu în timpul topirii, distrugerea pieselor turnate la temperatură normală, etc., ceea ce i-a forțat pe cercetători nu numai să nu mai lucreze, ci și să ajungă la concluzia că astfel de aliaje nu pot fi aplicate în practică. Cel mai amplu au fost studiate aliajele care conțin 16 - 20% A1 și 3% C. Din literatură se știe că astfel de aliaje, numite „chugal” (fontă + aluminiu), au început să fie topite în fosta Uniune Sovietică.

Se poate spune că, în ciuda proprietăților excepționale aliaj fier-aluminiu, nu a fost nicăieri (din moment ce acest lucru poate fi judecat din literatură) nu a fost produs în cantități mari. Cu toate acestea, atât aliajele fier-aluminiu, cât și piroferalul aveau nevoie de dezvoltarea în continuare a unei tehnologii pentru producția de piese turnate, care ar putea oferi produse de înaltă calitate cu minim costurile productiei. La cererea inventatorilor, unul dintre autori, Z. Eminger, împreună cu echipa sa de lucru, a dezvoltat o tehnologie de topire a piroferalului, care face posibilă stabilirea producției de piese turnate pe scară largă. Echipa a obținut noi date despre acest aliaj, pe baza cărora a fost dezvoltată tehnologia pentru producerea acestuia.

Un metal rar se ridică atât de des în aer, este implicat în construcția de case, mașini și nave maritime ca aluminiul. S-ar părea - nu cel mai durabil, nici cel mai rezistent, mai degrabă moale ... Ce este atât de special la aluminiu, datorită căruia este numit „metalul viitorului”?

Aluminiul are, fără îndoială, câteva avantaje cu care este greu de contestat:

Uşura;
- prevalență - aluminiul este cel mai comun metal de pe planeta Pământ;
- ușurință în prelucrare;

Chiar și aluminiul nu emite substanțe nocive atunci când este încălzit și conduce bine căldura. Dar cel mai important este să adaugi puțin în aluminiu pur, doar câteva zecimi dintr-un alt element, și... voila! Obțineți material cu diametral opus proprietati fizice si chimice. Unele aliaje pe bază de aluminiu sunt atât de puternice încât la temperaturi de până la -200 de grade Celsius sunt comparabile cu titanul și oțelul!

Obtinerea si clasificarea aliajelor de aluminiu

Procesul de obținere a aliajelor de aluminiu se numește aliere. Cu toate acestea, dopajul este mai degrabă nu unul, ci mai multe procese interdependente. Esența sa constă în faptul că elementele auxiliare (aliere) sunt introduse în aluminiu topit într-o cantitate de la câteva zecimi la câteva miimi de procent.

Proporția de excipienți depinde direct de rezultatul care trebuie obținut. Este important să rețineți că, de obicei, aluminiul conține deja fier și siliciu. Ambele elemente nu sunt partea mai buna afectează calitatea viitorului aliaj: îi reduc rezistența la coroziune, conductivitatea electrică și ductilitatea.

Datorită faptului că aluminiul și aliajele de aluminiu sunt folosite în zone importante din punct de vedere strategic, acestea sunt supuse certificării și etichetării obligatorii de stat. În Rusia, calitatea aliajelor este determinată pe baza a două GOST: nr. 4784-97 și nr. 1583-93.

Aliajele de aluminiu pot fi clasificate în mai multe moduri diferite. După tipul de elemente auxiliare (aliare), aliajele sunt:

Cu adăugarea de aditivi (elementele individuale - zinc, magneziu, mangan, crom, siliciu, litiu etc.);

Cu adăugarea de intermetalide (compuși din mai multe metale - magneziu + siliciu, cupru + magneziu, litiu + magneziu, litiu + cupru etc.).

În funcție de metoda aleasă de prelucrare ulterioară a metalelor, acestea sunt împărțite în:

Aliaje de aluminiu deformabile (aliajul nu se transformă într-un lichid, ci pur și simplu devine foarte plastic) - este convenabil să le ștampilezi, să le supui forjării, laminarii, extrudarii, presarii. Pentru a obține o rezistență mai mare, unele dintre aliaje sunt prelucrate la temperaturi ridicate (coacere, întărire și îmbătrânire), în timp ce altele sunt prelucrate sub presiune. Ca rezultat, se obțin astfel de semifabricate din aluminiu precum foi, profile, țevi, produse de forme mai complexe etc.

Aliaje de aluminiu turnat (aliajul intră în producție în stare foarte lichidă, astfel încât să poată fi turnat cu ușurință sub orice formă) - astfel de aliaje sunt ușor de tăiat, sunt turnate în formă (obținute sub presiune) și produse turnate.

Toate aliajele pe bază de aluminiu pot fi, de asemenea, împărțite în funcție de gradul de rezistență în:

Greutate (de la 480 MPa);
- rezistență medie (de la 300 - 480 MPa);
- rezistență scăzută (până la 300 MPa);

Aliajele rezistente la temperaturi ridicate și la coroziune sunt clasificate separat.

Pentru ca produsele din aliaje să fie ușor de distins, fiecărui aliaj i se atribuie propriul său număr, format din litere și cifre. Acest număr indică marca aliajului de aluminiu. La începutul numelui mărcii sunt plasate o literă sau mai multe litere, acestea indicând compoziția aliajului. Apoi vine numărul de serie digital al aliajului. Scrisoarea de la sfârșit arată cum a fost prelucrat aliajul și sub ce formă este în acest moment.

Să analizăm principiul marcajului pe exemplul aliajului D16P. Prima literă din marca „D” înseamnă duraluminiu, adică un aliaj de aluminiu cu cupru și magneziu. „16” - numărul de serie al aliajului. "P" - semicălit, adică aliajul a fost prelucrat la rece la o valoare a rezistenței jumătate din cea maximă.

Producția de aliaje de aluminiu și aplicarea acestora variază foarte mult în funcție de tip și de marcă. Fiecare aliaj are propriul său set foarte specific de proprietăți fizice și mecanice. Printre aceste proprietăți se numără cele de care depinde soarta ulterioară a aliajului - unde va merge de la fabrică: la baza aeriană, la șantier și la atelierul de producție. ustensile de bucatarie. Aceste proprietăți sunt următoarele: nivel de rezistență, rezistență la coroziune, densitate, ductilitate, conductivitate electrică și termică.

Proprietăți de bază ale diferitelor aliaje de aluminiu

Să ne uităm la principalele aliaje pe bază de aluminiu în ceea ce privește proprietățile lor dobândite.

Un aliaj de cupru și aluminiu poate fi de mai multe tipuri - "pur", în care principalele elemente active sunt Al și Cu, "cupru-magneziu", în care, pe lângă cupru și aluminiu, o anumită proporție este ocupată prin magie și „cupru-mangan” aliat cu mangan. Astfel de aliaje sunt adesea denumite și duraluminiu și sunt ușor de tăiat și de sudat „la puncte”.

O trăsătură caracteristică a duraluminilor este că aluminiul este luat pentru ei cu impurități de fier și siliciu. După cum am spus deja, de obicei prezența acestor elemente degradează calitatea aliajului, dar acest caz este o excepție. Fierul în timpul tratamentului termic repetat al aliajului crește rezistența acestuia la căldură, iar siliciul acționează ca un catalizator în procesul de „îmbătrânire” a duraluminilor. La rândul lor, magneziul și manganul ca elemente de aliere fac aliajul mult mai puternic.

Un aliaj de aluminiu și magneziu are rezistență și ductilitate diferite, în funcție de cantitatea de magneziu. Cu cât este mai puțin magneziu, cu atât rezistența produsului dintr-un astfel de aliaj este mai mică și rezistența la coroziune este mai mare. O creștere a conținutului de magneziu cu 1% duce la o creștere a rezistenței până la 30.000 Pa. În medie, aliajele pe bază de magneziu și aluminiu conțin până la 6% din primul. De ce nu mai mult? Dacă există prea mult magneziu în aliaj, produsul din acesta va deveni rapid ruginit și, în plus, astfel de produse au o structură instabilă, pot crăpa etc.

Tratamentul termic al aliajelor de magneziu cu aluminiu nu este efectuat, deoarece este ineficient și nu dă efectul necesar de îmbunătățire a rezistenței.

Un aliaj de aluminiu cu zinc și magneziu este considerat cel mai durabil dintre toate aliajele de aluminiu cunoscute astăzi. Forța sa este comparabilă cu titanul! În timpul tratamentului termic, cea mai mare parte a zincului se dizolvă, ceea ce face ca acest aliaj să fie atât de puternic. Adevărat, este imposibil să se utilizeze produse din astfel de aliaje în industria electrică, ele nu sunt rezistente la coroziune. Puteți crește ușor rezistența la coroziune dacă adăugați cupru în compoziție, dar indicatorul va rămâne în continuare nesatisfăcător.

Aliajul aluminiu siliciu este cel mai comun aliaj în industria turnătoriei. Deoarece siliciul se dizolvă cu ușurință în aluminiu atunci când este încălzit, compoziția topită rezultată este excelentă pentru mucegai și piese turnate modelate. Produse finite sunt relativ ușor de tăiat și au o densitate mare.

Un aliaj de aluminiu cu fier, precum și aliajele de aluminiu cu nichel, practic nu se găsesc niciodată „în viață”. Fierul este adăugat numai ca element auxiliar, astfel încât aliajul de turnare să se poată desprinde cu ușurință de pe pereții matriței. Nichelul, la rândul său, este cel mai bine cunoscut în fabricarea magneților și este prezent ca unul dintre elementele aliajului aluminiu-nichel-fier.

De asemenea, un aliaj de titan și aluminiu nu se găsește în forma sa pură și este folosit doar pentru a crește rezistența produselor. În același scop, se realizează sudarea oțelului și aliajelor de aluminiu.

INTRODUCERE

Dintre metale, aluminiul este cel mai abundent în natură. uz practic- al doilea (după fier). Aluminiul este un element chimic care se află în grupa a treia a sistemului periodic al D.I. Mendeleev. Număr atomic aluminiu 13, masă atomică 26,98, punct de topire 660 °C, densitate 2,7 g/cm 3, nu are transformări polimorfe, are o rețea de cub centrat pe fețe cu punct A = 0,4041 nm.

Aluminiul diferă de alte metale prin densitatea scăzută, proprietățile plastice ridicate și rezistente la coroziune, conductivitate termică și electrică ridicată și reflectivitate.

Datorită acestor proprietăți, aluminiul este utilizat în aproape toate industriile - aviație, construcții, chimie etc.

Aluminiul este un metal rezistent la coroziune. Pelicula densă de oxid Al 2 O 3 formată pe suprafața sa are o aderență foarte bună la metal, este slab permeabilă la toate gazele și protejează aluminiul de oxidarea și coroziunea ulterioară în condiții atmosferice, apă și alte medii. Aluminiul este rezistent la acidul azotic concentrat și la unii acizi organici (citric, acetic etc.). Acizii minerali (clorhidric, fluorhidric) și alcaliile distrug pelicula de oxid.

Impuritățile permanente (Fe, Si, Ti, Mn, Cu Zn, Cr) reduc caracteristicile fizico-chimice și plasticitatea aluminiului. În funcție de conținutul de impurități, există clase de aluminiu primar A999, A995, A99, A97, A95.

Fierul și siliciul sunt principalele impurități inevitabile care intră în aluminiu în timpul producției sale.Prezența lor afectează negativ proprietățile aluminiului. Fier este practic insolubil în aluminiu, prin urmare, chiar și la cel mai mic conținut al său, se formează un compus chimic fragil FeAl 3. Cristalizează sub formă de ace care servesc ca tăieturi în metal, reduce proprietățile plastice ale aluminiului. Fierul reduce rezistența la coroziune a aluminiului datorită mare diferență potențialele electrochimice ale fazelor Al și FeAlg, apariția perechilor microgalvanice la limita acestor faze și dezvoltarea coroziunii intergranulare.

Siliciu nu formează compuși chimici cu aluminiul și este prezent în aliajele de aluminiu sub formă elementară. Solubilitatea siliciului în aluminiu la temperatura camerei nu depășește 0,05%. Chiar și la cantități mici de siliciu, în structura de aluminiu se formează incluziuni ale eutecticului Al-f Si. Cristalele de siliciu sunt similare ca proprietăți cu compușii chimici, au duritate mare (HB 800) și fragilitate. Principalul efect negativ al impurităților de siliciu este exprimat în deteriorarea proprietăților de turnare ale aluminiului comercial. Siliciul reduce brusc temperatura solidusului, crește intervalul de cristalizare (la = t n -- -- t0),și, prin urmare, reduce fluiditatea și crește tendința de fisurare a aliajului.

Aluminiul industrial conține fier și siliciu în același timp, deci poate fi considerat un aliaj ternar al sistemului Al--Fe--Si. În acest caz, în aluminiu se pot forma doi compuși chimici ternari: a (A1--Fe--Si) și J (A1--Fe--Si), care sunt practic insolubili în Al. Apariția în structura aluminiului tehnic a unei faze scheletice, asemănătoare crabului A(A1--Fe--Si) și faza lamelară grosieră (3 (A1--Fe--Si) își schimbă dramatic proprietățile.

În funcție de conținutul de impurități, aluminiul este împărțit în clase: tehnice, puritate înaltăși puritate ridicată.

În tabelul 1 sunt prezentate unele mărci, compoziția chimică a aluminiului forjat (destinat producției de semifabricate prin deformare la cald sau la rece). Aluminiul primar furnizat sub formă de lingouri și lingouri este supus standardului GOST 11069-74, exemple de desemnare ale căror calități sunt prezentate în Tabelul 2. Proprietățile mecanice ale aluminiului depind de puritatea și starea sa. O creștere a conținutului de impurități și deformarea plastică cresc rezistența și duritatea aluminiului (Tabelul 3).

tabelul 1

Aluminiu forjat

masa 2

Primar din aluminiu

Tabelul 3

Diverse proprietăți mecanice ale aluminiului
puritate recoaptă

Puritate, %

Aluminiul se caracterizează prin proprietăți tehnologice înalte. Din el se pot realiza orice semifabricate de diferite dimensiuni. Datorită plasticității ridicate a semifabricatelor din aluminiu, este ușor de deformat fără încălzire semnificativă. Sudarea poate fi efectuată prin aproape toate metodele, inclusiv sudarea prin fuziune. Prelucrabilitatea datorită durității ridicate a aluminiului este slabă.

Este folosit în industria electrică și schimbătoare de căldură. Reflexivitatea ridicată a aluminiului este folosită pentru producerea de oglinzi, reflectoare puternice. Aluminiul practic nu interacționează cu acidul azotic, acizii organici și produsele alimentare. Este folosit pentru a face containere pentru transport. Produse alimentare, treburi casnice. Foile de aluminiu sunt utilizate pe scară largă ca material de ambalare. Utilizarea aluminiului în construcții și transport a crescut semnificativ.

PARTE PRINCIPALĂ

1. Clasificarea aliajelor de aluminiu

În funcție de metoda de producție, aliajele industriale de aluminiu sunt împărțite în sinterizat, turnat și forjat (Fig. 1).

Aliajele turnate suferă o transformare eutectică, în timp ce aliajele forjate nu. Acestea din urmă sunt, la rândul lor, necălite termic (aliaje în care nu există transformări de fază în stare solidă) și deformabile, călite termic (aliaje întărite prin călire și îmbătrânire).

Aliajele de aluminiu sunt de obicei aliate cu Cu, Mg, Si, Mn, Zn, mai rar cu Li, Ni, Ti.

2. Aliaje de aluminiu deformabile, neîntărite prin tratament termic

Acest grup de aliaje include aluminiu comercial și aliaje rezistente la coroziune, sudabile, neîntărite (aliaje de aluminiu cu mangan și magneziu). Aliajele AMts aparțin sistemului Al – Mn (Fig. 2).

Orez. 1. Diagrama de stare "aluminiu - element de aliere":

1 - aliaje deformabile, neîntăribile termic;
2 - aliaje deformabile, călite termic.

Orez. 2. Diagrama stării "aluminiu - mangan":

Orez. 3. Microstructura aliajului AMts

Orez. 6. Microstructura duraluminiului după:

a) stingerea în apă de la o temperatură de T 2 ;
b) întărire și îmbătrânire artificială la T 3 (în dreapta - o reprezentare schematică)

Structura aliajului AMts constă dintr-o soluție a-solidă de mangan în aluminiu și precipitate secundare ale fazei MnAl 6 (Fig. 3). În prezența fierului, în loc de MnAl 6, se formează o fază complexă (MnFe)Al 6, care este practic insolubilă în aluminiu; prin urmare, aliajul AMts nu este întărit prin tratament termic.

Compoziția acestor aliaje are limite foarte înguste: 1 - 1,7% Mn; 0,05 - 0,20% Cu; se adaugă cupru pentru a reduce coroziunea prin pitting.

Se admite până la 0,6 - 0,7% Fe și 0,6 - 0,7% Si, ceea ce duce la o oarecare întărire a aliajelor fără o pierdere semnificativă a rezistenței la coroziune.

Pe măsură ce temperatura scade, rezistența crește rapid. Prin urmare, aliajele din acest grup au găsit o aplicație largă în tehnologia criogenică.

Aliajele AMg (magnalium) aparțin sistemului A1 – Mg (Fig. 4). Magneziul formează o soluție a-solidă cu aluminiu, iar în intervalul de concentrație de la 1,4 la 17,4% Mg, se eliberează o fază b secundară (MgAl), dar aliajele care conțin până la 7% Mg dau foarte puțină întărire în timpul tratamentului termic, deci s-au întărit prin deformare plastică – călire.

În stoc!
Performanță ridicată, confort, operare ușoară și funcționare fiabilă.

Ecrane de sudura si perdele de protectie - in stoc!
Protecție împotriva radiațiilor în timpul sudării și tăierii. Alegere mare.
Livrare în toată Rusia!

Aluminiul cu fier este capabil să producă soluții solide, compuși intermetalici (Fe 2 Al 4 -62,93% Al; Fe 2 Al 5 - 54,71% Al; FeAl 2 -49,13% Al; FeAl -32,57% Al și etc.) și eutectici ( Al + FeAl 3, Тtopire = 654 °С, conținut de fier în metal 1,8%). Solubilitatea fierului în stare solidă este limitată la 0,053% la temperatura eutectică. Solubilitatea aluminiului în fier este de aproximativ 32%, adică de 600 de ori mai mare. În timpul solidificării în structura aliajelor de aluminiu și fier, precipită cristale ale compusului FeAl 5 (59,18%).

Condiţiile de sudare sunt caracterizate prin apariţia FeAl3 şi Fe2Al5. Au o limită scăzută de rezistență temporară (15-17 MPa). Duritatea Fe 2 Al 5 , FeAl 3 și FeAl 2 se află în intervalul μv = 9600-11500 MPa. Odată cu creșterea conținutului de fier și cu creșterea temperaturii, duritatea scade. Pentru Fe 3 Al μv = 2700 MPa. Înmuierea FeAl3 și Fe2Al5 începe la o temperatură de 0,45 T pl. Fe 2 Al 5 se caracterizează printr-o rezistivitate electrică anormal de mare.

Intermetalicele sunt rezistente chimic. Ulterior tratament termic compușii nu pot duce decât la creșterea lungimii zonei intermetalice. Exista trei zone caracteristice in compus: fier (otel) - zona intermetalica - aluminiu (aliaj de aluminiu). Proprietățile mecanice ale compușilor depind de zona intermediară - compoziția acesteia. cantitatea de compuși intermetalici, forma, lungimea, natura locației și continuitatea acestora.

Pe aluminiu se formează un film de oxid refractar rezistent chimic (Al 2 O 3 are Tmelt = 2047 ° C), care în timpul sudării prin fuziune poate duce la un defect sub forma incluziunilor acestui film în metalul de sudură. Utilizarea fluxurilor nu dă rezultate pozitive: fluxurile pentru sudarea aluminiului sunt oțel fuzibil, fluid, slab umed; fluxurile pentru oțel reacţionează activ cu aluminiul topit.

Natura proceselor de difuzie în timpul sudării în fază solidă a aluminiului cu fier și oțel în stadiul inițial de interacțiune și mai mult diferă. Se arată că difuzia fierului în aluminiu are loc în perioada inițială. Ca rezultat, în zona limită se formează un strat format dintr-un amestec de faze FeAl3 + Fe2Al5. În plus, la o temperatură corespunzătoare recristalizării oțelului, se observă o difuzie intensă a aluminiului în oțel. Viteza acestui proces depinde de compoziție chimică material de contact semifabricate și condiții de încălzire. Pentru interacțiunea fază solidă în anumite condiții de temperatură-timp de sudare, este posibil să nu existe un front continuu al compușilor intermetalici.

Difuzia reacției în sistemul aluminiu-fier se observă la temperaturi >400°C. Creșterea stratului intermetalic respectă o lege parabolică: y 2 = 2k 1 τ, unde k 1 este o valoare proporțională cu coeficientul de difuzie al aluminiului prin strat.

Materiale de aliere aluminiu țagle Si, Mn și alte elemente, și oțel - V, Ti, Si și Ni duce la o creștere a energiei de activare a difuziei reacției. Influența lor este asociată cu dificultatea formării nucleelor ​​în faza intermediară. Efectul opus este exercitat de C și Mn în oțel. Un conținut crescut în anumite limite în oțel de oxigen liber și azot duce la creșterea temperaturii de debut a formării compușilor intermetalici. Apariția unui strat intermetalic pentru fiecare temperatură începe după un anumit timp critic, adică există o perioadă latentă (τ 0), după care are loc o formare intensivă de compuși intermetalici. Dependența sa de temperatură are forma

τ0 = 6,0 10-13 exp (192,3/RT).

Când procesul se desfășoară în stare solid-lichid (cu topirea aluminiului), se formează Fe2Al5 din partea fierului (oțel) și FeAl3 din partea aluminiului.

La sudarea oțelurilor inoxidabile crom-nichel cu aliaje de aluminiu, stratul intermetalic are un caracter mai complex și Cr și Ni sunt implicați în formarea lui.

Compusul bimetalic are proprietăți mecanice satisfăcătoare numai până la formarea unui strat continuu al fazei intermetalice. Operabilitatea conexiunii este menținută sub un anumit efect temperatură-timp. Pragul superior de temperatură pentru produsele bimetalice din combinația considerată de materiale este de 500-520 °C.

Principalele modalități de a obține o conexiune funcțională a aliajelor de aluminiu cu oțelurile sunt următoarele:

limitând lungimea stratului de interstraturi intermetalice. Rezistența ridicată poate fi obținută cu o lățime a zonei de 10 µm;

aliarea aluminiului cu elemente care împiedică formarea unei faze intermediare, în primul rând siliciu, precum și utilizarea oțelului cu un conținut scăzut de carbon și mangan, ceea ce face posibilă creșterea temperaturii de formare a compușilor intermetalici cu 40-60 ° C peste temperatura de recristalizare a oțelului. Acest mod poate fi utilizat cu succes în sudarea în fază solidă.

Diferențele în proprietățile plastice și duritatea fac posibilă aplicarea cu succes a sudării prin presare cu pană la fabricarea tijelor bimetalice, adaptoarelor tubulare etc. pentru combinația considerată de materiale. Asigurați măsuri pentru a proteja oțelul de oxidare. Proprietățile mecanice ridicate ale conexiunii sunt obținute prin utilizarea acoperirilor de zinc pe suprafața panei.

Sudarea prin difuzie se efectuează la o temperatură de 425-495 ° C (timp până la 10 minute, presiunea de sudare 210-310 Pa). Suprafața țaglei de oțel este acoperită cu un strat de Ni și W. Acesta din urmă este capabil să formeze un eutectic cu aluminiu. În acest caz, temperatura de sudare trebuie să fie sub temperatura de formare eutectică.

sudare cu ultrasunete vă permite să obțineți îmbinări în poare, pete și cusături pe piese subțiri de prelucrat. Vibrațiile sunt furnizate din partea din aluminiu. Grosimea aluminiului este limitată la o valoare de ordinul 1,0-1,25 mm.

Sudarea prin frecare permite obținerea îmbinărilor de înaltă calitate, egale ca rezistență cu aliajul de aluminiu în stare recoaptă. În timpul procesului de sudare, temperatura din îmbinare atinge rapid maximul și apoi se stabilizează. La sudare otel austenitic 12X18H10T cu AD1, durata perioadei de latentă pentru o temperatură de 660 ° C, care este apropiată de cea dezvoltată la articulație, este de 100-120 s. Timp de sudare ~ 10 s. Prin urmare, faza intermetalică nu are timp să se formeze în cantități semnificative. Pe de altă parte, sedimentul care curge continuu (în principal din cauza aluminiului) contribuie la obținerea unei cusături curate din compușii intermetalici (sediment total ~ 14 mm).

În prezența magneziului într-un aliaj de aluminiu, durata perioadei de latentă este redusă brusc. Prin urmare, aliajele care conțin aluminiu și magneziu sunt sudate în moduri care asigură că temperatura la îmbinare nu este mai mare de 500 ° C.

Sudarea prin explozie astfel de materiale necesită utilizarea unui strat de barieră, care este aplicat pe țagla de oțel. În acest fel se obțin foi și benzi laminate.

A fost utilizat pe scară largă sudura la rulare, care vă permite să reglați temperatura de încălzire a zonei de conectare. În acest fel, în scara industriala sudat 12X18H10T + AMg6; armco-iron + AMg5 și alte combinații.

La sudarea și lipirea prin fuziune procesele de nucleare şi creştere a stratului intermetalic sunt mult mai intense. La formarea unei îmbinări, este esențial să umeziți oțelul solid cu aluminiu. Pentru a îmbunătăți umezirea și, prin urmare, a reduce timpul de contact al topiturii cu oțel, se recurge la alierea cusăturii și aplicarea de acoperiri pe suprafața țaglei de oțel (zinc, zinc-nichel - ca fiind cele mai avansate și mai ieftine din punct de vedere tehnologic). După umezire are loc procesul de dizolvare a fierului în aluminiu lichid. S-a stabilit că faza Fe2Al5 formată în timpul dizolvării poate trece în topitură sub formă de cristale și se poate dizolva. Mai mult, rata de creștere a stratului intermediar este mai mare decât viteza de dizolvare, ceea ce face imposibilă obținerea unui compus fără straturi intermetalice intermetalice. Reducerea efectului negativ al acestui factor se poate realiza prin creșterea volumului topiturii de aluminiu (tăierea prealabilă a muchiei), optimizarea regimului pentru a limita temperatura topiturii, alierea bazinului prin materialul de umplutură cu elemente care afectează rata de creștere și compoziția stratului intermetalic. Introducerea Si (4-5%), Zn (6,5-7%), Ni (3-3,5%) în sudare face posibilă reducerea grosimii stratului intermetalic și obținerea îmbinărilor cu o rezistență de 300-320 MPa.

Ținând cont de caracteristicile remarcate, două variante ale tehnologiei de îmbinare prin topirea aluminiului cu oțel și-au găsit aplicație în practică: 1) lipire cu acoperire preliminară pe marginea de oțel folosind dispozitive cu arc de argon cu electrod neconsumabil și 2) automată. sudare cu arc cu un electrod consumabil de-a lungul stratului de flux AN-A1. Acoperirile (zinc, aluminiu) au o grosime de 30-40 microni și se aplică prin galvanizare sau aluminizare. La sudare, este necesar să se efectueze un arc de-a lungul marginii tablei de aluminiu la o distanță de 1-2 microni de linia de îmbinare și să se respecte o anumită viteză (la viteze mici, se observă supraîncălzirea și arderea acoperirilor, la mare viteză). viteze – non-fuziune).

În sudarea cu arc scufundat, rolul fluxului se reduce la îmbunătățirea umectabilității și la inhibarea formării de compuși intermetalici. Este necesar să se prevină impactul direct al arcului asupra marginii oțelului, iar tăierea marginii pe oțel trebuie făcută cât mai aproape de conturul profilului băii. Grosimile de 15-30 mm se sudează astfel.