Алюминий и алюминиевые сплавы. Свойства и применение

Алюминий черновой получают путем электролиза криометоглиноземных расплавов. Более чистый алюминий получают путем электролитической очистки. Самый чистый алюминий получают зонной плавкой.

Свойства:

- 3 группа, ГЦК

- легкий

- Т пл= 660 С

-электропроводен

- прочнее меди

Химические свойства:

На воздухе окисляется и покрывается пленкой Al2O3., пленка делает невозможным применение обычных флюсов и припоев.

Контакт Al и Cu подвержен электрохимической коррозии, т.к они имеют разный электрохимический потенциал.

Алюминий растворяется в щелочах.

Проволока 3х типов:

Твердая,мягкая,полутверд.

Подвергается мех обработке

Хорошие мет. свойства.

У алюминия адгезия к SiO2 в 3 раза выше чем у золота., больше адгезия если алюминий наносят на слой хрома.

Технические алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые хорошо поддаются обработке всеми методами пластической деформации. Литейные имеют крайне низкую способность к пластической деформации. Изделия из литейных сплавов обычно - изготавливают методами литья.

Деформируемые сплавы, в свою очередь, подразделяются на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.

Исходя из характера изменения свойств от состава сплавов достаточной пластичностью обладают, а следовательно, и легко поддаются обработке давлением (прокатка; ковка; волочение, штамповка и т.п.) сплавы, имеющие структуру однородного твердого раствора. Отсюда также следует, что сплавы с содержанием легирующего компонента до предела насыщения при комнатной температуре можно подвергать обработке давлением без нагрева (так называемая холодная обработка), в то время как сплавы двухфазной области до максимальной растворимости легирующего компонента необходимо обрабатывать лишь при такой температуре, при которой будет достигаться полное растворение β-фазы с образованием однофазной структуры твердого раствора. С появлением в структуре сплавов эвтектики резко уменьшается их пластичность, к их обработка методами пластической деформации сильно затрудняется и даже становится невозможной. В то же время с увеличением содержания эвтектики улучшаются литейные свойства сплавов: сужается интервал кристаллизации, повышаются жидкотекучесть и плотность получаемых отливок.

Таким образом, "границей между деформируемыми и литейными сплавами можно считать точку максимальной растворимости легирующего компонента в основном компоненте.

Способностью упрочняться при термообработке обладают только те деформируемые сплавы, в которых растворимость легирующего компонента в основном компоненте уменьшается с понижением температуры, т.е. деформируемые сплавы двухфазной области α+β. Теоретических способность упрочняться должна проявляться у сплавов, расположенных за пределом насыщения основного компонента легирующим компонентом при комнатной температуре. Однако эффект упрочнения таких сплавов невелик из-за малого количества фазы упрочнителя. Практически значительное упрочнение при термообработке наблюдается для сплавов этой области с содержанием легирующего компонента намного выше его предела растворимости при комнатной - температуре.

К деформируемым алюминиевым сплавам, не упрочняемым термообработкой, относятся алюминиевомарганцевые и алюминиевомагниевые сплавы. Термообработка не может придать этим сплавам заметного упрочнения вследствие недостаточного количества фазы - упрочнителя.

К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термообработкой, относятся двойные сплавы систем алюминий - медь и алюминии - силицид магния и тройные сплавы систем алюминий - магний кремний и алюминий - медь - магний.

Алюминий является самым легким из технических металлов, однако сильно уступает другим конструкционным металлам по механической прочности. Высокие прочностные свойства у ряда алюминиевых сплавов наблюдаются только после закалки и последующего их вылеживании при комнатной температуре или выдержке при повышенных температурах. Это явление впервые обнаруженное для сплавов алюминий - медь получило название дисперсионного упрочнения или дисперсионного твердения. Если дисперсионное упрочнение сплавов наблюдается при повышенных температурах (до 200 °С), то его называют искусственным старением, если при комнатной температуре - естественным старением. В результате предварительной закалки фиксируется состояние твердого раствора, который является пересыщенным по отношения к упрочняющим фазам. Распад пересыщенного твердого раствора происходит в несколько стадий. На начальной стадии естественного старения возникают обогащенные растворенным компонентом участки, называемые зонами Гинье-Престона. Распределение атомов в таких зонах статистически беспорядочно, как и в исходном твердом растворе.

Следующей стадией распада пересыщенного твердого раствора является перераспределение атомов в зонах Гинье-Престона, в результате которого расположение атомов в зоне уже не соответствует структуре основного твердого раствора и соответствует структуре новой фазы.

Завершающей стадией распада является образование зародышей, новой фазы из зон Гинье-Престона или предзародышей.

При искусственном старение процесс распада пересыщенного твердого раствора также протекает в три стадии, повышение температуры лишь ускоряет выделение упрочняющей фазы.

В дюралюминии (сплавы системы алюминий - медь - магний) максимальное упрочнение достигается при естественном старении. Обычно дюралюминии содержат 3,8 - 4,9 % меди и 1,2 - 1,8 % магния; при меньшем содержании этих компонентов эффект упрочнения невелик из-за малого количества фаз-упрочнителей. В дюралюминах, кроме того, неизбежно присутствуют примеси железа (до 0,7 %) и кремния (до 0,5 %), присутствующие в техническом алюминии. Эти примеси, особенно железо, снижают способность дюралюминов к упрочнению термообработкой, так как связывают медь в сложные соединения, исключая ее участие в процессах старения. Поэтому в дюралюмины специально вводят добавку марганца (до 0,8 %), который образует с железом и кремнием нерастворимые в основном твердом растворе соединение AlF2SiMn, в результате чего их вредное влияние устраняется. Кроме того, хотя марганец и не участвует в процессах старения, его введение в сплав само по себе вызывает некоторое дополнительное упрочнение, так как растворяясь в α-твердом растворе, он повышает его прочность.

Закалка дюралюминов производится с температуры 490-500 °С в холодной воде. Непосредственно после закалки дюралюмины обладают высокой - пластичностью, их упрочнение незначительно: продел прочности закаленного дюралюмина (26- 28 кг/мм2) лишь несколько выше, чем отожженного (22 -24 кг/мм2). Старение дюралюминов эффективно протекает уже при комнатной температуре; прочность (до 48 кг/мм2) достигается через 5-7 суток и в дальнейшем остается постоянной.

Старение дюралюминов протекает в соответствии с рассмотренной схемой. Сначала в структуре образуются зоны, обогащенные медью и магнием, из которых затем при повышенных температурах формируются промежуточная S'-фаза, переходящая в стабильную S-фазу. Естественное старение дюралюминов заканчивается на стадии образования зон Гинье-Престона.

Структура дюралюминов после естественного старения не отличается от структуры сплава после закалки. После искусственного старения по границам и даже внутри зерен твердого раствора наблюдаются серые выделения θ-фазы (под микроскопом - серые) и выделения S-фазы (темные).