книги из ГПНТБ / Ромадин К.П. Материаловедение [учебное пособие]

ных двигателей, картеры двигателей воздушного охлаждения,

носки картеров. Куется этот сплав при 470—485°. После ковки

сплав закаливается с 515—525° в воде и подвергается естествен­ ному или искусственному старению при 150° в течение 6 часов. 'Отжиг производится при 350—370° с охлаждением на воздухе.

Сплав АК6, обладающий исключительно высокой пластич­

ностью в горячем состоянии, является основным алюминиевым сплавом для изготовления авиационных поковок и штамповок.

Из него штампуются детали сложной конфигурации: крыльчат- -ки компрессора, картеры турбореактивных двигателей, картеры

двигателей воздушного охлаждения, носки картеров, воздушные

в течение 12—15 часов.

Сплав АК8, обладающий меньшей пластичностью, чем сплав

АК6, применяется для изготовления высоконагруженных штам­

пованных деталей простой конфигурации. Этот сплав называют

супердуралюмином, так как по сравнению с обычным дуралю-

мином он обладает повышенным пределом прочности, а по со­

ставу отличается только несколько повышенным содержанием кремния. Куется сплав при 450—475°, закаливается с 500—510°

в воде и подвергается искусственному старению при 150—160°

втечение 12—15 часов.

Втабл. 31 приведены состав и свойства сплавов для ковки и

штамповки.

В коррозионном отношении сплавы АВ, AKθ и АК8 уступают

ранее рассмотренным алюминиевым сплавам высокой прочности. К сплавам второй группы относятся жаропрочные сплавы марок

АК4-1 и ВД17.

Характерным для сплава АК4-1 является наличие в нем же­ леза и никеля, которые повышают температуру рекристаллиза­ ции и увеличивают предел выносливости, а для ВД17 — пбвы-

шеннюе содержание магния, который увеличивает жаропрочность сплава.

130

Пластичность сплавов АК4-1 и ВД17 в горячем состоянии по сравнению со сплавами первой группы понижена. Обрабатывае­

мость резанием — удовлетворительная. Сплавы закаливаются с 510—525° и подвергаются искусственному старению при 170— 190° в течение 10—16 часов. В табл. 32 приведены состав и свой­

ства жаропрочных алюминиевых сплавов.

Таблица 32 Состав и свойства жаропрочных алюминиевых сплавов

Сплав АК4-1 применяется для изготовления крыльчаток и

дисков компрессора, заборников и поршней, работающих при

повышенных температурах,

Сплав ВД17 применяется для изготовления лрпаток осевых

компрессоров -турбореактивных двигателей, работающих при температурах 200—300°.

4. Литейные алюминиевые сплавы

Лучшими литейными алюминиевыми сплавами являются си­

лумины. Силумины это сплавы алюминия с кремнием, содержа­

щие от 4 до 13% кремния (фиг. 93). Они обладают хорошей

Фиг. УЗ. Часть диаграммы состояния алю­ миний — кремний:

—і немодифицированные сплавы;

-----------модифицированные сплавы

жидкотекучестью, высокой герметичностью и малой усадкой. Перед разливкой силумины подвергаются модифицированию,

которое заключается в добавке к жидкому сплаву (около 2%. от веса сплава) хлористого и фтористого натрия в соотношении

1 :2. В результате модифицирования предел прочности возрас­

тает на 30—35%, а удлинение увеличивается в 2—3 раза. При

модифицировании, кроме того, понижается эвтектическая темпе­

В табл. 33 приведены состав и свойства силуминов. Сплав АЛ4

Таблица 33

Состав и свойства силуминов АЛ4 и АЛ5

обладает лучшими литейными свойствами, чем сплав АЛ5, так как содержит больше кремния, но сплав АЛ5 меньше склонен к образованию пористости и не требует модифицирования.

Медь и магний, вводимые в силумины, образуют металличе­

ские соединения Mg2Si и Al2CuMg, которые играют положитель­ ную роль при термической обработке.

Детали из сплава марки АЛ4 подвергаются закалке с 530— 540° (выдержка 2—6 часов) в воде, нагретой до 50—100° и ста­

рению при температуре 170—180° в течение 15 часов с охлажде­

нием на воздухе. Детали из сплава АЛ-5, эксплуатируемые при

повышенных температурах, подвергаются закалке с 520—530°

(выдержка 4 часа) в воде, нагретой до 50—100°, и старению при

температуре 225—235° в течение 5 часов.

Сплав АЛ4 обладает высокой коррозионной стойкостью,

хорошо сваривается и удовлетворительно обрабатывается реза­

нием. Сочетая в себе высокие механические и литейные качества,

он является лучшим авиационным литейным алюминиевым спла­

вом. Но с повышением температуры механические свойства сплава АЛ4 быстро ухудшаются, т. е. он не является жаропроч­

ным.

132

Сплав АЛ5 является жаропрочным, он обладает хорошими

литейными и механическими свойствами, удовлетворительной

свариваемостью и неплохой коррозионной стойкостью.

Сплавы АЛ4 и АЛ5 применяются для отливки крупных дета­

лей авиационных двигателей, несущих высокие нагрузки: кор­

пусов компрессора, картеров, блоков. Сплав АЛ5, кроме того,

применяется для отливки головок цилиндров двигателей воз­

душного охлаждения» Литейные авиационные сплавы алюминия с магнием, назы­

ваемые альтмагами (магналиями), содержат от 5 до 10% маг­

ния. Сплавы этой группы, содержащие 10—12% магния, обла­

дают наибольшим пределом прочности и наибольшим относи­

тельным удлинением (фиг. 94). Альтмаги, обладая высокими ме­ ханическими свойствами и высо­

ность сплава и ухудшает его кор­

розионную стойкость.

Сплав АЛ8 хорошо обрабатывается резанием, хорошо поли­

руется, удовлетворительно сваривается газовой сваркой и из

всех литейных сплавов обладает наиболее высокой коррозионной

стойкостью, в том числе и в морской воде. Из сплава ÀJI8 отли­

вают наиболее ответственные узлы и детали самолета неслож­

ной конфигурации, подверженные ударным нагрузкам и коррози­ онному воздействию.

Для изготовления деталей, работающих при высоких темпе­ ратурах, применяется жаропрочный более сложный по химическо­ му составу алюминиевый сплав марки ВЗОО, содержащий в сред­

нем 5,2 % меди, 3,0% никеля, 1,2% магния, 2,4% марганца и

1,8% хрома. По жидкотекучести сплав близок к сплаву АЛ4. Он обладает удовлетворительными литейными свойствами и удов­

летворительными герметичностью, свариваемостью и обрабатң-

133

ваемостью резанием. После закалки с 525° (выдержка в тече­

пониженная. Сплав ВЗОО применяется для деталей реактивных двигателей, нагревающихся при работе до 300—350°.

П. МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Магний — металл серебристо-белого цвета, обладающий наи­ меньшим удельным весом 1,74 г/см2 и температурой плавле­ ния 651°.

По химической стойкости магний уступает всем конструкци­

онным металлам: при плавлении он загорается, на воздухе

быстро тускнеет, в морской воде и в большинстве минеральных кислот разрушается, но в сухой атмосфере и в щелочах он

устойчив.

Получают магний из хлористого магния методом электро­ лиза или термическим методом из окиси магния с последующей

возгонкой (сублимация) в вакууме. В табл. 34 приведены марки

технически чистого магния.

Таблица 34

Состав технически чистого магния

марганец и церий, реже бериллий и титан.

Алюминий вводится в магниевые сплавы для упрочнения в ко­

личестве не более 10—11%, с магнием образует твердый раст­ вор ограниченной растворимости и металлическое соединение

Al3Mg4 (фиг. 95).

Цинк вводится в магниевые сплавы также для упрочнения в количестве не более 4—5%, с магнием образует твердый раст­

вор ограниченной растворимости и металлическое соединение

MgZn2 (фиг. 96).

При наличии в магниевых сплавах одновременно алюминия

и цинка образуется тройное металлическое соединение Al2Mg3Zn3,

которое также упрочняет сплав.

134

Т е м п е р а т у р о , 0

Фиг. 95. Часть диаграммы состояния магний—алюминий

Т е м п е р а т у р а , C

Фиг. 96. Часть диаграммы состояния магний—цинк

13£

гает 1,0—2,5%.

ɪ

Фиг. 98. Влияние цинка на механи­ ческие свойства магниевых сплавов

Церий вводится в магниевые сплавы в количестве 0,15—

0,35% с целью улучшения их механических свойств.

Берилий вводится в еще меньших количествах, не превышаю­ щих 0,01—0,05% с целью уменьшения окисляемости магниевых

сплавов и предохранения их от самовозгораемости при литье.

пластичности.

136

Магниевые авиационные сплавы можно разделить на две ос­

новные группы:

1)сплавы для обработки давлением, из которых изготовляют

листы для сварных и штампованных изделий, прессованные полуфабрикаты для изготовления деталей несложной конфигу­

рации и штамповки сложной формы;

2)литейные сплавы, из которых изготовляют детали простой

формы, требующие повышенной герметичности и коррозионной

стойкости.

1. Магниевые сплавы для обработки давлением

Магниевые сплавы обрабатываются давлением только в го­ рячем состоянии. Наибольшей пластичностью магниевые спла­

вы обладают при температуре 350—450°. Для увеличения пла­

стичности перед ковкой заготовку выдерживают при темпера­ туре 350° в течение 18—24 часов.

В табл. 35 приведены состав и свойства наиболее распростра­

ненных в авиастроении магниевых сплавов для обработки дав­ лением.

Таблица 35

Состав и свойства магниевых сплавов для обработки давлением

Сплавы марки MAl и МА8 применяются для изготовления листов, а сплавы МА5 и ВМ65-1 — для изготовления штамповок и прессованных заготовок.

Сплав MAl хорошо сваривается газовой, атомноводородной и точечной сваркой и сравнительно коррозионно устойчив. Тер­ мической обработкой сплав MAl не упрочняется. Отжиг листов

из сплава MAI, применяющихся для сварных и штампованных изделий, производится при температуре 300—350°. Из сплава

MAl прессуют также прутки, которые применяются для изготов­

ления арматуры топливной и масляной систем и других деталей, не несущих высоких нагрузок.

Сплав МА8 отличается от сплава MAl наличием 0,15—0,35%

церия, что значительно повышает прочность и пластичность

сплава. Применяется сплав МА8 для обшивки элеронов, закры-

137

Jioκ, рулей. Термической обработкой этот сплав также не упроч­

няется.

Сплав МА5 применяется для изготовления штампованных нагруженных деталей: корпусов подшипника, качалок, крон­

штейнов. В отличие от других магниевых сплавов сплав МА5

подвергается закалке, которая заключается в нагреве сплава до

410—425°, выдержке при данной температуре в течение 2—4 ча­

сов и охлаждении на воздухе.

Сплав ВМ65-1 применяется для изготовления деталей, несу­ щих высокие нагрузки. После ковки при температуре .420—320° сплав подвергается искусственному старению при 170° в течение

24 час. Сплав обладает удовлетворительным сопротивлением

коррозии под напряжением и может применяться при любых

напряжениях при условии защиты неорганическими пленками.

Обрабатываемость сплава резанием отличная. Свариваемость

неудовлетворительная, в процессе сварки плавлением и контакт­

ной сварки сплав склонен к образованию трещин.

2. Литейные магниевые сплавы

По составу литейные магниевые сплавы отличаются от маг­

ниевых сплавов, обрабатываемых давлением, несколько повы­

шенным содержанием легирующих элементов.

Литье магниевых сплавов для защиты от окисления произво­ дится под флюсом, состоящим из 40% NaCl и 60% MgCl2. Для

рафинировки сплава от окислов и нитридов к флюсу добавляют

3% CaF2 или 5% NaF.

При разливке магниевые сплавы припыливают серой. В ре­ зультате припыливания образуется сернистый газ SO2, в атмо­

сфере которого возгорания сплава не происходит. Серу вводит и

Таблица 36

Состав и свойства литейных магниевых сплавов

138

в формовочные земли« Однако литье под флюсом в атмосфере сернистого газа приводит к загрязнению сплава сернистыми

соединениями и остатками флюсов, которые могут оказаться

очагами коррозии. Лучшие результаты дает литье в вакууме. Для выравнивания состава литые магниевые сплавы подвер­

гаются закалке, часто называемой гомогенизацией. После за­

калки прочность и пластичность сплавов улучшаются. В табл. 36

приведены состав и свойства литейных магниевых сплавов.

Сплав МЛЗ применяется для отливки простых по конфигу­

рации деталей средней нагруженное™, но от которых требуется высокая герметичность, плотность и отсутствие микропористости и рыхлот: корпусов помп и насосов, деталей топливной и масля­

ной арматуры. Термической обработкой сплав не упрочняется. Коррозионная стойкость сплава МЛЗ в оксидированном состоя­

нии удовлетворительная.

Сплавы МЛ4 и МЛ5 являются лучшими литейными магние­ выми сплавами, применяются они для отливки деталей самоле­

тов, авиадвигателей и агрегатов, подвергающихся статическим и

динамическим нагрузкам: корпуса компрессоров и приборов, ба­ рабаны тормозных колес, тормозные колодки, рычаги, качалки,

педали, кронштейны, штурвалы.

Оба сплава подвергаются закалке, которая заключается в на­

греве для марки МЛ4 до 375—385°, а для марок МЛ5 до 41(7— 420°, выдержке при указанной температуре в течение 10—16 ча­ сов и последующем охлаждении на воздухе. Некоторые детали

после закалки подвергаются старению при температуре 170—

180° в течение 16 часов'. В'результате старения незначительно повышается прочность, но заметно снижается пластичность.

Вследствие этого в большинстве случаев старение после закалки

не применяется.

Сплавы МЛ4 и МЛ5 обладают удовлетворительной корро­ зионной стойкостью в оксидированном состоянии и удовлетвори­

тельной свариваемостью. Сплавы могут отливаться в землю,

в кокиль и под давлением.

Сплав МЛ7-1 рекомендуется для изготовления деталей, на­

гревающихся в процессе работы до температуры 200°. Сплав

обладает удовлетворительными коррозионной стойкостью и ли­

139-