Clasificación de aleaciones de aluminio. Análisis de los resultados obtenidos Diagrama de estado aluminio magnesio

07.01.2024 -

Todas las composiciones industriales de aleaciones de aluminio y magnesio en términos de contenido de magnesio se encuentran en la región del diagrama de estado del sistema Al-Mg, correspondiente a la solución sólida α. La concentración de la solución sólida aumenta al aumentar la temperatura, lo que permite en principio reforzar significativamente las aleaciones de Al-Mg aplicándoles un tratamiento térmico (endurecimiento).
En estado fundido, las aleaciones de aluminio que contienen más del 9% de Mg tienen una estructura α+β; La fase β, que es un compuesto intermetálico frágil, contiene aproximadamente entre un 35 y un 38 % de Mg.
Según el diagrama de fases de equilibrio en aleaciones con 10% de Mg, la fase β se libera de la solución sólida debido a una disminución en la solubilidad del magnesio en aluminio al disminuir la temperatura (Fig. 22). En condiciones reales de solidificación, debido a intensos procesos de microlicuación y a una velocidad insuficiente de los procesos de difusión, la fase β se libera de las aguas madre a 450°C en forma de eutéctico degenerado. Esto se demostró mediante experimentos (la aleación endurecida se enfrió a diferentes temperaturas). La cantidad de fase β formada como resultado de la precipitación de α de la solución sólida depende del contenido de magnesio en la aleación. Según los datos disponibles, cuando se vierte en un molde de arena, hasta un 7% queda retenido en solución sólida.

El mecanismo de liberación de la fase β dependiendo de la duración del envejecimiento no se comprende bien. Se permite la siguiente secuencia del proceso de envejecimiento: “zonas” enriquecidas con magnesio, desequilibrio β" - equilibrio β.
La existencia de zonas se confirma únicamente midiendo la resistencia eléctrica de las aleaciones. La estructura de las fases β" y β, que precipitan en forma de pequeñas placas, es muy compleja. Estas fases se estudiaron mediante análisis de difracción de rayos X.
En este trabajo se estudió la influencia del tiempo de homogeneización H del medio de enfriamiento en el proceso de envejecimiento. Cuanto mayor sea el tiempo de homogeneización, más uniformemente se distribuirá el magnesio en la sección transversal del grano. Cuando se homogeneiza durante 16 horas, el envejecimiento posterior conduce a la formación de precipitados sólo en las zonas enriquecidas en magnesio, es decir, cerca de los límites de los granos, y la estructura dendrítica de la aleación se revela claramente. Con un aumento gradual del tiempo de homogeneización, se nivela la distribución de la precipitación sobre la sección transversal de los granos después del envejecimiento. Sin embargo, incluso después de 160 horas de calentamiento, con una distribución uniforme de las secreciones, se detectan áreas individuales con contorno de dendritas. En este último caso, a diferencia del cuadro observado después de una homogeneización de 16 horas, las zonas cercanas a los límites de los granos están agotadas en precipitaciones. En todos los casos, la secreción se produce en forma de agujas.

Además del tiempo de homogeneización, las condiciones de enfriamiento influyen en la formación de precipitados. Cuando se enfría en agua fría, la fase β se libera a lo largo de los límites de los granos de forma continua durante el envejecimiento posterior. El enfriamiento en agua hirviendo o aceite caliente produce, después del envejecimiento, la precipitación de la fase β a lo largo de los límites de los granos en forma de inclusiones aisladas.
Al discutir y analizar los resultados, se reconoce que la segregación dendrítica residual y el agotamiento de las vacantes en zonas adyacentes a los límites de los granos tienen una influencia importante en las condiciones y la naturaleza de la precipitación en fase β. Las vacantes aceleran el proceso de separación de la fase β, ya que su formación va acompañada de un aumento de volumen.
A partir del diagrama metaestable de aleaciones del sistema Al-Mg (Fig. 23), se propone un diagrama de la secuencia de formación de la fase β durante el envejecimiento de aleaciones con 10% de Mg (Fig. 24). A lo largo de los límites de los granos, los procesos de separación y transformación secuencial avanzan una etapa más rápido, ya que aquí la posibilidad de formación de núcleos es mayor.

Las áreas libres de precipitados a lo largo de los límites de los granos son el punto débil de las piezas fundidas y, por lo tanto, la destrucción ocurre a lo largo de los límites de los granos, especialmente en la segunda etapa, durante el enfriamiento en agua fría, cuando la fase β forma cadenas continuas. Las propiedades de resistencia de las piezas fundidas se reducen. La resistencia a la corrosión se deteriora más fuertemente durante la transformación β"→β (Fig. 25). Se puede suponer que la resistencia a la corrosión de las aleaciones depende de la naturaleza de la precipitación de la fase β, que es claramente visible en la Fig. 25. Esto es consistente con el hecho de que las aleaciones endurecidas en agua fría tienen una resistencia a la corrosión reducida.
En mesa 12-14 muestran las composiciones y propiedades de las aleaciones industriales del sistema Al-Mg.
Las aleaciones del sistema aluminio-magnesio que contienen hasta un 6% de Mg no se refuerzan mediante tratamiento térmico. El endurecimiento por solución mejora significativamente las propiedades mecánicas de las aleaciones que contienen más del 9% de Mg.

Entre las aleaciones dobles de aluminio y magnesio, las aleaciones con 10-12% de Mg tienen la mayor resistencia y una alta ductilidad en estado endurecido. Con un aumento adicional del contenido de magnesio, las propiedades mecánicas de las aleaciones disminuyen, ya que no es posible convertir el exceso de fase β, que provoca la fragilidad de la aleación, en una solución sólida durante el tratamiento térmico. Por tanto, todas las aleaciones industriales del sistema Al-Mg pertenecen al tipo de soluciones sólidas con un contenido de magnesio no superior al 13%.
Además de magnesio, la aleación AL13 contiene silicio y manganeso. Los aditivos de silicio ayudan a mejorar las propiedades de fundición de la aleación debido a un aumento en la cantidad de doble eutéctico α+Mg2Si. Las propiedades mecánicas de la aleación AL13 con la introducción de un 1% de Si cambian ligeramente: la resistencia aumenta ligeramente y la ductilidad disminuye ligeramente.
Se agrega manganeso a la aleación AL13 principalmente para reducir los efectos nocivos del hierro, que precipita durante la cristalización en forma de cristales en forma de aguja y de placa y reduce en gran medida la ductilidad de la aleación. Cuando se introduce manganeso en una aleación, se forma el compuesto MnAl6, en el que se disuelve el hierro. Esta conexión tiene una forma esquelética compacta o incluso equiaxial.
Las impurezas de hierro, cobre, zinc y níquel afectan negativamente la resistencia a la corrosión de la aleación AL13. Con un contenido de silicio superior al 0,8%, la resistencia a la corrosión de la aleación también disminuye y con la adición de manganeso aumenta.
La aleación de grado AL13 no se refuerza mediante tratamiento térmico y tiene bajas propiedades mecánicas. Su ventaja es su relativamente alta resistencia a la corrosión en comparación, por ejemplo, con las siluminas, su buena soldabilidad y (debido a la presencia del compuesto Mg2Si en la estructura) su mayor resistencia al calor.
La aleación de grado AL13 se utiliza para producir piezas que soportan cargas medias y funcionan en condiciones de agua de mar y líquidos ligeramente alcalinos. La aleación se utiliza para la fabricación de piezas para la construcción naval, así como para piezas que funcionan a temperaturas elevadas (hasta 180-200° C).
Las aleaciones (AL8, AL8M, AL27-1) con un alto contenido de magnesio (9-11%) en estado endurecido tienen propiedades mecánicas muy altas. Sin embargo, las propiedades mecánicas de las aleaciones en muestras cortadas directamente de piezas fundidas son muy desiguales; La razón principal de las propiedades desiguales es la heterogeneidad de la pieza fundida, que se manifiesta en forma de holgura por contracción y porosidad, así como inclusiones de óxido en partes masivas de la pieza fundida.
Una desventaja muy importante de estas aleaciones es su mayor sensibilidad al envejecimiento natural. Se ha comprobado que un contenido de más del 10% de Mg en las aleaciones de aluminio y magnesio provoca la fragilización de las piezas fundidas endurecidas tras un almacenamiento prolongado y durante el funcionamiento.
En mesa La Figura 15 muestra el cambio en las propiedades mecánicas de aleaciones con diferentes contenidos de magnesio durante el envejecimiento natural a largo plazo. Los datos presentados indican que a medida que aumenta el contenido de magnesio, aumenta la tendencia al envejecimiento natural. Esto conduce a un aumento del límite elástico, de la resistencia máxima y a una fuerte disminución de la ductilidad.
Al analizar muestras de aleaciones envejecidas durante once años para detectar corrosión intergranular, se encontró que las aleaciones que contienen menos de 8,8% de Mg no son sensibles a este tipo de corrosión, y con un mayor contenido de magnesio, todas las aleaciones estudiadas adquieren un mayor grado de corrosión. bajo la influencia del envejecimiento natural, propenso a la corrosión intergranular.
La profundidad media de las lesiones focales de corrosión en la superficie de las muestras analizadas según el método estándar mediante inmersión durante un día en una solución de NaCl al 3% con la adición de HCl al 1% fue de: 0,11 mm - con un contenido de 8,8% de Mg en el aleación, 0,22 mm - con 11,5% Mg y 0,26 mm - con 13,5% Mg.
Las aleaciones de aluminio y magnesio AL27 y AL27-1 tienen el mismo contenido de componentes principales de la aleación (magnesio, berilio, titanio, circonio); el contenido de impurezas de hierro y silicio en la aleación AL27-1 no debe exceder el 0,05% cada uno.

En mesa 16 muestra las propiedades mecánicas de una aleación de aluminio y magnesio que contiene impurezas de hierro, silicio y magnesio.
Los datos anteriores muestran en primer lugar que una aleación que contiene menos del 9% de magnesio (0,1% de hierro y silicio cada uno) tiene propiedades mecánicas relativamente bajas (σв = 28,5 kgf/mm2; δ5 = 12,5%). De las aleaciones estudiadas, la aleación que contiene 10,5% de Mg (σв = 38 kgf/mm2; δ5 = 26,5%) tiene las propiedades mecánicas más altas. Con un contenido de magnesio del 12,2%, la resistencia a la tracción también es alta (38,3 kgf/mm2), pero el alargamiento es ligeramente menor (21%).
Cuando el contenido de hierro en la aleación AL8 aumenta hasta el 0,38% con el mismo contenido de silicio (0,07%), no se observa ningún cambio en la resistencia a la tracción y el alargamiento disminuye ligeramente. Con un aumento del silicio en esta aleación al 0,22%, tanto la resistencia a la tracción (hasta 33,7 kgf/mm2) como el alargamiento (17,5%) disminuyen significativamente. Aumentar el contenido de silicio al 0,34%), incluso con un contenido bajo de hierro (0,10%), reduce significativamente las propiedades mecánicas: la resistencia a la tracción disminuye a 29,5 kgf/mm2 y el alargamiento al 13%. Si además aumentamos el contenido de hierro en esta aleación al 0,37%, las propiedades mecánicas disminuirán aún más, pero en menor medida que al aumentar el contenido de silicio: la resistencia a la tracción será de 27,6 kgf/mm2 y el alargamiento será de 27,6 kgf/mm2. ser del 10,5%.
La razón del efecto adverso de incluso pequeñas cantidades de silicio puede considerarse obviamente como la formación del compuesto Mg2Si debido a la alta afinidad del silicio por el magnesio. Cuanto más silicio haya en la aleación, más presente estará este compuesto. El compuesto Mg2Si cristaliza en forma de la llamada "fuente china" y, situada a lo largo de los límites de los granos, interrumpe la unión de los granos de la solución sólida y, además, une una cierta cantidad de magnesio.

En la Fig. 26, a, b se muestran para comparar la microestructura de aleaciones de aluminio con 10% de Mg en estado fundido, preparadas a partir de materiales de diferentes purezas. La estructura de la aleación, fabricada a partir de materiales de alta pureza, consta de granos de una solución sólida de magnesio en aluminio, a lo largo de cuyos límites se encuentra la fase Al3Mg2. En la estructura de la aleación preparada sobre materiales de baja pureza, además de la fase Al3Mg3, se puede ver el compuesto Mg3Si en forma de "fuente china" y el compuesto FeAl3 en forma de dos tipos de placas: plana y en forma de estrella (aparentemente son secciones diferentes de la misma forma). El compuesto Mg2Si se encuentra a lo largo de los límites de los granos y las placas de FeAl3 se encuentran dentro de los granos o cruzan sus límites. En algunos casos, las placas de FeAl3 se cruzan con cristales de Mg2Si, lo que indica su cristalización primaria a partir de la masa fundida. Después del tratamiento térmico, la fase Mg2Si pasa a una solución sólida y la microestructura de la aleación preparada a partir de materiales de alta pureza representa granos de una solución sólida (Fig. 26c).
Una fuerte limitación de las impurezas nocivas de hierro y silicio, así como la introducción de aditivos de berilio, titanio y circonio en las aleaciones de aluminio y magnesio (AL27 y AL27-1) contribuyen a un aumento significativo de la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas de estas aleaciones. en comparación con la aleación de CO AL8.
El efecto de la aleación adicional de aleaciones de Al-Mg de alta pureza con aditivos de varios elementos se puede rastrear en el ejemplo de la aleación AL8M. Una de las desventajas de las aleaciones de Al-Mg (AL8, AL27) con un alto contenido de magnesio (hasta un 11,5%) es su tendencia al envejecimiento natural, una disminución de las propiedades plásticas y la posibilidad de grietas en las piezas fundidas. Sin embargo, se puede suponer que se pueden encontrar formas de estabilizar las propiedades de la aleación AL8. Uno de ellos es reducir el grado de sobresaturación de magnesio de la solución sólida α, es decir, reducir el contenido de magnesio en la aleación. Al mismo tiempo, la velocidad del proceso de envejecimiento disminuirá drásticamente. Sin embargo, cabe señalar que a medida que disminuye el contenido de magnesio en la aleación, las propiedades mecánicas de la aleación se deterioran. Para mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones en este caso, es necesario aplicar aleaciones y modificaciones.

En mesa La Figura 17 presenta los resultados de la influencia del molibdeno y el tratamiento con sal de fluorocirconato de potasio sobre las propiedades y tamaño de grano de la aleación Al-Mg (10,5% Mg) según el trabajo.
Si la masa fundida se trata con fluorocirconato de potasio, la introducción de molibdeno en décimas de porcentaje contribuye a un refinamiento muy fuerte del grano cristalino de la aleación; el mayor efecto de molienda se obtiene introduciendo un 0,1% de Mo en la aleación AL8.
Un mayor refinamiento del grano con la adición combinada de circonio y molibdeno que con la adición de cada uno de estos elementos por separado se explica aparentemente por el hecho de que la solubilidad de cada aditivo en presencia del otro disminuye. Esto debería conducir a la formación de un número significativamente mayor de partículas intermetálicas, es decir, centros de nucleación. La cristalización de muchos centros proporciona una estructura de grano más fina.
En total concordancia con el efecto del refinamiento del grano se produce un cambio en las propiedades mecánicas. Los resultados de las pruebas mecánicas presentados muestran que el tratamiento de la masa fundida con fluorocirconato de potasio y la introducción de 0,1% de Mo permite aumentar las propiedades de resistencia de la aleación de 29,9 a 43-44 kgf/mm2, el límite elástico de 18 a 22 kgf/mm2 y el alargamiento relativo del 14 al 23%. Cuando el contenido de molibdeno supera el 0,1%, las propiedades mecánicas se deterioran.
En mesa La Figura 18 muestra las propiedades comparativas de las aleaciones AL8, AL8M y AL27-1.

Como se señaló anteriormente, reducir el contenido de magnesio en las aleaciones de Al-Mg, así como la aleación con varios aditivos, puede reducir significativamente la tasa de descomposición de una solución sólida sobresaturada, así como cambiar la tasa de corrosión general y la susceptibilidad de las aleaciones a Corrosión intercristalina.
Para aclarar este efecto, el trabajo presenta los resultados de ensayos en cámara húmeda de aleaciones con diferentes contenidos de magnesio y aditivos de aleación (Tabla 19).
Los estudios también demostraron que el cambio en el aumento de peso relativo a lo largo del tiempo obedece a una ley parabólica. Esto sugiere que en la superficie de las muestras de todas las aleaciones se forma una película densa de óxido con buenas propiedades protectoras. El crecimiento más intenso de la película de óxido se produce durante los primeros 500 días. Posteriormente, la velocidad de oxidación se estabiliza. Cabe señalar que la película hecha de aleaciones modificadas aparentemente tiene mejores propiedades protectoras.

Un estudio de la microestructura mostró que el proceso de corrosión intercristalina en las aleaciones que lo contienen durante todo el período de las pruebas de corrosión no experimentó ningún desarrollo notable.
Las aleaciones que contienen 11,5% de Mg se comportan de manera diferente. La naturaleza del cambio en el aumento de peso relativo de muestras de aleaciones modificadas también obedece a la ley parabólica. Sin embargo, la velocidad de oxidación aumenta notablemente en comparación con la velocidad de oxidación de aleaciones que contienen 8,5% de Mg, y la película de óxido adquiere propiedades protectoras con un espesor notablemente mayor.
En la aleación original, la naturaleza del cambio en el aumento de peso relativo también obedece a la ley parabólica. Sin embargo, en el intervalo de tiempo de 300 a 500 días se observa un fuerte aumento en la tasa de crecimiento de la película de óxido. Este fenómeno, aparentemente, puede explicarse por el agrietamiento de la película de óxido durante este período de tiempo debido a la aparición de importantes tensiones internas en la misma.
Después de que los óxidos recién formados sanen las grietas en la película de óxido, la velocidad de oxidación disminuirá y permanecerá prácticamente sin cambios en el futuro.
Un estudio de la microestructura de aleaciones que contienen 11,5% de Mg mostró que en la aleación original, después de 300 días de pruebas de corrosión, los límites de los granos se espesan mucho debido a la precipitación de la fase β, y la aleación se vuelve propensa a la corrosión intercristalina. Obviamente, durante este período de tiempo comienza la formación de grietas por corrosión, ya que en el día 500 de la prueba, las grietas por corrosión penetran muy profundamente en el metal, capturando una gran cantidad de límites de grano.
A diferencia de una aleación no modificada, en las aleaciones modificadas el proceso de corrosión intercristalina se limita a la capa superficial del metal y no se desarrolla con fuerza incluso después de 1000 días de pruebas de corrosión. Cabe señalar que el proceso de corrosión intercristalina está menos desarrollado en la aleación modificada con circonio y molibdeno.
Los cambios en las propiedades mecánicas de las aleaciones están totalmente de acuerdo con los cambios estructurales.
Como muestran los datos de la tabla. 19, la resistencia a la tracción de las aleaciones modificadas aumenta constantemente, lo que se explica por el proceso natural de envejecimiento. En la aleación original ocurren dos procesos en paralelo: el envejecimiento natural, que fortalece la aleación, y el proceso de corrosión intercristalina, que la suaviza. Como resultado, la resistencia a la tracción de la aleación original incluso disminuye ligeramente después de 1000 días de pruebas de corrosión.
Aún más indicativo es el cambio en el alargamiento relativo de las aleaciones: para la aleación original, una fuerte caída en las propiedades plásticas comienza después de 100 días de pruebas de corrosión, mientras que para las aleaciones modificadas solo después de 500 días. Cabe señalar que la disminución de la ductilidad de las aleaciones modificadas después de 500 días de pruebas de corrosión puede explicarse más probablemente por el proceso de fragilización de la aleación como resultado del envejecimiento natural que por el proceso de corrosión intercristalina.

Las desventajas de las aleaciones de Al-Mg con un alto contenido de magnesio (AL8, AL8M, AL27-1, AL27) también incluyen la sensibilidad a la corrosión intergranular y la corrosión por tensión que aparece como resultado de un calentamiento prolongado a temperaturas superiores a 80 ° C (Tabla 20). . Por tanto, estas aleaciones se recomiendan para la fabricación de piezas de potencia que funcionan durante poco tiempo a temperaturas de -60 a +60 ° C, y en algunos casos pueden utilizarse con éxito en lugar de los escasos bronces y latón, aceros inoxidables y aluminio deformable. aleaciones al operar componentes y piezas con grandes aplicaciones (incluidos golpes y cargas alternas) en diversas condiciones (incluidas agua de mar y niebla).
Para reducir la tendencia a la formación de grietas en las piezas fundidas hechas de estas aleaciones durante el funcionamiento a largo plazo, es necesario limitar el contenido de magnesio en las aleaciones al 10% y enfriar las piezas en aceite calentado a 50-60 ° C.
Las aleaciones AL23 y AL23-1 en estado endurecido no son propensas a la corrosión intergranular. En el estado fundido de estas aleaciones, cuando se prueba la corrosión intergranular, se observa el desarrollo de corrosión a lo largo de los límites de los granos, lo que es causado por la presencia en la estructura fundida de esta aleación de un exceso de fase β a lo largo de los límites de los granos, liberado durante el proceso de cristalización.
Las propiedades típicas de las aleaciones AL23-1 y AL23 se dan en la tabla. 21.

Las aleaciones AL23-1 y AL23 se pueden soldar satisfactoriamente mediante soldadura por arco de argón. La resistencia de las uniones soldadas es del 80 al 90% de la resistencia del material base. Se obtuvieron buenos resultados al soldar piezas fundidas de aleación AL23-1 con piezas de aleación forjada AMg6.
Las aleaciones de los grados AL23-1 y AL23 se pueden utilizar tanto en estado fundido como endurecido. En estado fundido, las aleaciones AL23 y AL23-1 están destinadas a la fabricación de piezas que soportan cargas de choque estáticas medias y relativamente pequeñas. En estado endurecido, la aleación AL23-1 está destinada a la fabricación de piezas que funcionan bajo cargas estáticas y de choque medias. La aleación de grado AL29 está diseñada para funcionar en diversas condiciones climáticas. Las piezas fundidas de aleación AL29 se utilizan sin tratamiento térmico especial. La aleación AL29 en estado fundido tiene una resistencia a la corrosión satisfactoria. Para aumentar aún más la resistencia a la corrosión, las piezas fabricadas con aleación AL29 se anodizan en ácido crómico. La aleación AL29, destinada al moldeo por inyección, se diferencia en composición química de la aleación AL13 por su mayor contenido de magnesio, así como por un menor contenido de impurezas permitido. La aleación se utiliza en estado fundido. En términos de propiedades mecánicas y de fundición, la aleación AL29 es superior a la aleación AL13, y en todas las demás características es similar a ella y se utiliza para la fabricación de piezas que operan bajo cargas medias estáticas y de choque, así como en dispositivos que operan en zonas subtropicales. climas. Las piezas fabricadas con aleación AL29 pueden funcionar durante mucho tiempo a temperaturas de hasta 150° C.
Se ha desarrollado una aleación AL22 para moldeo por inyección, que ha encontrado alguna aplicación para la fabricación de piezas que funcionan en instalaciones y conjuntos a temperaturas elevadas durante varios minutos y, a veces, varias decenas de minutos. La aleación AL22 contiene una gran cantidad de magnesio (10,5-13%), lo que permite el uso de piezas fundidas en estado endurecido. Alear la aleación con pequeñas adiciones de titanio y berilio ayuda a mejorar sus propiedades de fundición y resistencia. La aleación AL22 es superior a la aleación AL13 tanto en propiedades tecnológicas como en características de resistencia y resistencia al calor. Para obtener la mayor resistencia de la aleación, debe contener un contenido de magnesio en el límite superior (hasta 13%) y silicio en el límite inferior; para piezas de fundición con configuraciones complejas, el contenido de magnesio debe estar en el límite inferior y el de silicio en el límite superior.
La desventaja de la aleación es la ductilidad reducida. La aleación AL22 se utiliza para fundir piezas con configuraciones complejas que operan bajo cargas estáticas medias (piezas de tipo agregado y de instrumentos) en condiciones corrosivas de la atmósfera y el agua de mar. La aleación se utiliza más ampliamente para el moldeo por inyección de piezas. En este caso, las piezas fundidas se utilizan en estado fundido. Las piezas fabricadas con aleación AL22 pueden funcionar durante mucho tiempo a temperaturas de hasta 200° C.
La nueva aleación de fundición AL28 se utiliza en estado fundido (sin tratamiento térmico) para la fabricación de accesorios para tuberías de agua dulce, sistemas de petróleo y combustible, así como para piezas de mecanismos y equipos de barcos cuya temperatura de funcionamiento no exceder los 100° C. A temperaturas más altas, se produce una intensa descomposición de la solución sólida y precipitación de la fase β a lo largo de los límites de los granos, lo que provoca la fragilización de la aleación.
En mesa 22 muestra las propiedades mecánicas de la aleación AL28 dependiendo del contenido de los principales elementos de aleación dentro de la composición de grado.
La introducción de 0,1-0,2% de Zr en la aleación AL28 aumenta las propiedades de resistencia en 2-3 kgf/mm2 y la densidad de las piezas fundidas debido a la formación de una aleación de hidruro de circonio que es estable a la temperatura de fusión. Cuando se utilizan materiales de partida de alta pureza como carga, se observa un aumento significativo en la resistencia y ductilidad de la aleación.

La aleación LL28 tiene una alta resistencia a la corrosión en agua dulce y de mar, así como en la atmósfera marina. La resistencia a la corrosión de la aleación en estas condiciones se acerca a la del aluminio puro.
En la Fig. La Figura 27 muestra los resultados de las pruebas de resistencia a la corrosión de la aleación AL28 en una solución de NaCl al 3% acidificada con 0,1% de H2O2. La duración de la prueba fue de 1000 horas y, a modo de comparación, se probaron las aleaciones AL8, AL13 y AL4 en las mismas condiciones.

En mesa La Figura 23 muestra los resultados de las pruebas de tracción de muestras de las aleaciones AL28, AL4 y AL13 antes y después de la exposición a una solución acuosa de 3% NaCl + 0,1% H2O2, que confirman que la resistencia a la corrosión de la aleación AL28 es superior a la de otras aleaciones de aluminio estudiadas.
Las propiedades mecánicas de la aleación AL28 permanecieron sin cambios después de la exposición a un ambiente corrosivo durante 10.000 horas, mientras que la aleación AL4 mostró cierto deterioro en las propiedades de resistencia y una disminución significativa (más del 50%) en el alargamiento.

La mayor resistencia a la corrosión de la aleación AL28 se explica por la presencia de un aditivo de manganeso, que tiene un efecto beneficioso sobre las propiedades de corrosión del aluminio puro y algunas aleaciones de aluminio. La aleación AL28 no muestra tendencia a la corrosión bajo tensión a temperaturas normales, así como cuando se calienta a 100 ° C y se mantiene durante un tiempo prolongado (hasta 1000 horas). Sin embargo, incluso una exposición relativamente breve a temperaturas superiores a 100° C reduce drásticamente el rendimiento de esta aleación en un ambiente corrosivo, lo que hace prácticamente imposible su uso a temperaturas elevadas.
Las pruebas de corrosión de piezas fundidas experimentales en condiciones naturales (en el Mar Negro) durante 2 o 3 años demostraron que la aleación AL28 no es propensa a la corrosión por picaduras. La aleación AL28 ha demostrado ser una de las aleaciones de aluminio más resistentes cuando se prueba en agua de mar que se mueve a una velocidad de 10 m/s. El funcionamiento de los cárteres de los compresores sellados de freón de los acondicionadores de aire de barcos durante varios años ha confirmado la viabilidad y fiabilidad de su fabricación a partir de la aleación AL28 como material resistente a la acción del freón-22.
Hay que decir que últimamente se ha concedido gran importancia a la corrosión bajo tensión, ya que en la ingeniería mecánica moderna, y especialmente en la construcción naval, se exigen cada vez más la resistencia y el rendimiento de los materiales en condiciones de temperaturas tropicales, alta humedad y agua de mar. De interés es el trabajo que describe el estudio de la susceptibilidad de las aleaciones de aluminio fundido al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
La fuerza de tracción se creó utilizando un resorte helicoidal precalibrado. La carga se transfirió a una muestra con un diámetro de 5 mm. La forma de la muestra permitió colocarle baños con un ambiente corrosivo. Para evitar la corrosión por contacto, las empuñaduras de la instalación se retiran del baño. Como medio corrosivo se utilizó una solución acuosa de NaCl al 3% + H2O2 al 0,1%.
Para determinar el tiempo hasta la falla en función de la magnitud de la tensión, las muestras se colocaron en una instalación en la que se creó una fuerza correspondiente a 1,2-0,4 del límite elástico convencional. Los resultados obtenidos se muestran en la Fig. 28, 29, 30.

Por lo tanto, para todas las aleaciones estudiadas, la dependencia temporal de la "vida" de las muestras de la tensión en el aire (es decir, la resistencia a largo plazo a temperatura ambiente) en las coordenadas tensión - logaritmo del tiempo hasta la falla se expresa mediante una línea recta, lo cual es característico de la mayoría de los materiales metálicos: al aumentar la carga, el tiempo antes de la destrucción de las muestras disminuye. Sin embargo, la relación tensión-tiempo-fractura para magnaliums (AL28, AL8 y AL27-1) se expresa mediante una curva quebrada, que consta de dos ramas casi rectas. La rama izquierda de la curva muestra que la resistencia a la corrosión de estas aleaciones bajo tensión depende en gran medida del nivel de tensión; un aumento de la carga conduce a una fuerte reducción de la "vida" de la muestra. Con cargas más bajas, la dependencia del tiempo hasta la falla de la tensión desaparece, es decir, con estas tensiones, la "vida útil" de las muestras no depende del nivel de tensión: la rama derecha es una línea recta, casi paralela al eje del tiempo. . Para estas aleaciones parece haber un límite o "umbral" para la resistencia a la corrosión bajo tensión.
Cabe señalar que el límite de resistencia a la corrosión de la aleación AL28 bajo tensión es un valor significativo, aproximadamente igual al límite elástico condicional. Como es sabido, el nivel de tensiones estructurales normalmente no supera el límite elástico, es decir, se puede suponer que la corrosión por corrosión en las piezas fundidas de esta aleación está prácticamente excluida.
Para una aleación AL8, el límite de resistencia a la corrosión por tensión no supera los 8 kgf/mm2, que es aproximadamente 2 veces menor que el límite elástico de esta aleación e indica su baja resistencia a la corrosión por tensión.
El límite de resistencia a la corrosión bajo tensión de la aleación AL27-1 puede considerarse igual a su límite elástico condicional. La aleación AL27-1, al igual que la aleación AL8, contiene aproximadamente un 10% de Mg; sin embargo, su aleación adicional con pequeñas cantidades (0,05-0,15%) de berilio, titanio y circonio conduce a una disminución de su susceptibilidad a la corrosión.
El estudio de la susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo la influencia del calor se llevó a cabo con el fin de determinar las temperaturas a las que las aleaciones de aluminio y magnesio de los grados AL8, AL27-1 y AL28 pueden mantener la resistencia a la corrosión bajo tensión durante mucho tiempo. , así como establecer la admisibilidad del calentamiento a corto plazo de piezas de estas aleaciones durante el proceso de su fabricación (por ejemplo, durante la impregnación, aplicación de revestimientos protectores, etc.). Las muestras de estas aleaciones se sometieron a envejecimiento a 70, 100, 125 y 150 ° C de 1 a 1000 horas dependiendo de la temperatura de calentamiento y luego se probaron bajo tensiones iguales a 0,9-0,8 del nivel de tensión en el que no se produce agrietamiento por corrosión. definido para el estado inicial.
Mostrado en la Fig. 31 muestran que la resistencia a la corrosión por tensión de la aleación AL28 no disminuye cuando se calienta a 100 °C durante un largo período de tiempo, y se permite un calentamiento a corto plazo a 150 °C sin pérdida de rendimiento en un ambiente corrosivo.

Los resultados de las pruebas de resistencia a la corrosión bajo tensión de las aleaciones AL8 y AL27-1 sometidas a precalentamiento mostraron que el uso de piezas fabricadas con estas aleaciones a temperaturas elevadas en condiciones de corrosión es prácticamente inaceptable. Los resultados obtenidos al estudiar la susceptibilidad de las aleaciones de aluminio y magnesio AL8, AL27-1 al agrietamiento por corrosión tanto en el estado inicial como después del envejecimiento artificial nos permiten concluir que su comportamiento a la corrosión bajo tensión está determinado principalmente por la estabilidad del sólido. estructura de la solución.
Una comparación de la resistencia a la corrosión por tensión de las aleaciones AL8 y AL27-1 que contienen la misma cantidad de magnesio muestra que la aleación AL27-1, cuya estructura se estabiliza mediante una aleación adicional, tiene una mayor resistencia a la corrosión por tensión. La aleación AL28, que contiene entre un 4,8% y un 6,3% de estabilidad en solución sólida, cuya estabilidad es mayor que las aleaciones con un 10% de Mg, es más resistente al agrietamiento por corrosión.

Pregunta 1. Dibuje un diagrama de fases del sistema aluminio-cobre. Describir la interacción de los componentes en los estados líquido y sólido, indicar los componentes estructurales en todas las áreas del diagrama de fases y explicar la naturaleza del cambio en las propiedades de las aleaciones en un sistema determinado utilizando las reglas de Kurnakov.

La impureza más importante del duraluminio es el cobre.

El diagrama de fases de las aleaciones A1-Cu (Fig. 1.) se refiere a diagramas de fases del tipo III, cuando los componentes forman una solución sólida con

solubilidad limitada, que disminuye al disminuir la temperatura. En aleaciones que tienen un diagrama de fases de este tipo, un secundario

cristalización asociada con la descomposición parcial de una solución sólida. Estas aleaciones pueden someterse a un tratamiento térmico de los grupos III y IV, es decir, endurecimiento.

Diagrama de estado de aleaciones aluminio - cobre.

y envejecimiento Del diagrama de fases A1 - Cu se deduce que la mayor solubilidad del cobre en aluminio se observa a 548°, cuando es

5,7%; A medida que disminuye la temperatura, la solubilidad del cobre en aluminio disminuye y a temperatura ambiente es del 0,5%. Si las aleaciones con un contenido de cobre del 0,5 al 5,7% se templan con calentamiento por encima de las temperaturas de transformación de fase (por ejemplo, por encima del punto 5 en el diagrama de fases de las aleaciones A1 - Cu), entonces la aleación se transformará en un sólido homogéneo. solución a. Después del enfriamiento, la solución sólida se descompondrá en la aleación, acompañada de la liberación de un exceso de fase con un alto grado de dispersión. Una fase de este tipo en las aleaciones de Al-Cu es el compuesto químico duro y quebradizo CuAl 2.

La descomposición de una solución sólida sobresaturada puede ocurrir durante mucho tiempo cuando la aleación se mantiene a temperatura ambiente (envejecimiento natural) y más rápidamente a temperaturas elevadas (envejecimiento artificial). Como resultado del envejecimiento, la dureza y la resistencia de la aleación aumentan, mientras que la ductilidad y la tenacidad disminuyen.

Según la teoría del envejecimiento, desarrollada en su mayor parte utilizando las reglas de Kurnakov, el proceso de envejecimiento en las aleaciones se produce en varias etapas. El endurecimiento de las aleaciones observado como consecuencia del envejecimiento corresponde al período de precipitación del exceso de fases en un estado muy disperso. Los cambios que se producen en la estructura sólo pueden observarse mediante un microscopio electrónico. Normalmente, esta etapa del proceso ocurre en aleaciones endurecidas durante el envejecimiento natural. Al mismo tiempo, aumentan la dureza y resistencia de la aleación.

Cuando las aleaciones endurecidas se calientan a temperaturas relativamente bajas, diferentes para las distintas aleaciones (envejecimiento artificial), se produce una segunda etapa, que consiste en el agrandamiento de las partículas de las fases precipitadas. Este proceso se puede observar utilizando un microscopio óptico. La aparición de precipitados agrandados de fases de refuerzo en la microestructura coincide con un nuevo cambio en las propiedades: una disminución de la resistencia y dureza de la aleación y un aumento de su plasticidad y tenacidad. El envejecimiento se observa solo en aleaciones que tienen un diagrama de fases con solubilidad limitada, que disminuye al disminuir la temperatura. Dado que un gran número de aleaciones presentan este tipo de diagrama, el fenómeno de envejecimiento es muy común. El tratamiento térmico de muchas aleaciones no ferrosas (aluminio, cobre, etc.) se basa en el fenómeno del envejecimiento.

En las aleaciones A1-Cu analizadas anteriormente, este proceso se desarrolla de la siguiente manera. Durante el envejecimiento natural en una aleación endurecida, se forman zonas (discos) con un mayor contenido de cobre. El espesor de estas zonas, llamadas zonas de Guinier-Preston, es igual a dos o tres capas atómicas. Cuando se calientan a 100° o más, estas zonas se transforman en la llamada fase ɨ, que es una modificación alotrópica inestable del compuesto químico CuA1 2. A temperaturas superiores a 250°, la fase de 9" se transforma en la fase ä (CuA1 2). Además, se produce la precipitación de la fase ä (CuA1 2). La aleación tiene la mayor dureza y resistencia en la primera etapa de envejecimiento.

En el duraluminio de grado D1, la fase ɨ también se libera durante la descomposición de la solución sólida, y en el duraluminio de grado D16 hay varias de estas fases.

La tecnología de tratamiento térmico de piezas de duraluminio consiste en endurecimiento, realizado para obtener una solución sólida sobresaturada, y envejecimiento natural o artificial. Para endurecer, las piezas se calientan a 495° y se enfrían en agua fría.

Las piezas endurecidas sufren un envejecimiento natural manteniéndolas a temperatura ambiente. Después de 4-7 días de envejecimiento, las piezas adquieren la mayor resistencia y dureza. Por tanto, la resistencia a la tracción del duraluminio de grado D1 en estado recocido es 25 kilogramos/mm 2 , y su dureza es igual norte EN = 45; Después del endurecimiento y envejecimiento natural, la resistencia a la tracción es de 40 kilogramos/mm 2 , y la dureza aumenta a norte V = 100.

El tiempo necesario para la descomposición de una solución sólida se puede reducir a varias horas calentando duraluminio endurecido a 100 - 150 ◦ (envejecimiento artificial), sin embargo, los valores de dureza y resistencia con el envejecimiento artificial son ligeramente más bajos que con el natural. envejecimiento. La resistencia a la corrosión también disminuye ligeramente. Los grados de duraluminio D16 y D6 tienen la mayor dureza y resistencia después del endurecimiento y el envejecimiento. Los grados de duraluminio DZP y D18 son aleaciones con mayor ductilidad.

Los duraluminios se utilizan ampliamente en diversas industrias, especialmente en la construcción de aeronaves, debido a su baja gravedad específica y sus altas propiedades mecánicas después del tratamiento térmico.

Al marcar duralumininas, la letra D significa "duraluminio" y el número es el número convencional de la aleación.

2. DIAGRAMA DE ESTADO DE ALEACIONES HIERRO-CARBONO

Las aleaciones de hierro y carbono se clasifican convencionalmente como aleaciones de dos componentes. Su composición, además de los componentes principales (hierro y carbono), contiene pequeñas cantidades de impurezas comunes (manganeso, silicio, azufre, fósforo y gases), nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y, a veces, trazas de algunos otros elementos. El hierro y el carbono forman un compuesto químico estable Fe 3 C (93,33% Fe y 6,67% C), llamado carburo de hierro o cementita. En las aleaciones hierro-carbono utilizadas (aceros, fundiciones), el contenido de carbono no supera el 6,67%, por lo que son de utilidad práctica las aleaciones de hierro con carburo de hierro (sistema Fe-Fe 3 C), en las que el segundo componente es cementita. importancia.

Cuando el contenido de carbono es superior al 6,67%, no habrá hierro libre en las aleaciones, ya que todo entrará en combinación química con el carbono. En este caso, los componentes de las aleaciones serán carburo de hierro y carbono; las aleaciones pertenecerán al segundo sistema Fe 3 C -C, que no ha sido suficientemente estudiado. Además, las aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono superior al 6,67% son muy frágiles y prácticamente no se utilizan.

Aleaciones Fe -Fe 3 C (con un contenido de C de hasta el 6,67%), por el contrario, tienen una gran importancia práctica. En la Fig. La Figura 2 muestra un diagrama estructural del estado de las aleaciones Fe-Fe 3 C, trazado en coordenadas temperatura-concentración. El eje de ordenadas muestra las temperaturas de calentamiento de las aleaciones y el eje de abscisas muestra la concentración de carbono en porcentaje. La ordenada de la izquierda corresponde al 100% de contenido de hierro y la ordenada de la derecha corresponde al 6,67% de contenido de carbono (o 100% de concentración de Fe 3 C).

En la ordenada derecha está el punto de fusión del Fe 3 C, correspondiente a 1550° (punto D en el diagrama).

Debido a que el hierro tiene modificaciones, en la ordenada izquierda, además del punto de fusión del hierro, 1535° (punto A en el diagrama), también se representan las temperaturas de las transformaciones alotrópicas del hierro: 1390° (punto norte ) y 910° (punto G).

Así, las ordenadas del diagrama corresponden a los componentes puros de la aleación (hierro y cementita), y entre ellas hay puntos correspondientes a aleaciones de diferentes concentraciones del 0 al 6,67% C.

Arroz. 2. Diagrama estructural del estado de las aleaciones.fe - fe 3 C .

En determinadas condiciones, es posible que no se forme un compuesto químico (cementita), lo que depende del contenido de silicio, manganeso y otros elementos, así como de la velocidad de enfriamiento de los lingotes o piezas fundidas. En este caso, el carbono se libera en las aleaciones en estado libre en forma de grafito. En este caso no existirán dos sistemas de aleaciones (Fe -Fe 3 C y Fe 3 C -C). Se sustituyen por un sistema único de aleación Fe-C que no tiene compuestos químicos.

2.1 Componentes estructurales de aleaciones hierro-carbono.

El análisis microscópico muestra que en las aleaciones hierro-carbono se forman seis componentes estructurales: ferrita, cementita, austenita y grafito, así como perlita y ledeburita.

Ferrito Se llama solución sólida de intercalación de carbono en Fe a. Dado que la solubilidad del carbono en Fe es insignificante, la ferrita puede considerarse Fe a casi pura. La ferrita tiene una red cúbica centrada en el cuerpo (BC). Bajo el microscopio, este componente estructural tiene la apariencia de granos ligeros de varios tamaños. Las propiedades de la ferrita son las mismas que las del hierro: es blanda y dúctil, con una resistencia a la tracción de 25 kilogramos/mm 2 , dureza norte EN = 80, alargamiento relativo 50%. La plasticidad de la ferrita depende del tamaño de su grano: cuanto más fino es el grano, mayor es su plasticidad. Hasta 768° (punto Curie) es ferrimagnético y por encima es paramagnético.

cementita llamado carburo de hierro Fe 3 C. La cementita tiene una red rómbica compleja. Bajo el microscopio, este componente estructural tiene la apariencia de placas o granos de varios tamaños. La cementita es dura (NORTE EN > 800 unidades) y es frágil, y su alargamiento relativo es cercano a cero. Se hace una distinción entre cementita liberada durante la cristalización primaria de una aleación líquida (cementita primaria o C 1) y cementita liberada de una solución sólida de austenita Y (cementita secundaria o C 2). Además, durante la descomposición de la solución sólida a (región G.P.Q. en el diagrama de estados), destaca la cementita, denominada, a diferencia de las anteriores, cementita terciaria o C 3. Todas las formas de cementita tienen la misma estructura cristalina y propiedades, pero diferentes tamaños de partículas: placas o granos. Las más grandes son las partículas de cementita primaria y las más pequeñas son las partículas de cementita primaria. Hasta 210° (punto Curie) la cementita es ferrimagnética y por encima es paramagnética.

austenita se llama solución sólida de intercalación de carbono en Fe Y. La austenita tiene una red cúbica centrada en las caras (K12). Bajo el microscopio, este componente estructural tiene la apariencia de granos claros con líneas dobles características (gemelos). La dureza de la austenita es norte EN = 220. La austenita es paramagnética.

Grafito Tiene una red hexagonal poco empaquetada con una disposición de átomos en capas. Bajo el microscopio, este componente estructural tiene la forma de placas de diferentes formas y tamaños de fundición gris, forma de escamas de fundición maleable y forma esférica de fundición de alta resistencia. Las propiedades mecánicas del grafito son extremadamente bajas.

Los cuatro componentes estructurales enumerados son al mismo tiempo también fases del sistema de aleaciones hierro-carbono, ya que son homogéneos: soluciones sólidas (ferrita y austenita), un compuesto químico (cementita) o una sustancia elemental (grafito).

Los componentes estructurales de la ledeburita y la perlita no son homogéneos. Son mezclas mecánicas con propiedades especiales (eutécticas y eutectoides).

Perlita llamada mezcla eutectoide de ferrita y cementita. Se forma a partir de austenita durante la cristalización secundaria y contiene 0,8% de C. La temperatura de formación de la perlita es de 723°. Esta temperatura crítica, que se observa sólo en el acero, se llama punto Un ±. La perlita puede tener una estructura laminar, cuando la cementita tiene forma de placas, o una estructura granular, cuando la cementita tiene forma de granos. Las propiedades mecánicas de la perlita laminar y granular son algo diferentes. La perlita laminar tiene una resistencia a la tracción de 82 kilogramos/mm 2 , alargamiento relativo 15%, dureza norte V = 190-^-230. La resistencia a la tracción de la perlita granular es 63 kilogramos/mm 2 , alargamiento relativo 20% y dureza R = 1,60-g-190.

Ledeburita Se llama mezcla eutéctica de austenita y cementita. Se forma durante el proceso de cristalización primaria a 1130°. Ésta es la temperatura de cristalización más baja en el sistema de aleaciones hierro-carbono. La austenita, que forma parte de la ledeburita, se transforma en perlita a 723°. Por tanto, por debajo de los 723° y hasta la temperatura ambiente, la ledeburita consiste en una mezcla de perlita y cementita. el es muy duro (NORTE V ^700) y frágil. La presencia de ledeburita es una característica estructural de las fundiciones blancas. Las propiedades mecánicas de las aleaciones hierro-carbono varían según el número de componentes estructurales, su forma, tamaño y ubicación.

El diagrama estructural del estado de Fe -Fe 3 C es un diagrama complejo, ya que en las aleaciones hierro-carbono no solo ocurren transformaciones asociadas a la cristalización, sino también transformaciones en el estado sólido.

El límite entre el acero y el hierro fundido blanco es una concentración de carbono del 2% y la característica estructural es la presencia o ausencia de ledeburita. Las aleaciones con un contenido de carbono inferior al 2% (que no tienen ledeburita) se denominan aceros, y las aleaciones con un contenido de carbono superior al 2% (que tienen ledeburita en su estructura) se denominan fundición blanca.

Dependiendo de la concentración de carbono y la estructura del acero, las fundiciones se suelen dividir en los siguientes grupos estructurales: aceros hipoeutectoides (hasta 0,8% C); estructura - ferrita y perlita; acero eutectoide (0,8% C); estructura - perlita;

aceros hipereutectoides (más de 0,8 a 2% C); estructura - perlita en cementita secundaria;

hierro fundido blanco hipoeutéctico (más de 2 a 4,3% C); estructura: ledeburita (desintegrada), perlita y cementita secundaria;

fundición blanca eutéctica (4,3% C); estructura - ledeburita;

hierro fundido blanco hipereutéctico (más de 4,3 a 6,67% C); estructura: ledeburita (desintegrada) y cementita primaria.

Esta división, como puede verse en el diagrama de fases Fe-Fe 3 C, corresponde al estado estructural de estas aleaciones observado a temperatura ambiente.

Pregunta 3.

Seleccione una aleación de carburo para herramientas para el fresado fino de la superficie de una pieza hecha de acero 30KhGSA. Dé características, descifre la marca de aleación seleccionada, describa las características estructurales y propiedades de la aleación.

Las herramientas se dividen en tres grupos: de corte (cortadores, taladros, cortadores, etc.), de medición (calibradores, anillos, tejas, etc.) y herramientas para conformar metales en frío y en caliente (sellos, tableros de dibujo, etc.). Dependiendo del tipo de herramientas, los requisitos que deben cumplir los aceros para su fabricación son diferentes.

El principal requisito de los aceros para herramientas de corte es la presencia de una alta dureza, que no disminuya con las altas temperaturas que surgen durante el procesamiento de metales mediante corte (resistencia roja). La dureza de las herramientas para corte de metales debe ser R c = 60÷65. Además, los aceros para herramientas de corte deben tener una alta resistencia al desgaste, solidez y tenacidad satisfactoria.

Los aceros rápidos son los más utilizados para la fabricación de herramientas de corte. El acero rápido es una aleación multicomponente y pertenece a la clase de aceros de carburo (ledeburita). Además de hierro y carbono, su composición incluye cromo, tungsteno y vanadio. El principal elemento de aleación del acero rápido es el tungsteno. Los más utilizados (Tabla 3) son los grados de acero rápido P18 (18% W) y P9 (9% W).

El acero rápido adquiere una alta dureza R C = 62 y resistencia al rojo después del tratamiento térmico, que consiste en temple y revenido repetido.

tabla 1

Composición química del acero rápido.

(según GOST 5952-51)

grado de acero
	C	W.	cr	V	Mes
R 18	0,70 – 0,80	17,5 – 19,0	3,8 – 4,4	1,04 – 1,4	≤0,3
R 9	0,85 – 0,95	8,5 – 10,0	3,8 – 4,4	2,0 – 2,6	≤0,3

La figura 3 muestra un gráfico del tratamiento térmico del acero rápido R18.

La elegimos como calidad de herramienta para fresado limpio porque... Este grado de acero nos conviene por sus características.

El tratamiento térmico del acero rápido tiene una serie de características determinadas por su composición química. El calentamiento del acero rápido durante el endurecimiento se lleva a cabo a una temperatura alta (1260-1280°), necesaria para disolver los carburos de cromo, tungsteno y vanadio en austenita. Se lleva a cabo un calentamiento lento hasta 800-850° para evitar grandes tensiones internas en el acero debido a su baja conductividad térmica y fragilidad, luego se lleva a cabo un calentamiento rápido hasta 1260-1280° para evitar el crecimiento del grano de austenita y la descarburación. . El enfriamiento del acero rápido se realiza en aceite. También se utiliza ampliamente el endurecimiento gradual del acero rápido en sales a una temperatura de 500-550°.

La estructura del acero rápido después del templado se compone de martensita (54%), carburos (16%) y austenita retenida (30%). Después del endurecimiento, el acero rápido se somete a revenidos repetidos a 560°. Normalmente, el templado se lleva a cabo tres veces con un tiempo de mantenimiento de 1 hora para reducir la cantidad de austenita retenida y aumentar la dureza del acero. Durante la exposición a la temperatura de templado, los carburos se liberan de la austenita y, al enfriarse, la austenita se transforma en martensita. Es como si se produjera un endurecimiento secundario. La estructura del acero rápido después del templado es martensita templada, carburos altamente dispersos y una pequeña cantidad de austenita retenida. Para reducir aún más la cantidad de austenita retenida, los aceros rápidos se someten a un tratamiento en frío, que se lleva a cabo antes del templado. El uso de cianuración a baja temperatura es muy eficaz para aumentar la dureza y la resistencia al desgaste.

Los aceros rápidos se utilizan ampliamente para la fabricación de diversas herramientas de corte; Las herramientas fabricadas con estos aceros funcionan a velocidades de corte que son 3 o 4 veces mayores que las velocidades de corte de las herramientas fabricadas con aceros al carbono y conservan las propiedades de corte cuando se calientan durante el proceso de corte hasta 600º - 620º.

Pregunta. 4 Seleccionar la calidad de acero más racional y económica para la fabricación de un resorte, que después del tratamiento térmico debe obtener una alta elasticidad y dureza de al menos 44 ... 45 HRC E. Dar una característica, indicar la composición del acero, seleccionar y Justificar el modo de tratamiento térmico. Describir y bosquejar la microestructura y propiedades del acero después del tratamiento térmico.

Los resortes se utilizan para almacenar energía (motores de resorte), para absorber y absorber golpes, para compensar la expansión térmica en los mecanismos de distribución de válvulas, etc. La deformación de un resorte puede manifestarse en forma de estiramiento, compresión, flexión o torsión.

La relación entre la fuerza P y la deformación del resorte F se llama característica del resorte.

Según el manual del diseñador - ingeniería mecánica, autor. Anuriev. V.I., elegimos la calidad de acero más racional y económica:

Acero – 65G(acero al manganeso), de elasticidad y dureza igual a 42...48 HRC E. según Requel. Tratamiento térmico del acero: temperatura de endurecimiento - 830 º C, (medio aceite), revenido - 480 º C. Resistencia a la tracción (δ B) - 100 kg/mm 2, límite elástico (δ t) - 85 kg/mm 2, alargamiento relativo (δ 5) – 7%, estrechamiento relativo (ψ) – 25%.

Características: acero para muelles de alta calidad con un contenido de P – S no superior al 0,025%. Dividido en 2 categorías: 1 – capa descarbonizada, 2 – con capa descarbonizada normalizada

Pregunta 5. La aleación AK4-1 se utilizó para fabricar discos de compresores de motores de aviones. Dé una descripción, indique la composición y características de las propiedades mecánicas de la aleación, el método y naturaleza de endurecimiento de la aleación, métodos de protección contra la corrosión.

AK4-1 es una aleación a base de aluminio, transformada en un producto por deformación, reforzada mediante tratamiento térmico y resistente al calor.

Composición de la aleación: Mg – 1,4…1,8%. Cu – 1,9…2,5%. Fe – 0,8…1,3%. Ni – 0,8…1,3%. Ti – 0,02…0,1%, impurezas hasta 0,83%. La resistencia a la tracción de la aleación es de 430 MPa, el límite elástico es de 0,2 a 280 MPa.

Aleado con hierro, níquel, cobre y otros elementos formando fases de fortalecimiento.

Pregunta 6. Prerrequisitos económicos para el uso de materiales no metálicos en la industria. Describa los grupos y propiedades de los plásticos rellenos de gas, dé ejemplos de cada grupo, sus propiedades y ámbito de aplicación en estructuras de aeronaves.

Recientemente, los materiales poliméricos no metálicos se utilizan cada vez más como materiales estructurales. La característica principal de los polímeros es que tienen una serie de propiedades que no son inherentes a los metales y pueden servir como una buena adición a los materiales estructurales metálicos o ser su reemplazo, y la variedad de propiedades fisicoquímicas y mecánicas inherentes a varios tipos de plásticos y la facilidad de procesamiento en productos determina Ampliamente utilizado en todas las ramas de la ingeniería mecánica, la fabricación de instrumentos, la fabricación de aparatos y la vida cotidiana. Las masas plásticas se caracterizan por un peso específico bajo (de 0,05 a 2,0 gramos/cm 3 ), Tienen altas propiedades aislantes, resisten bien la corrosión, tienen una amplia gama de coeficientes de fricción y una alta resistencia a la abrasión.

Si es necesario obtener productos que tengan resistencia a la corrosión, resistencia a los ácidos y funcionamiento silencioso, al mismo tiempo que garanticen la ligereza de la construcción, las masas plásticas pueden servir como sustitutos de los metales ferrosos. Debido a la transparencia y las altas propiedades plásticas de algunos tipos de plásticos, se utilizan ampliamente para la fabricación de vidrios de seguridad para la industria automotriz. En la fabricación de productos con altas propiedades de aislamiento eléctrico, los plásticos están reemplazando y desplazando a la porcelana, la mica, la ebonita y otros materiales de alto voltaje. Por último, la permeabilidad al vapor, a la gasolina y a los gases, así como una alta resistencia al agua y a la luz con un buen aspecto, garantizan el uso generalizado de los plásticos en numerosas industrias.

Los plásticos se utilizan para fabricar insertos para cojinetes, separadores, engranajes silenciosos, aspas de ventiladores, aspas para lavadoras y batidoras, equipos de radio, cajas para radios y relojes, equipos eléctricos, distribuidores, muelas abrasivas, tejidos impermeables y decorativos y diversos bienes de consumo figurativos.

Plásticos de espuma Son plásticos ligeros rellenos de gas a base de resinas sintéticas. Las espumas plásticas se dividen en dos grupos: 1 - materiales con poros interconectados - esponjas (densidad inferior a 300 kg/m3), 2 - materiales con poros aislados - espumas (densidad superior a 300 kg/m3).

Las propiedades de las espumas son muy diversas: algunas tienen dureza, como el vidrio, otras tienen elasticidad, como el caucho. Todos los plásticos de espuma se adaptan bien al procesamiento mecánico con herramientas de carpintería, se prensan fácilmente en estado calentado en productos de formas complejas y se pegan entre sí. En la industria aeronáutica, la espuma plástica se utiliza como relleno entre dos revestimientos para aumentar la rigidez y resistencia de la estructura, así como como material aislante del calor y el sonido.

Objetivo del trabajo: Estudio de diagramas de equilibrio de fases y transformaciones de fases en aleaciones binarias de aluminio con otros elementos.

Equipos, dispositivos, herramientas y materiales necesarios: hornos de mufla, durómetro TK-2M, muestras de duraluminio, stand “Microestructuras de aleaciones no ferrosas”, microscopio metalográfico.

Información teórica

El aluminio es un metal esencial ampliamente utilizado en la fabricación de una variedad de aleaciones de aluminio.

El color del aluminio es blanco plateado con un peculiar tinte opaco. El aluminio cristaliza en la red espacial de un cubo centrado en las caras; en él no se detectaron transformaciones alotrópicas.

El aluminio tiene una baja densidad (2,7 g/cm3), una alta conductividad eléctrica (aproximadamente el 60% de la conductividad eléctrica del cobre puro) y una importante conductividad térmica.

Como resultado de la oxidación del aluminio por el oxígeno del aire, se forma una película protectora de óxido en su superficie. La presencia de esta película explica la alta resistencia a la corrosión del aluminio y de muchas aleaciones de aluminio.

El aluminio es bastante resistente en condiciones atmosféricas normales y contra la acción del ácido nítrico concentrado (90-98%), pero se destruye fácilmente por la acción de la mayoría de los otros ácidos minerales (sulfúrico, clorhídrico), así como de los álcalis. Tiene una alta ductilidad tanto en estado frío como en caliente, se suelda bien mediante soldadura por gas y por resistencia, pero se procesa mal mediante corte y tiene bajas propiedades de fundición.

Las siguientes propiedades mecánicas son características del aluminio laminado y recocido:  V= 80-100 MPa,  = 35-40%, NV = 250...300 MPa.

Cuando se trabaja en frío, la resistencia del aluminio aumenta y la ductilidad disminuye. En consecuencia, según el grado de deformación, se distingue el aluminio recocido (AD-M), semitrabajado en frío (AD-P) y trabajado en frío (AD-N). El recocido del aluminio para eliminar el endurecimiento se realiza a 350…410 С.

El aluminio puro tiene una variedad de usos. Los productos semiacabados se fabrican a partir de aluminio técnico AD1 y AD, que contienen al menos un 99,3 y un 98,8% de Al, respectivamente: chapas, tubos, perfiles y alambre para remaches.

En ingeniería eléctrica, el aluminio sirve para sustituir al cobre, más caro y pesado, en la fabricación de alambres, cables, condensadores, rectificadores, etc.

Los elementos más importantes introducidos en las aleaciones de aluminio son el cobre, el silicio, el magnesio y el zinc.

El aluminio y el cobre forman soluciones sólidas de concentración variable. A una temperatura de 0°C, la solubilidad del cobre en aluminio es del 0,3% y a una temperatura eutéctica de 548°C aumenta al 5,6%. El aluminio y el cobre en una proporción de 46:54 forman un compuesto químico estable CuAl 2.

Consideremos el estado de las aleaciones de aluminio y cobre en función de su composición y temperatura (Fig. 1). La línea CDE en el diagrama es la línea de liquidus y la línea CNDF es la línea de solidus. La sección horizontal de la línea sólida NDF también se llama línea eutéctica.

La línea MN muestra la solubilidad del cobre en aluminio, variable con la temperatura. En consecuencia, la línea MN es el límite entre soluciones sólidas insaturadas y soluciones saturadas. Por lo tanto, esta línea a menudo también se denomina línea de solubilidad límite.

En la región I, cualquier aleación será una solución líquida homogénea de aluminio y cobre, es decir, AlCu.

R
es. 1. Diagrama de estado del sistema Al-CuAl 2

En las regiones II y III, las aleaciones estarán en parte en estado líquido y en parte en estado sólido.

En la región II, la fase sólida será una solución sólida de cobre en aluminio, y la fase líquida será una solución líquida de aluminio y cobre, es decir Al(Cu) + (Al Cu), si acordamos designar una solución sólida de solubilidad limitada de cobre en aluminio como Al(Cu).

En la región III, la fase líquida también será una solución líquida de aluminio y cobre, y la fase sólida será el compuesto metálico CuAl 2, es decir.
+ (al Cu). El índice "I" (primario) muestra que CuAl 2 se formó durante la cristalización desde un estado líquido.

En otras zonas, las aleaciones totalmente solidificadas tendrán la siguiente estructura:

En la región IV hay una solución sólida homogénea de cobre en aluminio, es decir, Al(Cu);

En la región V – solución sólida de cobre en aluminio y secundaria
;

En la región VI - solución sólida de cobre en aluminio, CuAl 2 secundario y eutéctico, es decir Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

En la región VII - CuAl 2 primario y eutéctico, es decir.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

La eutéctica de estas aleaciones es una mezcla mecánica especial de pequeños cristales alternos de una solución sólida de cobre en aluminio y el compuesto metálico CuAl 2, es decir. Al(Cu) + CuAl 2 .

Todas las aleaciones del sistema Al – CuAl 2 se pueden dividir en cuatro grupos según su estructura y concentración:

El grupo 1 contiene cobre de 0 a 0,3%;

El grupo 2 contiene cobre del 0,3 al 5,6%;

el grupo 3 contiene cobre del 5,6 al 33,8%;

El grupo 4 contiene cobre del 33,8 al 54%.

Consideremos la estructura de las aleaciones del sistema Al – CuAl 2.

En la Fig. 2, A Muestra la estructura de la aleación del primer grupo, formada por granos de una solución sólida de cobre en aluminio. La estructura de la aleación del segundo grupo se muestra en la Fig. 2, b: son visibles granos de una solución sólida de cobre en aluminio y cristales de CuAl 2 secundario,

La estructura de una aleación hipoeutéctica (solución sólida de cobre en aluminio, cristales de CuAl 2 secundario y eutéctico) se muestra en la Fig. 2, V. La estructura de una aleación eutéctica - eutéctica, que consta de pequeños cristales de una solución sólida de cobre en aluminio y CuAl 2 se muestra en la Fig. 2, GRAMO. En la Fig. 2, d Se muestra la estructura de una aleación hipereutéctica, formada por cristales primarios de CuAl 2 y eutécticos.

En aleaciones que contienen eutécticos, el contenido de cobre puede determinarse por su estructura. Sin embargo, en este caso es necesario tener en cuenta la cantidad de cobre presente en la solución eutéctica y sólida. Por ejemplo, en una aleación hipoeutéctica que contiene un 30% de eutéctico y un 70% de solución sólida, la cantidad de cobre en el eutéctico

y en solución sólida

En consecuencia, la aleación en estudio contiene k x + k y = 14,06% de cobre, que corresponde al punto A, que se encuentra en el eje de abscisas del diagrama de estados del sistema Al – CuAl 2 (Fig. 1).

Al determinar la composición de aleaciones hipereutécticas, se calcula la cantidad de cobre presente en el compuesto eutéctico y químico.
. La suma de estas cantidades corresponderá al contenido de cobre en la aleación hipereutéctica. El compuesto químico CuAl 2 es muy duro y quebradizo.

Los duraluminios se utilizan para la fabricación de piezas y elementos estructurales de media y alta resistencia (  V= 420...520 MPa), requiriendo durabilidad bajo cargas variables en estructuras de edificación.

El duraluminio se utiliza para fabricar revestimientos, estructuras, largueros y largueros de aviones, estructuras portantes y carrocerías de camiones, etc.

Las aleaciones de Al y Si se denominan siluminas. Tienen buenas propiedades de fundición y contienen entre un 4 y un 13 % de Si. Del diagrama de fases de estas aleaciones (Fig. 3) se deduce que las siluminas son aleaciones hipoeutécticas o eutécticas que contienen cantidades significativas de eutéctico en la estructura.

Sin embargo, cuando se vierten en condiciones normales, estas aleaciones adquieren una estructura insatisfactoria, ya que el eutéctico resulta ser groseramente laminar, con grandes inclusiones de silicio quebradizo, lo que confiere a las aleaciones bajas propiedades mecánicas.

En la Fig. 4, A Se presenta la estructura de silumin de grado AL2 que contiene 11...13% Si. Según el diagrama de estados, una aleación de aluminio y silicio de esta composición tiene una estructura eutéctica. El eutéctico consiste en  -solución sólida de silicio en aluminio (fondo claro) y cristales de silicio grandes y frágiles en forma de aguja. Las liberaciones aciculares de partículas de silicio crean cortes internos agudos en el aluminio dúctil y provocan fallas prematuras bajo carga.

Arroz. 3. Diagrama de estado del sistema Al-Si

Arroz. 4. Silumin: A– antes de la modificación, eutéctico con aguja gruesa (Al-Si) y precipitación primaria de silicio; b– después de la modificación, eutéctico fino

(Al-Si) y dendritas de una solución sólida de silicio y otros elementos en aluminio.

Aparecen demasiados granos de luz en la estructura.  -solución sólida (Fig.4, b).

El modificador cambia la forma de las partículas de silicio: en lugar de agujas, caen pequeñas equiáxicas, que no crean concentraciones peligrosas de tensiones durante la carga.

Como resultado de la modificación, la resistencia a la tracción de estas aleaciones aumenta de 130 a 160 MPa y el alargamiento relativo del 2 al 4%.

Las aleaciones procesadas a presión contienen menos del 1% de silicio. En las aleaciones de aluminio que contienen magnesio, el silicio se une formando un compuesto metálico estable Mg 2 Si; con el aluminio forma un diagrama de fases de tipo eutéctico con soluciones sólidas limitadas (Fig. 5).

El compuesto Mg 2 Si se caracteriza por una alta dureza, su solubilidad variable en aluminio le permite lograr un endurecimiento significativo durante el tratamiento térmico.

En ingeniería eléctrica se utilizan aleaciones de aluminio como Aldrey, aleado con magnesio y silicio. Cuando las aleaciones endurecidas envejecen, el Mg 2 Si se desprende de la solución sólida y la fortalece. Como resultado de este tratamiento, es posible obtener una resistencia a la tracción de hasta 350 MPa con un alargamiento relativo del 10-15%. Es significativo que la conductividad eléctrica de dicha aleación sea el 85% de la conductividad eléctrica del aluminio conductor. Esto se debe al hecho de que el Mg 2 Si se elimina casi por completo de la solución sólida durante el envejecimiento y la aleación está formada por aluminio puro y una fase de refuerzo (Mg 2 Si).

R
es. 6. Diagrama de estado del sistema Al-Mg.

El magnesio forma soluciones sólidas con el aluminio, así como  -fase basada en el compuesto Mg 2 Al 3. La mayoría de las aleaciones de aluminio no contienen más del 3% de magnesio, pero en algunas aleaciones fundidas, como el magnesio, su contenido alcanza el 12%.

Como se puede ver en la Fig. 6, el eutéctico se forma en aleaciones de aluminio con magnesio. La solubilidad del magnesio en aluminio varía mucho con la temperatura.

Un ejemplo es la aleación AL8. En estado fundido, tiene una estructura formada por granos de una solución sólida de magnesio en aluminio e inclusiones del compuesto frágil Al 3 Mg 2.

Después de la colada, se homogeneiza a una temperatura de 430 °C durante 15...20 horas y luego se enfría en aceite.

Durante el proceso de homogeneización, las inclusiones de Al 3 Mg 2 pasan completamente a una solución sólida. La aleación endurecida adquiere suficiente resistencia (  V= 300 MPa) y mayor ductilidad. Al mismo tiempo, la aleación adquiere una alta resistencia a la corrosión. El envejecimiento de la aleación AL8 es perjudicial: la ductilidad disminuye drásticamente y la resistencia a la corrosión se deteriora.

El zinc se introduce en algunas aleaciones de aluminio de alta resistencia en cantidades de hasta el 9%. En aleaciones binarias con aluminio a temperaturas superiores a 250 °C, el zinc (dentro de estos límites) se encuentra en solución sólida (Fig. 7).

Arroz. 7. Diagrama de estado del sistema Al-Zn.

Todas las aleaciones de alta resistencia tienen una composición química compleja. Así, la aleación B95 contiene 6% Zn, 2,3% Mg, 1,7% Cu, 0,4% Mn y 0,15% Cr. El zinc, el magnesio y el cobre forman soluciones sólidas y compuestos metálicos con aluminio MgZn 2, Al 2 CuMg - fase S, Mg 4 Zn 3 Al 3 - fase T. Cuando se calientan, estos compuestos metálicos se disuelven en aluminio.

Por ejemplo, a una temperatura de 475 ºС, la solubilidad del MgZn 2 en aluminio aumenta al 18% (Fig. 8).

Después del endurecimiento y envejecimiento artificial, la aleación B95 tiene  V= 600 MPa,  = 12%. El manganeso y el cromo mejoran el efecto del envejecimiento y aumentan la resistencia a la corrosión de la aleación.

(peso)

Arroz. 8. Diagrama de estado del sistema Al-MgZn 2

Regulaciones de seguridad

1. Observe todas las precauciones y reglas de seguridad al preparar microsecciones.

2. Al moler una microsección, debe enfriar la muestra con más frecuencia para evitar quemaduras en los dedos.

3. Al grabar secciones delgadas, use guantes de goma.

4. Al estudiar la estructura de la aleación en un microscopio, debe asegurarse de que esté conectada a tierra de manera confiable.

5. Debe utilizar únicamente herramientas y equipos reparables.

Orden de trabajo

1. Estudiar el diagrama de estados de las aleaciones de aluminio.

2. Dar las características de una aleación determinada (estructura, transformaciones de fase, composición, propiedades, ámbito de aplicación).

3. Dibujar la estructura de la aleación en estudio.

Bocetos de microestructuras de las aleaciones estudiadas indicando fases y componentes estructurales.

Copiar el diagrama de equilibrio de fases especificado por el profesor.

Para una aleación de una composición determinada, una descripción de todas las transformaciones de fases durante el calentamiento o enfriamiento y determinación de la composición química de las fases.

Preguntas de control

¿Por qué la resistencia a la corrosión de muchas aleaciones de aluminio es menor que la del aluminio puro?

¿Es posible determinar el tipo de aleación por la microestructura de la aleación: fundida o forjada?

¿Cuál es la estructura de las aleaciones de aluminio forjado que no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico?

¿Cómo se logra el fortalecimiento de las aleaciones de aluminio monofásicas?

¿Qué es el tratamiento térmico de refuerzo de las aleaciones de aluminio de dos fases?

¿Cuál es el propósito del endurecimiento del duraluminio?

¿Cuáles son las principales propiedades mecánicas del duraluminio?

¿Qué aleaciones se llaman siluminas?

¿Cuál es la resistencia específica de las aleaciones de aluminio?

Principales elementos de aleación en aleaciones de aluminio.

Objetivo del trabajo: Estudio de diagramas de equilibrio de fases y transformaciones de fases en aleaciones binarias de aluminio con otros elementos.

Breve información teórica

El aluminio es un metal esencial ampliamente utilizado en la fabricación de una variedad de aleaciones de aluminio.

El color del aluminio es blanco plateado con un peculiar tinte opaco. El aluminio cristaliza en la red espacial de un cubo centrado en las caras; en él no se detectaron transformaciones alotrópicas.

El aluminio tiene una baja densidad (2,7 g/cm3), una alta conductividad eléctrica (aproximadamente el 60% de la conductividad eléctrica del cobre puro) y una importante conductividad térmica.

Las siguientes propiedades mecánicas son características del aluminio laminado y recocido:  V= 80-100 MPa,  = 35-40 %, Nevada= 250...300MPa.

Cuando se trabaja en frío, la resistencia del aluminio aumenta y la ductilidad disminuye. Según el grado de deformación se distingue el aluminio recocido (AD-M), semitrabajado en frío (AD-P) y trabajado en frío (AD-N). El recocido del aluminio para eliminar el endurecimiento se realiza a 350…410 С.

En ingeniería eléctrica, el aluminio sirve para sustituir al cobre, más caro y pesado, en la fabricación de alambres, cables, condensadores, rectificadores, etc.

Los elementos más importantes introducidos en las aleaciones de aluminio son el cobre, el silicio, el magnesio y el zinc.

En la región I, cualquier aleación será una solución líquida homogénea de aluminio y cobre, es decir, AlCu.

Arroz. 1. Diagrama de estado del sistema Al-CuAl 2

En las regiones II y III, las aleaciones estarán en parte en estado líquido y en parte en estado sólido.

En otras zonas, las aleaciones totalmente solidificadas tendrán la siguiente estructura:

En la región IV hay una solución sólida homogénea de cobre en aluminio, es decir, Al(Cu);

En la región V – solución sólida de cobre en aluminio y secundaria
;

En la región VI - solución sólida de cobre en aluminio, CuAl 2 secundario y eutéctico, es decir Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

En la región VII - CuAl 2 primario y eutéctico, es decir.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Todas las aleaciones del sistema Al – CuAl 2 se pueden dividir en cuatro grupos según su estructura y concentración:

El grupo 1 contiene cobre de 0 a 0,3%;

El grupo 2 contiene cobre del 0,3 al 5,6%;

el grupo 3 contiene cobre del 5,6 al 33,8%;

El grupo 4 contiene cobre del 33,8 al 54%.

Consideremos la estructura de las aleaciones del sistema Al – CuAl 2. En la Fig. 2, A Muestra la estructura de la aleación del primer grupo, formada por granos de una solución sólida de cobre en aluminio. La estructura de la aleación del segundo grupo se muestra en la Fig. 2, b: son visibles granos de una solución sólida de cobre en aluminio y cristales de CuAl 2 secundario,

y en solución sólida

En consecuencia, la aleación en estudio contiene

k x + k y = 14,06% cobre,

que corresponde al punto A, que se encuentra en el eje de abscisas del diagrama de estados del sistema Al – CuAl 2 (Fig. 1).

En tecnología se utilizan principalmente aleaciones de aluminio que contienen entre un 2 y un 5% de cobre, llamadas duraluminio. Se procesan bien mediante presión y tienen altas propiedades mecánicas después del tratamiento térmico y el endurecimiento en frío. Los duraluminios se utilizan para la fabricación de piezas y elementos estructurales de media y alta resistencia (  V= 420...520 MPa), requiriendo durabilidad bajo cargas variables en estructuras de edificación. El duraluminio se utiliza para fabricar revestimientos, estructuras, largueros y largueros de aviones, estructuras portantes y carrocerías de camiones, etc.

Arroz. 3. Diagrama de estado del sistema Al-Si

Arroz. 4. Silumin: A– antes de la modificación, eutéctico con aguja gruesa (Al-Si) y precipitación primaria de silicio; b– después de la modificación, eutéctico fino

(Al-Si) y dendritas de una solución sólida de silicio y otros elementos en aluminio.

La introducción de un modificador cambia la naturaleza de la cristalización. Las líneas del diagrama de fases se desplazan de modo que la aleación con 11...13% de silicio se vuelve hipoeutéctica. Aparecen demasiados granos de luz en la estructura.  -solución sólida (Fig.4, b). El modificador cambia la forma de las partículas de silicio: en lugar de agujas, caen pequeñas equiáxicas, que no crean concentraciones peligrosas de tensiones durante la carga.

Como resultado de la modificación, la resistencia a la tracción de estas aleaciones aumenta de 130 a 160 MPa y el alargamiento relativo del 2 al 4%.

Las aleaciones procesadas a presión contienen menos del 1% de silicio. En las aleaciones de aluminio que contienen magnesio, el silicio se une formando un compuesto metálico estable Mg 2 Si; forma con el aluminio un diagrama de fases de tipo eutéctico con soluciones sólidas limitadas ( arroz. 5).

El compuesto Mg 2 Si se caracteriza por una alta dureza, su solubilidad variable en aluminio le permite lograr un endurecimiento significativo durante el tratamiento térmico.

R
es. 6. Diagrama de estado del sistema Al-Mg.

Como se puede ver en la Fig. 6, el eutéctico se forma en aleaciones de aluminio con magnesio. La solubilidad del magnesio en aluminio varía mucho con la temperatura. Un ejemplo es la aleación AL8. En estado fundido, tiene una estructura formada por granos de una solución sólida de magnesio en aluminio e inclusiones del compuesto frágil Al 3 Mg 2. Después de la colada, se homogeneiza a una temperatura de 430 °C durante 15...20 horas y luego se enfría en aceite.

Arroz. 7. Diagrama de estado del sistema Al-Zn.

Por ejemplo, a una temperatura de 475 ºС, la solubilidad del MgZn 2 en aluminio aumenta al 18% (Fig. 8).

(peso)

Arroz. 8. Diagrama de estado del sistema Al-MgZn 2

Regulaciones de seguridad

Orden de trabajo

Bocetos de microestructuras de las aleaciones estudiadas indicando fases y componentes estructurales.

Copiar el diagrama de equilibrio de fases especificado por el profesor.

Preguntas de control

¿Por qué la resistencia a la corrosión de muchas aleaciones de aluminio es menor que la del aluminio puro?

¿Es posible determinar el tipo de aleación por la microestructura de la aleación: fundida o forjada?

¿Cuál es la estructura de las aleaciones de aluminio forjado que no pueden reforzarse mediante tratamiento térmico?

¿Cómo se logra el fortalecimiento de las aleaciones de aluminio monofásicas?

¿Qué es el tratamiento térmico de refuerzo de las aleaciones de aluminio de dos fases?

¿Cuál es el propósito del endurecimiento del duraluminio?

¿Cuáles son las principales propiedades mecánicas del duraluminio?

¿Qué aleaciones se llaman siluminas?

¿Cuál es la resistencia específica de las aleaciones de aluminio?

Principales elementos de aleación en aleaciones de aluminio.

Las aleaciones del sistema Al-Mg incluyen un gran grupo de aleaciones muy utilizadas en la industria: AMg0,5; ; ; ; ; ; . A partir de ellos se elaboran casi todos los tipos de productos semiacabados: láminas, placas, piezas forjadas, estampadas, productos prensados (varillas, perfiles, paneles, tubos) y alambre. Todas las aleaciones del grupo considerado están bien soldadas mediante todo tipo de soldadura.

Los productos semiacabados de estas aleaciones tienen un nivel relativamente alto de características de resistencia en comparación con otras aleaciones que no se endurecen térmicamente. Por lo tanto, los valores mínimos del límite elástico para el material laminar (espesor ~2 mm) en estado recocido para la serie de aleaciones indicada son respectivamente 30, 40, 80, 100, 120, 150 y 160 MPa. La resistencia a la tracción suele ser el doble del límite elástico, lo que indica la ductilidad relativamente alta de estas aleaciones. Sin embargo, se endurecen con bastante rapidez, lo que afecta negativamente a su ductilidad tecnológica. Este último disminuye significativamente al aumentar la concentración de magnesio. Por tanto, las aleaciones con un contenido de magnesio superior al 4,5% pueden clasificarse como aleaciones “semiduras” e incluso “duras”.

El papel negativo del mayor contenido de magnesio es más pronunciado en la fabricación de productos prensados. Las aleaciones con un alto contenido de magnesio se prensan a bajas velocidades (decenas de veces más bajas que, por ejemplo, algunas aleaciones del sistema Al-Zn-Mg o Al-Mg-Si), lo que reduce significativamente la productividad de los talleres de prensado. La producción de productos semiacabados laminados a partir de aleación AMg6 es un proceso que requiere mucha mano de obra. Por lo tanto, recientemente, el magnesio altamente aleado comenzó a ser reemplazado por aleaciones tecnológicamente más avanzadas, por ejemplo, aleaciones basadas en el sistema Al-Zn-Mg (1935, 1915, 1911), que superan significativamente a la aleación AMg6 en propiedades de resistencia (especialmente en límite elástico) y no son inferiores a él en muchas características de corrosión.

El magnesio de baja aleación con un contenido de magnesio de hasta el 3% encontrará un uso aún más amplio debido a su alta resistencia a la corrosión y ductilidad. Según el diagrama de fases de las aleaciones Al-Mg, a temperatura eutéctica, un 17,4% de Mg se disuelve en aluminio. Al disminuir la temperatura, esta solubilidad disminuye drásticamente y a temperatura ambiente es de aproximadamente el 1,4%.

Así, las aleaciones con un alto contenido de magnesio en condiciones normales tienen una sobresaturación de este elemento (dependiendo del grado de la aleación) y, por tanto, deberían presentar un efecto de envejecimiento. Sin embargo, los cambios estructurales que se producen en estas aleaciones durante la descomposición de la solución sólida prácticamente no afectan el nivel de las características de resistencia y, al mismo tiempo, cambian drásticamente la resistencia a la corrosión de los productos semiacabados. La razón de este comportamiento anómalo radica en la naturaleza de la descomposición de la solución sólida y la composición de fases de los precipitados. Dado que para las aleaciones de Al-Mg el límite de temperatura superior para la formación de zonas GP (o la temperatura crítica de solubilidad de las zonas GP - t K) es significativamente menor que la temperatura ambiente, la descomposición de la solución sólida se produce según un mecanismo heterogéneo con la formación de fases de transición (B') y de equilibrio (B-Mg 2 Al3). Estos precipitados se nuclean de forma heterogénea en las interfaces (granos, partículas intermetálicas, etc.), así como en dislocaciones, por lo que su contribución al proceso de endurecimiento es pequeña y queda completamente compensada por el grado de ablandamiento provocado por una disminución de la concentración de magnesio en la solución sólida. Por esta razón, en la práctica, el efecto de refuerzo de las aleaciones de este grupo no se observa durante la descomposición de la solución sólida durante el envejecimiento natural o artificial o bajo diversas condiciones de recocido.

La fase B en una solución acuosa neutra de cloruros (3% NaCl) tiene un potencial de corrosión negativo igual a - 0,930 V. En la misma solución, pero a valores de pH más bajos, es decir, en un ambiente ácido, la diferencia de potencial entre la fase y la La solución sólida, aunque disminuye, sigue siendo bastante grande: (-0,864 V) - - (-0,526 V) = 0,338 V. Y, a la inversa, en un ambiente alcalino (3% NaCl + 1% NaOH) aluminio y aleaciones de aluminio que contienen 1 -9% Mg , se vuelve más negativo que la fase B, y la diferencia de potencial para los valores extremos de la región indicada de concentración de magnesio es, respectivamente, +0,24 y +0,18 V. Las características consideradas de los cambios en la electroquímica Las características de los componentes estructurales individuales de las aleaciones A1-Mg dependen principalmente del entorno externo y determinan la resistencia de estas aleaciones MKK, RSK y KR.

De lo anterior se deduce que las aleaciones con un contenido de magnesio superior al 1,4% pueden ser potencialmente sensibles a uno, dos o todos los tipos de corrosión mencionados anteriormente. Sin embargo, una amplia experiencia en la operación de estructuras y numerosos experimentos muestran que prácticamente las aleaciones con una concentración de magnesio que no excede el 3,5% (AMrl, AMg2 y parcialmente AMg3) no muestran sensibilidad a RS y RSC (Fig. 56).

Los estudios de microscopía electrónica muestran que esto se debe a la distribución discreta de las partículas de la fase B a lo largo de los límites de los granos debido a la baja sobresaturación de la solución sólida. Por tanto, el proceso de corrosión en ambientes neutros y ácidos está limitado únicamente por la disolución electroquímica de aquellas partículas que llegan a la superficie de la aleación en contacto directo con el electrolito.

Estas aleaciones son resistentes a la corrosión incluso en estado trabajado en frío, es decir, aunque el trabajo en frío acelera la descomposición de la solución sólida, no cambia la naturaleza de la distribución de los precipitados en los límites de los granos. Al mismo tiempo, debido a la influencia beneficiosa de la anisotropía estructural, en este caso la resistencia a la corrosión por picaduras aumenta significativamente. Las aleaciones con un contenido de magnesio superior al 3,5% (AMg3, AMg4) y especialmente superior al 5% (AMg5, AMg6) en un determinado estado estructural y en determinadas condiciones ambientales pueden ser sensibles a MCC y RSC, así como a CR.

Para las aleaciones del sistema Al-Mg, los factores electroquímicos en el agrietamiento por corrosión juegan un papel mucho más importante que para las aleaciones de otros sistemas. Por lo tanto, también es aconsejable evitar la formación de una película de fase B a lo largo de los límites de los granos para aumentar la resistencia Raman. En condiciones de producción, es precisamente este método para aumentar la resistencia Raman del magnalio dopado medio el que ha encontrado un uso generalizado.

Para las aleaciones de baja aleación con un contenido de magnesio superior al 1,4%, el uso de métodos de tratamiento térmico y termomecánico que promuevan una distribución uniforme de la fase B juega un papel menor que para las aleaciones de media y alta aleación. Sin embargo, en el estado semiendurecido obtenido mediante el efecto LTMT, además de la aparición de anisotropía estructural, que inhibe la propagación de la corrosión a mayor profundidad, una distribución más uniforme de la fase B también parece tener un efecto positivo. Por ejemplo, la profundidad de la corrosión en láminas de aleación AMg2 sometidas a TMT se reduce significativamente en comparación con la profundidad de la corrosión en láminas convencionales trabajadas en frío.

El aumento en la profundidad de las lesiones locales en la aleación AMg2 en estado recocido en condiciones de atmósfera marina también puede estar parcialmente asociado con la heterogeneidad de los precipitados de la fase B. Así, para la aleación AMg2 es aconsejable utilizar una tecnología que permita obtener una distribución uniforme del exceso de fase. Sin embargo, incluso cuando se utiliza tecnología convencional, el bajo contenido de elementos de aleación resulta ser un factor decisivo para determinar la resistencia a la corrosión de esta aleación. Esto lo confirma la resistencia a la corrosión bastante alta de la aleación AMg2 en diferentes entornos.

Un ejemplo típico es el comportamiento de Magnalia en el agua de mar. Después de 10 años de pruebas, la aleación tipo AMg2 tuvo una resistencia a la corrosión muy cercana a la que tiene en la atmósfera marina (Tabla 30).

La aleación tipo AMg4 tiene una profundidad de corrosión por picaduras en agua de mar significativamente mayor que la aleación tipo AMg2. En el caso de una aleación del tipo AMg5, la profundidad máxima de picadura aumenta aún más.

Por lo tanto, en el agua de mar existe una clara correlación entre la sensibilidad a la corrosión estructural (es decir, corrosión bajo tensión y corrosión por exfoliación) y picaduras normales. Con un aumento en el grado de aleación, aumenta la sobresaturación de la solución sólida y, en consecuencia, la sensibilidad a la corrosión estructural asociada con la tendencia a la precipitación selectiva de la fase B. En este sentido, para las aleaciones AMg4, AMg5 y especialmente AMg6, aumenta el papel de los factores tecnológicos que determinan la distribución uniforme de la fase B en la aleación.

Una de las formas efectivas de aumentar la resistencia a la corrosión del magnalio de aleación media es el TMT. De acuerdo con esto, la resistencia máxima de RSC y CR solo se puede lograr cuando se forma una estructura poligonizada en productos semiacabados en combinación con una distribución uniforme de la segunda fase. Se pueden lograr resultados positivos utilizando también modos de recocido a una temperatura por debajo de la línea de solubilidad del magnesio en aluminio en la etapa final del procesamiento. Hay que tener en cuenta que los productos semiacabados con distintos grados de recristalización se comportan de forma diferente. Actualmente, las estructuras se fabrican a partir de productos semiacabados recocidos con una estructura parcialmente (productos semiacabados prensados y laminados en caliente) y completamente recristalizada (chapas y tubos laminados en frío). Dado que las correlaciones entre los parámetros tecnológicos y las propiedades de corrosión cambian según la naturaleza de la estructura, consideraremos el efecto del recocido por separado para productos semiacabados deformados en frío y en caliente.

Clasificación de aleaciones de aluminio. Análisis de los resultados obtenidos Diagrama de estado aluminio magnesio

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