Охарактеризуйте технологические свойства и области применения алюминиевых жаропрочных сплавов

     Сплавы АК4-1 закаливают при 530±5 °С в холодной или горячей воде и подвергают старению при 200 °С. Характерными для сплава АК4-1 при нагружении (Т=130 °С) являются постоянная скорость ползучести в течение 40 000 ч. и малая скорость распространения трещин в деталях с концентраторами напряжений. Поэтому сплав АК4-1 применяется в сверхзвуковом самолетостроении для деталей реактивных двигателей (диски, лопатки, крыльчатки, колеса компрессора, воздухозаборники и др.), длительно работающих при температурах до 200-250°C. Из этого сплава изготовляют не только поковки, но и прокат (листы, плиты, полосы, трубы и др.).

Специальные литейные алюминиевые сплавы

 

Как классифицируют специальные литейные алюминиевые сплавы?

Специальные литейные алюминиевые сплавы  можно разбить на четыре группы: сплавы системы Al –Si, Al – Cu, Al –Mg и жаропрочные сплавы.

Охарактеризуйте литейные алюминиевые сплавы системы AL-Si?

Литейные алюминиевые сплавы системы AL-Si, получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому сплаву и поэтому отличаются высокими литейными свойствами, а отливки – большой плотностью. Наиболее распространен сплав АЛ2, содержащий 10-13% Si (рис. 1.1.2, 1.1.3), обладающий высокой коррозионной стойкостью.

Как уже отмечалось, этот сплав содержит в структуре эвтектику a+b и первичные кристаллы кремния. Кремний при затвердевании эвтектики выделяется в виде грубых кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних надрезов в пластичном a-твердом растворе. Такая структура обладает низкими механическими свойствами.

Для измельчения структуры эвтектики и устранения избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05-0,08%) путем присадки к расплаву смеси солей 67% NaF и 33% NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния и заэвтектический сплав АЛ2 (11-13% Si) становится доэвтектическим. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы a-твердого раствора. Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов a-твердого раствора и кристаллов Si. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия Na₂Si, который затрудняет их рост. Такие изменения структуры улучшают механические свойства сплава. Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке.

Доэвтектические сплавы АЛ4 и АЛ9 дополнительно легированные магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой. Упрочняющей фазой служит Mg₂Si. При одновременном введении магния и меди могут образоваться фазы CuAl₂ и W(AlхMg₅Cu₄Si₄).

Средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению, а крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеры, блоки цилиндров двигателей) – закалке и искусственному старению. Отливки из сплава АЛ9, требующие повышенной пластичности, подвергают закалке, а для повышения прочности – закалке и старению

Охарактеризуйте технологические свойства алюминиевых литейных системы AL-Si.

Сплавы AL-Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Охарактеризуйте литейные алюминиевые сплавы системы AL-Cu?

Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие (большая усадка, склонность к образованию горячих трещин и т. д.). Сплав АЛ7 используют для отливки небольших деталей простой формы (арматура, кронштейн и т. д.). Сплав склонен к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых частиц CuAl₂ и AlCu₂Fe, поэтому его применяют в закаленном состоянии, когда эти соединения переведены в твердый раствор. Если от отливок требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению при 150 °С 2-4 ч. (Т5).

В сплаве АЛ19 кроме CuAl₂ образуются фазы Al₂Mn₂ Cu и Al₃Ti, располагающие по границам зерен твердого раствора. Присутствие в твердом растворе марганца и образование по границам интерметаллидных фаз повышает жаропрочность сплава. Титан измельчает зерно.

Упрочнение сплава достигается закалкой и старением при 175°С 3-5 ч. (Т5, Т6). Сплавы Al-Cu малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Охарактеризуйте литейные алюминиевые сплавы системы AL-Mg? Приведите марки и области применения.

Сплавы алюминия с магнием имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплаву (9,5-11,5% Мо) модифицирующих присадок (Ti, Zr) улучшает механические свойства, а бериллия – уменьшает окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов.

Сплавы АЛ8 и АЛ27 предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации. Структура сплавов состоит из a-твердого раствора и грубых включений частиц Al₃Mg₂, которые располагаются по границам зерен, охрупчивая сплав. В связи с этим сплавы АЛ8 и АЛ27 применяют после закалки от 430 °С и охлаждением в масле (40-50 °С) и выдерживают при температуре закалки в течение 12-20 ч, что обеспечивает растворение частиц Al₃Mg₂ в a-твердом растворе и получение после закалки однородного твердого раствора.

Добавление к сплавам Al-Mg до 1,5%Si (сплавы АЛ13, АЛ22) улучшает литейные свойства в результате образования тройной эвтектики. Сплавы применяют в судостроении и авиации.