4. Техника безопасности

4.1. Подключение трансформатора и микроскопа к сети производится студентами только с разрешения преподавателя или лаборанта.

4.2. В случае обнаружения каких-либо неисправностей в розетке, вилке, подводящих проводах необходимо обратиться к лаборанту.

5. Отчет по работе

Письменный отчет о работе должен включать:

5.1. Наименование и цель работы.

5.2. Схемы изучаемых микроструктур сплавов на основе алюминия, меди, титана.

5.3. Основные графики и схемы, приведенные в методических указаниях.

5.4. Основные свойства изучаемых сплавов.

5.5. Анализ зависимости между структурой и свойствами изучаемых сплавов.

5.6. Вывод.

Работу выполнил:

ст.-т___________гр._____________

Работу принял:

_____________________________

6. Цветные металлы и сплавы

Все металлы могут быть разделены на две большие группы:

Черные металлы, которые имеют темно-серый цвет, большую удельную плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость и во многих случаях обладают полиморфизмом. Наиболее типичным металлом этой группы является железо. К этой же группе относят кобальт, никель, марганец, а также тугоплавкие металлы, урановые металлы, редкоземельные и щелочноземельные металлы.

Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную; желтую; белую. Они обладают большой пластичностью, малой твердостью, относительно низкой температурой плавления; для них характерно отсутствие полиморфизма.

Цветные металлы подразделяются на следующие группы:

1. Легкие металлы - бериллий, магний, алюминий, обладающие малой удельной плотностью.

2. Легкоплавкие металлы - цинк, олово, свинец, кадмий, висмут и др.

3. Благородные металлы - серебро, золото, металлы платиновой группы. К ним же относится полублагородная медь. Обладают высокой устойчивостью против коррозии.

В данной лабораторной работе рассматриваются важнейшие технические материалы на базе цветных металлов. Такими материалами являются алюминиевые, медные и титановые сплавы.

7. Алюминий и его сплавы

Алюминий - легкий металл с удельной плотностью 2,7 Мг/м³. Кристаллическая решетка ГЦК. Температура плавления 657 ⁰С. Алюминий хорошо проводит тепло и электричество. Химически активен, но образующаяся плотная пленка Al₂O₃ предохраняет его от коррозии. Механические свойства отожженного алюминия технической чистоты (АДМ): уb = 80 МПа; уТ = 30 МПа; д = 35 %. Технический алюминий (АД и АД1) не применяется как конструкционный материал из-за низкой прочности. Однако высокая пластичность, коррозионная стойкость и электропроводность позволяют использовать его для получения деталей глубокой штамповкой и тончайших фольг, в качестве проводникового материала, а также в быту для транспортировки и хранения продуктов питания.

Частый алюминий имеет низкие механические свойства, плохую обрабатываемость резанием, неудовлетворительные литейные качества (большую усадку затвердевания – до 6 %). В связи с этим большое применение находят сплавы на основе алюминия, в которых добавление различных элементов позволяет при сохранении достоинств алюминия получить другие более высокие свойства.

Технические алюминиевые сплавы подразделяют на две группы: применяемые в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом) и в литом. Границу между сплавами этих двух групп определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре (рис.10.1).

Изменение технологических свойств в сопоставлении с диаграммой состояния

показывает, что сплавы с содержанием легирующего компонента меньше предела растворимости обладают наибольшей пластичностью и наименьшей прочностью при высокой температуре, следовательно, хорошо подвергаются горячей обработке давлением.

Наилучшую жидкотекучесть, меньшую пластичность и большую прочность имеют сплавы, содержащие эвтектику. Такие сплавы используются как литейные. Содержание эвтектики в литейных сплавах не должно превышать 15-20 % по объему из – за ухудшения механических и некоторых технологических свойств.

Деформируемые сплавы подразделяют на упрочняемые и не упрочняемые

термической обработкой. Границей между этими сплавами является предел насыщения твердого раствора при комнатной температуре.

1- деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой;

2 - деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Рисунок 10.1 – Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния и технологическим свойствам

К деформируемым, неупрочняемым термической обработкой сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг). Эти сплавы обладают высокой пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью. Они не упрочняются термической обработкой. Упрочнение таких сплавов достигается за счет образования твердых растворов Мп и Мg в Al. Поставляются в виде листового проката, а также прессованного материала.

К деформируемым, упрочняемым термической обработкой относятся сплавы

нормальной прочности, высокопрочные и другие. Типичные представители сплавов - дуралюмины (маркируют буквой Д). Они характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности и относятся к сплавам системы Аl – Си – Мg, в которые дополнительно вводят марганец, повышающий коррозионную стойкость и улучшающий механические свойства. Перечисленные компоненты образуют ряд растворимых соединений, вызывающих старение, таких как СиАl₂, Mg₂Si, и др.

Структура дуралюмина в отожженном состоянии состоит из твердого раствора и вторичных включений указанных интерметаллических соединений.

Термическая обработка этих сплавов заключается в закалке с 500 ⁰С в воде с

последующим естественным (в течение 5 – 7 дней) или искусственным старением, которым предшествует 2 – 3 часовой инкубационный период. В течение этого времени сплав сохраняет высокую пластичность.

Так как коррозионная стойкость дуралюмина невысокая, то для защиты от коррозии его покрывают (плакируют) чистым алюминием.

Дуралюмины находят широкое применение в авиастроении, автомобилестроении, вагоностроении, строительстве. Прочность таких сплавов может достигать 500 – 600 Мпа при относительном удлинении 8 – 12 %.

В настоящей работе более подробно изучаются литейные алюминиевые сплавы – силумины (ГОСТ 2685 – 75). Под группой алюминиевых сплавов, называемых силуминами, подразумевают сплавы с большим содержанием кремния. Эти сплавы обладают высокой жидкотекучестъю, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами (особенно после модифицирования). Причем оптимальными литейными свойствами обладают сплавы с минимальной температурой плавления и минимальным температурным интервалом кристаллизации, содержащие 12 – 13 % Si (рис. 10.2).

Рисунок 10.2 – Диаграмма состояния Al – Si

Обычный силумин по структуре является заэвтектическим сплавом. Структура

такого сплава состоит из игольчатой грубой эвтектики (б+Si) и первичных кристаллов кремния (рис. 10.3а). Кремний при кристаллизации эвтектики выделяется в виде грубых хрупких кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних надрезов. Такой сплав обладает низкими механическими свойствами.

Для повышения механических свойств силумины модифицируют натрием (0,05 – 0,08 %) путем присадки к расплаву смеси солей 67 % NaF и 33 % NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линии диаграммы состояния (рис.2) и заэвтектический сплав (12 – 13 % Si) становится доэвтектическим, так как эвтектика теперь образуется при 14 %Si. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы пластичного б – раствора кремния в алюминии (рис. 3). Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов кремния и б – твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия (NaSi ), которая затрудняет их рост.

Изменения в структуре приводят к повышению механических свойств. Одновременно улучшаются и литейные свойства сплавов (возрастает жидкотекучесть, повышается плотность отливок и т.д.).

Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами АЛ: А – означает, что сплав алюминиевый, Л – литейный; цифра после буквенного обозначения – порядковый номер в ГОСТе. Например, в сплаве АЛ – 2 кроме алюминия содержится 10 – 13 %Si; 0,8 – 1,5 Fe и 2,2 – 2,8 % других элементов. Существует и другая система маркировки литейных алюминиевых сплавов (ГОСТ 1583 – 73 Е), подобная маркировке легированных сталей, в которой указывается буквами легирующий элемент (К – кремний, М – медь, Н – никель, Ц – цинк), а цифрами – их содержание. Например, АК21М2,5Н2,5 алюминиевый сплав, содержащий 20 – 22 %Si; 2,2 – 3,0 % Cu; 2,2 – 3,8 % Ni.

А - до модифицирования (заэвтектический сплав);

б - после модифицирования (доэвтектический сплав)

Рисунок 10.3 – Микроструктура силумина

Силумины широко применяются во всех областях машиностроения. Их используют для изготовления картеров и блоков двигателей, корпусов компрессоров, деталей авиационных двигателей, корпусов приборов и др.