Diagrama de fază a sistemului Al-Mg. Justificare pentru alegerea materialului, principalele sale proprietăți Diagrama de stare al mg

Diagrama de fază a cupru - aluminiu a fost construită pe întregul interval de concentrație folosind metode de analiză termică, metalografică și cu raze X și este o diagramă complexă cu faze intermediare. Diagrama de stare a cuprului - aluminiu (Fig. 1) este dată pe baza lucrărilor efectuate de diverși autori pe o perioadă lungă de timp. Regiunea soluțiilor solide pe bază de cupru (faza α) se extinde până la 9% (în masă) Al. Odată cu scăderea temperaturii, solubilitatea aluminiului în cupru crește la temperaturi de 1037; 900; 800; 700; 500 °C este 7,4; 7,8; 8,2; 8,8; 9,4% (în masă) Al, respectiv. Faza a are o rețea fcc, similară rețelei de cupru pur, a cărei perioadă crește odată cu creșterea conținutului de aluminiu și în aliajul cu 10,5% (în masă) Al este de 0,3657 nm.

Faza β este o soluție solidă bazată pe compusul Cu3Al. În aliajele din regiunea β, în funcție de tratamentul termic și condițiile de răcire, pot fi observate două faze intermediare metastabile: β" și β.

Faza γ 1 - o soluție solidă pe bază de compus Cu 3 Al 4 există în intervalul de concentrație de 16,0...18,8% (în masă) Al și are o rețea monoclinică cu 102 atomi în celula unitară. Faza α 2 are o rețea similară cu cea a fazei α.

În regiunea de până la 20% (în masă) Al, lichidul aliajelor constă din patru ramuri de cristalizare primară a fazelor α, β, χ și χ 1. La 1037 C, eutecticul α + β cristalizează cu un punct eutectic la 8,5% (în masă) Al. La temperaturi de 1036 și 1022 °C apar reacții peritectice Zh + β ↔χ și Zh + χ↔γ 1. respectiv. Faza χ există în domeniul de temperatură 1036...936 °C. Faza β cristalizează din topitură de-a lungul unei curbe cu un maxim la o temperatură de 1048 °C și corespunde unei concentrații de 12,4% (în masă) Al. În stare solidă, această regiune prezintă o serie de transformări eutectoide și peritectoide. La 963 °C, faza χ se descompune în faze β și γ 1. Punctul eutectoid corespunde la 15,4% (în masă) Al. La 780 °C, faza γ 1 se descompune conform unei reacții eutectoide în faze β și γ 2. La 873 °C, faza y este formată printr-o reacție peritectonică. Se presupune că în faza γ 2 are loc o transformare de fază în intervalul de temperatură 400...700 °C cu un conținut de aluminiu în punctul eutectoid de 11,8...11,9% (în masă). În intervalul de concentrație de 9...16% (în masă) Al se presupune existența unei alte faze stabile - χ sau α 2, formată prin reacția eutectoidă la 363 °C și conținutul de aluminiu în punctul eutectoid este ∼ 11,2% (în masă). Limitele de concentrație ale regiunii de omogenitate a acestei faze nu au fost stabilite.

Autorii, pe baza datelor din literatură privind proprietățile termodinamice ale componentelor și fazelor intermediare, precum și pe baza datelor experimentale privind echilibrele de fază, au calculat diagrama de fază a sistemului Cu-Al. Valorile temperaturilor calculate ale transformărilor de fază coincid practic cu datele lucrării.

Cupru - beriliu

Diagrama de fază a cupru - beriliu a fost studiată de mulți cercetători. Este construit pe întregul interval de concentrație (Fig. 2). Curbele de cristalizare ale aliajelor constau din patru ramuri corespunzătoare cristalizării fazelor α, β, δ și β-Be. Faza β cristalizează de-a lungul unei curbe cu un minim la o temperatură de 860 °C și 5,3% (în greutate) Be. La 870 °C faza β se formează printr-o reacție peritectică, iar la 578 °C faza β se descompune printr-o reacție eutectoidă. Există dovezi ale unei temperaturi mai mari de transformare a eutectoidelor - 605 °C.

Solubilitatea beriliului în cupru la temperatura de transformare eutectoidă este de 1,4% (în greutate). Odată cu scăderea temperaturii, solubilitatea beriliului scade și este: la 500 °C - 1,0% (în greutate), la 400 °C - 0,4% (în greutate), la 300 °C - 0,2% (în greutate). În intervalul de concentrație de 50,8...64,3% (at.) Be la 930 °C are loc o reacție peritectică de formare a fazei β", iar la 1090 °C transformarea eutectoidă β ↔α-Be +δ are loc regiunile limite de fază δ/δ + α-Be și δ + α-Be/α-Be trec prin 81,5 și 92,5% (at.) Be la 1000 °C, la 900 °C - 81,0 și 93,0 % (la 93,0 %). .) Be, la 700 °C - 80,8 și respectiv 95,5% (at.) Be.

Faza δ este formată printr-o reacție peritectică la o temperatură de 1239 °C. Soluția solidă pe bază de cupru (faza α) are o rețea fcc cu o perioadă α = 0,3638 nm la 2,1% (din masă) Be, faza δ are o rețea bcc dezordonată cu o perioadă α = 0,279 nm la 7,2% (după masă) Be, faza β′ are o rețea cubică centrată pe corp ordonată de tip CsCl cu o perioadă α = 0,269...0,270 nm, faza δ are o rețea cubică de tip MgCu 2 cu o perioada α = 0,5952 nm. Faza β-Be este o fază la temperatură înaltă, iar faza α-Be este o modificare la temperatură joasă a unei soluții solide pe bază de beriliu.

Conform datelor, care arată o parte a diagramei până la 50% (at.) Cu, faza δ (Be 4 Cu-Be 2 Cu) se topește congruent la 1219 ° C și 22% (at.) Cu. Faza β are o structură de tip MgCu 2 și modifică parametrul rețelei în regiunea de omogenitate de la α = 5957 nm la α = 0,5977 nm la 25 at.% Cu.

Cupru - fier

Diagrama de fază cupru-fier a fost studiată de mulți cercetători. Rezultatele acestor studii sunt analizate în detaliu în lucrări. Principalele contradicții se referă la problema miscibilității complete sau parțiale a cuprului și fierului în stare lichidă. În urma experimentelor, s-a constatat că în sistemul cupru-fier nu există stratificare, dar pentru starea suprarăcită (100 °C) are loc stratificarea. Regiunea de separare este aproape simetrică față de axa corespunzătoare compoziției echiatomice, iar temperatura critică de amestecare se află cu 20 °C sub temperatura lichidus la compoziția echiatomică.

În fig. Figura 3 prezintă o diagramă a stării cuprului - fier conform datelor. Două transformări peritectice și una eutectoidă au fost stabilite la temperaturi de 1480; 1094 și 850 °C. Solubilitatea fierului în cupru la 1025; 900; 800 și 700 °C este 2,5; 1,5; 0,9; 0,5% (în masă), respectiv Fe. Parametrul de rețea al soluției solide pe bază de cupru pentru aliajul cu 2,39 at.% Fe este 0,3609 nm. Parametrul rețelei al α-Fe (bcc) crește de la 0,28662±0,00002 la 0,28682 nm cu adăugarea a 0,38 at.% Cu.

Cupru - cobalt

Diagrama de stare a sistemului cupru-cobalt este prezentată în Fig. 4 . Este de acord cu rezultatele studiilor anterioare ale acestei diagrame. În acest sistem, ca urmare a suprarăcirii cu 100 °C sau mai mult, apare o regiune de nemiscibilitate în stare lichidă, care este aproape simetrică față de axa corespunzătoare compoziției echiatomice. Cu această compoziție, temperatura critică de amestecare se află la 90 °C sub curba lichidus.

Sistemul Cu-Co este de tip peritectic. Temperatura reacției peritectice este de 1112 °C. Datele privind solubilitatea cobaltului într-o soluție solidă pe bază de cupru (β) și cupru într-o soluție solidă pe bază de cobalt (a) în intervalul de temperatură 900...1100 °C sunt date în tabel. 1.

Cupru - siliciu

Diagrama de stare a cupru - siliciu este prezentată în Fig. 5 (pe baza totalității lucrărilor). Sistemul conține o soluție α-solidă pe bază de cupru, faze β, δ, η, precum și faze K, γ și ε formate prin reacții peritectoide.

Regiunea de existență a fazei β [rețeaua bcc cu α = 0,2854 nm la 14,9 at.% Si] este în domeniul de temperatură 852...785 °C; se formează printr-o reacţie peritectică cu un punct de transformare peritectic de 6,8% (în masă) Si. Regiunea de existență a fazei β acoperă domeniul de temperatură 824...710 °C și este formată printr-o reacție peritectică; punct de transformare peritectică 8,65% (în masă) Si. Faza η are două modificări: η′ și η″. În intervalul de temperatură 620...558 °C are loc transformarea η↔η′, iar în intervalul 570...467 °C are loc transformarea η′↔η″. Rețeaua de fază η este similară cu rețeaua de alamă γ.

Faza K este formată printr-o reacție peritectoidă la +842 °C și există până la 552 °C, punctul peritectoid corespunde la 5,9% (în masă) Si. Faza K are o rețea hexagonală compactă cu α = 0,25543 nm și c = 0,41762 nm la 11,8 at.% Si și α = 0,25563 nm și c = 0,41741 nm la 14,6% (at.) Si. Faza γ este formată printr-o reacție peritectoidă la 729 °C și este stabilă până la temperatura camerei; punctul peritectoid corespunde cu 8,35% (în masă) Si.

Faza γ are o rețea cubică de tip rețea β-Mn cu o perioadă α = 0,621 nm.

Faza ε este formată și printr-o reacție peritectoidă la 800 °C și există într-un interval îngust de concentrație de 10,6...10,7% (în masă) Si, stabilă până la temperatura camerei. Are o rețea bcc cu α = 0,9694 nm. Solubilitatea cuprului în siliciu este neglijabilă și se ridică la 2,810 -3; 2.10 -3; 5,5.10-4; 8,5.10-5; 5,3.10 -6% (at.) la temperaturi 1300; 1200; 1000; 800 și respectiv 500 °C. Solubilitatea siliciului în cupru este semnificativă și se ridică la ~5,3% (în greutate) la 842 °C.

Cupru - mangan

Diagrama de stare a sistemului cupru-mangan este construită pe întregul interval de concentrație. Aici este dat conform datelor (Fig. 6). Cuprul și manganul formează un minim pe curba lichidus la un conținut de ~37% (at.) Mn și o temperatură de 870±5 °C. Transformările în stare solidă sunt asociate cu procesele de ordonare în aliaje din partea cuprului și modificări alotropice ale manganului. Soluția solidă (α-Cu, y-Mn) este ordonată la ~16 at.% Mn (MnCu 5) și 400 °C și la ~25 at.% Mn (MnCu 3) și 450 °C.

Solubilitatea cuprului în fazele α-Mn și β-Mn este nesemnificativă. Sistemul suferă o tranziție continuă de la o rețea cubică centrată pe față a unei soluții solide pe bază de cupru (α-Cu) la o rețea tetragonală centrată pe față de γ-Mn.

Cupru - Nichel

Diagrama de stare a sistemului cupru-nichel este un sistem cu o serie continuă de soluții solide. Figura 7 prezintă rezultatele studiilor experimentale care sunt în bună concordanță între ele. În stare solidă există transformări asociate transformărilor magnetice în nichel. Toate aliajele sistemului Cu-Ni au o rețea fcc. Ipotezele despre existența compușilor CuNi și CuNi 3 în sistem nu au fost confirmate în lucrările ulterioare. Aliajele acestui sistem stau la baza aliajelor industriale de tip cupronickel.

Cupru - staniu

În fig. Figura 8 prezintă o diagramă de stare bazată pe un număr mare de lucrări. Sistemul a stabilit existența unui număr de faze formate atât în ​​timpul cristalizării primare, cât și în timpul transformării în stare solidă. Fazele α, β, γ, ε, η se formează în timpul cristalizării primare, fazele ζ și δ - în stare solidă. Fazele β, γ și η sunt formate prin reacții peritectice la temperaturi de 798, 755 și 415 °C. Perioada de rețea a fazei α crește de la 0,3672 la 0,3707 nm. Fazele β și γ sunt asemănătoare cristalografic și au o rețea bcc.

Faza ε există pe baza compusului Cu 3 Sn și are o rețea ortorombic. Faza η corespunde compusului Cu 6 Sn 5. Se comandă la 189...186 °C. Faza ζ are o rețea hexagonală cu compoziția așteptată Cu 20 Sn 6 . Faza δ are structura γ-alama, este un compus electronic si corespunde formulei Cu 31 Sn 8 la 20,6 at.% Sn.

Solubilitatea staniului în cupru, conform analizei spectrale de raze X, este, % (at.) Sn [% (în masă) - în paranteze]: 6,7 (11,9); 6,5 (11,4); 5,7 (10,10) la temperaturi de 350°C; 250; respectiv 150 °C. Solubilitatea cuprului în staniu în stare solidă la temperatura eutectică este de 0,01% (at.) (conform lui Tokseitov și colab.).

Cupru - plumb

Diagrama de stare a cupru-plumb, construită pe întregul interval de concentrație, este prezentată în Fig. 9 conform lucrării. Diagrama de stare a sistemului cupru-plumb se caracterizează prin prezența transformărilor monotectice și eutectice. Temperatura transformării monotectice este (955±0,5) C, iar întinderea regiunii de nemiscibilitate la această temperatură este de 15,7-63,8% (at.) Pb. Punctul eutectic corespunde cu 0,18% (at.) Pb, iar conform datelor - o temperatură de 326 °C și 0,2% (at.) Pb. Curba de solubilitate dintre temperatura monotectică și punctul de topire al plumbului a fost determinată cu destulă atenție. S-a stabilit că această curbă intersectează orizontalul monotectic la un conținut de plumb de 67% (at.). Solubilitatea plumbului în cupru în stare solidă la temperaturi peste 600 °C nu este mai mare de 0,09% (at.). Solubilitatea cuprului în plumb în stare solidă este mai mică de 0,007% (în greutate).

Cupru - antimoniu

Diagrama de stare a cuprului - antimoniu este prezentată conform datelor din Fig. 10.

În aliajele acestui sistem a fost descoperită o fază β la temperatură ridicată cu o rețea fcc de tip BiF 3, care se topește congruent la 684 °C și aliajul conține 28,6 at.% Sb. La 435 °C, faza β se descompune eutectoid în faza k și Cu2Sb. Punctul eutectoid corespunde la 24% (at.) Sb. Solubilitatea maximă a fazei β 20...32%) (at.) Sb. Alte faze intermediare - η, ε, ε′ și к-sunt formate prin reacții peritectoide la temperaturi de 488 °C (η), 462 °C (e). Faza ε′ are o rețea hexagonală cu perioade α = 0,992 nm, c = 0,432 nm și există în intervalul de temperatură ∼375...260 °C. Faza k are o structură de tip ortorombic Cu 3 Ti, există în intervalul 450...375 °C și se descompune în faza ε și Cu 2 Sb la o temperatură de 375 °C sau faza ε′ și Cu 2 Sb (după alți autori). Faza η are o regiune de omogenitate de la 15,4 la 15,8% (at.) Sb la 426 °C. Faza intermediară Cu 2 Sb este formată printr-o reacție peritectică la 586 °C și are o regiune îngustă de omogenitate de 32,5...33,4% (at.) Sb. Are o rețea tetragonală. Solubilitatea maximă a antimoniului în cupru în stare solidă la temperaturi de 600; 550:500; 450; 400; 360; 340 și 250 °C este 5,79; 5,74; 5,69; 5,44; 4,61; 3,43; 3,02; 1,35% (at.) sau 10,53; 10,44; 10,37; 9,92; 8,48; 6,38; 5,64; 2,56% (în masă), respectiv.

Cupru - fosfor

Diagrama de stare a sistemului cupru - fosfor este prezentată conform datelor din Fig. 11. Pe baza rezultatelor lucrărilor ulterioare, în sistem au fost descoperiți doi compuși: Cu 3 P și Cu P 2. Temperatura de formare a compusului Cu 3 P direct din topitură este dată de diferiți autori în moduri diferite: 1005; 1018 sau 1023; 1022 °C. Intervalul de omogenitate al compusului Cu3P este de 31% (at.) P la temperatura eutectică și 27,5% (at.) P la 700 °C. Compusul Cu 3P are o rețea hexagonală cu parametrii α = 0,695 nm, c = 0,712 ± 0,02 nm, c/α = 1,02.

Compusul CuP 2 cristalizează direct din topitură la 891 °C. Are loc o reacție eutectică între compusul Cu 3P și cupru la 714 °C, punctul eutectic corespunde la 15,72% (at.) P.

Există un echilibru eutectic între compușii Cu 3 P și Cu P 2 la 833 °C. Compoziția punctului eutectic este de 49% (at.) R.

În regiunea diagramei dintre fosfor și compusul CuP 2 se presupune existența unui eutectic degenerat la 590 °C.

Solubilitatea fosforului în cupru este dată în tabel. 2.

(Notă. Conținutul de fosfor este indicat între paranteze ca procent din greutate.)

Cupru - crom

Diagrama de fază cupru-crom a fost studiată cel mai amănunțit în regiunea bogată în cupru. Este dat integral în lucrarea lui G.M. Kuznetsova și colab. pe baza datelor de calcul termodinamic și a datelor privind parametrii de interacțiune a componentelor (Fig. 12). Structura aliajelor contine doua faze: solutii solide pe baza de cupru (α) si crom (β). La 1074,8 °C, are loc o transformare eutectică la un conținut de crom de 1,56% (at.). Solubilitatea cromului în cupru după diverși autori este dată în tabel. 3.

Solubilitatea cuprului în crom în stare solidă variază de la 0,16% (at.) la 1300 °C până la 0,085% (at.) la 1150 °C.

Cupru - zinc

În aliajele de cupru, elementele din grupa II a tabelului periodic al lui D.I sunt de cel mai mare interes practic. Mendeleev reprezintă zincul. Diagrama de fază cupru-zinc a fost studiată de mulți cercetători pe întregul interval de concentrație. În fig. Figura 13 prezintă o diagramă de stare construită dintr-un set de lucrări în care s-au folosit metode de analiză termică, cu raze X, metalografice, microscopică electronică și determinarea temperaturii lichidus.

Linia liquidus a sistemului cupru-zinc constă din șase ramuri de cristalizare primară a fazelor α, β, γ, δ, ε și η. Există cinci transformări peritectice în sistem, % (at.):

1) F (36,8 Zn) + a (31,9 Zn) ↔ β (36,1 Zn) la 902 °C;

2) F (59,1 Zn) + β (56,5 Zn) ↔ y (59,1 Zn) la 834 °C;

3) F (79,55 Zn) + y (69,2 Zn) ↔ 5 (72,4 Zn) la 700 °C;

4) F (88 Zn) + 5 (76 Zn) ↔ ε (78 Zn) la 597 °C;

5) F (98,37 Zn) + ε (87,5 Zn) ↔ η (97,3 Zn) la 423 °C.

Solubilitatea zincului într-o soluție solidă pe bază de cupru crește mai întâi de la 31,9% (at.) la 902 °C la 38,3% (at.) la 454 °C, apoi scade și se ridică la 34,5% (at.) la 150 °C. C și 29% (at.) la 0 °C.

În regiunea de existență a fazei α sunt definite două modificări α 1 și α 2. Regiunea de existență a fazei β variază de la 36,1% (at.) Zn la 902 °C până la 56,5% (at.) Zn la 834 °C și de la 44,8% (at.) Zn la 454 °C până la 48,2% ( at.) Zn la 468 ° C. În intervalul de temperatură 454...468 ° C are loc transformarea sau ordonarea.

Faza β′ se descompune conform reacției eutectoide β′↔α + γ la o temperatură de ~255 °C. Faza β există în patru modificări: faza γ′′′ până la temperaturi de 250...280 C, peste 280 °C faza γ″ este stabilă, care la 550...650 °C se transformă în faza γ′; peste 700°C există o fază γ. Faza δ există în intervalul 700...558 °C, descompunându-se eutectoid conform reacției δ↔γ + ε la 558 °C.

Solubilitatea cuprului într-o soluție η-solidă pe bază de zinc scade de la 2,8% (at.) la 424 °C la 0,31% (at.) la 100 °C. Parametrii rețelei ai soluției α-solide pe bază de cupru cresc odată cu creșterea concentrației de zinc.

Faza β are o rețea cubică centrată pe corp de tip W, faza β′ are o rețea centrată pe corp ordonată de tip CsCl. Perioada de rețea a fazei β′ crește de la O 2956 la 0,2958 nm în intervalul de concentrație de 48,23...49,3% (at.) Zn.

Faza γ are o structură de tip γ-alama. Compoziția sa corespunde compoziției stoichiometrice a Cu 5 Zn 8 . Faza γ″′ are o rețea ortorombic cu perioade α = 0,512 nm, b = 0,3658 nm și c = 0,529 nm.

Faza γ″ are o rețea cubică cu o perioadă α = 0,889 nm. Structura și parametrii rețelei ai fazelor γ′ și γ nu au fost determinați. Faza 3 are o rețea bcc cu o perioadă α = 0,300 nm la 600 °C pentru un aliaj cu 74,5 at.% Zn. Faza ε are o rețea hexagonală de tip Mg.

Aliajele pe bază de sistem cupru-zinc (alama) sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii: se caracterizează prin fabricabilitate ridicată și rezistență la coroziune. Producerea diferitelor piese și piese turnate din aliaje ale acestui sistem nu este deosebit de dificilă. Aliajele de clase L96, L90, L85, L80, L75, L70, L68, L66, L63, L59 - alamă simplă - sunt prelucrate prin presiune în stare rece și fierbinte și au o structură monofazată, care este o soluție solidă. pe cupru (a) pentru aliaje cu conținut de cupru de cel puțin 61% (în masă) și bifazic (α + β) pentru aliajul L59. Aliajele monofazate și bifazate (α, α + β, β), aliate cu aluminiu, fier, mangan, siliciu, staniu, plumb, sunt folosite pentru a produce piese turnate folosind diverse metode.

În prezent, noi materiale pe bază de aluminiu sunt dezvoltate pentru a extinde în continuare domeniul de aplicare a acestor materiale. Astfel, pentru proiectul unui avion prietenos cu mediul alimentat cu hidrogen lichid (temperatura acestuia este de -253 o C), a fost necesar un material care să nu se fragilizeze la temperaturi atât de scăzute. Aliajul O1420, dezvoltat în Rusia, pe bază de aluminiu aliat cu litiu și magneziu, îndeplinește aceste cerințe. În plus, datorită faptului că ambele elemente de aliere din acest aliaj sunt mai ușoare decât aluminiul, este posibil să se reducă greutatea specifică a materialului și, în consecință, greutatea de zbor a mașinilor. Combinând rezistența bună inerentă duraluminului și densitatea scăzută, aliajul are și o rezistență ridicată la coroziune. Astfel, știința și tehnologia modernă se deplasează pe calea creării de materiale care combină setul maxim posibil de calități utile.

De remarcat, de asemenea, că în prezent, concomitent cu marcarea tradițională alfanumerice, există o nouă marcare digitală a aliajelor de aluminiu - vezi fig. 3 și masa. 10.

Figura 3 – Principiul marcajului digital al aliajelor de aluminiu

Tabelul 10

Exemple de denumiri folosind noile marcaje

Bibliografie

1. Kolachev B.A., Livanov V.A., Blagin V.I. Metalurgia și tratarea termică a metalelor și aliajelor neferoase. M.: Metalurgie, 1972.-480 p.

2. Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Stiinta Materialelor. M.: Inginerie mecanică, 1990.-528 p.

3. Gulyaev A.P. Metalurgie. M.: Metalurgie, 1986.-544 p.

4. Enciclopedia materialelor anorganice. Volumul 1.: Kiev: redactor-șef al Uniunii Sovietice ucrainene, 1977.-840 p.

5. Enciclopedia materialelor anorganice. Volumul 2.: Kiev: redactor-șef al Uniunii Sovietice ucrainene, 1977.-814 p.

6. Știința materialelor și tehnologia materialelor. Fetisov G.P., Karpman M.G., Matyunin V.M. şi alţii M.-V.Sh., 2000.- p.182

Anexa 1

Diagrama de fază Al-Mg (a) și dependența proprietăților mecanice

aliaje în funcție de conținutul de magneziu (b)

Anexa 2

Diagrama stărilorAl - Cu:

linie întreruptă – temperatura de întărire a aliajelor

Anexa 3

Diagrama stărilorAl – Si(a) și influența siliciului

asupra proprietăților mecanice ale aliajelor

Introducere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………4

1 Aluminiu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......4

2 Aliaje pe bază de aluminiu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......5

2.1 Aliaje de aluminiu forjat,

neîntărit prin tratament termic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......6

2.2 Aliaje de aluminiu forjat,

consolidat prin tratament termic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......7

2.3 Aliaje de aluminiu turnat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......unsprezece

2.4 Aliaje produse prin metalurgia pulberilor………………..…..14

Concluzie……………………………………………………………………….……..……..16

Referințe…………………………………………………………………...17

Anexa 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ….19

Anexa 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . ….. 20

Anexa 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . ….21

Departamentul Fundamentele Teoretice ale Științei Materialelor

Aluminiul este unul dintre cele mai importante materiale folosite in industria electronica, atat in forma sa pura, cat si in numeroase tipuri de aliaje pe baza acestuia. Aluminiul pur nu are modificări alotropice și are o conductivitate termică și electrică ridicată, însumând 62-65% din parametrii similari pentru cupru. Punctul de topire al aluminiului este de 660 °C, punctul de fierbere este de 2500 °C. Duritatea aluminiului pur este de 25 HB conform Brinell. Aluminiul este ușor de prelucrat prin tăiere, desenare și presare.

La contactul cu aerul, pe suprafața aluminiului se formează o peliculă protectoare de oxid neporoasă de aproximativ 2 nm grosime (20 A), protejându-l de oxidarea ulterioară. Aluminiul are o rezistență scăzută la coroziune în soluții alcaline, acizi clorhidric și sulfuric. Acizii organici și acidul azotic nu au niciun efect asupra acestuia.

Industria produce mai multe clase de aluminiu: puritate specială, puritate ridicată și puritate tehnică. Aluminiul de înaltă puritate A999 nu conține mai mult de 0,001% impurități; clase de puritate ridicată A995, A99, A97 și respectiv A95 - nu mai mult de 0,005; 0,01; 0,03 și 0,05% impurități; gradul de puritate tehnică A85 - nu mai mult de 0,15% impurități.

În electronică, aluminiul pur este utilizat în producția de condensatoare electrolitice, folii și, de asemenea, ca ținte în formarea căilor conductoare de aluminiu ale dispozitivelor microelectronice folosind metode de pulverizare termică, ion-plasmă și magnetron.

De cel mai mare interes pentru ingineria electronică sunt aliajele bazate pe sistemele aluminiu-cupru și aluminiu-siliciu, care constituie două grupuri mari de aliaje forjate și turnate utilizate ca materiale structurale.

În fig. Figura 2.7 prezintă diagrama de echilibru a stării sistemului „aluminiu - cupru” din partea aluminiului. Aliajul eutectic din acest sistem conține 33% cupru și are un punct de topire de 548 °C. Pe măsură ce conținutul intermetalic din aliaj crește, rezistența aliajului crește, dar lucrabilitatea sa se deteriorează. Solubilitatea cuprului în aluminiu la temperatura camerei este de 0,5% și atinge 5,7% la temperatura eutectică.

Aliajele cu un conținut de cupru de până la 5,7% pot fi convertite într-o stare monofazată prin stingerea lor de la o temperatură deasupra liniei. B.D.În același timp, aliajul întărit are o ductilitate suficientă cu rezistență moderată și poate fi prelucrat prin deformare. Cu toate acestea, soluția solidă formată după călire este neechilibrată, iar în ea au loc procese de separare a compușilor intermetalici, însoțite de o creștere a rezistenței aliajelor. La temperatura camerei, acest proces are loc în 4-6 zile și se numește îmbătrânire naturală a aliajului. Accelerarea procesului de îmbătrânire a materialului este asigurată prin menținerea acestuia la temperaturi ridicate acest proces se numește îmbătrânire artificială.

Orez. 2.7. Diagrama de stare a sistemului aluminiu-cupru Un alt grup de aliaje de aluminiu, numite aliaje de aluminiu turnat sau silumini, sunt aliaje bazate pe sistemul aluminiu-siliciu. Diagrama de stare a acestui sistem este prezentată în Fig. 2.8.

Orez. 2.8.

Aliajul eutectic conține 11,7% siliciu și are un punct de topire de 577 °C. În acest sistem nu se formează compuși intermetalici. Aliajele eutectice au o turnare bună și proprietăți mecanice satisfăcătoare, care sunt îmbunătățite prin introducerea de până la 1% compuși de sodiu în aliaj.

În funcție de metoda de producție, aliajele industriale de aluminiu se împart în sinterizat, turnat și forjat (Fig. 1).

Aliaje de turnare suferă o transformare eutectică, dar cele deformabile nu. Acestea din urmă, la rândul lor, pot fi neîntărite termic (aliaje în care nu există transformări de fază în stare solidă) și deformabile, întăritoare termic (aliaje întărite prin călire și îmbătrânire).

Aliajele de aluminiu sunt de obicei aliate cu Cu, Mg, Si, Mn, Zn și mai rar cu Li, Ni, Ti.

Aliaje de aluminiu deformate care nu pot fi consolidate prin tratament termic

Această grupă de aliaje include aluminiul tehnic și aliajele rezistente la coroziune sudabile neîntăribile termic (aliaje de aluminiu cu mangan și magneziu). Aliajele AMts aparțin sistemului Al – Mi (Fig. 1).

Fig.1. Diagrama de stare „aluminiu - element de aliaj”:

1–aliaje deformabile, neîntăribile termic;

2 – aliaje deformabile, întăribile termic.

Fig.2. Diagrama de stare „aluminiu - mangan”:

– Concentrația de Mn în aliaje industriale.

Fig.3. Microstructura aliajului AMC

Fig.6. Microstructura duraluminiului după:

a) stingerea în apă de la temperatura T2;

b) întărire şi îmbătrânire artificială la T3

(în dreapta – imagine schematică)

Structura aliajului Amts constă dintr-o soluție a-solidă de mangan în aluminiu și precipitate secundare ale fazei MnAl (Fig. 3 În prezența fierului, în loc de MnAl, se formează o fază complexă (MnFe)Al). care este practic insolubil în aluminiu, motiv pentru care aliajul Amts este întărit prin tratament termic.

Compoziția acestor aliaje are limite foarte înguste: 1-1,7% MP;

0,05 – 0,20% Cu; Cuprul este adăugat pentru a reduce coroziunea prin pitting.

Permis până la 0,6–0,7% Fe și. n 0,6-0,7% Si, ceea ce duce la o oarecare întărire a aliajelor fără o pierdere semnificativă a rezistenței la coroziune.

Pe măsură ce temperatura scade, rezistența crește rapid. Prin urmare, aliajele din acest grup sunt utilizate pe scară largă în tehnologia criogenică.

Aliajele AMg (magnalium) aparțin sistemului A1 – Mg (Fig. 4). Magneziul formează o soluție a-solidă cu aluminiu, iar în intervalul de concentrație de la 1,4 la 17,4% Mg, se eliberează o fază b secundară (MgAl), dar aliajele care conțin până la 7% Mg dau foarte puțină întărire în timpul tratamentului termic, deci s-au întărit prin deformare plastică — întărire.

Aliaje ale sistemelor A1–Mn. și A1–- Mg sunt utilizate în stări recoapte, prelucrate la rece și semiîntărite. Aliajele industriale conțin magneziu în intervalul de la 0,5 la 12... 13%, aliajele cu conținut scăzut de magneziu au cea mai bună capacitate de formare, aliajele cu conținut ridicat de magneziu au proprietăți bune de turnare (Tabelul 5) aplicații.

Pe nave, bărci de salvare, plăcuțe, scări exterioare, obiecte practice etc. sunt fabricate din aliaje din acest grup.

Aliaje de aluminiu deformate, întărite prin tratament termic

Acest grup de aliaje include aliaje de rezistență ridicată și normală. Compozițiile unor aliaje deformabile întăribile termic sunt date în Tabelul 6 din Anexă. Aliajele de aluminiu deformabile tipice sunt duraluminii (marcați cu litera D) - aliaje ale sistemului A1 - Cu - Mg. Într-un mod foarte simplificat, procesele care au loc în timpul tratamentului termic de întărire al duraluminului pot fi luate în considerare folosind diagrama Al – Cu (Fig. 5).

Fig.4. Diagrama stării „aluminiu - magneziu”.

‚ – concentrația de Mg în aliajele industriale.

Fig.5. Fragment din diagrama de stare „aluminiu - cupru”:

T1 – temperatura de reflux;

Т2 – temperatura de întărire;

T3 – temperatura de îmbătrânire artificială.

Fig.7. Diagrama fazelor aluminiu-siliciu:

a) vedere generală;

b) după introducerea modificatorului.

În timpul călirii, care constă în încălzirea aliajului deasupra liniei de solubilitate variabilă, menținerea la această temperatură și răcirea rapidă, a structurii unei soluții a-solide suprasaturate (luminoasă în Fig. 6a) și a incluziunilor insolubile de compuși feroși și mangan (întuneric). ) e reparat. Aliajul în stare proaspăt călită are rezistență scăzută s6 = 30 kg/mm3 (300 MPa); d = 18%; duritate HB75.

O soluție solidă suprasaturată este instabilă. Cea mai mare rezistență este obținută odată cu îmbătrânirea ulterioară a aliajului întărit. Îmbătrânirea artificială constă în expunerea la o temperatură de 150 - 180 de grade. În acest caz, fazele de întărire CuAl2, CuMgAl2, Al12Mn2Cu sunt eliberate din soluția de a-solid suprasaturată.

Microstructura aliajului îmbătrânit este prezentată în Fig. 6b. Constă dintr-o soluție solidă și incluziuni ale diferitelor faze de mai sus.

Prelucrarea aluminiului

Toate aliajele de aluminiu pot fi împărțite în două grupe:

Aliaje de aluminiu deformabile - destinate producerii de semifabricate (tablete, plăci, tije, profile, țevi etc.), precum și forjate și semifabricate ștanțate prin laminare, presare, forjare și ștanțare.

a) Consolidat prin tratament termic:

Duralumini, „duralumin” (D1, D16, D20*, aliaje de aluminiu, cupru și mangan) - pot fi prelucrați satisfăcător prin tăiere în stare întărită și îmbătrânită, dar slab în stare recoaptă. Duraluminii sunt bine sudați prin sudare în puncte și nu pot fi sudați prin sudare prin fuziune datorită tendinței lor de a se fisura. Aliajul D16 este utilizat pentru a face piese, cadre, stringers și largi de aeronave, cadre portante, structuri de construcție și caroserii auto.

Aliajul aviar (AV) este prelucrat în mod satisfăcător prin tăiere după întărire și îmbătrânire și este bine sudat prin arc de argon și sudare prin rezistență. Din acest aliaj sunt realizate diverse semifabricate (table, profile, țevi etc.), utilizate pentru elementele structurale care suportă sarcini moderate, în plus, palete rotorului elicopterului, piese forjate de motor, cadre, uși, care necesită ductilitate ridicată la rece. vremea.

Aliajul de înaltă rezistență (B95) are o rezistență la tracțiune de 560-600 N/mm2, este bine prelucrat prin tăiere și sudat prin sudură în puncte. Aliajul este utilizat în construcția de aeronave pentru structurile încărcate (piele, stringers, cadre, lămpi) și pentru cadrele portante din structurile de construcții.

Aliaje pentru forjare și ștanțare (AK6, AK8, AK4-1 [rezistent la căldură]). Aliajele de acest tip se caracterizează prin ductilitate ridicată și proprietăți satisfăcătoare de turnare, care fac posibilă obținerea de lingouri de înaltă calitate. Aliajele de aluminiu din acest grup sunt bine prelucrate prin tăiere și pot fi sudate satisfăcător prin rezistență și sudare cu arc cu argon.

b) Neîntărit prin tratament termic:

Aliajele de aluminiu cu mangan (AMc) și aluminiu cu magneziu (AMg2, AMg3, AMg5, AMg6) sunt ușor de prelucrat prin presiune (ștanțare, îndoire), sunt bine sudate și au o bună rezistență la coroziune. Tăierea este dificilă, așa că pentru a produce fire se folosesc robinete speciale fără așchii (role) care nu au muchii tăietoare.

Aliaje de aluminiu turnat - destinate turnării modelate (de regulă, sunt bine prelucrate prin tăiere).

Aliajele de aluminiu cu siliciu (silicine) Al-Si (AL2, AL4, AL9) se disting prin proprietăți de turnare ridicate, iar piesele turnate se disting prin densitate mare. Siluminile sunt relativ ușor de prelucrat prin tăiere.

Aliajele de aluminiu cu cupru Al-Cu (AL7, AL19) după tratament termic au proprietăți mecanice ridicate la temperaturi normale și ridicate și sunt bine prelucrate prin tăiere.

Aliajele de aluminiu cu magneziu Al-Mg (AL8, AL27) au o bună rezistență la coroziune, proprietăți mecanice îmbunătățite și sunt ușor de tăiat. Aliajele sunt folosite în construcțiile navale și în aviație.

Aliajele de aluminiu rezistente la căldură (AL1, AL21, AL33) sunt bine prelucrate prin tăiere.

În ceea ce privește frezarea, filetarea și strunjirea, aliajele de aluminiu pot fi, de asemenea, împărțite în două grupe. În funcție de stare (călit, îmbătrânit, recoapt), aliajele de aluminiu pot aparține diferitelor grupe de lejeritate

prelucrare:

Aliaje moi și ductile de aluminiu care cauzează probleme în timpul tăierii:

a) Recoacet: D16, AB.

b) Neîntărit prin tratament termic: AMts, AMg2, AMg3, AMg5, AMg6.

Aliaje de aluminiu relativ dure și durabile, care sunt destul de ușor de prelucrat prin tăiere (în multe cazuri în care nu este necesară o productivitate crescută, aceste materiale pot fi prelucrate cu unelte standard pentru uz general, dar dacă trebuie să creșteți viteza și calitatea prelucrării, este necesar să folosiți instrumente specializate):

a) Întărit și îmbătrânit artificial: D16T, D16N, AVT.

b) Forjare: AK6, AK8, AK4-1.

c) Turnătorii: AL2, AL4, AL9, AL8, AL27, AL1, AL21, AL33.

O caracteristică distinctivă a aluminiului este densitatea sa scăzută (2,7 g/cm3), punctul de topire scăzut (660°C) și rezistența electrică relativ scăzută, de numai 1,51 ori mai mare decât cea a cuprului. Aluminiul are o rețea cubică centrată pe față și în forma sa pură este un metal foarte moale, ductil. Ca element chimic, aluminiul ar trebui să descompună încet apa ca calciul, dar pelicula de oxid de pe suprafața sa protejează în mod fiabil metalul de interacțiunea atât cu apa, cât și cu oxigenul atmosferic. Datorită acestui film de oxid durabil, foarte subțire și transparent, aluminiul este capabil să mențină un aspect strălucitor pentru o perioadă lungă de timp.

Aluminiul pur este utilizat pe scară largă ca material conductor electric; S-au creat un număr mare de aliaje pe bază de aluminiu, utilizate în special în aviație. În ultimii ani, aliajele de aluminiu au fost introduse activ în industria auto, industria alimentară (material de ambalare) și electrocasnice. Utilizarea aluminiului în construcții ca material de finisare și decorativ, care este foarte rezistent la coroziune atmosferică, este în creștere deosebit de rapidă. Producția mondială de aluminiu crește foarte repede: în 18 ani (din 1955 până în 1973) a crescut de 4 ori. Costul aluminiului este de aproximativ 5 până la 10 ori mai mare decât oțelul carbon.

Industria produce mai multe grade de aluminiu, care diferă în conținutul total de impurități - de la 0,001 la 1,0%. Principalele impurități naturale din aluminiu sunt fierul și siliciul. Pe diagrama de fază aluminiu-siliciu (Fig. 55) există un punct eutectic la 577 ° C și 11,7% Si. Solubilitatea siliciului în aluminiu solid la această temperatură este de 1,6%. Pe măsură ce temperatura scade la 200°C, aceasta scade la 0,05%. Diagrama de fază aluminiu-fier este complexă, cu mai multe faze intermediare. Cel mai bogat compus de aluminiu este FeAl 3 . Între acesta și aluminiu există un punct eutectic la 655°C și 1,8% fier (Fig. 56). Solubilitatea fierului în aluminiu solid la temperatura eutectică este de 0,05% sub 400°C, scade la zero. Aceasta înseamnă că în aliajele duble hipoeutectice de aluminiu și fier, acesta din urmă precipită întotdeauna sub formă de incluziuni ale fazei FeAl 3, care fie sunt de origine eutectică, fie apar datorită descompunerii unei soluții solide. Precipitatele eutectice se pot forma la concentrații semnificativ mai mici de fier decât 0,05% din cauza cristalizării neechilibrate.

În aluminiul care conține atât fier, cât și siliciu, pe lângă fazele indicate caracteristice sistemelor binare, pot apărea și compuși ternari complecși - α-FeAlSi și β-FeAlSi. Ele pot apărea direct în timpul cristalizării în cazul unui conținut ridicat de impurități sau ca urmare a descompunerii unei soluții solide. Impuritățile de fier și siliciu din aluminiu sunt dăunătoare, deoarece reduc semnificativ proprietățile plastice ale acestuia. Ambele impurități nu sunt conținute doar în aluminiul primar, cantitatea lor crește continuu în aliajele de aluminiu în timpul retopării datorită interacțiunii cu silice din materiale refractare și unelte de topire a oțelului (linguri, raclete). Cu toate acestea, există multe aliaje în care siliciul și uneori fier sunt introduse intenționat.

Particularitatea aluminiului ca bază pentru aliaje este că nu formează soluții solide continue cu niciun metal. Numai în sistemul cu zinc (Fig. 57) la temperaturi ridicate există o regiune suficient de mare de soluții solide. În marea majoritate a cazurilor, fazele intermediare fragile apar în sistemele binare aluminiu-metal. În consecință, este posibilă întărirea aluminiului doar într-o măsură limitată prin formarea de soluții solide. Prin urmare, se utilizează un alt mod de întărire - prin formarea de particule compuse într-o matrice de soluție solidă. Această cale predetermina în mod inevitabil utilizarea întăririi și îmbătrânirii. Gama restrânsă de soluții solide pe bază de aluminiu ne obligă să stabilim un conținut al fiecărei componente de aliere care să nu conducă la apariția unei cantități excesive de faze intermediare fragile.

Aliajele de aluminiu forjat, de regulă, conțin 2 - 3 sau mai multe componente de aliere în cantități de la 0,2 la 2 - 4% fiecare. Singura excepție este dublu aliaj AMts cu 1,0 - 1,6% Mn. Manganul este inclus în compoziția majorității aliajelor de aluminiu forjat într-o cantitate de 0,2 - 1,5%. Scopul său este că încetinește semnificativ recristalizarea, crește temperatura acestui proces și, prin urmare, întărește aliajul la temperaturi ridicate, rafinează boabele recristalizate și face parte din compuși complecși care conferă aliajelor rezistență la căldură.

Majoritatea aliajelor de aluminiu forjat pot rezista la întărire (fără transformare polimorfă) și la îmbătrânire și, ca urmare, devin semnificativ mai puternice. Componentele de aliere tipice ale aliajelor luate în considerare, pe lângă mangan, sunt cuprul, magneziul, siliciul, zincul. Aliajele speciale rezistente la căldură conțin fier, nichel, crom, titan într-o cantitate de 0,2 - 1%. În toate aliajele de aluminiu, introducerea a 0,1 - 0,2% titan determină o rafinare severă a granulelor în starea turnată. Acest efect este reținut parțial după recristalizare. La unele aliaje se adaugă beriliu (0,001 - 0,002%) pentru a reduce oxidarea în timpul topirii.

În fig. Figurile 58 și 59 prezintă diagrame de fază dublă ale aluminiului cu cupru și magneziu. În ambele cazuri, odată cu creșterea temperaturii, se observă o modificare semnificativă a solubilității elementelor de aliere în aluminiu. O schimbare similară a solubilității se observă în sistemele cu mai multe componente, ceea ce oferă posibilitatea întăririi tratamentului termic. Cu toate acestea, în aliajele complexe, fazele de compoziție și structură complexe vor fi în echilibru cu soluția de aluminiu conform diagramelor de fază corespunzătoare.

Aliajele tipice de aluminiu forjat sunt așa-numitele duraluminiu - aliaje de aluminiu cu cupru, magneziu și mangan. Compozițiile unor aliaje tipice de aluminiu forjat sunt date în tabel. 5. Acolo este dată și compoziția impurităților uneia dintre clasele de aluminiu.

Tabelul 5. Compoziția unor aliaje de aluminiu forjat

Proprietățile mecanice ale acestor aliaje în diferite stări sunt date în tabel. 6. După cum se poate observa, ca rezultat al alierei, călirii la rece și tratamentului termic, este posibilă creșterea rezistenței (de la 100 la 560 MPa) și a durității HB (20 - 150) a aluminiului de mai multe ori. Pentru aliajele de aluminiu de înaltă rezistență, rezistența specifică, adică legată de densitate, se dovedește a fi mai mare decât cea a oțelurilor și a altor aliaje. Acesta este exact ceea ce a predeterminat utilizarea lor în aeronave.

Aliajele de aluminiu deformabile, pe lângă întărire și îmbătrânire, sunt adesea supuse recoacerii-omogenizării. Acest lucru se explică prin faptul că, din cauza cristalizării dezechilibrate în aliaje, are loc o segregare dendritică foarte puternică și apar componente eutectice neechilibrate. Magneziul și cuprul sunt deosebit de epuizate. Astfel, conform diagramei stării de echilibru, componenta eutectică din aliajele aluminiu - cupru ar trebui să apară doar la 5,65% Cu, dar apare deja la 1,6 - 2% Cu. O caracteristică a încălzirii pentru întărirea aliajelor de aluminiu este necesitatea menținerii foarte stricte a temperaturii (±5°) pentru a preveni arderea (topirea) și pentru a obține cel mai mare efect al tratamentului termic. Astfel, aliajele D16 și AK8 sunt întărite de la o temperatură de 495 - 505 ° C, iar aliajul V95 - de la 465 - 480 ° C. Întărirea se realizează în apă. După întărire, aliajele de aluminiu sunt supuse îmbătrânirii naturale (20°C, 4 - 5 zile) sau artificiale. Îmbătrânirea artificială, în funcție de compoziția aliajului, se efectuează la 120 - 195 ° C timp de 6 - 12 ore. Recoacerea de recristalizare se efectuează la 300 - 350 ° C (aluminiu pur) și la 350 - 420 ° C (aliaje). ).

După cum sa menționat deja, aluminiul pur este foarte rezistent la coroziunea atmosferică. Aliajele de aluminiu care conțin cupru și zinc sunt mult mai rele în acest sens. Aliajele duale cu mangan și magneziu (AMts și AMg) rezistă foarte bine la coroziunea atmosferică.

Tabelul 6. Proprietățile mecanice ale aluminiului și ale unor aliaje forjate în diferite stări

Aliajele de aluminiu turnate conțin aproape aceleași componente de aliere ca și cele forjate, dar în cantități mult mai mari și pe diagramele de fază corespunzătoare, aliajele turnate sunt situate mai aproape de concentrațiile eutectice. După cum s-a arătat în § 18, numai astfel de aliaje au proprietățile tehnologice de turnare necesare care fac posibilă obținerea de piese turnate cu formă sănătoasă din ele.

Multe aliaje de aluminiu turnat sunt construite pe baza sistemului aluminiu - siliciu (vezi Fig. 55) și sunt numite silumini. Dublu eutectic aluminiu - siliciu are o structură foarte grosieră, siliciul este eliberat sub formă de plăci mari (în secțiuni subțiri - sub formă de ace) (Fig. 60, a). Prin urmare, astfel de aliaje sunt supuse modificării, care constă în introducerea de sodiu în topitură înainte de turnare, care se formează ca urmare a unei reacții de schimb cu un flux care conține fluorură de sodiu. Sub influența miimii de procent de sodiu, precipitatele de siliciu sunt zdrobite puternic (Fig. 60, b), iar rezistența și ductilitatea aliajului cresc.

Un grup semnificativ de aliaje de turnare a aluminiului se bazează pe sistemul ternar aluminiu - siliciu - cupru și pe sistemul dublu aluminiu - magneziu. Un grup special constă din aliaje de aluminiu rezistente la căldură care conțin 4 - 5% cupru și mici adaosuri de metale tranziționale. Proprietățile de turnare ale unor astfel de aliaje sunt foarte scăzute.

Multe aliaje de turnare de aluminiu sunt supuse diferitelor tipuri de tratament termic. Sunt acceptate următoarele denumiri pentru modurile de tratament termic: T1 - îmbătrânire (după turnare fără întărire), T2 - recoacere, T4 - întărire, T5 - întărire și îmbătrânire parțială, T6 - întărire și îmbătrânire completă la duritate maximă, T7 - ​​întărire și călire stabilizatoare, T8 - călire și înmuiere. Proprietățile aliajelor de turnare de aluminiu depind în mod semnificativ de metoda de turnare, unde viteza de răcire în timpul solidificării turnării și în timpul procesului de răcire (pentru aliajele care acceptă călirea) joacă un rol decisiv. În general, o creștere a ratei de îndepărtare a căldurii determină o creștere a rezistenței și a proprietăților plastice. Prin urmare, proprietățile mecanice ale piesei turnate obținute prin turnarea în forme de nisip-argilă și folosind modele de ceară pierdută se dovedesc a fi mai mici decât la turnarea într-o matriță chill, iar la turnarea sub presiune, proprietățile cresc atât de mult datorită răcirii foarte puternice. că, de exemplu, pentru silumini se dovedește a fi o modificare inutilă cu sodiu. Din același motiv, la turnarea într-o matriță de răcire și sub presiune, este permis un conținut mai mare de impurități nocive de fier.

Tabelul 7. Compoziția unor aliaje de aluminiu turnat

În tabel Tabelul 7 prezintă compozițiile unora dintre cele mai comune aliaje de aluminiu turnat și tabelul. 8 - proprietățile lor mecanice.

Aliajul AL2 este un silumin dublu simplu de compozitie eutectica care nu tolereaza intarirea. Tratamentul său termic este redus la recoacere după turnare pentru a elimina stresul. Aliajul AL4 este silumin cu o compoziție hipoeutectică, în care se introduce magneziu, care oferă posibilitatea întăririi și îmbătrânirii ca urmare a solubilității variabile a compusului Mg 2 Si în aluminiu. Ambele aliaje sunt modificate cu sodiu. Aliajul AL10V (AK5M7) este construit pe baza sistemului aluminiu - siliciu - cupru cu aditivi de magneziu. Întărirea și îmbătrânirea aliajului sunt asigurate de solubilitatea variabilă a compușilor complecși în aluminiu, iar proprietățile bune de turnare sunt asigurate de o cantitate suficientă de A1-Si dublu eutectic și A1-Si-Al 2 Cu triplu eutectic. Aliajul AL8 este practic un aliaj dublu de aluminiu și magneziu. Compoziția sa este departe de punctul eutectic, are o gamă mare de cristalizare și, prin urmare, are proprietăți de turnare scăzute. Cu toate acestea, proprietățile mecanice bune - densitate scăzută (2,55 g/cm2), rezistență excelentă la coroziune - determină utilizarea sa destul de largă. Creșterea conținutului de magneziu și apropierea compoziției eutectice ar îmbunătăți proprietățile de turnare, totuși, topirea obișnuită fără fluxuri de acoperire devine imposibilă, deoarece topitura este puternic oxidată. Aliajul AL 19 este un material tipic pentru temperaturi ridicate, capabil să funcționeze la 300°C.

Tabel 8. Proprietăți mecanice ale aliajelor de aluminiu turnat

În toate aliajele de aluminiu turnat, 0,8 - 1,2% fier este permis ca impuritate, care intră inevitabil în metal în timpul topirii. Prin urmare, în toate aliajele este specificat conținutul de mangan, care slăbește efectele nocive ale fierului, transformând secrețiile în formă de ac ale componentei fierului în unele compacte.

Există un grup foarte mare de aliaje de aluminiu obținute prin topirea deșeurilor și produse sub formă de lingouri. Anterior, aceste aliaje erau numite secundare. În compoziție, ele nu sunt aproape deloc diferite de aliajele convenționale din aluminiu turnate, dar conțin o cantitate crescută de fier și unele impurități necontrolate, în special oxigen sub formă de pelicule de oxid de aluminiu. Aceste aliaje sunt desemnate prin semne cu adăugarea literei „ch” (la porci).

În ultimii ani au apărut aliaje duble antifricțiune pe bază de aluminiu, care conțin antimoniu, staniu, cupru și plumb în cantități de 3 - 6%. Aliajele sunt destinate lagărelor cu rulmenți alți. Aliajele de aluminiu de acest tip se obțin sub formă de strat pe o bandă de oțel prin prelucrare sub presiune. Inserțiile din aliaj aluminiu-plumb sunt produse prin metalurgia pulberilor. O trăsătură caracteristică aliajelor de aluminiu antifricțiune (precum și aliajele antifricțiune în general) este o structură în două faze, fazele având durități semnificativ diferite. În timpul funcționării, în timpul frecării cu fusul unui arbore de oțel, faza moale este produsă mai puternic, iar golurile rezultate servesc drept canale naturale prin care lubrifiantul este distribuit pe întreaga suprafață de frecare. Într-un aliaj de aluminiu cu antimoniu și cupru, faza dura este compușii AlSb și A1 2 Cu, iar faza moale este aluminiul însuși. În aliajele cu staniu și plumb, aceste metale sunt cele care formează straturi moi de-a lungul limitelor granulelor de aluminiu mai dure.