Сплав железа 5 алюминия 90 плюс. Сплав железа с алюминием. Основные свойства различных сплавов алюминия
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ
По объему производства и масштабам применения алюминий (Аl) является самым распространенным цветным металлом. Он открыт в 1826 г. Его название происходит от латинского слова «алюмен» —название квасцов (соединения, содержащего алюминий).
Алюминий имеет относительно малую плотность, низкую температуру плавления (658°С) и очень высокую скрытую теплоту плавления. Он хорошо поддается механической обработке: прокатке, ковке, волочению, резанию и т. п., а также обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью. Электропроводность алюминия составляет 60—65% от электропроводности меди. Алюминий в три раза легче меди, поэтому алюминиевый провод с таким электросопротивлением легче, чем медный. Обладая большим сродством к кислороду, алюминий имеет одновременно и высокую коррозионную стойкость на воздухе и в ряде других сред.
Чистый алюминий имеет малую прочность и не может быть использован в качестве конструкционного материала. Однако прочность его резко возрастает под влиянием добавок других элементов, термической и механической обработки. Многие сплавы на основе алюминия обладают достаточно высокой механической прочностью, сочетающейся с малой плотностью, что делает их весьма ценным конструкционным материалом.
Алюминий и алюминиевые сплавы служат весьма эффективными заменителями свинца, меди, олова, цинка, а в ряде случаев их успешно используют вместо стали. В электротехнике алюминий применяют для изготовления проводов, кабелей, шинопроводов, конденсаторов, выпрямителей переменного тока и т. д. Алюминиевые сплавы широко применяют в литом и деформированном состояниях в различных авиаконструкциях, в транспортном машиностроении и автомобильной промышленности. Благодаря высокой коррозионной стойкости алюминий применяют в химическом машиностроении при изготовлении аппаратуры для производства азотной кислоты, органических веществ, пищевых продуктов и т. д. Возрастает использование алюминия при строительстве жилых и общественных зданий, сооружений, мостов и т. д. Широко применяют алюминий для защиты поверхности металлов от коррозии, при изготовлении полупроводниковых приборов, в радиолокации, электротехнике, ядерной технике.
Высокую химическую активность алюминия используют в металлургии для получения трудновосстановимых тугоплавких металлов (хрома, вольфрама, марганца и др.), а также щелочноземельных и щелочных металлов, для раскисления и легирования стали. Тонкоизмельченный алюминий при нагревании на воздухе сгорает с выделением большого количества тепла. Эту алюминотермическую реакцию используют для получения чистых металлов и других целей. В пищевой промышленности алюминий применяют в виде фольги для упаковки, консервных банок и т. а. Из алюминия изготовляют предметы домашнего обихода, художественные и декоративные изделия.
Литейные свойства алюминия невысоки из-за большой усадки, малой жидкотекучести и высокой пористости получаемого литья. Значительные затруднения имеют место при сварке алюминия, что связано с большой тугоплавкостью окислов алюминия, образующихся на поверхности при сварке.
Физические и механические свойства алюминия характеризуются следующими данными:
|
Атомная масса |
|
|
Плотность при 20°С, г/см3 |
|
|
Температура, °С: |
|
|
плавления |
|
|
Удельная теплоемкость, кал/г |
|
|
Теплопроводность кал/(см·сек·град) |
|
|
Скрытая теплота плавления, кал/г |
|
|
Коэффициент линейного расширения, 1 /град |
|
|
Удельное электросопротивление, |
|
|
Временное сопротивление алюминия, кГ/мм2 |
|
|
деформированной |
|
|
отожженной |
|
|
Предел текучести алюминия, кГ/мм2, при температуре, °С |
|
|
отожженного |
|
|
деформированного |
|
|
Относительное удлинение алюминия, %: |
|
|
Деформированной |
|
|
отожженной |
|
|
Предел упругости алюминия, кГ/мм2: |
|
|
отожженного |
|
|
Модуль упругости, кГ/мм2 |
|
|
Модуль сдвига, кГ/мм2 |
|
|
Твердость НВ алюминия, кГ/мм2 |
|
|
Деформированного |
|
|
Отожженного |
|
Алюминий и его сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в том числе и загрязненных промышленными газами. Сероводород, сернистый газ, аммиак и другие газы, находящиеся в воздухе, не влияют на скорость коррозии алюминия и его сплавов при комнатной температуре, а пар, дистиллированная и чистая пресная вода — и при высоких температурах. Практически не действуют на алюминий сернокислые нейтральные соли магния, натрия, аммония. Высокой коррозионной стойкостью обладает алюминий в органических кислотах: уксусной, лимонной, винной, пропиновой, яблочной.
Алюминий и его сплавы устойчивы в концентрированной азотной кислоте при комнатной температуре и сильно разрушаются в разбавленной кислоте. Он устойчив против коррозии в 100%-ной серной кислоте и в растворах этой кислоты до 10%. С повышением температуры раствора и концентрации кислоты >10% скорость коррозии алюминия резко возрастает.
Соляная кислота, а также растворы плавиковой и бромистоводородной кислот быстро разрушают алюминий и его сплавы. Алюминий и его сплавы обладают значительной коррозионной стойкостью в растворах аммиака, но разрушаются под действием едких щелочей.
В контакте с большинством металлов, являющихся более благородными по ряду напряжений, алюминий является анодом, и в таких случаях коррозия его в электролитах ускоряется. При работе в морской воде или в растворах хлористого натрия при контакте с обычной или нержавеющей сталью коррозия алюминия увеличивается.
АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Все технические сплавы на алюминиевой основе принято разделять на деформируемые (после прессования, прокатки, ковки) и литые.
Деформируемые сплавы. Эти сплавы делят на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.
Термическая обработка сплавов основана на изменении растворимости различных промежуточных соединений в основном алюминиевом растворе. Например, растворимость меди в алюминии при комнатной температуре составляет 0,5%, а при температуре образования эвтектики (548°С) 5,7%. При понижении температуры раствор становится пересыщенным промежуточным соединением, которое должно выделиться из него в виде отдельной составляющей (для алюминиевомедных сплавов промежуточным соединением является СuАl2). Процесс выделения избыточной фазы можно затормозить быстрым охлаждением и получить таким путем при обычной температуре состояние сплава, в котором он находился при высоких температурах. Полученный таким образом пересыщенный раствор будет находиться в неустойчивом состоянии и в нем с течением времени будут происходить внутренние процессы, сопровождающиеся изменением механических свойств сплава (старение).
Если старение происходит при комнатной температуре, то его называют естественным; если при повышенной температуре — то искусственным. При старении значительно возрастает временное сопротивление сплава по сравнению с временным сопротивлением свежезакаленного и отожженного сплавов.
В начальный (инкубационный) период старения повышение временного сопротивления сплавов незначительно. В этот период сплавы обладают большой пластичностью и закаленные изделия могут подвергаться разным видам пластической деформации. При дальнейшем старении пластичность сплавов уменьшается и эти операции становятся невозможными. Для придания сплаву пластичности после старения его необходимо вновь вернуть в свежезакаленное состояние.
Алюминиевые сплавы, содержащие только элементы, не образующие промежуточных соединений с изменяющейся растворимостью, не упрочняются при термической обработке. К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы алюминия с марганцем и магнием (марки АМц, АМг, АМг5П).
Алюминиевомарганцовистые сплавы превосходят чистый алюминий по прочности и коррозионной стойкости.
Сплавы алюминия с магнием имеют меньшую плотность, более высокие прочность и коррозионную стойкость, чем чистый алюминий. Благодаря этим свойствам алюминиевомагниевые сплавы широко применяют в авиаконструкциях вместо чистого алюминия. Кроме того, алюминиевомагниевые сплавы в значительной степени упрочняются при обработке давлением в холодном состоянии (нагартовкой).
Наиболее распространенной труппой деформируемых алюминиевых сплавов являются дуралюмины (дюралюминий).
Дуралюмин представляет собой сплав на алюминиевой основе, в который в качестве специальных добавок обычно вводят медь, магний, марганец. Остальные элементы, присутствующие в этих сплавах, являются случайными примесями, попадающими в сплав в процессе производства. В наиболее значительных количествах в качестве примесей в дуралюмине находятся железо и кремний (примерно 0,5%). Марганец вводят в состав дуралюмина главным образом для повышения коррозионной стойкости и прочности сплава. Однако марганец ухудшает пластичность алюминия, поэтому содержание его должно быть не более 1%.
Медь и магний с кремнием способствуют упрочнению сплава при термообработке, так как они образуют соединения, растворимые в алюминии (например,Mg2Si). Повышение содержания магния в алюминии уменьшает пластичность сплава в горячем состоянии и затрудняет обработку его давлением. Поэтому и большинстве случаев дуралюмин содержит не более 0,8% Mg. У высокопрочного специального дуралюмина содержание магния достигает 1,8%. Ухудшение технологических свойств сплава в этом случае компенсируется более высокими механическими свойствами. Наиболее заметное влияние меди на повышение прочности сплава наблюдается при содержании ее в сплаве 4,5—5,0%· Дальнейшее повышение содержания меди не приводит к эффективному повышению прочности и одновременно резко снижает пластичность.
Железо при комнатной температуре практически нерастворимо в алюминии и присутствует в нем в виде самостоятельной фазы (Al3Fe). В жаропрочных алюминиевых сплавах железо в сочетании с никелем оказывает положительное влияние. В большинстве же случаев железо относится к вредным примесям в алюминии. (Кремний на механические и физико-химические свойства алюминия влияет так же, как и железо. Значительное влияние на свойства ряда алюминиевых сплавов оказывают даже незначительные добавки титана, натрия, церия.
К числу дуралюминов относятся сплавы Д1, Д1П, Д16, Д16П, Д18, Д19, Д19П. Механические свойства дуралюминов значительно повышаются под влиянием термической обработки, искусственного и естественного старения. Сплавы этой группы обладают и хорошими литейными свойствами и могут с успехом применяться при изготовлении крупных поковок и штамповок.
Для повышения прочности дуралюмины подвергают закалке. Сплавы при этом нагревают обычно до 500° С, а охлаждают в воде. Процесс естественного старения после закалки длится пять-семь суток. Отжигают дуралюмины при 1340—1370°С.
Из дуралюминов изготовляют детали каркаса самолетов, шпангоуты, стрингеры, лонжероны, элероны, стойки, заклепки и пр.
(Сплав, сохраняющийся в закаленном состоянии сколько угодно времени, т. е. стареющий только при искусственном нагревании, должен содержать минимальное количество меди и не иметь в структуре таких фаз, как CuA12 и Al2CuMg. К сплавам, стареющим только при искусственном нагревании, относится сплав АВ (авиль), содержащий в качестве основных компонентов, кроме алюминия, магний и кремний. Прочность сплава АВ в термически обработанном состоянии ниже, чем у дуралюмина, а пластичность в отожженном состоянии выше. Поэтому сплав АВ с успехом применяется для изготовления деталей глубокой вытяжкой.
Наиболее прочные из алюминиевых сплавов содержат в качестве основных добавок цинк, магний и медь, например сплав В95. Сплавы этого типа широко применяются в ответственных конструкциях в виде кованых и прессованных изделий и листов. Они имеют несколько меньшую пластичность, чем дуралюмин, и обладают худшей коррозионной стойкостью и жаростойкостью. Эти сплавы рекомендуется применять в конструкциях, работающих при невысоких температурах нагрева (примерно до 120°С). Сплавы обычно подвергают закалке в воде с последующим искусственным старением при 120—140°С.
Детали, работающие под действием температур 200—300°С, изготовляют из жаропрочных алюминиевых сплавов. Эти сплавы в отличие от других алюминиевых сплавов содержат специально вводимые присадки никеля и железа. К таким сплавам относятся АК4, АК4-1. Термическая обработка их состоит в закалке от температур 510—520°С с последующим искусственным старением..
По технологическим особенностям, назначению, физическим и коррозионным свойствам различают алюминиевые деформируемые сплавы коррозионностойкие, декоративные, заклепочные, ковочные, жаропрочные, со специальными свойствами, самозакаливающиеся. В зависимости от уровня прочности различают алюминиевые деформируемые сплавы низкой, средней и высокой прочности.
Сплавы низкой прочности (временное сопротивление менее 30 кГ/мм2), как правило, не упрочняются термической обработкой; применяют их обычно в отожженном состоянии. В эту группу сплавов входят технический алюминий, сплавы типа магналий (АМг1, АМг2, АМгЗ, АМг4, АМг5, АМг6П). По коррозионным свойствам сплавы этой группы в большинстве случаев относятся к коррозионностойким.
Сплавы средней прочности (временое сопротивление 30—45 кГ/мм2) применяют после закалки и естественного или искусственного старения. К этой группе относятся ковочные сплавы (АК4, АК4-1, АК6, АК8), дуралюмин (Д1, Д15, БД 17, Д19), магналий АМг6, сплавы АВ, АД35, Д20.
Сплавы высокой прочности (временное сопротивление >45 кГ/мм2) эффективно упрочняются термической обработкой, которая состоит в закалке и искусственном старении. К этой группе сплавов относятся сплавы В93, В95, а также сплавы средней прочности ДШ, Д19 и АК8 после соответствующей обработки.
У катаных изделий из сплавов Д16 и Д19 временное сопротивление можно повысить до 45 кГ/мм2 и более нагартовкой, искусственным старением и снятием плакировки. Сплав АК8 обладает высокой прочностью лишь в виде прессованных полуфабрикатов определенного сечения.
Наибольшей прочностью при комнатной температуре обладают сплавы В93 и В95, но они разупрочняются в результате длительного воздействия температуры порядка 100°С и более. Сплавы ДШ и Д19 имеют более низкую прочность при комнатной температуре, но они менее чувствительны к действию надрезов при повторных нагрузках, чем сплавы В93 и В95. Кроме того, они обладают и большей жаропрочностью. Сплав В95 применяют для нагруженных конструкций, работающих длительное время при температурах не более 100—120°C (обшивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны самолетов, силовой каркас некоторых клепаных строительных сооружений и т. п.). Сплав ДГб применяют для средненагруженных конструкций, работающих длительное время при температуре до 150°С, а сплав Д19 — для средненагруженных конструкций, работающих длительное время при температурах до 250°С. Сплав АК8 используют для изготовления нагруженных конструкций, работающих длительное время при температуре до 100°С (подмоторные рамы, бандажи колес железнодорожных вагонов, лопасти винтов вертолетов и т. п.).
Ковочные сплавы обладают высокими пластическими свойствами при температурах горячей деформации и хорошими литейными качествами. Из этих сплавов изготовляют слитки, поковки и штамповки самых крупных размеров и наиболее сложной формы. К числу ковочных относятся сплавы АК6, AK8, АК4, АК4-1, В93 и В97. Кроме того, в качестве ковочных материалов могут применяться сплавы АД, АД1, АМц, АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5,АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, В95,Д20.
Сплавы АК4 и AK4-I1 имеют среднюю прочность при нормальной температуре и сравнительно высокую прочность при температурах до 200—250°С. Из сплава АК6 получают сложные по форме штамповки. Сплав АК8 более прочен, чем сплав АК6, но труднее поддается термообработке. Сплавы АКб и АК8 обычно применяют в закаленном и искусственно состаренном состоянии. Для повышения пластичности их подвергают естественному старению. В этом случае заметно снижаются прочностные характеристики сплава, особенно предел текучести.
Сплав БД 17 обладает средней прочностью при нормальной температуре и высокой прочностью при 200—250°С.
Из сплавов АК4, АК4-1, БД 17 изготовляют лопатки компрессоров, крыльчатки, диски и кольца турбореактивных и турбовинтовых двигателей и другие детали, работающие при высоких температурах. Сплав АК4-1 может применяться в виде листов.
Из сплава АК6 производят штампованные и кованые детали сложной формы и средней прочности (подмоторные рамы, фитинги, качалки, крепежные детали).
Из сплавов АК8 и В93 изготовляют высоконагруженные штамповки и кованые детали —подмоторные рамы, стыковые узлы, пояса лонжеронов. Из сплава В93, кроме того, изготовляют детали самолетов.
Все сплавы ковочной группы удовлетворительно свариваются точечной и роликовой сваркой и неудовлетворительно сваркой плавлением, они хорошо обрабатываются резанием.
Заклепочные сплавы имеют высокое сопротивление срезу и обладают способностью выдерживать значительную холодную деформацию. К этой группе относятся сплавы Д18, В65, В94. В зависимости от состава заклепочный полуфабрикат может расклепываться либо в свежезакаленном, либо в состаренном состоянии. При массовом изготовлении предпочтение отдается заклепкам, которые можно ставить в состаренном состоянии. Для силовых конструкций наибольшее применение имеют заклепки из сплава В65, для менее нагруженных конструкций, требующих повышенной коррозионной стойкости, — из сплава АМг5П, а для конструкций, подвергающихся нагреву, —из сплава Д19П.
Жаропрочные сплавы отличаются высокими прочностными характеристиками при повышенных температурах. Их применяют в искусственно состаренном состоянии. К этой группе относятся сплавы ДГб, ДШ, БД 17, АК4, АК4-1, Д20.
Сплав Д20 имеет относительно высокие прочностные характеристики при 200—ЗО0°С. Он не содержит в качестве легирующего элемента магний, что придает ему некоторые специфические свойства: высокий эффект упрочнения при закалке, практически постоянные свойства при вылеживании при комнатной температуре (отсутствует естественное старение). Поэтому его целесообразно применять в конструкциях в искусственно состаренном состоянии. В закаленном и отожженном состояниях сплав Д20 допускает сложные технологические деформации. Он может закаливаться в кипящей воде без потери свойств, что позволяет уменьшать внутренние напряжения в деталях и устранять их поводку в процессе механической обработки. Он не склонен к коррозии под напряжением в любых полуфабрикатах и в любых состояниях термической обработки. Однако этот сплав имеет пониженную общую коррозионную стойкость в связи с относительно высоким содержанием меди. Сплав Д20 обладает высокой пластичностью в горячем состоянии, подвергается ковке и штамповке при 400—460°С. Термическая обработка сплава состоит в закалке с температуры 535 ±5°С и искусственном старении при 165—175°С. Из него изготовляют поковки, а также штамповки сложной формы, катаные листы и прессованные полуфабрикаты.
Сплавы АК4 и АК4н1 применяют для кованых и штампованных деталей, работающих при температурах до 250°С.
Коррозионностойкие сплавы обладают высоким сопротивлением общей коррозии и коррозии под напряжением в атмосферных условиях и в морской воде. Они, как правило, имеют низкую и среднюю прочность. К коррозионностойким сплавам относятся технический алюминий (АД и АД 1), сплавы алюминия с магнием, с относительно низким содержанием магния (АМг1, АМ;г2, АМгЗ, АМг4), сплавы алюминия с магнием и кремнием (АДЭ1), сплавы алюминия с марганцем (АМц). При определенных условиях к коррозионностойким сплавам могут быть отнесены сплавы АМг6В. АМг6, АДЗЗ, АД35.
Технический алюминий марок АД и АД1 применяют в тех случаях, когда элементы конструкций не несут нагрузок и требуют материалов с высокими пластическими свойствами, хорошей свариваемостью, высоким сопротивлением коррозии и высокой тепло- и электропроводностью.
Сплавы АМг1, АМг2, АД31, АМг4 характеризуются высокой коррозионной стойкостью, хорошим декоративным видом и отличной полируемостью. Их применяют в мало- и средненагруженных сварных и клепаных конструкциях. Из указанных сплавов, а также из сплавав АД и АД1 изготовляют трубопроводы, витражи, электродро- воды, двери, оконные рамы, корпусы часов, ювелирные поделки, палубные надстройки морских и речных судов, баки и т. п.
Сплавы АМц и АМг3 применяют для сварных малонагруженных конструкций, которые должны характеризоваться высокой коррозионной стойкостью, например баки для хранения бензина и керосина.
Сплавы АМг5В и АМг6 используют в средненагруженных сварных и клепаных конструкциях, от которых требуется высокая коррозионная стойкость.
Сплавы АДЗЗ и АД35 применяют в средненагруженных конструкциях (преимущественно клепаных и клееных), от которых требуется повышенный предел текучести и высокая коррозионная стойкость, а также высокая сопротивляемость коррозионной усталости (лопасти вертолетов, рамы и кузовы вагонов, сварные баки, подвесные нагруженные потолки, перегородки судов, электромачты, трубопроводы, стрелы экскаваторов, лифты, узлы подъемных кранов и буровых установок, корпусы судов и др.).
Самозакаливающиеся сплавы обладают свойством закаливаться при охлаждении на воздухе. Это свойство обеспечивает возможность получения высокой прочности сварного шва без специальной закалки сварной конструкции. Самозакаливающимся является сплав типа В92. Максимальные механические свойства он приобретает после закалки и искусственного старения при 100°С в течение 96 ч. В качестве присадочного материала при сварке сплава рекомендуется применять проволоку В92св. Естественное старение шва без закалки продолжается 30 суток. Зону сварного шва рекомендуется сохранять несколько утолщенной.
Литейные алюминиевые сплавы. Эти сплавы условно могут быть высокой и средней прочности, жаропрочные и коррозионностойкие.
Высокопрочные и средней прочности алюминиевые литейные сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9, а также сплав АЛ41 применяют в модифицированном состоянии.
Сплав АЛ2 обладает очень хорошими литейными свойствами. По механическим свойствам он относится к сплавай средней прочности, обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде, удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой. Этот сплав используют для литья деталей сложной формы, не испытывающих больших нагрузок.
Сплав АЛ4 предназначен для изготовления крупных и средних деталей, по дергающихся значительным нагрузкам и работающих под давлением. Он обладает хорошими литейными свойствами, относительно высокими механическими свойствами и удовлетворительной коррозионной стойкостью во влажной атмосфере и морской воде, хорошо обрабатывается резанием и удовлетворительно сваривается газовой и аргоно-дуговой сваркой. Этот сплав обладает повышенной склонностью к образованию газовой пористости. Режим термической обработки сплава АЛ4 состоит в следующем: нагрев до 535 ±55С, охлаждение в воде при 500—100°С, старение при 175±5°С в течение 15 ч. Сплав АЛ9 относится к сплавам средней прочности, обладает хорошими литейными свойствами. Применяют его для деталей средней нагруженности, но сложной конфигурации, а также для деталей, работающих под давлением. Сплав склонен к естественному старению, через один-два месяца механические свойства закаленного сплава приближаются к свойствам закаленного и искусственно состаренного. Сплав обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью в морской воде, удовлетворительной обрабатываемостью резанием, повышенной герметичностью. Он сваривается газовой и аргоно-дуговой сваркой.
Повышенной герметичностью обладают практически все сплавы рассматриваемой группы, т. е. они обладают способностью выдерживать гидравлическое давление 150—200 ат.
Литейные жаростойкие алюминиевые сплавы предназначены для работы при высоких температурах. Обычно в качестве литейных алюминиевых материалов, работающих при повышенных температурах, применяют сплавы АЛ1, АЛ4, АЛ6, АЛ 10В, АЛ25, АЛ 26, АЛ19, АЛ20, АЛ21. По степени возрастания жаропрочности сплавы для литых поршней располагаются в следующем порядке: АЛ10В, АЛ26, АЛ26, АЛ1, а по степени технологичности — АЛ1, АЛ10В, АЛ 26, АЛ25. Сплавы АЛ26 и АЛ26 характеризуются наиболее низким коэффициентом линейного расширения, что позволяет создавать при их применении малые зазоры между поршнем и цилиндром в поршневых двигателях.
Наиболее высокой жаропрочностью и повышенной герметичностью обладают сплавы типа AЛ21. Сплав АЛ19 обладает наиболее высокими механическими свойствами при комнатной температуре и повышенной жаропрочностью. Герметичность отливок из этого сплава пониженная.
Для кратковременного использования при высоких температурах могут быть применены сплавы типа АЛ8, обладающие высокой прочностью, так как за короткое время значительное разупрочнение этих сплавов не успевает произойти.
Большинство сплавов эвтектического типа или с содержанием эвтектики > 35% имеют более высокую жаропрочность в литом состоянии, чем в термически обработанном. Сплавы типа силумин обладают большей жаропрочностью в немодифициро- ванном состоянии, чем в модифицированном.
Литейные алюминиевые сплавы обычно имеют более высокое содержание легирующих элементов, чем деформируемые. Термическая обработка их, как правило, состоит в закалке с последующим искусственным старением. Температура нагрева литейных сплавов под закалку обычно выше, чем у деформируемых, а выдержка при температуре закалки более длительная.
Nature опубликовала научную статью, в которой описано создание материала по свойствам похожего на титан, однако гораздо более дешевого.
Титан важен там где необходим небольшой вес и высокая прочность, например в самолетостроении. Однако его существенным недостатком является относительно высокая стоимость.
Алюминий имеет практически такую же массу и в несколько раз дешевле, однако не отличается прочностью. Сталь еще дешевле, и практически такая же крепкая как титан, однако в несколько раз тяжелее.
Для этого требуется железо и углерод, материалы, необходимые для создания стали, алюминий, марганец и никель.
Ключевым является создание в полученном материале интерметаллидов . Это химическое соединение нескольких металлов с фиксированным количеством атомов от каждого из них. В данном случае из никеля и алюминия получают интерметаллид B2, то есть в нем равное количество атомов от обоих металлов.
B2 кристаллы получаются всего пару нанометров толщиной и проникают в структуру стали, придавая ей прочность титана.
Одна из крупнейших компаний по производству стали POSCO уже обратила внимание на исследование и планирует тестовое производство материала в коммерческих масштабах в этом году. Если эксперимент завершится удачно, возможно совсем скоро автомобили будут гораздо более легкими и соответственно более эффективными.
По данным Хансу Ким, с 1995 по 2011 год доля стали в автомобилях в среднем снизилась с 68% до 61%.
Редкий метал так часто поднимается в воздух, участвует в строительстве домов, автомобилей и морских судов, как алюминий. Казалось бы - не самый прочный, не самый стойкий, довольно мягкий... Что такого есть в алюминии, благодаря чему его называют "металлом будущего"?
У алюминия без сомнения есть несколько преимуществ, с которыми сложно поспорить:
Легкость;
- распространенность - алюминий самый распространенный металл на планете Земля;
- простота обработки;
Еще алюминий не выделяет вредных веществ при нагревании и хорошо проводит тепло. Но самое главное - стоит добавить к чистому алюминию немного, всего несколько десятых долей другого элемента, и.... вуаля! Получаете материал с диаметрально противоположными физико-химическими свойствами. Некоторые сплавы на основе алюминия настолько прочны, что при температуре до - 200 градусов по Цельсию сравнимы с титаном и сталью!
Получение и классификация алюминиевых сплавов
Процесс получения алюминиевых сплавов называется легированием. Однако легирование - это скорее не один, а несколько взаимосвязанных процессов. Его суть заключается в том, что в расплавленный алюминий вводят вспомогательные (легирующие) элементы в количестве от нескольких десятых до нескольких тысячных процента.
Доля вспомогательных веществ напрямую зависит от того результата, который необходимо получить. При этом важно учитывать, что алюминий обычно уже содержит в себе железо и кремний. Оба элемента не в лучшую сторону влияют на качество будущего сплава: они уменьшают его стойкость к коррозии, электропроводимость и пластичность.
В связи с тем, что алюминий и алюминиевые сплавы используются в стратегически важных областях, они подлежат обязательной государственной сертификации и маркировке. В России качество сплавов определяется на основе двух ГОСТ: №4784-97 и № 1583-93.
Сплавы из алюминия можно классифицировать по нескольким разным направлениям. По типу вспомогательных (легирующиех) элементов сплавы бывают:
С добавлением присадок (отдельных элементов - цинк, магний, марганец, хром, кремний, литий и т.д);
С добавлением интреметаллидов (соединений из нескольких металлов - магний+кремний, медь+магний, литий+магний, литий+медь и пр.).
В зависимости от выбранного метода дальнейшей металлообработки они делятся на:
Деформируемые сплавы алюминия (сплав не превращается в жидкость, а просто становится очень пластичным) - их удобно штамповать, подвергать ковке, прокату, экструзии, прессовке. Для достижения большей прочности некоторые из сплавов подвергают обработке при повышенных температурах (отжиг, закалка и старение), другие же обрабатывают под давлением. В результате получаются такие алюминиевые заготовки, как листы, профили, трубы, изделия более сложных форм и т.д.
Литейные сплавы алюминия (сплав проступает в производство в очень жидком состоянии, чтобы его легко можно налить в какую-нибудь форму) - такие сплавы легко резать, их них получаются литые фасонные (получаемые под давлением) и формовочные изделия.
Все сплавы на базе алюминия также можно разделить по степени прочности на:
Сверхпрочные (от 480 МПа) ;
- среднепрочные (от 300 - 480 МПа);
- малопрочные (до 300 МПа);
Отдельно классифицируются сплавы стойкие к воздействию высоких температур и коррозии.
Для того, чтобы изделия из сплавов было легко различить, каждому сплаву присваивается свой номер, состоящий из букв и цифр. Этот номер означает марку сплава алюминия. В начале наименования марки ставится буква или несколько букв, они указывают на состав сплава. Затем идет цифровой порядковый номер сплава. Буква в конце показывает, как обрабатывался сплав и в каком виде находится в данный момент.
Разберем принцип маркировки на примере сплава Д16П. Первая буква в марке "Д" означает дюралюминий, т.е сплав алюминия с медью и магнием. "16" - порядковый номер сплава. "П" - полунагартованный, то есть сплав прошел холодную обработку давлением до значения прочности вполовину меньше максимального.
Производство сплавов алюминия и их применение сильно разнятся в зависимости от вида и марки. Каждый сплав обладает своим собственным, весьма специфическим набором физико-механических свойств. Среди этих свойств есть такие, от которых зависит дальнейшая судьба сплава - то, куда он отправится с завода: на авиабазу, на стройку и в цех изготовления кухонной утвари. Эти свойства следующие: уровень прочности, коррозионная стойкость, плотность, пластичность, электро- и теплопроводность.
Основные свойства различных сплавов алюминия
Давайте рассмотрим основные сплавы на базе алюминия именно с точки зрения их приобретенных свойств.
Сплав меди и алюминия бываетнескольких видов - "чистый", в котором главными действующими элементами выступают Al и Cu, "медно-магниевый", в котором помимо меди и алюминия некоторую долю занимает магий и "медно-марганцевый" с легированием марганцем. Такие сплавы часто также называют дюралюминиям, их легко резать и сваривать "точечно".
Характерная черта дюралюминов в том, что для них берется алюминий с примесями железа и кремния. Как мы уже говорили, обычно присутствие этих элементов ухудшает качество сплава, но данный случай - исключение. Железо при повторной термической обработке сплава повышает его жаростойкость, а кремний выступает катализатором в процессе "старения" дюралюминов. В свою очередь магний и марганец в качестве легирующих элементов делают сплав намного прочнее.
Сплав алюминия и магния имеет разные показатели прочности и пластичности, в зависимости от количества магния. Чем магния меньше, тем меньше прочность изделия из такого сплава и тем выше стойкость к коррозии. Увеличение содержания магния на 1 % приводит к росту прочности до 30 000 Па. В среднем сплавы на основе магния и алюминия содержат до 6% первого. Почему не больше? Если магния в сплаве становится слишком много, изделие из него будет быстро покрываться ржавчиной, а кроме того такие изделия имеют нестабильную структуру, могут треснуть и т.д.
Термообработку сплавов магния с алюминием не проводят, так как она малоэффективна и не дает необходимого эффекта увлечения прочности.
Сплав алюминия с цинком и магнием считается наиболее прочным из всех алюминиевых сплавов, известных на сегодняшний день. Его прочность сравнима с титаном! Во время термообработки большая часть цинка растворяется, что и делает данный сплав таким прочным. Правда использовать в электрической промышленности изделия из таких сплавов невозможно, они не стойки к коррозии под напряжением. Чуть повысить коррозионную стойкость можно, если добавить в состав меди, но показатель все равно останется не удовлетворительным.
Сплав алюминия с кремнием - самый распространенный сплав в литейной промышленности. Поскольку кремний прекрасно растворяется в алюминии при нагреве, то образуемый расплавленный состав замечательным образом подходит для формовочного и фасонного литья. Готовые изделия относительно легко режутся и имеют высокую плотность.
Сплав алюминия с железом, как и сплавы алюминия с никелем практически не встречается "в живую". Железо добавляют исключительно как вспомогательный элемент для того, чтобы литейный сплав легко отлипал от стенок формы. Никель с свою очередь наиболее известен в производстве магнитов и присутствует в качестве одного из элементов в сплаве алюминий-никель-железо.
Сплав титана и алюминия, такжене встречается в чистом виде и используется только дляувеличения прочности изделий. С той же целью проводится сварка стали и сплавов алюминия.
Алюминий применяют для производства из него изделий и сплавов на его основе.
Легирование - процесс введения в расплав дополнительных элементов, улучшающих механические, физические и химические свойства основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, проводимых на различных этапах получения металлического материала с целями повышения качества металлургической продукции.
Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства.
Прочность чистого алюминия не удовлетворяет современные промышленные нужды, поэтому для изготовления любых изделий, предназначенных для промышленности, применяют не чистый алюминий, а его сплавы.
При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелательные изменения: неизбежно снижается электропроводность , во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость , почти всегда повышается относительная плотность . Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стойкость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы:
1) деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии),
2) литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).
Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов. Для получения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.
Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только технически чистый алюминий, но также и двойные сплавы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и немного отличаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общее содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы называют силуминами . Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном растворимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем предел их растворимости при высокой температуре. Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наибольшую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хорошую обрабатываемость давлением.
Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно небольших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.
Дюралюминии - сплавы алюминия с медью
Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии - сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7 %.
Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной температуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C.
Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизительно до 500 C). При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной температуре. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т.е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен.
Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl. Химическое соединение еще не образуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при комнатной температуре носит название естественного старения.
Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение первых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву максимальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C, то произойдет искусственное старение . В этом случае процесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем действие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естественном старении.
Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температуре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естественном старении в течении четырех дней.
Сплавы алюминия с марганцем и магнием
Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобрели сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.
Марганец и магний , так же как и медь, имеют ограниченную растворимость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эффект упрочнения при их термообработке невелик. Объясняется это следующим образом. В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1,9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последующий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает образование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.
В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1,4% упрочнения быть не может, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последующим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы - химического соединения Mg Al .
Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметногоэффекта упрочнения. Несмотря на это, введение и марганца, и магния в алюминий полезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содержании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.
Другие легирующие элементы
Также для улучшения некоторых характеристик алюминия в качестве легирующих элементов используются:
Бериллий добавляется для уменьшения окисления при повышенных температурах. Небольшие добавки бериллия (0,01-0,05%) применяют в алюминиевых литейных сплавах для улучшения текучести в производстве деталей двигателей внутреннего сгорания (поршней и головок цилиндров).
Бор вводят для повышения электропроводимости и как рафинирующую добавку. Бор вводится в алюминиевые сплавы, используемые в атомной энергетике(кроме деталей реакторов), т.к. он поглощает нейтроны, препятствуя распространению радиации. Бор вводится в среднем в количестве 0,095-0,1%.
Висмут . Металлы с низкой температурой плавления, такие как висмут, свинец, олово, кадмий вводят в алюминиевые сплавы для улучшения обрабатываемости резанием. Эти элементы образуют мягкие легкоплавкие фазы, которые способствуют ломкости стружки и смазыванию резца.
Галлий добавляется в количестве 0,01 - 0,1% в сплавы, из которых далее изготавливаются расходуемые аноды.
Железо. В малых количествах (>0,04%) вводится при производстве проводов для увеличения прочности и улучшает характеристики ползучести. Так же железо уменьшает прилипание к стенкам форм при литье в кокиль.
Индий. Добавка 0,05 - 0,2% упрочняют сплавы алюминия при старении, особенно при низком содержании меди. Индиевые добавки используются в алюминиево - кадмиевых подшипниковых сплавах.
Кадмий. Примерно 0,3% кадмия вводят для повышения прочности и улучшения коррозионных свойств сплавов.
Кальций придает пластичность. При содержании кальция 5% сплав обладает эффектом сверхпластичности.
Кремний является наиболее используемой добавкой в литейных сплавах. В количестве 0,5-4% уменьшает склонность к трещинообразованию. Сочетание кремния с магнием делают возможным термоуплотнение сплава.
Олово улучшает обработку резанием.
Титан. Основная задача титана в сплавах - измельчение зерна в отливках и слитках, что очень повышает прочность и равномерность свойств во всем объеме.
Применение алюминиевых сплавов
Большинство алюминиевых сплавов имеют высокую коррозионную стойкость в естественной атмосфере, морской воде, растворах многих солей и химикатов и в большинстве пищевых продуктов. Последнее свойство в сочетании с тем, что алюминий не разрушает витамины, позволяет широко использовать его в производстве посуды . Конструкции из алюминиевых сплавов часто используют в морской воде. Алюминий в большом объеме используется в строительстве в виде облицовочных панелей, дверей, оконных рам, электрических кабелей. Алюминиевые сплавы не подвержены сильной коррозии в течение длительного времени при контакте с бетоном, строительным раствором, штукатуркой, особенно если конструкции не подвергаются частому намоканию. Алюминий также широко применяется в машиностроении , т.к. обладает хорошими физическими качествами.
Но главная отрасль, в настоящее время просто не мыслимая без использования алюминия - это, конечно, авиация . Именно в авиации наиболее полно нашли применение всем важным характеристикам алюминия
Сплав на основе железа и алюминия содержит следующие компоненты, ат.%: алюминий 12-18; хром 0,1-10; ниобий 0,1-2,0; кремний 0,1-2,0; бор 0,1-5; титан 0,01-2,0, а также мг/кг: углерод 100-500; цирконий 50-200; железо - остальное. Техническим эффектом изобретения является повышение механических свойств при температурах свыше 700 o С и значительное улучшение свариваемости. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.,1 ил.
Сплавы железа с алюминием могут применяться в термически сильно нагруженных и подверженных окисляющим и/или корродирующим воздействиям деталях термических машин. Там во все возрастающей мере они должны заменить специальные стали, а также суперсплавы на основе никеля. В литературной статье "Acceptable Aluminium Additions for Minimal Environmental Effect in Iron - Aluminium Alloys", Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 288, s. 971-976, В.К. Сикка и другие описывают сплав железа с алюминием с содержанием около 16 вес.% алюминия и около 5 вес.% хрома, который при необходимости содержит около 0,1 вес.% углерода, и/или циркония, и/или 1 вес.% молибдена. Известный сплав имеет при комнатной температуре по сравнению со сплавами железа с алюминием с содержанием алюминия от 22 до 28 вес.% значительно более высокую пластичность. При температуре 700 o C предел прочности при растяжении этого сплава с механическим напряжением около 100 МПа относительно невелик. Поэтому изготовленные из сплава детали не следовало бы применять при температурах выше 700 o C. В основе изобретения, как это указано в пункте 1 формулы изобретения, лежит задача разработки сплава железа с алюминием, который отличается хорошими механическими свойствами при температурах свыше 700 o C. Задачей изобретения является также надлежащее применение этого сплава. Сплав в соответствии с изобретением даже при температурах от 700 до 800 o C еще обладает механическими свойствами, которые позволяют использовать его в механически незначительно нагруженных деталях. Наряду с этим сплав в соответствии с изобретением отличается отличной стойкостью при тепловых ударах и поэтому с особым преимуществом может использоваться в подверженных нагрузкам с изменением температуры деталях тепловых установок, как, в частности, в качестве корпуса или части корпуса газовой турбины или турбонагнетателя или в качестве соплового кольца, в частности, для турбонагнетателя. Помимо этого сплав можно получать с очень небольшими затратами с помощью литья или литья и прокатки. Другое преимущество сплава в соответствии с изобретением заключается в том, что его компоненты содержат исключительно металлы, которые можно приобрести сравнительно недорого и независимо от стратегического и политического влияния. На чертеже представлена диаграмма, на которой показан предел прочности при растяжении UTS (МПа) сплава I в соответствии с изобретением и сплава II в соответствии с уровнем техники в зависимости от температуры T (o C). В табл. 1 приведен состав сплава I (в соответствии с предпочтительным примером выполнения изобретения). В табл. 2 приведен состав сплава II (в соответствии с уровнем техники). Сплав I выплавляется в электродуговой печи в присутствии аргона в качестве защитного газа. В качестве исходных материалов служили отельные элементы со степенью чистоты выше 99%. Расплав отливался в виде отливки диаметром около 100 мм и высотой около 100 мм. Отливка вновь расплавлялась в вакууме и также в вакууме отливалась в форме цилиндрических стержней диаметром около 12 мм и длиной около 70 мм, в форме каротелей с минимальным диаметром около 10 мм, с максимальным диаметром около 16 мм и длиной около 65 мм или в форме дискообразных пластин диаметром 80 мм, толщиной до 14 мм и радиусом у кромки пластины около 1 мм. В ходе последующей технологической операции в дискообразных пластинах вдоль их оси выполнялось соответственно отверстие диаметром 19,5 мм. Из цилиндрических стержней и каротелей были изготовлены испытуемые образцы для испытаний на растяжение. Пластины предназначены для определения стойкости при тепловых ударах. В соответствии с выбранными размерами испытуемые образцы для определения механической прочности и стойкости при тепловых ударах были изготовлены из имеющегося в продаже и используемого в большом объеме в качестве материала для корпуса газовых турбин сплава II и родственного сплава с меньшим содержанием на 25% кремния и с меньшим содержанием на 40% молибдена. Испытания на растяжение проводились в зависимости от температуры. В результате для сплава I в соответствии с изобретением был получен предел прочности при растяжении, который при температуре 800 o C с механическим напряжением около 100 МПа был значительно выше, чем предел прочности при растяжении сплава II в соответствии с уровнем техники. Соответствующее относится также и к не показанному на диаграмме сплаву в соответствии с уровнем техники с уменьшенным содержанием кремния и молибдена. С помощью дискообразных пластин определялась стойкость от тепловых ударов по Гленни. По две пластины каждого сплава циклически нагревались соответственно в псевдоожиженном слое до температуры 650 o C и затем охлаждались с помощью сжатого воздуха до температуры 200 o C. После определенного количества таких циклов нагревания и охлаждения затем было подсчитано количество возможно образующихся на кромке пластин трещин длиной более 2 мм. В табл. 3 указано суммированное количество появившихся на обеих пластинах трещин в зависимости от количества циклов для сплава I в соответствии с изобретением, а также для обоих сплавов в соответствии с уровнем техники. Из этого видно, что при использовании в качестве материала для корпусов газовых турбин сплавов в соответствии с уровнем техники уже после 240 циклов появляются нежелательные трещины, в то время как сплав в соответствии с изобретением даже после 740 циклов еще не имеет трещин. Сплав в соответствии с изобретением превосходит используемые сплавы в соответствии с уровнем техники не только относительно механической прочности при температурах выше 700 o C, но и с точки зрения стойкости при тепловых ударах. Поэтому сплав в соответствии с изобретением может использоваться с большим преимуществом в качестве материала для деталей тепловых установок, которые при температурах от 700 до 800 o C обладают еще сравнительно высокой механической прочностью и которые, как корпус газовых турбин, подвержены воздействию нагрузок при изменении температур. Изготовленный в соответствии с изобретением сплав имеет хорошие прочностные свойства при температурах от 700 до 800 o C и большую стойкость при тепловых ударах тогда, когда содержание алюминия составляет минимум 12 и максимум 18 вес. %. Если содержание алюминия уменьшается ниже 12 вес.%, то ухудшается неокисляемость, коррозинностойкость и стойкость при тепловых ударах сплава в соответствии с изобретением. Если содержание алюминия более 18 вес.%, то сплав приобретает все более хрупкие свойства. Благодаря добавлению легирующей присадки хрома от 0,1 до 10 вес.% хрома повышается стойкость при тепловых ударах, улучшается неокисляемость и коррозинностойкость. Одновременно с помощью хрома улучшается пластичность. Однако добавление хрома более 10 вес.% вновь ухудшает механические свойства. Путем добавления легирующей присадки ниобия от 0,1 до 2 вес.% повышается твердость и прочность сплава в соответствии с изобретением. Наряду с ниобием или вместо него в качестве легирующей присадки можно добавлять также от 0,1 до 2 вес.% вольфрама и/или тантала. Содержание кремния от 0,1 до 2 вес.% кремния улучшает литейные свойства сплава в соответствии с изобретением и благоприятно сказывается на неокисляемости и коррозионностойкости. Кроме того, кремний повышает твердость. Благодаря добавлению легирующих присадок бора от 0,1 до 5 вес.% и титана от 0,01 до 2 вес.% значительно повышается стойкость при тепловых ударах, неокисляемость и коррозионностойкость сплава в соответствии с изобретением. Это обусловлено прежде всего тем, что в этом случае в сплаве образуется тонкодисперсный диборид титана TiB 2 . При высоких температурах и при вызывающих окисление и/или коррозию условиях на поверхности сплава в соответствии с изобретением образуется содержащий в основном окислы алюминия защитный слой. Фаза диборида титана способствует значительной стабилизации этого защитного слоя, так как фаза диборида титана в виде игольчатых кристаллитов проникает из сплава в защитный слой и в результате этого способствует особенно хорошему сцеплению защитного слоя с находящимся под ним сплавом. Содержание бора не должно составлять более 5 вес.%, а содержание титана должно быть не более 2 вес. %, так как в ином случае образуется слишком много диборида титана и сплав приобретает хрупкие свойства. Если содержание бора менее 0,1 вес.% и титана менее 0,01 вес.%, то значительно ухудшаются стойкость при тепловых ударах, неокисляемость и коррозионностойкость сплава в соответствии с изобретением. Незначительное повышение механической прочности и одновременно значительное улучшение свариваемости достигается благодаря добавлению легирующих присадок: от 100 до 500 мг/кг углерода и от 50 до 200 мг/кг циркония. Особенно хорошие показатели механической прочности и стойкости при тепловых ударах имеют сплавы следующего состава: от 14 до 16 вес.% алюминия, от 0,5 до 1,5 вес.% ниобия, от 4 до 6 вес.% хрома, от 0,5 до 1,5 вес.% кремния, от 3 до 4 вес.% бора, от 1 до 2 вес.% титана, около 300 мг/кг углерода, около 100 мг/кг циркония, остальное - железо.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Сплав на основе железа и алюминия, содержащий хром, ниобий, кремний и бор, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, углерод и цирконий при следующем соотношении компонентов, ат.%:Алюминий - 12 - 18
Хром - 0,1 - 10,0
Ниобий - 0,1 - 2,0
Кремний - 0,1 - 2,0
Бор - 0,1 - 5,0
Титан - 0,01 - 2,0
А также, мг/кг:
Углерод - 100 - 500
Цирконий - 50 - 200
Железо - Остальное
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%:
Алюминий - 14 - 16
Хром - 4 - 6
Ниобий - 0,5 - 1,5
Кремний - 0,5 - 1,5
Титан - 1 - 2
А также, мг/кг:
Углерод - Около 300
Цирконий - Около 100
Железо - Остальноел
Загрузка...