Статья: Спеченные алюминиевые сплавы

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования

Национальный исследовательский технологический университет «Мисис» в городе Алмалык

Факультет: Горно-металлургический

Специальность: Металлургия

Реферат

По дисциплине: Материаловедение

На тему:

Спеченные алюминиевые сплавы

Выполнил: Ботиров И.Б.

студент группы 5-18

Принял: к.т.н. Набиев Э.С.

Алмалык- 2020 г.

Аннотация

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в приборостроении для изготовления слабонагруженных и ненагруженных деталей, например радиаторов охлаждения полупроводниковых приборов, подошвы электрического утюга и др., а также в качестве электроконтактного материала. Спеченный алюминиевый сплав содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас. %: медь 30-55; алюминий - остальное, и спечен при температуре 500-550^oС. Технический результат - удешевление производства спеченного алюминиевого сплава за счет экономии энергии, затрачиваемой на операцию спекания.

Спеченные алюминиевые сплавы (порошковые и гранулированные) характеризуются повышенными механическими и физическими свойствами.

Спеченный алюминиевый порошок (САП) - это материал, полученный холодным, а затем горячим брикетированием (прессованием под давлением 700 МПа при 500-600°С) предварительно окисленной алюминиевой пудры (чешуек толщиной до 1 мкм). Потом из горячепрессованных брикетов ковкой, прокаткой или прессованием изготовляют изделия или полуфабрикаты. Поскольку каждая частичка пудры покрыта тонким слоем оксида алюминия, то чем тоньше пудра, тем больше в САПе оксида алюминия, выше его прочность, но ниже пластичность; в САПе содержится А1903 от 6 до 22%. САП характеризуется высокой прочностью и жаропрочностью при повышенных температурах (350-500°С). Так, временное сопротивление САПа при 500°С колеблется в интервале 80-120 МПа (в зависимости от содержания А12Оэ). Разновидностью САПа является сплав СПАК-4 (системы А1-Си-Mg-А1203), в котором впервые использовано совместное упрочнение алюминиевой матрицы оксидами (А1203,) и интерметаллидами (например, Al9FeNi и др.). Обладая высокой длительной прочностью при 350°С (в 2-2,5 раза большей, чем у сплава АК4-1), сплав СПАК4 может применяться для работающих на форсированных режимах поршней.

Спеченные алюминиевые сплавы систем А1-Si-Ni (САС-1) и А1-Si-Fe (САС-2), отличающиеся низким коэффициентом термического расширения, изготавливают из порошков, полученных пульверизацией жидких сплавов. Это обеспечивает сплавам достаточно равномерную дисперсную структуру, содержащую мелкие включения кремния и интерметаллидов.

Спеченные алюминиевые сплавы применяют для деталей приборов, работающих в паре со сталью при температуре 20-200°С, которые требуют сочетания низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности.

САП - спеченный алюминиевый порошок или алюминиевая пудра. Получают холодным, а затем горячим брикетированием при 500-600°С тонкого окисленного порошка (пудры) алюминия (размер частичек 3-4 мкм). Горячепрессованные брикеты подвергают последующей деформации (прокатке, ковке, прессованию). Содержание А1203 - от 6-9% (САП-1) до 18-22% (САП-4). С увеличением содержания оксида алюминия предел прочности ств повышается до 460 МПа (САП-4), а пластичность падает до 8 = 1,5%. Плотность САП близка к плотности алюминия, обладает высокой теплопроводностью, хорошей электропроводностью. Материал сваривается, подвергается обработке резанием и имеет повышенную жаропрочность при 500°С; длительная прочность за 100 ч около 70 МПа. Недостатком САП является его хрупкость и большая чувствительность к надрезу.

Применение: прутки, полосы, трубы, профили, детали, работающие при температуре до 500°С.

САС - спеченные алюминиевые сплавы. Получают горячим брикетированием с последующим прессованием при ~ 500°С порошков окисленных алюминиевых сплавов (САС-1 - 25-30% Si, 5-7% Ni, ост. Al; САС-2 - 25-30% Si, 5-7% Fe, ост. Al). Обладают низким коэффициентом линейного расширения, имеют удовлетворительный предел прочности (<т_в = 220-240 МПа) и текучести (ст_т = 210-230 МПа), высокий модуль упругости, жаропрочны. Однако обладают низким относительным удлинением (8 ~ 0,5%), т.е. малопластичны.

Применение: детали приборов, работающих в паре со сталью при температуре 20-200°С, у которых требуется сочетание низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности; детали, длительно работающие при 300-500°С, а при кратковременной работе - до 700°С. Возможно применение вместо легированных Cr-Ni-Ti - сталей для отдельных деталей приборов в самолетостроении.

Широкое применение в промышленности нашел дисперсно-упрочненный композиционный материал на алюминиевой основе - спеченная алюминиевая пудра (САП).

Для САП характерны высокая прочность, жаропрочность, коррозионная стойкость и термическая стабильность свойств.

САП состоят из А1 и А1203. Эти сплавы получают путем холодного брикетирования алюминиевого порошка, вакуумной дегазации брикетов и их последующего спекания под давлением. Оксид алюминия не растворяется в алюминии, а, равномерно распределившись в алюминиевой матрице, тормозит движение дислокаций, в результате чего предотвращается ползучесть, уменьшается пластичность и повышается прочность сплавов.

Используют САП с содержанием от 6 до 22% А1203.

По жаропрочности САП превосходит все алюминиевые сплавы, его используют для изготовления деталей, работающих при температурах до 500°С, когда требуются также высокая прочность и коррозионная стойкость.

САП хорошо обрабатывается давлением, резанием, удовлетворительно сваривается. Благодаря своим свойствам САП нашел широкое применение в самолето- и судостроении, в атомных реакторах, в электрохимической и химической промышленности. Из САП изготавливают поршневые штоки, лопатки компрессоров, обмотки электродвигателей, теплообменники, вентили управляющей системы реактивных двигателей и др.

Некоторое применение нашли спеченные алюминиевые сплавы (САС). Чаще САС применяют, когда путем литья и обработки давлением трудно получить соответствующий сплав. Изготавливают САС с особыми физическими свойствами. Они содержат большое количество легирующих элементов, например САС1 содержит 25-30% Si; 5-7% Ni; остальное - А1; применяют для деталей приборов, работающих в паре со сталью при температуре 20-200°С и требующих низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности.

В настоящее время используют гранулированные алюминиевые сплавы с высоким содержанием переходных металлов (Fe, Ni, Со, Mn, Cr, Zr, Ti, V и др.), в малой степени растворимые алюминием. Гранулы - литые частицы диаметром 1-4 мм. Капли жидкого металла охлаждают в воде (103-106 град/с), что позволяет получить сильно пересыщенные твердые растворы. В процессе нагрева (400-450°С) при изготовлении из гранул деформированных полуфабрикатов твердый раствор распадается с выделением дисперсных частиц интерметаллидов, которые упрочняют сплав.

Наиболее широко используют сплавы на основе А1-А1203, получившие название САП (спеченный алюминиевый порошок или пудра). Эти сплавы получают путем холодного брикетирования алюминиевого порошка (пудры), вакуумной дегазации брикетов (отжига) и последующего спекания нагретых брикетов под давлением.

САП состоит из алюминия и дисперсных чешуек А1203. Частицы А1203 эффективно тормозят движение дислокаций и повышают прочность сплава. Содержание А1203 в САП колеблется от 6-9% (САП 1) до 18-22% (САП4). С увеличением содержания А1203 предел прочности повышается от 300-320 МПа для САП 1 до 440-460 МПа для САШ, а относительное удлинение соответственно снижается от 5-8 до 1,5-2,0%.

По сравнению с другими алюминиевыми сплавами материалы САП обладают высокой жаропрочностью при длительном нагреве до 500°С и до 1000°С при кратковременном.

Некоторое применение нашли спеченные алюминиевые сплавы (САС) и гранулированные.

Чаще САС применяют, когда путем литья и обработки давлением трудно получить соответствующий сплав. Изготовляют САС с особыми физическими свойствами, содержащие большое количество легирующих элементов, например САС1 (25-30% Si, 5-7% Ni и остальное Al). САС1 применяется для изготовления деталей приборов, работающих в паре со сталью при температуре 20-200°С, которые требуют сочетания низкого коэффициента линейного расширения и малой теплопроводности.

В настоящее время используют гранулированные стандартные алюминиевые сплавы (АК4, Д16 и др.), а также специальные сплавы с высоким содержанием переходных металлов (Fe, Ni, Со, Mn, Cr, Zr, Ti, V и др.), в малой степени растворимые в алюминии.

Эти методы применяют для получения изделий с особыми свойствами или в тех случаях, когда получение требуемой композиции обычными методами литья невозможно. Высокая скорость кристаллизации пересыщенного твердого раствора при высоких температурах позволяет фиксировать в нем запредельное содержание легирующих элементов, растворимость которых при обычной технологии литья крайне мала.

Химический состав и маркировка первичного алюминия (в чушках, слитках, катанке) регламентируется ГОСТ 11069-2001 (табл. 1). В зависимости от допускаемого количества примесей

Таблица 1

Химический состав первичного алюминия (ГОСТ 11069-74)

*Содержание железа не менее 0,18% и не более 0,35%. Суммарное содержание титана, ванадия, марганца, хрома не более 0,01%.

Алюминий подразделяется на три группы: особой, высокой и технической чистоты.

Максимально допускаемое содержание примесей в каждой марке в техническом алюминии не должно превышать 1% (по массе). Обозначение марок первичного алюминия состоит из буквы А (алюминий) и цифр, соответствующих требуемому содержанию алюминия в данной марке сверх 99%. Например, обозначение марок А999, А95 и А5 означают, что минимальное содержание алюминия в них составляет соответственно 99,999; 99,95 и 99,5% (содержание примесей соответственно не более 0,001; 0,05 и 0,5%).

Марки с дополнительным индексом Е (А5Е, А7Е) применяются при производстве кабелей, токопроводящих изделий, шин и т. д., в которых содержание железа должно быть не менее 0,18%, а сумма всех примесей не более 0,5%.

Алюминий и его сплавы разделяются на две основные группы: деформируемые (прессованные, катаные и кованые) и литейные, используемые в виде отливок. Деформируемые сплавы имеют концентрацию легирующих элементов меньше предела растворимости и при нагреве могут приобретать однофазное состояние, что обеспечивает их высокую деформационную способность.

Литейные сплавы имеют концентрацию легирующих элементов выше предела растворимости и содержат в структуре эвтектику, что придает им хорошие литейные свойства (жидкотекучесть, заполняемость формы), но ухудшает их деформационную способность. Деформируемые сплавы, в свою очередь, разделяются на термически не упрочняемые (к которым относится также алюминий всех групп чистоты) и термически упрочняемые. Термически не упрочняемыми являются сплавы алюминия с марганцем и магнием (А1-Mn, А1-Mg), а термически упрочняемыми - сплавы алюминия с медью, цинком и другими элементами.

Литейные сплавы легированы значительным количеством кремния или меди или совместно этими элементами.

Химический состав деформируемого алюминия и его сплавов регламентируется ГОСТ 4784-74 (табл. 2).

Для обозначения марок деформируемого алюминия и его сплавов применяют цифровую систему обозначения, в которой каждой марке присвоен четырехзначный номер. Например, для алюминия марки АД - номер 1015, сплавов марок АМц, АМгЗ, Д1 соответственно номера 1400, 1110 и т.д. (см. табл. 2.36).

Для изготовления фасонных деталей применяют литейные алюминиевые сплавы, которые имеют низкую плотность и высокую удельную прочность.

Эти сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой. Сложнолегированные сплавы обычно подвергают термической обработке, после которой они приобретают высокую прочность (ов = 250-300 МПа).