9.2. Взаємодія алюмінію з легуючими елементами і домішками
Хоча у жодній
системі на основі легуючий
елемент - алюміній нема
безперервної розчинності у твердому
стані, тенденцію до більш високої
розчинності виявляють елементи, що
близько розташовані у періодичній
системі Д..Менделєєва (табл.9.1).
Рис. 9.2. Мікроструктури сплавів алюмінію з 2 % Fe та 2 (а) і 4 (б) % Si
Таблиця 9.1. Головні легуючі елементи в алюмінії та їх розчинність при температурі нонваріантної реакції
Метал |
Температура плавлення, °С |
Тип діаграми стану із сторони алюмінію |
Розчинність при температурі нонваріантної реакції, % (за масою) |
Літій |
179 |
Евт. х.с. |
6,77 |
Магній |
651 |
Евт. х.с. |
17,4 |
Марганець |
1248 |
Евт. х.с. |
1,4 |
Мідь |
1083 |
Евт. х.с. |
5,65 |
Залізо |
1539 |
Евт. х.с. |
0,052 |
Кремній |
1440 |
Евт. без х.с. |
1,65 |
Цинк |
419,5 |
Евт. без х.с. |
70 |
Берилій |
1284 |
Евт. без х.с. |
0,05 |
Титан |
1665 |
Перит. х.с. |
0,28 |
Хром |
1875 |
Перит. х.с. |
0,72 |
Цирконій |
1852 |
Перит. х.с. |
0,28 |
Примітка. Евт. - евтектичний; перит. - перитектичний; х.с. - хімічна сполука.
Елементи, що утворюють з алюмінієм подвійні системи евтектичного типу (рис. 9.3), є головними компонентами промислових алюмінієвих сплавів. З багатьма елементами алюміній утворює подвійні, потрійні та більш складні інтерметаліди, які кристалізуються з розплаву чи виділяються з твердого розчину алюмінію після гартування при відпалі та старінні.
Для подрібнення зерна у зливках і виливках, а в ряді випадків - і при зварюванні алюмінієвих сплавів, як легуючі домішки використовують титан, цирконій та бор у кількостях 0,1 %...0,3 %.
Мікродомішки цих легуючих елементів сприяють утворенню в розплаві численних метастабільних кластерних угруповань, що є активними центрами кристалізації, завдяки чому істотно подрібнюються зерна металу.
Рис. 9.3. Діаграма стану системи алюміній-мідь
Домішки та легуючі елементи тією чи іншою мірою зменшують електропровідність алюмінію.
Дуже підвищують електроопір алюмінію - марганець, хром, титан. Мало впливають - кремній, цинк, залізо, мідь.
Розчинність водню в алюмінії з підвищенням температури зростає і складає:
0,036 см3/100 г при 660 °С у твердому стані;
0,6 - у рідкому стані;
2,9 - при 1000 °С у рідкому стані.
9.6. Класифікація алюмінієвих сплавів
Для одержання алюмінієвих сплавів із різними властивостями алюміній легують іншими металами, найбільш широко як легуючі елементи застосовують кремній, мідь, магній, цинк, марганець, а останнім часом - літій. Як легувальні домішки: титан, берилій, цирконій та ін. Найбільшого поширення набули сплави таких систем:
Al-Cu, Al-Si, Al-Mg, Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg-Cu.
У рівноважному стані ці сплави являють собою низьколегований твердий розчин та інтерметалідні фази: Al2Cu (0-фаза); Mg2Si;
Al2CuMg (S) Al6CuMg4 (7); Al3Mg2Zn3; Al3Mg2; MgZn (η) та ін.
Сплави алюмінію можна поділити на 3 групи:
- призначені для одержання напівфабрикатів (листів, плит, прутків), а також кувань і штампувань шляхом прокатки, пресування, кування, штампування (деформовані сплави);
- ливарні, призначені для фасонного лиття;
- одержувані методом порошкової металургії спечені алюмінієві порошки (САП) і спечені алюмінієві сплави (САС).
Таблиця 9.2. Склад промислових деформівних алюмінієвих сплавів (інше - алюміній, домішки не вказано)
Позначення марок |
Хімічний склад, % |
||||||||
Літерне |
Цифрове |
Алюміній |
Мідь |
Магній |
Марганець |
Цинк |
Залізо |
Кремній |
Нікель |
MM |
1403 |
Головний компонент |
0,2 |
0,2...0,5 |
1,0...1,4 |
0,1 |
0,6 |
1 |
— |
АМц |
1400 |
11 |
0,1 |
0,2 |
1,0...1,6 |
0,1 |
0,7 |
0,6 |
— |
АМцС |
1401 |
11 |
0,1 |
0,05 |
1,0...1,4 |
0,1 |
0,25...0,45 |
0,15...0,35 |
— |
Д12 |
1521 |
11 |
0,1 |
0,8...1,3 |
1,0...1,5 |
0,1 |
0,7 |
0,7 |
— |
АМгІ |
1510 |
ft |
0,1 |
0,7...1,6 |
0,2 |
— |
0,1 |
0,10 |
— |
АМг2 |
1520 |
π |
0,1 |
1,8...2,6 |
0,2...0,6 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
— |
АМгЗС |
— |
t
|
0,1 |
2,7...3,6 |
0,0...0,6 |
0,2 |
0,5 |
0,5 |
— |
АМгЗ |
1530 |
η |
0,1 |
3,2...3,8 |
0,3...0,6 |
0,2 |
0,5 |
0,5...0,8 |
— |
АМг4 |
1540 |
π |
0,1 |
3,8...4,5 |
0,5...0,8 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
— |
АМг4,5 |
— |
π |
0,1 |
4,0...4,9 |
0,4...1,0 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
— |
АМг5 |
1550 |
11 |
0,1 |
4,8...5,8 |
0,3... 0,8 |
0,2 |
0,5 |
0,5 |
— |
АМгб |
1560 |
11 |
0,1 |
5,8...6,8 |
0,5...0,8 |
0,2 |
0,4 |
0,4 |
— |
АД31 |
1310 |
11 |
0,1 |
0,4...0,9 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
0,3...0,7 |
— |
АДЗЗ |
1330 |
tt |
0,15...0,4 |
0,8...1,2 |
0,15 |
0,25 |
0,7 |
0,4...0,8 |
— |
Продовження табл 9 2
Позначення марок |
Хімічний склад, % |
||||||||
Літерне |
Цифрове |
Алюміній |
Мідь |
Магній |
Марганець |
Цинк |
Залізо |
Кремній |
Нікель |
АД35 |
1350 |
Головний компонент |
0,1 |
0,8…1,4 |
0,5…0,9 |
0,2 |
0,5 |
0,8.. 1,2 |
— |
АВ |
1340 |
" |
0,1…0,5 |
0,45...0,9 |
0,15…0,35 |
0,2 |
0,5 |
0,05. .1,2 |
— |
Ді |
1110 |
η |
3,8…4,8 |
0,4…0,8 |
0,4…0,8 |
0,3 |
0,7 |
0,07 |
0,1 |
Діб |
1160 |
11 |
3,8.. 4,9 |
1,2…1,8 |
0,3...0,9 |
0,3 |
0,5 |
0,5 |
0,1 |
В65 |
1165 |
11 |
3,9…4,5 |
0,15...0,3 |
0,3…0,5 |
0,1 |
0,2 |
0,25 |
— |
Д18 |
1180 |
" |
2,2...3 |
0,2.. 0,5 |
0,2 |
0,1 |
0,5 |
0,5 |
— |
АК6 |
1360 |
F |
1,8…2,6 |
0,4…0,8 |
0,4...0,8 |
0,3 |
0,7 |
0,7...1,2 |
0,1 |
АК8 |
1380 |
Π |
3,9…4,8 |
0,4...0,8 |
0,4…1,0 |
0,3 |
0,7 |
0,6...1,2 |
0,1 |
АК4 |
1140 |
Ff |
1,9...2,5 |
1,4...1,8 |
0,2 |
0,3 |
0,8 1,3 |
0,5...1,2 |
0,8…1,3 |
АК4-1 |
1141 |
Η |
1,9...2,7 |
1,2.. 1,8 |
0,2 |
0,3 |
0,8...1,4 |
0,35 |
0,8. .1,4 |
— |
1915 |
Tf |
0,1 |
1,3...1,8 |
0,2 ..0,6 |
3,4...4,0 |
0,4 |
0,3 |
— |
— |
1925С |
Π |
0,1 |
0,8...1,4 |
0,0...0,5 |
4,3...5,5 |
0,4 |
0,4 |
— |
— |
1925 |
Ff |
0,8 |
1,3...1,8 |
1,3 . 1,8 |
0,2...0,7 |
0,7 |
0,7 |
— |
В95 |
1950 |
F |
1,4.. 2 |
1,8...2,8 |
0,2...0,6 |
5,0...7.0 |
0,5 |
0,5 |
0,1 |
АЦпл |
— |
f |
— |
— |
0,025 |
0,9...1.3 |
0,3 |
0,3 |
— |