Aliuminio lydinių klasifikacija. Gautų rezultatų analizė Būsenos diagrama aliuminio magnio

07.01.2024 -

Visos pramoninės aliuminio ir magnio lydinių kompozicijos pagal magnio kiekį yra Al-Mg sistemos būsenos diagramos srityje, atitinkančioje α kietąjį tirpalą. Kietojo tirpalo koncentracija didėja didėjant temperatūrai, todėl iš esmės galima žymiai sustiprinti Al-Mg lydinius juos termiškai apdorojant (kietinant).
Liejimo būsenoje aliuminio lydiniai, kuriuose yra daugiau kaip 9 % Mg, turi α+β struktūrą; β fazėje, kuri yra trapus intermetalinis junginys, yra apie 35-38% Mg.
Pagal pusiausvyros fazių diagramą lydiniuose su 10% Mg, β-fazė išsiskiria iš kieto tirpalo dėl magnio tirpumo aliuminyje mažėjimo mažėjant temperatūrai (22 pav.). Esant tikroms kietėjimo sąlygoms, dėl intensyvių mikroskystėjimo procesų ir nepakankamo difuzijos procesų greičio, β-fazė išsiskiria iš motininio tirpalo 450°C temperatūroje išsigimusios eutektikos pavidalu. Tai buvo įrodyta eksperimentais (kietėjantis lydinys buvo gesinamas skirtingose temperatūrose). α-fazės, susidarančios dėl α nusodinimo iš kieto tirpalo, kiekis priklauso nuo magnio kiekio lydinyje. Turimais duomenimis, liejant smėlio formoje, kietame tirpale pasilieka iki 7 proc.

β-fazės išsiskyrimo mechanizmas, priklausantis nuo senėjimo trukmės, nėra gerai suprantamas. Leidžiama tokia senėjimo proceso seka: „zonos“, praturtintos magniu, nepusiausvyros β“ - pusiausvyros β.
Zonų buvimas patvirtinamas tik išmatavus lydinių elektrinę varžą. β" ir β fazių, kurios nusėda mažų plokštelių pavidalu, struktūra yra labai sudėtinga. Šios fazės buvo tiriamos rentgeno spindulių difrakcijos analize.
Šiame darbe buvo tiriama gesinimo terpės homogenizacijos trukmės H įtaka senėjimo procesui. Kuo ilgesnis homogenizacijos laikas, tuo tolygiau magnis pasiskirsto grūdų skerspjūvyje. Kai homogenizuojama 16 valandų, vėlesnis senėjimas lemia nuosėdų susidarymą tik magniu prisodrintose zonose, t. y. šalia grūdelių ribų, o lydinio dendritinė struktūra aiškiai atsiskleidžia. Palaipsniui ilgėjant homogenizacijos laikui, kritulių pasiskirstymas grūdų skerspjūvyje po brandinimo išlyginamas. Tačiau net ir pakaitinus 160 valandų, tolygiai pasiskirstant sekretams, aptinkamos atskiros sritys su dendritų kontūrais. Pastaruoju atveju, priešingai nei vaizdas, stebimas po 16 valandų homogenizavimo, plotai šalia grūdų ribų yra išeikvoti nuosėdomis. Visais atvejais išskyros yra adatos.

Be homogenizacijos laiko, nuosėdų susidarymui įtakos turi ir gesinimo sąlygos. Kai gesinama šaltame vandenyje, β-fazė išleidžiama išilgai grūdų ribų tolesnio senėjimo metu. Atvėsinant verdančiame vandenyje arba karštame aliejuje, po senėjimo susidaro β-fazės nusodinimas išilgai grūdų ribų izoliuotų intarpų pavidalu.
Aptariant ir analizuojant rezultatus, pripažįstama, kad liekamoji dendritinė segregacija ir laisvų vietų išeikvojimas zonose, esančiose šalia grūdų ribų, turi didelę įtaką β fazės kritulių sąlygoms ir pobūdžiui. Laisvos darbo vietos pagreitina β-fazių atskyrimo procesą, nes jo susidarymą lydi tūrio padidėjimas.
Remiantis Al-Mg sistemos lydinių metastabilia diagrama (23 pav.), siūloma β fazės susidarymo sekos schema senstant lydiniams su 10 % Mg (24 pav.). Išilgai grūdų ribų atskyrimo ir nuoseklios transformacijos procesai vyksta vienu etapu greičiau, nes čia didesnė branduolių susidarymo galimybė.

Nuosėdų neturintys plotai palei grūdų ribas yra silpnoji liejinių vieta, todėl sunaikinimas vyksta palei grūdų ribas, ypač antrajame etape, gesinant šaltame vandenyje, kai β fazė sudaro ištisines grandines. Sumažėja liejinių stiprumo savybės. Atsparumas korozijai stipriausiai pablogėja transformuojant β"→β (25 pav.) Galima daryti prielaidą, kad lydinių atsparumas korozijai priklauso nuo β fazės kritulių pobūdžio, kuris aiškiai matomas 25 pav. Tai atitinka faktą, kad lydiniai, sukietinti šaltame vandenyje, turi sumažintą atsparumą korozijai.
Lentelėje 12-14 parodyta Al-Mg sistemos pramoninių lydinių sudėtis ir savybės.
Aliuminio ir magnio sistemos lydiniai, kuriuose yra iki 6% Mg, termiškai apdorojant nesutvirtinami. Tirpalo grūdinimas žymiai pagerina lydinių, kuriuose yra daugiau nei 9% Mg, mechanines savybes.

Tarp dvigubų aliuminio-magnio lydinių lydiniai su 10-12% Mg turi didžiausią stiprumą ir didelį lankstumą sukietėjusioje būsenoje. Toliau didėjant magnio kiekiui, lydinių mechaninės savybės mažėja, nes terminio apdorojimo metu β-fazės pertekliaus, sukeliančio lydinio trapumą, paversti kietu tirpalu neįmanoma. Todėl visi pramoniniai Al-Mg sistemos lydiniai priklauso kietų tirpalų tipui, kurių magnio kiekis ne didesnis kaip 13%.
Be magnio, AL13 lydinyje yra silicio ir mangano. Silicio priedai padeda pagerinti lydinio liejimo savybes, nes padidėja dvigubo eutektinio α+Mg2Si kiekis. AL13 lydinio mechaninės savybės, įvedant 1% Si, šiek tiek keičiasi: šiek tiek padidėja stiprumas, šiek tiek sumažėja plastiškumas.
Manganas į AL13 lydinį dedamas daugiausia siekiant sumažinti žalingą geležies poveikį, kuri kristalizacijos metu nusėda adatos ir plokštelės formos kristalų pavidalu ir labai sumažina lydinio plastiškumą. Į lydinį įvedus manganą, susidaro junginys MnAl6, kuriame ištirpsta geležis. Ši jungtis turi kompaktišką skeleto ar net lygiašė formą.
Geležies, vario, cinko ir nikelio priemaišos neigiamai veikia AL13 lydinio atsparumą korozijai. Kai silicio kiekis yra didesnis nei 0,8%, lydinio atsparumas korozijai taip pat mažėja, o pridedant mangano padidėja.
AL13 klasės lydinys nėra sustiprintas termiškai apdorojant ir turi mažas mechanines savybes. Jo pranašumas yra palyginti didelis atsparumas korozijai, palyginti, pavyzdžiui, su siluminais, geras suvirinamumas ir (dėl Mg2Si junginio buvimo konstrukcijoje) didesnis atsparumas karščiui.
AL13 klasės lydinys naudojamas gaminant dalis, kurios turi vidutines apkrovas ir veikia jūros vandens ir silpnai šarminių skysčių sąlygomis. Lydinys naudojamas jūrinių laivų statybai skirtų dalių gamybai, taip pat detalėms, veikiančioms aukštesnėje temperatūroje (iki 180-200°C).
Lydiniai (AL8, AL8M, AL27-1) su dideliu magnio kiekiu (9-11%) sukietėjusioje būsenoje pasižymi labai aukštomis mechaninėmis savybėmis. Tačiau lydinių mechaninės savybės mėginiuose, išpjautuose tiesiai iš lietinių dalių, yra labai nevienodos; Pagrindinė nevienodų savybių priežastis yra liejinio nevienalytiškumas, aptinkamas susitraukimo laisvumo ir poringumo forma, taip pat oksidų intarpai masyviose liejinio dalyse.
Labai didelis šių lydinių trūkumas yra padidėjęs jautrumas natūraliam senėjimui. Nustatyta, kad daugiau kaip 10 % Mg aliuminio-magnio lydiniuose sukelia sukietėjusių liejinių dalių trapumą po ilgalaikio sandėliavimo ir eksploatacijos metu.
Lentelėje 15 paveiksle parodytas lydinių, turinčių skirtingą magnio kiekį, mechaninių savybių kitimas ilgalaikio natūralaus senėjimo metu. Pateikti duomenys rodo, kad didėjant magnio kiekiui, didėja polinkis į natūralų senėjimą. Dėl to padidėja takumo taškas, didžiausias stiprumas ir smarkiai sumažėja plastiškumas.
Tiriant vienuolika metų sendintų lydinių pavyzdžius dėl tarpgranulinės korozijos, buvo nustatyta, kad lydiniai, kuriuose yra mažiau nei 8,8 % Mg, nėra jautrūs tokio tipo korozijai, o esant didesniam magnio kiekiui, visi tirti lydiniai įgauna didesnį korozijos laipsnį. veikiamas natūralaus senėjimo. linkę į tarpkristalinę koroziją.
Vidutinis židinio korozijos pažeidimų gylis mėginių paviršiuje, tirtų pagal standartinį metodą panardinus vienai parai į 3 % NaCl tirpalą, pridedant 1 % HCl, buvo: 0,11 mm – su 8,8 % Mg. lydinys, 0. 22 mm - esant 11,5% Mg ir 0,26 mm - prie 13,5% Mg.
Aliuminio-magnio lydiniai AL27 ir AL27-1 turi vienodą pagrindinių legiruojančių komponentų (magnio, berilio, titano, cirkonio) kiekį; geležies ir silicio priemaišų kiekis lydinyje AL27-1 neturi viršyti 0,05 %.

Lentelėje 16 parodytos aliuminio ir magnio lydinio, kuriame yra geležies, silicio ir magnio priemaišų, mechaninės savybės.
Aukščiau pateikti duomenys visų pirma rodo, kad lydinys, kuriame yra mažiau nei 9% magnio (po 0,1% geležies ir silicio), pasižymi santykinai žemomis mechaninėmis savybėmis (σв = 28,5 kgf/mm2; δ5 = 12,5%). Iš tirtų lydinių didžiausias mechanines savybes turi lydinys, kuriame yra 10,5 % Mg (σв = 38 kgf/mm2; δ5 = 26,5 %). Kai magnio kiekis yra 12,2%, tempiamasis stipris taip pat yra aukštas (38,3 kgf / mm2), tačiau pailgėjimas yra šiek tiek mažesnis (21%).
Geležies kiekiui AL8 lydinyje padidėjus iki 0,38%, esant tokiam pat silicio kiekiui (0,07%), nepastebima tempiamojo stiprio pokyčių, o pailgėjimas šiek tiek sumažėja. Silicio kiekiui šiame lydinyje padidėjus iki 0,22%, žymiai sumažėja tiek tempiamasis stipris (iki 33,7 kgf/mm2), tiek pailgėjimas (17,5%). Padidinus silicio kiekį iki 0,34 proc., net ir esant mažam geležies kiekiui (0,10 proc.), ženkliai sumažėja mechaninės savybės: atsparumas tempimui sumažėja iki 29,5 kgf/mm2, o pailgėjimas – iki 13 proc. Jei papildomai padidinsime geležies kiekį šiame lydinyje iki 0,37%, tada mechaninės savybės dar labiau sumažės, bet mažiau nei didinant silicio kiekį: tempiamasis stipris taps 27,6 kgf/mm2, o pailgėjimas bus mažesnis. būti 10,5 proc.
Akivaizdu, kad net nedidelio silicio kiekio neigiamo poveikio priežastimi galima laikyti Mg2Si junginio susidarymą dėl didelio silicio afiniteto magniui. Kuo daugiau lydinyje silicio, tuo daugiau bus šio junginio. Mg2Si junginys kristalizuojasi vadinamojo „kiniško šrifto“ pavidalu ir, esantis palei grūdelių ribas, sutrikdo kieto tirpalo grūdelių sukibimą, be to, suriša tam tikrą magnio kiekį.

Fig. 26, a, b parodyta, kad palyginama aliuminio lydinių su 10% Mg, pagamintų iš skirtingo grynumo medžiagų, mikrostruktūra. Lydinio, išlieto iš didelio grynumo medžiagų, struktūrą sudaro kieto magnio tirpalo aliuminyje grūdeliai, kurių ribose yra Al3Mg2 fazė. Lydinio, paruošto ant mažo grynumo medžiagų, struktūroje, be Al3Mg3 fazės, galima pamatyti Mg3Si junginį „kiniško šrifto“ pavidalu ir FeAl3 junginį dviejų tipų plokščių pavidalu - plokščių ir žvaigždės formos (matyt, tai skirtingos tos pačios formos dalys). Mg2Si junginys yra išilgai grūdų ribų, o FeAl3 plokštės yra grūdų viduje arba kerta jų ribas. Kai kuriais atvejais FeAl3 plokštelės susikerta su Mg2Si kristalais, o tai rodo jų pirminę kristalizaciją iš lydalo. Po terminio apdorojimo Mg2Si fazė virsta kietu tirpalu, o lydinio, paruošto iš didelio grynumo medžiagų, mikrostruktūra yra kieto tirpalo grūdeliai (26c pav.).
Staigus kenksmingų geležies ir silicio priemaišų apribojimas, taip pat berilio, titano ir cirkonio priedų įdėjimas į aliuminio ir magnio lydinius (AL27 ir AL27-1) prisideda prie šių lydinių atsparumo korozijai ir mechaninių savybių reikšmingo padidėjimo. palyginti su CO lydiniu AL8.
Papildomo didelio grynumo Al-Mg lydinių legiravimo su įvairių elementų priedais poveikį galima atsekti naudojant AL8M lydinio pavyzdį. Vienas iš Al-Mg lydinių (AL8, AL27) su dideliu (iki 11,5%) magnio kiekiu trūkumų yra jų polinkis į natūralų senėjimą, plastikinių savybių mažėjimas ir įtrūkimų galimybė liejiniuose. Tačiau galima daryti prielaidą, kad galima rasti būdų stabilizuoti AL8 lydinio savybes. Vienas iš jų – sumažinti α kieto tirpalo magnio persotinimo laipsnį, t.y., sumažinti magnio kiekį lydinyje. Tuo pačiu metu senėjimo proceso greitis smarkiai sumažės. Tačiau reikia pažymėti, kad mažėjant magnio kiekiui lydinyje, prastėja lydinio mechaninės savybės. Norint pagerinti lydinių mechanines savybes šiuo atveju, būtina taikyti legiravimą ir modifikavimą.

Lentelėje 17 paveiksle pateikti molibdeno ir apdorojimo kalio fluorocirkonato druska įtakos Al-Mg (10,5 % Mg) lydinio savybėms ir grūdelių dydžiui pagal darbą rezultatai.
Jei lydalas apdorojamas kalio fluorocirkonatu, molibdeno įvedimas dešimtosiomis procentų dalimis prisideda prie labai stipraus lydinio kristalinio grūdelio patobulinimo; didžiausias šlifavimo efektas gaunamas į AL8 lydinį įvedant 0,1 % Mo.
Stipresnis grūdų rafinavimas kartu pridedant cirkonio ir molibdeno, nei pridedant kiekvieną iš šių elementų atskirai, matyt, paaiškinamas tuo, kad kiekvieno priedo tirpumas, esant kitam, sumažėja. Dėl to turėtų susidaryti žymiai daugiau intermetalinių dalelių, t.y. branduolių susidarymo centrų. Kristalizacija iš daugelio centrų suteikia smulkesnę grūdelių struktūrą.
Visiškai atsižvelgiant į grūdų rafinavimo poveikį, keičiasi mechaninės savybės. Pateikti mechaninių bandymų rezultatai rodo, kad lydalo apdorojimas kalio fluorocirkonatu ir 0,1% Mo leidžia padidinti lydinio stiprumo savybes nuo 29,9 iki 43-44 kgf/mm2, takumo ribą nuo 18 iki 22. kgf/mm2 ir santykinis pailgėjimas nuo 14 iki 23%. Kai molibdeno kiekis viršija 0,1 %, pablogėja mechaninės savybės.
Lentelėje 18 paveiksle parodytos lyginamosios AL8, AL8M ir AL27-1 lydinių savybės.

Kaip minėta anksčiau, sumažinus magnio kiekį Al-Mg lydiniuose, taip pat legiruojant įvairiais priedais, galima žymiai sumažinti persotinto kieto tirpalo skilimo greitį, taip pat pakeisti bendros korozijos greitį ir lydinių jautrumą tarpkristalinė korozija.
Siekiant išaiškinti šį efektą, darbe pateikiami bandymų šlapioje kameroje lydinių su skirtingu magnio ir legiruojamųjų priedų kiekiu rezultatai (19 lentelė).
Tyrimai taip pat parodė, kad santykinio svorio padidėjimo pokytis laikui bėgant paklūsta paraboliniam dėsniui. Tai rodo, kad ant visų lydinių mėginių paviršiaus susidaro tanki oksido plėvelė, turinti geras apsaugines savybes. Intensyviausias oksido plėvelės augimas vyksta per pirmąsias 500 dienų. Vėliau oksidacijos greitis stabilizuojasi. Reikia pažymėti, kad modifikuotų lydinių plėvelė, matyt, turi geresnes apsaugines savybes.

Mikrostruktūros tyrimas parodė, kad per visą korozijos bandymų laikotarpį tarpkristalinės korozijos procesas lydiniuose, kurių sudėtyje yra korozijos, nepastebėtas.
Lydiniai, kuriuose yra 11,5 % Mg, elgiasi skirtingai. Modifikuotų lydinių mėginių santykinio svorio padidėjimo pobūdis taip pat paklūsta paraboliniam dėsniui. Tačiau oksidacijos greitis pastebimai padidėja, palyginti su lydinių, kurių sudėtyje yra 8,5% Mg, oksidacijos greičiu, o oksido plėvelė įgauna apsaugines savybes esant pastebimai didesniam storiui.
Pradiniame lydinyje santykinio svorio padidėjimo pokytis taip pat paklūsta paraboliniam dėsniui. Tačiau per laikotarpį nuo 300 iki 500 dienų pastebimas staigus oksido plėvelės augimo greičio padidėjimas. Šį reiškinį, matyt, galima paaiškinti oksido plėvelės įtrūkimu per šį laikotarpį dėl joje atsiradusių didelių vidinių įtempimų.
Naujai susidariusiems oksidams išgydžius oksido plėvelės įtrūkimus, oksidacijos greitis sumažės ir išliks praktiškai nepakitęs ateityje.
Lydinių, kurių sudėtyje yra 11,5 % Mg, mikrostruktūros tyrimas parodė, kad pradiniame lydinyje po 300 dienų trukusių korozijos bandymų grūdelių ribos labai sutirštėja dėl β fazės nusodinimo, o lydinys tampa linkęs į tarpkristalinę koroziją. Akivaizdu, kad šiuo laikotarpiu pradeda formuotis koroziniai įtrūkimai, nes iki 500-osios bandymo dienos korozijos įtrūkimai labai giliai įsiskverbia į metalą, užfiksuodami gana daug grūdelių ribų.
Skirtingai nei nemodifikuotame lydinyje, modifikuotuose lydiniuose tarpkristalinės korozijos procesas apsiriboja paviršiniu metalo sluoksniu ir stipriai nesivysto net po 1000 dienų nuo korozijos bandymų. Reikėtų pažymėti, kad tarpkristalinės korozijos procesas mažiausiai išvystytas lydinyje, modifikuotame cirkoniu ir molibdenu.
Struktūrinius pokyčius visiškai atitinka lydinių mechaninių savybių pokyčiai.
Kaip rodo lentelės duomenys. 19, modifikuotų lydinių atsparumas tempimui nuolat didėja, o tai paaiškinama natūraliu senėjimo procesu. Originaliame lydinyje lygiagrečiai vyksta du procesai: natūralus senėjimas, kuris sustiprina lydinį, ir tarpkristalinės korozijos procesas, kuris jį suminkština. Dėl to pradinio lydinio atsparumas tempimui net šiek tiek sumažėja 1000 dienų nuo korozijos bandymų.
Dar labiau rodo lydinių santykinio pailgėjimo pokytis: pradinio lydinio plastikinių savybių staigus kritimas prasideda po 100 dienų nuo korozijos bandymų, o modifikuotų lydinių – tik po 500 dienų. Reikėtų pažymėti, kad modifikuotų lydinių plastiškumo sumažėjimas po 500 dienų trukusių korozijos bandymų gali būti labiau paaiškinamas lydinio trapumo procesu dėl natūralaus senėjimo, o ne tarpkristalinės korozijos procesu.

Al-Mg lydinių su dideliu magnio kiekiu (AL8, AL8M, AL27-1, AL27) trūkumai taip pat apima jautrumą tarpkristalinei korozijai ir įtempių koroziją, atsirandančią dėl ilgo kaitinimo aukštesnėje nei 80 ° C temperatūroje (20 lentelė). . Todėl šie lydiniai rekomenduojami gaminant galios dalis, kurios veikia trumpą laiką nuo -60 iki +60 ° C temperatūroje, o kai kuriais atvejais gali būti sėkmingai naudojamos vietoj negausios bronzos ir žalvario, nerūdijančio plieno ir deformuojamo aliuminio. lydiniai, kai naudojami didelės apimties komponentai ir dalys (įskaitant smūgines ir kintamas apkrovas) įvairiomis sąlygomis (įskaitant jūros vandenį ir rūką).
Norint sumažinti įtrūkimų susidarymo tendenciją liejiniuose, pagamintuose iš šių lydinių, ilgai eksploatuojant, reikia apriboti magnio kiekį lydiniuose iki 10%, o dalis gesinti iki 50–60 °C įkaitintame aliejuje.
Lydiniai AL23 ir AL23-1 sukietėję nėra linkę į tarpkristalinę koroziją. Šių lydinių liejimo būsenoje, atliekant tarpkristalinės korozijos bandymus, stebima korozijos raida išilgai grūdelių ribų, kurią sukelia šio lydinio liejinio struktūroje esantis β-fazės perteklius išilgai grūdelių ribų, išsiskiriantis kristalizacijos procesas.
Tipinės AL23-1 ir AL23 lydinių savybės pateiktos lentelėje. 21.

AL23-1 ir AL23 lydinius galima tinkamai suvirinti argono lankiniu suvirinimu. Suvirintų jungčių stiprumas yra 80-90% pagrindinės medžiagos stiprumo. Geri rezultatai gauti suvirinant liejamas detales iš AL23-1 lydinio su detalėmis iš kaltinio lydinio AMg6.
AL23-1 ir AL23 klasių lydiniai gali būti naudojami tiek išlieti, tiek sukietinti. Liejimo būsenoje AL23 ir AL23-1 lydiniai yra skirti gaminti detales, turinčias vidutines statines ir santykinai mažas smūgines apkrovas. Grūdintas lydinys AL23-1 skirtas gaminti detales, veikiančias esant vidutinėms statinėms ir smūgiinėms apkrovoms. AL29 klasės lydinys skirtas dirbti įvairiomis klimato sąlygomis. AL29 lydinio liejiniai naudojami be specialaus terminio apdorojimo. Išlietas AL29 lydinys turi patenkinamą atsparumą korozijai. Siekiant dar labiau padidinti atsparumą korozijai, dalys, pagamintos iš AL29 lydinio, anoduojamos chromo rūgštyje. AL29 lydinys, skirtas liejimui, chemine sudėtimi skiriasi nuo AL13 lydinio didesniu magnio kiekiu, taip pat mažesniu leistinu priemaišų kiekiu. Lydinys naudojamas išlietoje būsenoje. Mechaninėmis ir liejimo savybėmis lydinys AL29 pranašesnis už lydinį AL13, o visomis kitomis savybėmis panašus į jį ir naudojamas gaminant detales, veikiančias esant vidutinėms statinėms ir smūgiinėms apkrovoms, taip pat įrenginiuose, veikiančiuose subtropikuose. klimatas. Dalys, pagamintos iš AL29 lydinio, gali veikti ilgą laiką iki 150°C temperatūroje.
AL22 lydinys buvo sukurtas liejimui, kuris buvo pritaikytas gaminant dalis, veikiančias įrenginiuose ir mazguose aukštesnėje temperatūroje keletą minučių, o kartais ir keliasdešimt minučių. AL22 lydinyje yra daug magnio (10,5-13%), todėl galima naudoti sukietėjusius liejinius iš jo. Lydinio legiravimas su mažais titano ir berilio priedais padeda pagerinti jo liejimo ir stiprumo savybes. Lydinys AL22 yra pranašesnis už lydinį AL13 tiek technologinėmis savybėmis, tiek stiprumo charakteristikomis, tiek atsparumu karščiui. Siekiant didžiausio lydinio stiprumo, viršutinėje riboje turėtų būti magnio kiekis (iki 13%), o apatinėje - silicio; Liejant sudėtingos konfigūracijos detales, magnio kiekis turėtų būti ties apatine riba, o silicio – prie viršutinės ribos.
Lydinio trūkumas yra sumažėjęs elastingumas. AL22 lydinys naudojamas sudėtingų konfigūracijų detalių, veikiančių esant vidutinėms statinėms apkrovoms (agregatų ir instrumentų tipo dalys), lieti korozinėmis atmosferos ir jūros vandens sąlygomis. Lydinys plačiausiai naudojamas detalių liejimui. Šiuo atveju liejiniai naudojami išlieti. Dalys, pagamintos iš AL22 lydinio, gali veikti ilgą laiką iki 200°C temperatūroje.
Naujasis liejimo lydinys AL28 markė naudojamas išlietas (be terminio apdorojimo) gėlo vandens vamzdynų, alyvos ir kuro sistemų jungiamosioms detalėms, taip pat laivų mechanizmų ir įrangos dalims, kurių darbinė temperatūra nenukrenta, gamybai. viršija 100° C. Esant aukštesnei temperatūrai, vyksta intensyvus kieto tirpalo skilimas ir β-fazės nusodinimas palei grūdelių ribas, dėl ko lydinys sutrupėja.
Lentelėje 22 parodytos mechaninės AL28 lydinio savybės, priklausomai nuo pagrindinių legiravimo elementų kiekio klasės sudėtyje.
Į AL28 lydinį įdėjus 0,1-0,2 % Zr, stiprumo savybės padidėja 2-3 kgf/mm2 ir liejinių tankis, nes susidaro cirkonio hidrido lydinys, kuris yra stabilus lydymosi temperatūroje. Naudojant didelio grynumo pradines medžiagas kaip įkrovą, pastebimas reikšmingas lydinio stiprumo ir lankstumo padidėjimas.

Lydinys LL28 pasižymi dideliu atsparumu korozijai gėlame ir jūros vandenyje, taip pat jūrinėje atmosferoje. Lydinio atsparumas korozijai tokiomis sąlygomis yra panašus į gryno aliuminio atsparumą korozijai.
Fig. 27 paveiksle pateikti AL28 lydinio atsparumo korozijai bandymo rezultatai 3 % NaCl tirpale, parūgštintame 0,1 % H2O2. Bandymo trukmė buvo 1000 valandų Palyginimui, AL8, AL13 ir AL4 lydiniai buvo išbandyti tomis pačiomis sąlygomis.

Lentelėje 23 paveiksle pateikti lydinių AL28, AL4 ir AL13 bandinių tempimo bandymo rezultatai prieš ir po poveikio 3 % NaCl + 0,l % H2O2 vandeniniu tirpalu, patvirtinantys, kad AL28 lydinio atsparumas korozijai yra pranašesnis už tą. kitų tirtų aliuminio lydinių.
AL28 lydinio mechaninės savybės išliko nepakitusios po korozinės aplinkos poveikio 10 000 valandų, o AL4 lydinio stiprumo savybės šiek tiek pablogėjo ir žymiai (daugiau nei 50 %) sumažėjo pailgėjimas.

Padidėjęs AL28 lydinio atsparumas korozijai paaiškinamas tuo, kad jame yra mangano priedo, kuris turi teigiamą poveikį gryno aliuminio ir kai kurių aliuminio lydinių korozinėms savybėms. AL28 lydinys neturi polinkio į koroziją veikiant įtempiams esant normaliai temperatūrai, taip pat kai šildomas iki 100 ° C ir laikomas ilgą laiką (iki 1000 valandų). Tačiau net ir santykinai trumpalaikis poveikis esant aukštesnei nei 100°C temperatūrai smarkiai sumažina šio lydinio veikimą korozinėje aplinkoje, todėl jo naudoti aukštesnėje temperatūroje praktiškai neįmanoma.
Eksperimentinių liejinių korozijos bandymai natūraliomis sąlygomis (Juodojoje jūroje) 2-3 metus parodė, kad AL28 lydinys nėra linkęs į taškinę koroziją. AL28 lydinys pasirodė esąs vienas atspariausių aliuminio lydinių, kai buvo išbandytas jūros vandenyje, judančiame 10 m/s greičiu. Laivų oro kondicionierių sandarių freoninių kompresorių karterių eksploatavimas daugelį metų patvirtino jų gamybos iš AL28 lydinio, kaip medžiagos, atsparios freono-22 poveikiui, pagrįstumą ir patikimumą.
Reikia pasakyti, kad pastaruoju metu įtempių korozijai skiriama didelė reikšmė, nes šiuolaikinėje mechaninėje inžinerijoje, o ypač laivų statyboje, atogrąžų temperatūrų, didelės drėgmės ir jūros vandens sąlygomis medžiagų stiprumui ir našumui keliami didesni reikalavimai. Įdomus yra darbas, kuriame aprašomas aliuminio lydinių jautrumo įtempių korozijos įtrūkimams tyrimas.
Tempimo jėga buvo sukurta naudojant iš anksto sukalibruotą spyruoklę. Krovinys buvo perkeltas į 5 mm skersmens mėginį. Mėginio forma leido prie jo pritvirtinti vonias su ėsdinančia aplinka. Siekiant išvengti kontaktinės korozijos, instaliacijos rankenos nuimamos nuo vonios. Kaip ėsdinanti terpė buvo naudojamas vandeninis 3 % NaCl + 0,1 % H2O2 tirpalas.
Norint nustatyti laiką iki gedimo priklausomai nuo įtempio dydžio, pavyzdžiai buvo patalpinti į įrenginį, kuriame buvo sukurta jėga, atitinkanti 1,2-0,4 įprastinės takumo ribos. Gauti rezultatai parodyti fig. 28, 29, 30.

Taigi visų tirtų lydinių mėginių „gyvenimo“ laiko priklausomybė nuo įtempių ore (t. y. ilgalaikio stiprumo kambario temperatūroje) koordinačių įtempiuose - laiko iki gedimo logaritmas išreiškiamas tiesia linija, kas būdinga daugumai metalinių medžiagų: didėjant apkrovai, laikas iki mėginių sunaikinimo mažėja. Tačiau magnalijų (AL28, AL8 ir AL27-1) įtempių ir laiko iki lūžio santykis išreiškiamas nulaužta kreive, susidedančia iš dviejų beveik tiesių šakų. Kairioji kreivės šaka rodo, kad šių lydinių atsparumas korozijai, veikiant įtempiams, labai priklauso nuo įtempių lygio; apkrovos padidėjimas smarkiai sumažina mėginio „gyvenimo laiką“. Esant mažesnėms apkrovoms, išnyksta laiko iki gedimo priklausomybė nuo įtempių, t.y., esant šiems įtempimams, mėginių „gyvenimo trukmė“ nepriklauso nuo įtempių lygio – dešinioji šaka yra tiesi, beveik lygiagreti laiko ašiai. . Atrodo, kad šiems lydiniams yra atsparumo korozijai įtempiams riba arba „slenkstis“.
Pažymėtina, kad AL28 lydinio atsparumo korozijai riba veikiant įtempiams yra reikšminga reikšmė, maždaug lygi sąlyginei takumo ribai. Kaip žinoma, konstrukcinių įtempių lygis dažniausiai neviršija takumo ribos, t.y. galime manyti, kad iš šio lydinio pagamintų liejinių korozinis įtrūkimas praktiškai neįtraukiamas.
AL8 lydinio atsparumo korozijai riba neviršija 8 kgf/mm2, o tai yra maždaug 2 kartus mažesnė už šio lydinio takumo ribą ir rodo mažą atsparumą korozijai.
Lydinio AL27-1 atsparumo korozijai ribą galima laikyti lygia jo sąlyginei takumo ribai. Lydinyje AL27-1, kaip ir AL8 lydinyje, yra apie 10% Mg, tačiau jo papildomas legiravimas su nedideliu kiekiu (0,05-0,15%) berilio, titano ir cirkonio sumažina jo jautrumą korozijos įtrūkimams.
Atsparumo koroziniam trūkinėjimui veikiant šilumai tyrimas buvo atliktas siekiant nustatyti temperatūras, kuriose AL8, AL27-1 ir AL28 klasių aliuminio-magnio lydiniai gali ilgą laiką išlaikyti atsparumą įtempių korozijai. , taip pat nustatyti leistinumą trumpalaikiam dalių, pagamintų iš šių lydinių, kaitinimo proceso metu.jų gamybos (pavyzdžiui, impregnavimo, apsauginių dangų dengimo ir kt.) metu. Šių lydinių pavyzdžiai buvo sendinami 70, 100, 125 ir 150 °C temperatūroje nuo 1 iki 1000 valandų, priklausomai nuo kaitinimo temperatūros, o po to bandomi esant įtempiams, lygiems 0,9–0,8 įtempių lygio, kuriam esant korozijos įtrūkimai nevyksta. apibrėžta pradinei būsenai.
Parodyta pav. 31 duomenys rodo, kad lydinio AL28 atsparumas korozijai nesumažėja ilgą laiką kaitinant iki 100°C, o trumpalaikis kaitinimas iki 150°C leidžiamas neprarandant eksploatacinių savybių korozinėje aplinkoje.

Iš anksto pašildytų lydinių AL8 ir AL27-1 atsparumo korozijai bandymo rezultatai parodė, kad iš šių lydinių pagamintų dalių naudojimas aukštesnėje temperatūroje korozijos sąlygomis yra praktiškai nepriimtinas. Gauti aliuminio-magnio lydinių AL8, AL27-1 jautrumo koroziniam trūkinėjimui tyrimo rezultatai, kai jie gaunami, ir po dirbtinio sendinimo leidžia daryti išvadą, kad jų korozijos elgesį veikiant įtempiams pirmiausia lemia kietosios medžiagos stabilumas. sprendimo struktūra.
Lyginant AL8 ir AL27-1 lydinių, turinčių vienodą magnio kiekį, atsparumą korozijai, matyti, kad AL27-1 lydinys, kurio struktūra stabilizuojama papildomai legiruojant, pasižymi didesniu atsparumu korozijai įtempiams. Lydinys AL28, kuriame yra 4,8-6,3% kieto tirpalo, kurio stabilumas yra didesnis nei lydinių su 10% Mg, yra atsparesnis koroziniam įtrūkimui.

Klausimas 1. Nubraižykite aliuminio-vario sistemos fazių schemą. Apibūdinkite komponentų sąveiką skystoje ir kietoje būsenoje, nurodykite struktūrinius komponentus visose fazių diagramos srityse ir paaiškinkite lydinių savybių kitimo pobūdį tam tikroje sistemoje, naudodami Kurnakovo taisykles.

Svarbiausia duraliuminio priemaiša yra varis.

A1-Cu lydinių fazių diagrama (1 pav.) reiškia III tipo fazių diagramas, kai komponentai sudaro kietą tirpalą su

ribotas tirpumas, mažėjant temperatūrai. Lydiniuose, turinčiuose tokio tipo fazių diagramą, antrinė

kristalizacija, susijusi su daliniu kieto tirpalo skilimu. Tokie lydiniai gali būti termiškai apdorojami III ir IV grupėse, ty grūdinami

Aliuminio ir vario lydinių būklės diagrama.

Iš fazių diagramos A1 – Cu matyti, kad didžiausias vario tirpumas aliuminyje stebimas 548°, kai jis yra

5,7 %; Temperatūrai mažėjant vario tirpumas aliuminyje mažėja ir kambario temperatūroje yra 0,5%. Jei lydiniai, kurių vario kiekis yra nuo 0,5 iki 5,7%, yra gesinami kaitinant virš fazių virsmų temperatūrų (pavyzdžiui, virš 5 punkto A1-Cu lydinių fazių diagramoje), lydinys virsta vienalyte kieta medžiaga. sprendimas a. Po gesinimo kietas tirpalas suskaidys lydinyje, kartu išsiskiria perteklinė fazė su dideliu dispersijos laipsniu. Tokia Al-Cu lydinių fazė yra kietas ir trapus cheminis junginys CuAl 2 .

Persotinto kieto tirpalo skilimas gali vykti ilgą laiką, kai lydinys laikomas kambario temperatūroje (natūralus senėjimas), o greičiau – aukštesnėje temperatūroje (dirbtinis senėjimas). Dėl senėjimo lydinio kietumas ir stiprumas didėja, o lankstumas ir kietumas mažėja.

Pagal senėjimo teoriją, kuri labiausiai išplėtota pagal Kurnakovo taisykles, lydinių senėjimo procesas vyksta keliais etapais. Lydinių sukietėjimas, pastebėtas dėl senėjimo, atitinka fazių pertekliaus nusodinimo labai išsklaidytoje būsenoje laikotarpį. Struktūros pokyčius galima stebėti tik naudojant elektroninį mikroskopą. Paprastai šis proceso etapas vyksta sukietėjusiuose lydiniuose natūralaus senėjimo metu. Tuo pačiu metu padidėja lydinio kietumas ir stiprumas.

Kai sukietėję lydiniai kaitinami iki santykinai žemos temperatūros, skirtingos skirtingiems lydiniams (dirbtinis senėjimas), įvyksta antrasis etapas, susidedantis iš nusodintų fazių dalelių padidėjimo. Šį procesą galima stebėti naudojant optinį mikroskopą. Padidėjusių stiprinimo fazių nuosėdų atsiradimas mikrostruktūroje sutampa su nauju savybių pasikeitimu – lydinio stiprumo ir kietumo sumažėjimu bei jo plastiškumo ir kietumo padidėjimu. Senėjimas stebimas tik tuose lydiniuose, kurių fazių diagrama yra riboto tirpumo, kuri mažėja mažėjant temperatūrai. Kadangi daug lydinių turi tokio tipo diagramas, senėjimo reiškinys yra labai dažnas. Daugelio spalvotųjų metalų lydinių – aliuminio, vario ir kt. terminis apdorojimas pagrįstas senėjimo reiškiniu.

Aukščiau aptartuose A1-Cu lydiniuose šis procesas vyksta taip. Natūralaus senėjimo metu sukietėjusiame lydinyje susidaro zonos (diskai) su padidintu vario kiekiu. Šių zonų, vadinamų Guinier-Preston zonomis, storis yra lygus dviem ar trims atominiams sluoksniams. Kaitinant iki 100° ir daugiau, šios zonos virsta vadinamąja Ө faze, kuri yra nestabili alotropinė cheminio junginio CuA1 2 modifikacija. Esant aukštesnei nei 250° temperatūrai, 9" fazė virsta Ө (CuA1 2) faze. Be to, vyksta Ө (CuA1 2) fazės nusodinimas. Pirmajame senėjimo etape lydinys turi didžiausią kietumą ir stiprumą.

D1 klasės duraliuminyje Ө fazė taip pat išsiskiria skaidant kietąjį tirpalą, o D16 klasės duraliuminyje tokių fazių yra kelios.

Dalių, pagamintų iš duraliuminio, terminio apdorojimo technologija susideda iš grūdinimo, atliekamo norint gauti persotintą kietą tirpalą, ir natūralaus ar dirbtinio sendinimo. Grūdinimui detalės kaitinamos iki 495° ir atšaldomos šaltame vandenyje.

Sukietėjusios dalys natūraliai sensta, laikant jas kambario temperatūroje. Po 4-7 dienų senėjimo detalės įgauna didžiausią stiprumą ir kietumą. Taigi, D1 klasės duraliuminio atsparumas tempimui atkaitintoje būsenoje yra 25 kg/mm 2 , ir jo kietumas lygus N IN = 45; po sukietėjimo ir natūralaus senėjimo tempiamasis stipris yra 40 kg/mm 2 , ir kietumas padidėja iki N V = 100.

Kieto tirpalo skilimo laiką galima sutrumpinti iki kelių valandų kaitinant sukietintą duraliuminį iki 100 - 150 ◦ (dirbtinis sendinimas), tačiau dirbtinio sendinimo kietumo ir stiprumo vertės yra šiek tiek mažesnės nei natūralaus sendinimo. senėjimo. Atsparumas korozijai taip pat šiek tiek sumažėja. Duraliuminio markės D16 ir D6 pasižymi didžiausiu kietumu ir stiprumu po grūdinimo ir senėjimo.Duraliuminio markės DZP ir D18 yra padidinto plastiškumo lydiniai.

Duraliuminiai plačiai naudojami įvairiose pramonės šakose, ypač orlaivių konstrukcijoje, dėl mažo savitojo svorio ir aukštų mechaninių savybių po terminio apdorojimo.

Ženklinant duralumininus, raidė D reiškia „duraliuminį“, o skaičius yra sutartinis lydinio skaičius.

2. GELEŽIES-ANGLIES LYDINIŲ BŪSENOS SCHEMA

Geležies ir anglies lydiniai paprastai klasifikuojami kaip dviejų komponentų lydiniai. Jų sudėtyje, be pagrindinių komponentų – geležies ir anglies, yra nedideli kiekiai įprastų priemaišų – mangano, silicio, sieros, fosforo, taip pat dujų – azoto, deguonies, vandenilio ir kartais kai kurių kitų elementų pėdsakų. Geležis ir anglis sudaro stabilų cheminį junginį Fe 3 C (93,33 % Fe ir 6,67 % C), vadinamą geležies karbidu arba cementitu. Naudojamų geležies ir anglies lydinių (plieno, ketaus) anglies kiekis neviršija 6,67 %, todėl geležies lydiniai su geležies karbidu (Fe-Fe 3 C sistema), kurių antrasis komponentas yra cementitas, yra naudingi. svarbą.

Kai anglies kiekis viršija 6,67%, lydiniuose nebus laisvos geležies, nes visa tai cheminiu būdu susijungs su anglimi. Šiuo atveju lydinių komponentai bus geležies karbidas ir anglis; lydiniai priklausys antrajai sistemai Fe 3 C -C, kuri nėra pakankamai ištirta. Be to, geležies ir anglies lydiniai, kurių anglies kiekis viršija 6,67%, yra labai trapūs ir praktiškai nenaudojami.

Lydiniai Fe -Fe 3 C (su C kiekiu iki 6,67%), atvirkščiai, turi didelę praktinę reikšmę. Fig. 2 paveiksle parodyta struktūrinė Fe -Fe 3 C lydinių būsenos diagrama, pavaizduota temperatūros – koncentracijos koordinatėmis. Ordinačių ašyje rodomos lydinių kaitinimo temperatūros, o abscisių ašyje – anglies koncentracija procentais. Kairioji ordinatė atitinka 100 % geležies, o dešinioji – 6,67 % anglies kiekį (arba 100 % Fe 3 C koncentraciją).

Dešinėje ordinatėje yra Fe 3 C lydymosi temperatūra, atitinkanti 1550° (taškas D diagramoje).

Dėl to, kad geležis turi modifikacijų, kairėje ordinatėje, be geležies lydymosi temperatūros, 1535° (taškas A diagramoje) taip pat pavaizduotos alotropinių geležies virsmų temperatūros: 1390° (taškas N ) ir 910° (taškas G).

Taigi diagramos ordinatės atitinka grynuosius lydinio komponentus (geležies ir cementito), o tarp jų yra taškai, atitinkantys skirtingų koncentracijų nuo 0 iki 6,67 % C lydinius.

Ryžiai. 2. Lydinių būklės struktūrinė diagramaFe - Fe 3 C .

Tam tikromis sąlygomis cheminis junginys (cementitas) gali nesusidaryti, tai priklauso nuo silicio, mangano ir kitų elementų kiekio, taip pat nuo luitų ar liejinių aušinimo greičio. Šiuo atveju lydiniuose anglis išsiskiria laisvoje būsenoje grafito pavidalu. Šiuo atveju nebus dviejų lydinių sistemų (Fe -Fe 3 C ir Fe 3 C -C). Juos pakeičia viena Fe-C lydinio sistema, neturinti cheminių junginių.

2.1 Geležies ir anglies lydinių struktūriniai komponentai.

Mikroskopinė analizė rodo, kad geležies ir anglies lydiniuose susidaro šeši struktūriniai komponentai: feritas, cementitas, austenitas ir grafitas, taip pat perlitas ir ledeburitas.

Feritas vadinamas kietu anglies įsiterpimo Fe a tirpalu. Kadangi anglies tirpumas Fe yra nereikšmingas, feritas gali būti laikomas beveik grynu Fe a. Feritas turi į kūną orientuotą kubinę gardelę (BC). Žiūrint į mikroskopą, šis struktūrinis komponentas atrodo kaip įvairaus dydžio šviesūs grūdeliai. Ferito savybės yra tokios pačios kaip geležies: jis yra minkštas ir kalus, jo tempiamasis stipris yra 25 kg/mm 2 , kietumas N IN = 80, santykinis pailgėjimas 50%. Ferito plastiškumas priklauso nuo jo grūdelių dydžio: kuo smulkesnis grūdelis, tuo didesnis jo plastiškumas. Iki 768° (Curie taško) jis yra ferimagnetinis, o aukščiau – paramagnetinis.

Cementitas vadinamas geležies karbidu Fe3C. Cementitas turi sudėtingą rombinę gardelę. Žiūrint į mikroskopą, šis struktūrinis komponentas atrodo kaip įvairaus dydžio plokštelės arba grūdeliai. Cementitas yra kietas (N IN > 800 vienetų) ir yra trapus, o jo santykinis pailgėjimas yra artimas nuliui. Skiriamas cementitas, išsiskiriantis pirminės kristalizacijos metu iš skysto lydinio (pirminis cementitas arba C 1), ir cementitas, išsiskiriantis iš kieto Y-austenito tirpalo (antrinis cementitas arba C 2). Be to, skaidant kietąjį tirpalą a (regionas G.P.Q. Būsenos diagramoje) išsiskiria cementitas, vadinamas, priešingai nei ankstesni, tretiniu cementitu arba C 3. Visos cementito formos turi vienodą kristalinę struktūrą ir savybes, tačiau skiriasi dalelių dydžiai – plokštelės ar grūdeliai. Didžiausios yra pirminio cementito dalelės, o mažiausios – pirminio cementito dalelės. Iki 210° (Curie taško) cementitas yra ferimagnetinis, o virš jo – paramagnetinis.

Austenitas vadinamas kietu anglies įsiterpimo Fe Y tirpalu. Austenitas turi į veidą orientuotą kubinę gardelę (K12). Žiūrint į mikroskopą, šis struktūrinis komponentas atrodo kaip šviesūs grūdeliai su būdingomis dvigubomis linijomis (dvyniais). Austenito kietumas yra N IN = 220. Austenitas yra paramagnetinis.

Grafitas turi laisvai supakuotą šešiakampę gardelę su sluoksniuotu atomų išdėstymu. Žiūrint į mikroskopą, šis konstrukcinis komponentas turi įvairių formų ir dydžių plokščių formą iš pilkojo ketaus, dribsnių formą iš kaliojo ketaus ir sferinę formą iš didelio stiprumo ketaus. Grafito mechaninės savybės yra itin žemos.

Visi keturi išvardyti struktūriniai komponentai kartu yra ir geležies-anglies lydinių sistemos fazės, nes yra vienalytės – kieti tirpalai (feritas ir austenitas), cheminis junginys (cementitas) arba elementinė medžiaga (grafitas).

Ledeburito ir perlito struktūriniai komponentai nėra vienarūšiai. Tai specialių savybių mechaniniai mišiniai (eutektiniai ir eutektoidiniai).

Perlitas vadinamas eutektoidiniu ferito ir cementito mišiniu. Jis susidaro iš austenito antrinės kristalizacijos metu ir yra 0,8% C. Perlito susidarymo temperatūra yra 723°. Ši kritinė temperatūra, stebima tik pliene, vadinama tašku A±. Perlitas gali būti sluoksninės struktūros, kai cementitas yra plokščių formos, arba granuliuotos struktūros, kai cementitas yra grūdelių formos. Lamelinio ir granuliuoto perlito mechaninės savybės šiek tiek skiriasi. Lamelinio perlito tempiamasis stipris yra 82 kg/mm 2 , santykinis pailgėjimas 15%, kietumas N V = 190-^-230. Granuliuoto perlito tempiamasis stipris yra 63 kg/mm 2 , santykinis pailgėjimas 20% ir kietumas R = 1,60-g-190.

Ledeburitas vadinamas eutektiniu austenito ir cementito mišiniu. Susidaro pirminės kristalizacijos procese 1130° temperatūroje. Tai žemiausia kristalizacijos temperatūra geležies ir anglies lydinių sistemoje. Austenitas, kuris yra ledeburito dalis, 723° kampu virsta perlitu. Todėl žemiau 723° ir iki kambario temperatūros ledeburitas susideda iš perlito ir cementito mišinio. Jis labai sunkus (N V ^ 700) ir trapi. Ledeburito buvimas yra baltojo ketaus struktūrinis bruožas. Geležies ir anglies lydinių mechaninės savybės skiriasi priklausomai nuo konstrukcinių komponentų skaičiaus, formos, dydžio ir vietos.

Fe -Fe 3 C būsenos struktūrinė diagrama yra sudėtinga diagrama, nes geležies-anglies lydiniuose vyksta ne tik su kristalizacija susijusios transformacijos, bet ir kietos būsenos transformacijos.

Riba tarp plieno ir baltojo ketaus yra 2 % anglies koncentracija, o struktūrinis bruožas yra ledeburito buvimas arba nebuvimas. Lydiniai, kurių anglies kiekis yra mažesnis nei 2% (kurie neturi ledeburito), vadinami plienais, o lydiniai, kurių anglies kiekis didesnis nei 2% (kurių struktūroje yra ledeburito), vadinami baltuoju ketumi.

Priklausomai nuo anglies koncentracijos ir plieno sandaros, ketaus dažniausiai skirstomi į tokias konstrukcines grupes: hipoeutektoidiniai plienai (iki 0,8 % C); struktūra - feritas ir perlitas; eutektoidinis plienas (0,8 % C); struktūra - perlitas;

hipereutektoidiniai plienai (nuo 0,8 iki 2 % C); struktūra - perlitas į antrinį cementitą;

hipoeutektinis baltas ketus (nuo 2 iki 4,3 % C); struktūra - ledeburitas (suiręs), perlitas ir antrinis cementitas;

eutektinis baltas ketus (4,3 % C); struktūra - ledeburitas;

hipereutektinis baltas ketus (nuo 4,3 iki 6,67 % C); struktūra – ledeburitas (suiręs) ir pirminis cementitas.

Šis padalijimas, kaip matyti iš Fe-Fe 3 C fazių diagramos, atitinka šių lydinių struktūrinę būklę, stebimą kambario temperatūroje.

3 klausimas.

Pasirinkite įrankinį karbido lydinį, skirtą smulkiam detalės, pagamintos iš 30KhGSA plieno, paviršiaus frezavimui. Pateikite charakteristikas, iššifruokite pasirinktą lydinio markę, apibūdinkite lydinio konstrukcines ypatybes ir savybes.

Įrankiai skirstomi į tris grupes: pjovimo (pjaustytuvai, grąžtai, pjaustytuvai ir kt.), matavimo (materiai, žiedai, plytelės ir kt.) ir karšto ir šalto metalo formavimo įrankiai (antspaudai, braižymo lentos ir kt.). Priklausomai nuo įrankių tipo, reikalavimai plienui jų gamybai yra skirtingi.

Pagrindinis reikalavimas pjovimo įrankių plienui yra didelis kietumas, kuris nesumažėja esant aukštai temperatūrai, kuri atsiranda apdorojant metalus pjovimo būdu (raudonas atsparumas). Metalo pjovimo įrankių kietumas turi būti R c = 60÷65. Be to, pjovimo įrankių plienas turi turėti didelį atsparumą dilimui, stiprumą ir patenkinamą kietumą.

Greitaeigis plienas plačiausiai naudojamas pjovimo įrankių gamybai. Greitaeigis plienas yra daugiakomponentis lydinys ir priklauso karbido (ledeburito) plienų klasei. Be geležies ir anglies, jo sudėtyje yra chromo, volframo ir vanadžio. Pagrindinis greitojo plieno legiravimo elementas yra volframas. Plačiausiai naudojamas (3 lentelė) greitaeigis plienas P18 (18 % W) ir P9 (9 % W).

Greitaeigis plienas įgyja didelį kietumą R C = 62 ir raudoną atsparumą po terminio apdorojimo, kurį sudaro grūdinimas ir pakartotinis grūdinimas.

1 lentelė

Greitaeigio plieno cheminė sudėtis

(pagal GOST 5952-51)

plieno klasė
	C	W	Kr	V	Mo
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

3 paveiksle parodyta greitapjovio plieno R18 terminio apdorojimo grafika.

Mes pasirenkame jį kaip švaraus frezavimo įrankį, nes... Šios rūšies plienas mums tinka pagal savo savybes.

Greitaeigio plieno terminis apdorojimas turi keletą savybių, kurias lemia jo cheminė sudėtis. Greitaeigis plienas kaitinamas grūdinimo metu iki aukštos temperatūros (1260-1280°), būtinas chromui, volframui ir vanadžio karbidams ištirpinti austenite. Iki 800-850° kaitinimas atliekamas lėtai, kad būtų išvengta didelių vidinių plieno įtempimų dėl mažo šilumos laidumo ir trapumo, tada greitas kaitinimas iki 1260-1280°, kad būtų išvengta austenito grūdelių augimo ir dekarbonizacijos. . Greitojo plieno aušinimas atliekamas alyvoje. Taip pat plačiai taikomas laipsniškas greitaeigio plieno grūdinimas druskose 500-550° temperatūroje.

Greitaeigio plieno struktūra po grūdinimo susideda iš martensito (54%), karbidų (16%) ir išlaikyto austenito (30%). Po sukietėjimo greitaeigis plienas pakartotinai grūdinamas 560° kampu. Paprastai grūdinimas atliekamas tris kartus, išlaikant 1 valandą, siekiant sumažinti sulaikyto austenito kiekį ir padidinti plieno kietumą. Atliekant poveikį grūdinimo temperatūrai, iš austenito išsiskiria karbidai, o vėsdamas austenitas virsta martensitu. Tarsi atsiranda antrinis sukietėjimas. Greitaeigio plieno struktūra po grūdinimo yra grūdintas martensitas, labai dispersiniai karbidai ir nedidelis kiekis sulaikyto austenito. Siekiant dar labiau sumažinti sulaikyto austenito kiekį, greitaeigiai plienai yra apdorojami šaltu būdu, kuris atliekamas prieš grūdinimą. Žemos temperatūros cianidavimas labai efektyviai padidina kietumą ir atsparumą dilimui.

Greitaeigis plienas plačiai naudojamas įvairių pjovimo įrankių gamybai; Iš šių plienų pagaminti įrankiai veikia pjovimo greičiu, kuris yra 3–4 kartus didesnis nei įrankių, pagamintų iš anglinio plieno, ir išlaiko pjovimo savybes, kai pjovimo proceso metu įkaista iki 600–620º.

Klausimas. 4 Spyruoklei gaminti pasirinkite racionaliausią ir ekonomiškiausią plieno rūšį, kuri po terminio apdorojimo turėtų gauti aukštą elastingumą ir ne mažesnį kaip 44 ... 45 HRC E kietumą. Nurodykite charakteristiką, nurodykite plieno sudėtį, pasirinkite ir pagrįsti terminio apdorojimo režimą. Apibūdinti ir nubraižyti plieno mikrostruktūrą ir savybes po terminio apdorojimo.

Spyruoklės naudojamos energijos kaupimui (spyruokliniai varikliai), smūgiams sugerti ir amortizuoti, šiluminiam plėtimuisi vožtuvų paskirstymo mechanizmuose kompensuoti ir kt. Spyruoklės deformacija gali pasireikšti jos tempimu, suspaudimu, lenkimu ar sukimu.

Ryšys tarp jėgos P ir spyruoklės deformacijos F vadinamas spyruoklės charakteristika.

Pagal dizainerio vadovą – mechanikos inžinerija, aut. Anurijevas. V.I., pasirenkame racionaliausią ir ekonomiškiausią plieno rūšį:

Plienas – 65G(mangano plieno), kurio elastingumas ir kietumas lygus 42...48 HRC E. pagal Requel. Plieno terminis apdorojimas: grūdinimo temperatūra - 830 ºC, (alyvos terpė), grūdinimas - 480 º C. Tempiamasis stipris (δ B) - 100 kg/mm², takumo riba (δ t) - 85 kg/mm 2, santykinis pailgėjimas (δ 5) – 7%, santykinis susiaurėjimas (ψ) – 25%.

Charakteristikos – aukštos kokybės spyruoklinis plienas, kurio P – S kiekis ne didesnis kaip 0,025%. Skirstoma į 2 kategorijas: 1 – dekarbonizuotas sluoksnis, 2 – su normalizuotu dekarbonizuotu sluoksniu

5 klausimas. AK4-1 lydinys buvo naudojamas orlaivių variklių kompresorių diskams gaminti. Pateikite aprašymą, nurodykite lydinio sudėtį ir mechaninių savybių charakteristikas, lydinio grūdinimo būdą ir pobūdį, apsaugos nuo korozijos būdus.

AK4-1 yra aliuminio lydinys, perdirbamas į gaminį deformuojant, sutvirtintas termiškai apdorojant ir atsparus karščiui.

Lydinio sudėtis: 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%, priemaišos iki 0,83%. Lydinio tempiamasis stipris 430 MPa, takumo riba 0,2 - 280 MPa.

Legiruotas su geležimi, nikeliu, variu ir kitais elementais, kurie sudaro stiprinimo fazes

6 klausimas. Ekonominės prielaidos nemetalinių medžiagų naudojimui pramonėje. Apibūdinkite dujomis užpildytų plastikų grupes ir savybes, pateikite pavyzdžius iš kiekvienos grupės, jų savybes ir taikymo sritį orlaivių konstrukcijose.

Pastaruoju metu nemetalinės polimerinės medžiagos vis dažniau naudojamos kaip konstrukcinės medžiagos. Pagrindinis polimerų bruožas yra tas, kad jie turi daug savybių, kurios nėra būdingos metalams ir gali puikiai papildyti metalines konstrukcines medžiagas arba jas pakeisti, taip pat įvairios fizikinės, cheminės ir mechaninės savybės, būdingos įvairių tipų plastikams ir apdirbimo į gaminius paprastumas lemia Plačiai naudojamas visose mechaninės inžinerijos, instrumentų gamybos, aparatų gamybos ir kasdieniame gyvenime. Plastikinėms masėms būdingas mažas savitasis svoris (nuo 0,05 iki 2,0 g/cm 3 ), pasižymi aukštomis izoliacinėmis savybėmis, gerai atspari korozijai, turi platų trinties koeficientų diapazoną ir didelį atsparumą dilimui.

Jei reikia gauti gaminius, pasižyminčius antikoroziniu, atsparumu rūgštims, netriukšmingu eksploatacijoje, tuo pačiu užtikrinant konstrukcijos lengvumą, plastikinės masės gali būti juodųjų metalų pakaitalai. Dėl kai kurių plastikų rūšių skaidrumo ir aukštų plastikinių savybių jie plačiai naudojami saugiam stiklui automobilių pramonei gaminti. Gaminant aukštas elektros izoliacijos savybes turinčius gaminius, plastikai pakeičia ir išstumia aukštos įtampos porcelianą, žėrutį, ebonitą ir kitas medžiagas. Galiausiai, garų, benzino ir dujų pralaidumas, taip pat didelis atsparumas vandeniui ir šviesai bei gera išvaizda užtikrina platų plastiko naudojimą daugelyje pramonės šakų.

Iš plastikų gaminami guolių įdėklai, separatoriai, tyliosios pavaros, ventiliatorių mentės, skalbimo mašinų ir maišytuvų mentės, radijo aparatūra, radijo ir laikrodžių dėklai, elektros įranga, skirstytuvai, šlifavimo diskai, neperšlampami ir dekoratyviniai audiniai bei įvairios figūrinės plataus vartojimo prekės.

Putplasčio plastikai Tai lengvi dujomis užpildyti plastikai, pagaminti iš sintetinių dervų. Putplasčiai skirstomi į dvi grupes: 1 - medžiagos su tarpusavyje sujungtomis poromis - kempinės (tankis mažesnis nei 300 kg/m3), 2 - medžiagos su izoliuotomis poromis - putos (tankis daugiau nei 300 kg/m3).

Putplasčio savybės yra labai įvairios: vieni turi kietumą, kaip stiklas, kiti – elastingumą, kaip guma. Visi putplasčiai puikiai tinka mechaniniam apdirbimui su dailidės įrankiais, lengvai kaitinami presuojami į sudėtingų formų gaminius ir suklijuojami. Orlaivių pramonėje putplastis naudojamas kaip užpildas tarp dviejų sluoksnių, siekiant padidinti konstrukcijos standumą ir stiprumą, taip pat kaip šilumą ir garsą izoliuojanti medžiaga.

Darbo tikslas: fazių pusiausvyros diagramų ir fazių virsmų dvinariuose aliuminio lydiniuose su kitais elementais tyrimas.

Reikalinga įranga, prietaisai, įrankiai, medžiagos: mufelinės krosnys, kietumo matuoklis TK-2M, duraliuminio pavyzdžiai, stovas “Spalvotų metalų lydinių mikrostruktūros”, metalografinis mikroskopas.

Teorinė informacija

Aliuminis yra esminis metalas, plačiai naudojamas įvairių aliuminio lydinių gamyboje.

Aliuminio spalva yra sidabriškai balta su savitu nuobodu atspalviu. Aliuminis kristalizuojasi į veidą orientuoto kubo erdvinėje gardelėje, joje alotropinių transformacijų neaptikta.

Aliuminis turi mažą tankį (2,7 g/cm3), didelį elektros laidumą (apie 60 % gryno vario elektros laidumo) ir didelį šilumos laidumą.

Dėl aliuminio oksidacijos atmosferos deguonimi ant jo paviršiaus susidaro apsauginė oksido plėvelė. Šios plėvelės buvimas paaiškina didelį aliuminio ir daugelio aliuminio lydinių atsparumą korozijai.

Aliuminis yra gana atsparus normaliomis atmosferos sąlygomis ir koncentruotos (90-98%) azoto rūgšties poveikiui, tačiau jį lengvai sunaikina veikiant daugumai kitų mineralinių rūgščių (sieros, druskos rūgšties), taip pat šarmų. Jis pasižymi dideliu lankstumu tiek šaltoje, tiek karštoje būsenoje, gerai suvirinamas dujomis ir atspariu suvirinimu, tačiau yra prastai apdorojamas pjaustant ir turi mažas liejimo savybes.

Valcuotam ir atkaitintam aliuminiui būdingos šios mechaninės savybės:  V= 80-100 MPa,  = 35-40%, NV = 250...300 MPa.

Apdorojant šaltai, aliuminio stiprumas padidėja ir sumažėja plastiškumas. Atitinkamai pagal deformacijos laipsnį išskiriamas atkaitintas (AD-M), pusiau šaltai apdorotas (AD-P) ir šaltai apdorotas (AD-N) aliuminis. Aliuminio atkaitinimas, siekiant pašalinti sukietėjimą, atliekamas esant 350…410 С.

Grynas aliuminis naudojamas įvairiai. Pusgaminiai gaminami iš techninio aliuminio AD1 ir AD, kurių sudėtyje yra atitinkamai ne mažiau 99,3 ir 98,8% Al, - lakštai, vamzdžiai, profiliai, viela kniedėms.

Elektrotechnikoje aliuminis naudojamas pakeisti brangesnį ir sunkesnį varį gaminant laidus, kabelius, kondensatorius, lygintuvus ir kt.

Svarbiausi elementai, naudojami aliuminio lydiniuose, yra varis, silicis, magnis ir cinkas.

Aliuminis ir varis sudaro kietus kintamos koncentracijos tirpalus. Esant 0°C temperatūrai, vario tirpumas aliuminyje yra 0,3%, o eutektinėje 548°C temperatūroje padidėja iki 5,6%. Aliuminis ir varis santykiu 46:54 sudaro stabilų cheminį junginį CuAl 2.

Panagrinėkime aliuminio-vario lydinių būklę priklausomai nuo jų sudėties ir temperatūros (1 pav.). CDE linija diagramoje yra likvidumo linija, o CNDF linija yra solidus linija. Horizontali NDF solidus linijos atkarpa dar vadinama eutektine linija.

MN linija rodo kintamą vario tirpumą aliuminyje. Vadinasi, MN linija yra riba tarp nesočiųjų kietųjų tirpalų ir sočiųjų tirpalų. Todėl ši linija dažnai dar vadinama ribinio tirpumo linija.

I regione bet koks lydinys bus vienalytis skystas aliuminio ir vario tirpalas, ty AlCu.

R
yra. 1. Al–CuAl 2 sistemos būsenos diagrama

II ir III regionuose lydiniai bus iš dalies skysti, o iš dalies kietieji.

II srityje kietoji fazė bus kietas vario tirpalas aliuminyje, o skystoji – skystas aliuminio ir vario tirpalas, t.y. Al(Cu) + (Al Cu), jei sutinkame kietą riboto tirpumo vario tirpalą aliuminyje pavadinti Al (Cu).

III regione skystoji fazė taip pat bus skystas aliuminio ir vario tirpalas, o kietoji – metalo junginys CuAl 2, t.y.
+ (Al Cu). Indeksas „I“ (pirminis) rodo, kad CuAl 2 susidarė kristalizacijos metu iš skystos būsenos.

Kitose srityse visiškai sukietėję lydiniai turės tokią struktūrą:

IV srityje yra homogeniškas kietas vario tirpalas aliuminyje, ty Al(Cu);

V srityje – kietas vario tirpalas aliuminyje ir antrinis
;

VI srityje - kietas vario tirpalas aliuminyje, antrinis CuAl 2 ir eutektikas, t. y. Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

VII regione – pirminis CuAl 2 ir eutektinis, t.y.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Šių lydinių eutektika yra specialus mechaninis kieto vario tirpalo aliuminyje ir metalo junginio CuAl 2 kintamų mažyčių kristalų mišinys, t.y. Al(Cu) + CuAl 2 .

Visus Al – CuAl 2 sistemos lydinius pagal struktūrą ir koncentraciją galima suskirstyti į keturias grupes:

1 grupėje vario yra nuo 0 iki 0,3 %;

2 grupėje vario yra nuo 0,3 iki 5,6 %;

3 grupėje vario yra nuo 5,6 iki 33,8 %;

4 grupėje vario yra nuo 33,8 iki 54%.

Panagrinėkime Al – CuAl 2 sistemos lydinių sandarą.

Fig. 2, A parodyta pirmosios grupės lydinio struktūra, susidedanti iš kieto vario tirpalo aliuminyje grūdelių. Antrosios grupės lydinio struktūra parodyta fig. 2, b: matomi kieto vario tirpalo aliuminyje grūdeliai ir antrinio CuAl 2 kristalai,

Hipoeutektinio lydinio (kietas vario tirpalas aliuminyje, antrinio CuAl 2 kristalai ir eutektikas) struktūra parodyta Fig. 2, V. Eutektinio lydinio - eutektikos, susidedančio iš mažyčių kieto vario tirpalo aliuminyje ir CuAl 2 kristalų, struktūra parodyta Fig. 2, G. Fig. 2, d Parodyta hipereutektinio lydinio struktūra, susidedanti iš pirminių CuAl 2 ir eutektikos kristalų.

Lydiniuose, kuriuose yra eutektikos, vario kiekis gali būti nustatomas pagal jų struktūrą. Tačiau šiuo atveju būtina atsižvelgti į vario kiekį eutektikoje ir kietame tirpale. Pavyzdžiui, hipoeutektiniame lydinyje, kuriame yra 30% eutektikos ir 70% kieto tirpalo, vario kiekis eutektikoje

ir kietame tirpale

Vadinasi, tiriamame lydinyje yra k x + k y = 14,06 % vario, kuris atitinka tašką A, esantį Al – CuAl 2 sistemos būsenos diagramos abscisių ašyje (1 pav.).

Nustatant hipereutektinių lydinių sudėtį, apskaičiuojamas vario kiekis eutektikoje ir cheminiame junginyje
. Šių kiekių suma atitiks vario kiekį hipereutektiniame lydinyje. Cheminis junginys CuAl 2 yra labai kietas ir trapus.

Duraliuminiai naudojami gaminant vidutinio ir didelio stiprumo dalis ir konstrukcinius elementus (  V= 420...520 MPa), reikalaujantis ilgaamžiškumo esant kintamoms statybinių konstrukcijų apkrovoms.

Duraliuminis naudojamas orlaivių apmušalams, rėmams, stringams ir tarpinėms, sunkvežimių laikantiems rėmams ir kėbulams gaminti ir kt.

Al ir Si lydiniai vadinami siluminais. Jie pasižymi geromis liejimo savybėmis ir turi 4...13% Si. Iš šių lydinių fazių diagramos (3 pav.) matyti, kad siluminai yra hipoeutektiniai arba eutektiniai lydiniai, kurių struktūroje yra daug eutektikos.

Tačiau liejant įprastomis sąlygomis, šie lydiniai įgauna nepatenkinamą struktūrą, nes eutektika pasirodo esanti stambiai sluoksninė, su dideliais trapaus silicio intarpais, o tai suteikia lydiniams mažas mechanines savybes.

Fig. 4, A Pateikiama 11...13% Si turinčio AL2 klasės silimo struktūra. Pagal būsenos diagramą šios kompozicijos aliuminio ir silicio lydinys turi eutektinę struktūrą. Eutektika susideda iš  -kietas silicio tirpalas aliuminyje (šviesus fonas) ir adatos formos dideli ir trapūs silicio kristalai. Smailiai išsiskiriančios silicio dalelės sukuria vidinius aštrius kaliojo aliuminio pjūvius ir sukelia priešlaikinį gedimą veikiant apkrovai.

Ryžiai. 3. Al–Si sistemos būsenos diagrama

Ryžiai. 4. Silimas: A– prieš modifikavimą stambiaadatinis eutektinis (Al-Si) ir pirminis silicio nusodinimas; b– po modifikacijos, smulki eutektika

(Al-Si) ir kieto silicio bei kitų elementų aliuminio tirpalo dendritai

Modifikatoriaus įvedimas keičia kristalizacijos pobūdį. Fazių diagramos linijos pasislenka taip, kad lydinys su 11...13% silicio tampa hipoeutektinis.

Struktūroje atsiranda per daug šviesių grūdelių  -kietas tirpalas (4 pav., b).

Modifikatorius keičia silicio dalelių formą: vietoj adatinių iškrenta mažos lygiagretės, kurios apkrovos metu nesukuria pavojingų įtempių koncentracijų.

Dėl modifikacijos šių lydinių tempiamasis stipris padidėja nuo 130 iki 160 MPa, o santykinis pailgėjimas – nuo 2 iki 4%.

Slėgiu apdorotuose lydiniuose yra mažiau nei 1 % silicio. Aliuminio lydiniuose, kuriuose yra magnio, silicis su juo susijungia į stabilų metalo junginį Mg 2 Si; su aliuminiu sudaro eutektinio tipo fazių diagramą su ribotais kietaisiais tirpalais (5 pav.).

Mg 2 Si junginys pasižymi dideliu kietumu, kintamas tirpumas aliuminyje leidžia pasiekti reikšmingą sukietėjimą terminio apdorojimo metu.

Elektrotechnikoje naudojami aliuminio lydiniai, tokie kaip Aldrey, legiruoti su magniu ir siliciu. Sukietėjusiems lydiniams senstant Mg 2 Si iškrenta iš kieto tirpalo ir jį sustiprina. Dėl šio apdorojimo galima gauti iki 350 MPa tempimo stiprumą, kai santykinis pailgėjimas yra 10-15%. Svarbu tai, kad tokio lydinio elektrinis laidumas yra 85% laidžio aliuminio elektrinio laidumo. Taip yra dėl to, kad senstant iš kieto tirpalo beveik visiškai pašalinamas Mg 2 Si, o lydinys susideda iš gryno aliuminio ir stiprinimo fazės (Mg 2 Si).

R
yra. 6. Al–Mg sistemos būsenos diagrama

Magnis sudaro kietus tirpalus su aliuminiu, taip pat  -fazė, pagrįsta Mg 2 Al 3 junginiu. Daugumoje aliuminio lydinių magnio yra ne daugiau kaip 3%, tačiau kai kuriuose liejiniuose, pavyzdžiui, magnio, jo kiekis siekia 12%.

Kaip matyti iš fig. 6, eutektika susidaro aliuminio lydiniuose su magniu. Magnio tirpumas aliuminyje labai skiriasi priklausomai nuo temperatūros.

Pavyzdys yra AL8 lydinys. Lietaus pavidalo jo struktūra susideda iš kieto magnio tirpalo aliuminyje grūdelių ir trapaus junginio Al 3 Mg 2 intarpų.

Po liejimo homogenizuojama 430 °C temperatūroje 15...20 valandų, po to gesinama aliejuje.

Homogenizacijos proceso metu Al 3 Mg 2 inkliuzai visiškai pereina į kietą tirpalą. Sukietėjęs lydinys įgauna pakankamai tvirtumo (  V= 300 MPa) ir didesnis plastiškumas. Tuo pačiu metu lydinys įgyja didelį atsparumą korozijai. AL8 lydinio senėjimas yra žalingas: smarkiai sumažėja plastiškumas ir pablogėja atsparumas korozijai.

Cinko įpilama į kai kuriuos didelio stiprumo aliuminio lydinius iki 9%. Dvejetainiuose lydiniuose su aliuminiu aukštesnėje nei 250 °C temperatūroje cinkas (šiose ribose) yra kietame tirpale (7 pav.).

Ryžiai. 7. Al–Zn sistemos būsenos diagrama

Visi didelio stiprumo lydiniai turi sudėtingą cheminę sudėtį. Taigi lydinyje B95 yra 6 % Zn, 2,3 % Mg, 1,7 % Cu, 0,4 % Mn ir 0,15 % Cr. Cinkas, magnis ir varis sudaro kietus tirpalus ir metalų junginius su aliuminiu MgZn 2, Al 2 CuMg – S fazė, Mg 4 Zn 3 Al 3 – T fazė. Kaitinant, šie metalų junginiai ištirpsta į aliuminį.

Pavyzdžiui, esant 475 ºС temperatūrai, MgZn 2 tirpumas aliuminyje padidėja iki 18% (8 pav.).

Po sukietėjimo ir dirbtinio senėjimo lydinys B95 turi  V= 600 MPa,  = 12 %. Manganas ir chromas sustiprina senėjimo efektą ir padidina lydinio atsparumą korozijai.

(masė)

Ryžiai. 8. Al–MgZn 2 sistemos būsenos diagrama

Saugumo reguliavimas

1. Ruošdami mikropjūvius laikykitės visų atsargumo priemonių ir saugos taisyklių.

2. Šlifuodami mikropjūvį, mėginį vėsinkite dažniau, kad nenudegtumėte pirštų.

3. Išgraviruodami plonas dalis mūvėkite gumines pirštines.

4. Tirdami lydinio struktūrą mikroskopu, turėtumėte įsitikinti, kad jis yra patikimai įžemintas.

5. Turėtumėte naudoti tik tinkamus įrankius ir įrangą.

Darbo tvarka

1. Išstudijuokite aliuminio lydinių būsenų diagramą.

2. Pateikite tam tikro lydinio charakteristikas (struktūrą, fazių transformacijas, sudėtį, savybes, taikymo sritį).

3. Nubraižykite tiriamo lydinio struktūrą.

Tirtų lydinių mikrostruktūrų eskizai, nurodantys fazes ir konstrukcinius komponentus.

Mokytojo nurodytos fazių pusiausvyros diagramos kopijavimas.

Tam tikros sudėties lydinio visų fazių virsmų kaitinant arba aušinant aprašymas ir fazių cheminės sudėties nustatymas.

Kontroliniai klausimai

Kodėl daugelio aliuminio lydinių atsparumas korozijai yra mažesnis nei gryno aliuminio?

Ar pagal lydinio mikrostruktūrą galima nustatyti lydinio tipą – liejamas ar kaltas?

Kokia yra kaltų aliuminio lydinių struktūra, kurios negalima sustiprinti termiškai apdorojant?

Kaip pasiekiamas vienfazių aliuminio lydinių stiprinimas?

Kas yra stiprinamasis dviejų fazių aliuminio lydinių terminis apdorojimas?

Koks yra duraliuminio grūdinimo tikslas?

Kokios yra pagrindinės duraliuminio mechaninės savybės?

Kokie lydiniai vadinami siluminais?

Koks yra specifinis aliuminio lydinių stiprumas?

Pagrindiniai legiravimo elementai aliuminio lydiniuose.

Darbo tikslas: fazių pusiausvyros diagramų ir fazių virsmų dvinariuose aliuminio lydiniuose su kitais elementais tyrimas.

Trumpa teorinė informacija

Aliuminis yra esminis metalas, plačiai naudojamas įvairių aliuminio lydinių gamyboje.

Aliuminio spalva yra sidabriškai balta su savitu nuobodu atspalviu. Aliuminis kristalizuojasi į veidą orientuoto kubo erdvinėje gardelėje, joje alotropinių transformacijų neaptikta.

Aliuminis turi mažą tankį (2,7 g/cm3), didelį elektros laidumą (apie 60 % gryno vario elektros laidumo) ir didelį šilumos laidumą.

Valcuotam ir atkaitintam aliuminiui būdingos šios mechaninės savybės:  V= 80-100 MPa,  = 35-40 %, NV= 250...300 MPa.

Apdorojant šaltai, aliuminio stiprumas padidėja ir sumažėja plastiškumas. Pagal deformacijos laipsnį išskiriamas atkaitintas (AD-M), pusiau šaltai apdorotas (AD-P) ir šaltai apdorotas (AD-N) aliuminis. Aliuminio atkaitinimas, siekiant pašalinti sukietėjimą, atliekamas esant 350…410 С.

Elektrotechnikoje aliuminis naudojamas pakeisti brangesnį ir sunkesnį varį gaminant laidus, kabelius, kondensatorius, lygintuvus ir kt.

Svarbiausi elementai, naudojami aliuminio lydiniuose, yra varis, silicis, magnis ir cinkas.

I regione bet koks lydinys bus vienalytis skystas aliuminio ir vario tirpalas, ty AlCu.

Ryžiai. 1. Al–CuAl 2 sistemos būsenos diagrama

II ir III regionuose lydiniai bus iš dalies skysti, o iš dalies kietieji.

Kitose srityse visiškai sukietėję lydiniai turės tokią struktūrą:

IV srityje yra homogeniškas kietas vario tirpalas aliuminyje, ty Al(Cu);

V srityje – kietas vario tirpalas aliuminyje ir antrinis
;

VI srityje - kietas vario tirpalas aliuminyje, antrinis CuAl 2 ir eutektikas, t. y. Al(Cu) +
+Al(Cu) + CuAl 2 ;

VII regione – pirminis CuAl 2 ir eutektinis, t.y.
+Al(Cu) + CuAl 2 .

Šių lydinių eutektika yra specialus mechaninis kieto vario tirpalo aliuminyje ir metalo junginio CuAl 2 kintamų mažyčių kristalų mišinys, t.y. Al(Cu) + CuAl 2 .

Visus Al – CuAl 2 sistemos lydinius pagal struktūrą ir koncentraciją galima suskirstyti į keturias grupes:

1 grupėje vario yra nuo 0 iki 0,3 %;

2 grupėje vario yra nuo 0,3 iki 5,6 %;

3 grupėje vario yra nuo 5,6 iki 33,8 %;

4 grupėje vario yra nuo 33,8 iki 54%.

Panagrinėkime Al – CuAl 2 sistemos lydinių sandarą. Fig. 2, A parodyta pirmosios grupės lydinio struktūra, susidedanti iš kieto vario tirpalo aliuminyje grūdelių. Antrosios grupės lydinio struktūra parodyta fig. 2, b: matomi kieto vario tirpalo aliuminyje grūdeliai ir antrinio CuAl 2 kristalai,

ir kietame tirpale

Vadinasi, tiriamame lydinyje yra

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

kuris atitinka tašką A, esantį Al – CuAl 2 sistemos būsenos diagramos abscisių ašyje (1 pav.).

Technologijoje daugiausia naudojami aliuminio lydiniai, kuriuose yra 2...5% vario, vadinami duraliuminiu. Jie gerai apdorojami slėgiu ir pasižymi aukštomis mechaninėmis savybėmis po terminio apdorojimo ir šalto grūdinimo. Duraliuminiai naudojami gaminant vidutinio ir didelio stiprumo dalis ir konstrukcinius elementus (  V= 420...520 MPa), reikalaujantis ilgaamžiškumo esant kintamoms statybinių konstrukcijų apkrovoms. Duraliuminis naudojamas orlaivių apvalkalams, rėmams, stringams ir tarpinėms, sunkvežimių laikantiems rėmams ir kėbulams gaminti ir kt.

Ryžiai. 3. Al–Si sistemos būsenos diagrama

Ryžiai. 4. Silimas: A– prieš modifikavimą stambiaadatinis eutektinis (Al-Si) ir pirminis silicio nusodinimas; b– po modifikacijos, smulki eutektika

(Al-Si) ir kieto silicio bei kitų elementų aliuminio tirpalo dendritai

Modifikatoriaus įvedimas keičia kristalizacijos pobūdį. Fazių diagramos linijos pasislenka taip, kad lydinys su 11...13% silicio tampa hipoeutektinis. Struktūroje atsiranda per daug šviesių grūdelių  -kietas tirpalas (4 pav., b). Modifikatorius keičia silicio dalelių formą: vietoj adatinių iškrenta mažos lygiagretės, kurios apkrovos metu nesukuria pavojingų įtempių koncentracijų.

Dėl modifikacijos šių lydinių tempiamasis stipris padidėja nuo 130 iki 160 MPa, o santykinis pailgėjimas – nuo 2 iki 4%.

Slėgiu apdorotuose lydiniuose yra mažiau nei 1 % silicio. Aliuminio lydiniuose, kuriuose yra magnio, silicis su juo susijungia į stabilų metalo junginį Mg 2 Si; su aliuminiu jis sudaro eutektinio tipo fazių diagramą su ribotu kietų tirpalų kiekiu ( ryžių. 5).

Mg 2 Si junginys pasižymi dideliu kietumu, kintamas tirpumas aliuminyje leidžia pasiekti reikšmingą sukietėjimą terminio apdorojimo metu.

R
yra. 6. Al–Mg sistemos būsenos diagrama

Kaip matyti iš fig. 6, eutektika susidaro aliuminio lydiniuose su magniu. Magnio tirpumas aliuminyje labai skiriasi priklausomai nuo temperatūros. Pavyzdys yra AL8 lydinys. Lietaus pavidalo jo struktūra susideda iš kieto magnio tirpalo aliuminyje grūdelių ir trapaus junginio Al 3 Mg 2 intarpų. Po liejimo homogenizuojama 430 °C temperatūroje 15...20 valandų, po to gesinama aliejuje.

Ryžiai. 7. Al–Zn sistemos būsenos diagrama

Pavyzdžiui, esant 475 ºС temperatūrai, MgZn 2 tirpumas aliuminyje padidėja iki 18% (8 pav.).

Po sukietėjimo ir dirbtinio senėjimo lydinys B95 turi  V= 600 MPa,  = 12 %. Manganas ir chromas sustiprina senėjimo efektą ir padidina lydinio atsparumą korozijai.

(masė)

Ryžiai. 8. Al–MgZn 2 sistemos būsenos diagrama

Saugumo reguliavimas

Darbo tvarka

Tirtų lydinių mikrostruktūrų eskizai, nurodantys fazes ir konstrukcinius komponentus.

Mokytojo nurodytos fazių pusiausvyros diagramos kopijavimas.

Tam tikros sudėties lydinio visų fazių virsmų kaitinant arba aušinant aprašymas ir fazių cheminės sudėties nustatymas.

Kontroliniai klausimai

Kodėl daugelio aliuminio lydinių atsparumas korozijai yra mažesnis nei gryno aliuminio?

Ar pagal lydinio mikrostruktūrą galima nustatyti lydinio tipą – liejamas ar kaltas?

Kokia yra kaltų aliuminio lydinių struktūra, kurios negalima sustiprinti termiškai apdorojant?

Kaip pasiekiamas vienfazių aliuminio lydinių stiprinimas?

Kas yra stiprinamasis dviejų fazių aliuminio lydinių terminis apdorojimas?

Koks yra duraliuminio grūdinimo tikslas?

Kokios yra pagrindinės duraliuminio mechaninės savybės?

Kokie lydiniai vadinami siluminais?

Koks yra specifinis aliuminio lydinių stiprumas?

Pagrindiniai legiravimo elementai aliuminio lydiniuose.

Al-Mg sistemos lydiniai apima didelę pramonėje plačiai naudojamų lydinių grupę: AMg0,5; ; ; ; ; ; . Iš jų gaminami beveik visų rūšių pusgaminiai: lakštai, plokštės, kaltiniai, štampuoti, presuoti gaminiai (stypai, profiliai, plokštės, vamzdžiai) ir viela. Visi nagrinėjamos grupės lydiniai yra gerai suvirinami visų tipų suvirinimu.

Šių lydinių pusgaminiai pasižymi palyginti aukštomis stiprumo charakteristikomis, palyginti su kitais termiškai nesukietėjančiais lydiniais. Taigi, minimalios lakštinės medžiagos (storis ~ 2 mm) takumo vertės atkaitintoje būsenoje nurodytoms lydinių serijoms yra atitinkamai 30, 40, 80, 100, 120, 150 ir 160 MPa. Tempiamasis stipris paprastai yra du kartus didesnis už takumo ribą, o tai rodo santykinai didelį šių lydinių plastiškumą. Tačiau jie gana greitai sukietėja, o tai neigiamai veikia jų technologinį lankstumą. Pastarasis ženkliai sumažėja didėjant magnio koncentracijai. Todėl lydiniai, kuriuose magnio kiekis yra didesnis nei 4,5%, gali būti klasifikuojami kaip „pusiau kieti“ ir net „kieti“ lydiniai.

Neigiamas padidėjusio magnio kiekio vaidmuo yra ryškesnis presuotų produktų gamyboje. Lydiniai su dideliu magnio kiekiu presuojami mažu greičiu (dešimtis kartų mažesniu nei, pavyzdžiui, kai kurie Al-Zn-Mg ar Al-Mg-Si sistemos lydiniai), o tai žymiai sumažina presavimo cechų našumą. Valcuotų pusgaminių iš AMg6 lydinio gamyba yra daug darbo reikalaujantis procesas. Todėl pastaruoju metu labai legiruotas magnis buvo pradėtas keisti technologiškai pažangesniais lydiniais, pavyzdžiui, lydiniais, kurių pagrindas yra Al-Zn-Mg sistema (1935, 1915, 1911), kurie stiprumo savybėmis žymiai viršija AMg6 lydinį (ypač takumo riba) ir nėra prastesnės už jį daugeliu korozijos savybių.

Mažai legiruotas magnis, kurio magnio kiekis yra iki 3%, bus dar plačiau naudojamas dėl didelio atsparumo korozijai ir plastiškumo. Pagal Al-Mg lydinių fazių diagramą, eutektinėje temperatūroje aliuminyje ištirpsta 17,4 % Mg. Mažėjant temperatūrai, šis tirpumas smarkiai mažėja ir kambario temperatūroje yra maždaug 1,4%.

Taigi lydiniai, kuriuose įprastomis sąlygomis yra daug magnio, šio elemento persotina (priklausomai nuo lydinio rūšies), todėl jie turėtų turėti senėjimo efektą. Tačiau struktūriniai pokyčiai, atsirandantys šiuose lydiniuose skaidant kietąjį tirpalą, praktiškai neturi įtakos stiprumo charakteristikų lygiui ir tuo pačiu smarkiai keičia pusgaminių atsparumą korozijai. Šio nenormalaus elgesio priežastis yra kieto tirpalo skilimo pobūdis ir nuosėdų fazinė sudėtis. Kadangi Al-Mg lydiniams viršutinė GP zonų susidarymo temperatūros riba (arba kritinė GP zonų tirpumo temperatūra - t K) yra žymiai žemesnė už kambario temperatūrą, kieto tirpalo skilimas vyksta pagal nevienalytį mechanizmą su pereinamųjų (B') ir pusiausvyros (B-Mg 2 Al3) fazių susidarymas. Šios nuosėdos nevienodai branduoliuojasi prie sąsajų (grūdelių, intermetalinių dalelių ir kt.), taip pat dislokacijų, todėl jų indėlis į kietėjimo procesą yra nedidelis ir visiškai kompensuojamas minkštėjimo laipsniu, kurį sukelia sumažėjusi magnio koncentracija kietas tirpalas. Dėl šios priežasties praktikoje šios grupės lydinių stiprinimo efektas nepastebimas skaidant kietąjį tirpalą natūralaus ar dirbtinio senėjimo metu arba įvairiomis atkaitinimo sąlygomis.

B fazė neutraliame vandeniniame chloridų tirpale (3 % NaCl) turi neigiamą korozijos potencialą, lygų - 0,930 V. Tame pačiame tirpale, bet esant žemesnėms pH vertėms, t. y. rūgščioje aplinkoje, potencialų skirtumas tarp fazės ir kieto tirpalo, nors ir mažėja, bet išlieka gana didelis: (-0,864 V) - - (-0,526 V) = 0,338 V. Ir atvirkščiai, šarminėje aplinkoje (3% NaCl + 1% NaOH) aliuminio ir aliuminio lydinių, kuriuose yra 1 -9% Mg , tampa neigiamesnis nei B fazė, o potencialų skirtumas nurodytos magnio koncentracijos srities ekstremalioms vertėms yra atitinkamai +0,24 ir +0,18 V. Svarstomi elektrocheminių pokyčių požymiai A1-Mg lydinių atskirų konstrukcinių komponentų charakteristikos, priklausomai nuo išorinės aplinkos, yra daugiausia ir lemia šių lydinių atsparumą MKK, RSK ir KR.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, darytina išvada, kad lydiniai, kuriuose magnio kiekis yra didesnis nei 1,4 %, gali būti jautrūs vienam, dviem ar visoms anksčiau paminėtoms korozijos rūšims. Tačiau didelė eksploatacinių konstrukcijų patirtis ir daugybė eksperimentų rodo, kad praktiškai lydiniai, kurių magnio koncentracija neviršija 3,5 % (AMrl, AMg2 ir iš dalies AMg3), nerodo jautrumo RS ir RSC (56 pav.).

Elektronų mikroskopiniai tyrimai rodo, kad taip yra dėl atskiro B fazės dalelių pasiskirstymo išilgai grūdelių ribų dėl mažo kietojo tirpalo persotinimo. Todėl korozijos procesą neutralioje ir rūgštinėje aplinkoje riboja tik elektrocheminis tų dalelių, kurios patenka į lydinio paviršių tiesiogiai liesdamosi su elektrolitu, tirpimas.

Tokie lydiniai net ir šaltai apdirbti yra atsparūs korozijai, t.y., nors šaltas apdirbimas pagreitina kieto tirpalo skilimą, tačiau nuosėdų pasiskirstymo grūdelių ribose pobūdis nekeičiamas. Tuo pačiu metu dėl teigiamos struktūrinės anizotropijos įtakos šiuo atveju žymiai padidėja atsparumas korozijai. Lydiniai, kurių magnio kiekis tam tikroje struktūrinėje būsenoje ir tam tikromis aplinkos sąlygomis yra didesnis nei 3,5% (AMg3, AMg4), o ypač daugiau nei 5% (AMg5, AMg6), gali būti jautrūs MCC ir RSC, taip pat CR.

Al-Mg sistemos lydiniams elektrocheminiai korozijos įtrūkimų veiksniai vaidina daug didesnį vaidmenį nei kitų sistemų lydiniams. Todėl, siekiant padidinti Ramano atsparumą, taip pat patartina užkirsti kelią B fazės plėvelės susidarymui išilgai grūdelių ribų. Gamybos sąlygomis plačiai naudojamas būtent toks vidutinio legiruoto magnaliumo Ramano atsparumo didinimo būdas.

Mažo lydinio lydiniams, kuriuose magnio kiekis yra didesnis nei 1,4%, terminio ir termomechaninio apdorojimo metodai, skatinantys vienodą B fazės pasiskirstymą, atlieka mažesnį vaidmenį nei vidutinio ir didelio legiruoto lydinio. Tačiau pusiau sukietėjusioje būsenoje, gautoje naudojant LTMT efektą, be struktūrinės anizotropijos atsiradimo, stabdančios korozijos plitimą giliau, teigiamai veikia ir tolygesnis B fazės pasiskirstymas. Pavyzdžiui, AMg2 lydinio lakštų, paveiktų TMT, korozijos gylis yra žymiai mažesnis, palyginti su įprastų šaltai apdorotų lakštų korozijos gyliu.

Vietinių AMg2 lydinio pažeidimų gylio padidėjimas atkaitintoje būsenoje jūros atmosferos sąlygomis taip pat gali būti iš dalies susijęs su B fazės nuosėdų nevienalytiškumu. Taigi AMg2 lydiniui patartina naudoti technologiją, leidžiančią gauti vienodą perteklinės fazės pasiskirstymą. Tačiau net ir naudojant įprastą technologiją mažas legiruojamųjų elementų kiekis yra lemiamas veiksnys, lemiantis šio lydinio atsparumą korozijai. Tai patvirtina gana didelis AMg2 lydinio atsparumas korozijai įvairiose aplinkose.

Tipiškas pavyzdys yra Magnalijos elgesys jūros vandenyje. Po 10 metų bandymų AMg2 tipo lydinio atsparumas korozijai buvo labai panašus į tą, koks jis yra jūros atmosferoje (30 lentelė).

AMg4 tipo lydinys turi žymiai didesnį korozijos gylį jūros vandenyje nei AMg2 tipo lydinys. AMg5 tipo lydinio didžiausias duobių gylis padidėja dar staigiau.

Taigi jūros vandenyje yra aiški koreliacija tarp jautrumo struktūrinei korozijai (ty įtempių korozijos įtrūkimams ir eksfoliacinei korozijai) ir įprasto duobėjimo. Didėjant legiravimo laipsniui, padidėja kietojo tirpalo perpildymas ir atitinkamai padidėja jautrumas struktūrinei korozijai, susijusiai su polinkiu į B fazės selektyvų nusodinimą. Šiuo atžvilgiu AMg4, AMg5 ir ypač AMg6 lydiniams didėja technologinių veiksnių, lemiančių tolygų B fazės pasiskirstymą lydinyje, vaidmuo.

Vienas iš efektyvių būdų padidinti vidutinio legiruoto magnalio atsparumą korozijai yra TMT. Atsižvelgiant į tai, maksimalus RSC ir CR atsparumas gali būti pasiektas tik tada, kai pusgaminiuose susidaro daugiakampė struktūra kartu su tolygiu antrosios fazės pasiskirstymu. Teigiamų rezultatų galima pasiekti ir naudojant atkaitinimo režimus, kai temperatūra yra žemesnė už magnio tirpumo aliuminyje liniją paskutiniame apdorojimo etape. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad pusgaminiai su skirtingu rekristalizacijos laipsniu elgiasi skirtingai. Šiuo metu konstrukcijos gaminamos iš atkaitintų pusgaminių su dalinai (presuoti ir karšto valcavimo pusgaminiai) ir visiškai perkristalizuota (šaltai valcuoti lakštai ir vamzdžiai) struktūra. Kadangi koreliacijos tarp technologinių parametrų ir korozinių savybių kinta priklausomai nuo konstrukcijos pobūdžio, atkaitinimo efektą nagrinėsime atskirai šaltai ir karštai deformuotiems pusgaminiams.

Aliuminio lydinių klasifikacija. Gautų rezultatų analizė Būsenos diagrama aliuminio magnio

Naujausi įrašai