Сплавы на основе системы Al – Cu

Сплавы являются высокопрочными, жаропрочными, свариваемыми, с хорошей обрабатываемостью резанием, но с худшими, чем у силуминов, литейными свойствами из-за отсутствия эвтектики и широкого интервала кристаллизации.

Сплавы АМ5, АМ4,5Кд, АЛ33 содержат 4–6,2 % меди, а также легирующие элементы Mn (0,3–1,0), Ti (0,15–0,35), Zr (до 0,25 %), Cd (до 0,25 %).

Термическая обработка состоит в закалке и искусственном старении при 175ºС (3–5 часов). Упрочняющей фазой является θ - Cu Al₂.

Высокая прочность достигается введением переходных металлов, образующих дисперсоиды, а также добавкой кадмия, который способствует диспергации упрочняющей фазы θ – Al₂Cu.

Таблица 4.5

Предел длительной прочности литейных алюминиевых сплавов

Система легирования	Марка сплава	s 100300, МПа
Силумины Al-Si	АК12	25
	АК9ч	30
Сплавы системы Al - Cu	АМ5	65
	АЛ33	90

Основным преимуществом сплавов АЛ33, ВАЛ18 (Al – Cu – Mn – Ti – Zr – Ni) является высокая жаропрочность (табл.3.5). Высокая жаропрочность сплавов достигается не только дисперсионным и твердорастворным упрочнением, но и легированием никелем и церием, что приводит к образованию нерастворимых интерметаллидов, располагающихся по границам дендритов и создающих гетерофазное упрочнение, сохраняющееся до 250 - 300ºС.

Сплавы на основе системы Al – Mg

Сплавы этой группы АМг5К, АМГ6л, АМг10, АМг5Мц содержат в среднем 6 -10 % магния, а также небольшие добавки титана, циркония, бериллия и обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, хорошей обрабатываемостью резанием. По стойкости против общей коррозии, в том числе в морской воде, они превосходят все другие литейные алюминиевые сплавы. Вместе с тем они имеют невысокие литейные свойства из-за широкого интервала кристаллизации.

Сплавы применяют в закаленном состоянии, т.к. старение приводит к незначительному упрочнению, существенно снижая пластичность и коррозионную стойкость.

4.2. Медь и медные сплавы

Медь – 29 – й элемент I группы периодической системы, имеет плотноупакованную ГЦК решетку, устойчивую от температуры плавления (1053ºС) до отрицательных температур (т.е. без полиморфных превращений). Медь – металл красно-розового цвета, который используется в технике как в чистом виде, так и как основа многочисленных литейных и деформируемых сплавов. Медь относится к немагнитным металлам, обладает высокой тепло - и электропроводностью, отличается химической стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде, органических кислотах и других агрессивных средах. Достоинствами меди и ее сплавов также являются: высокая технологическая пластичность в холодном и горячем состояниях; отсутствие порога хладноломкости, что позволяет применять медь в криогенной технике вплоть до абсолютного нуля для емкостей с жидкими газами.

Чистая медь после литья или отжига имеет низкую прочность: _в = 160 МПа, _0,2 = 35 МПа. В результате холодной пластической деформации ε = 90 % времен­ное сопротивление увеличивается почти в 2,5 раза и составляет _в = 450 МПа, а предел текучести – больше, чем на порядок (до 400 МПа). При этом относительное удлинение снижается с 50 до 3 %.

Чистую медь маркируют следующим образом: М00, М0, М1, М2 и М3. Цифры характеризуют содержание вредных примесей (кислорода, серы, селена, а также свинца и висмута, которые образуют легкоплавкие эвтектики). Концентрация вредных примесей составляет: менее 0,01 % (М00), 0,03 % (М0), 0,1 % (М1), 0,3 % (М2) и 0,5 % (М3).

Из меди изготавливают токопроводящие изделия, теплообменники и т.д. Среди цветных металлов по объему потребления медь находится на втором месте (после алюминия).

Медные сплавы наследуют физические, химические и механические свойства меди.

Деформируемые сплавы вследствие высокой технологической пластичности используют для получения не только массивных полуфабрикатов, но и таких, как лист, лента и проволока.

Литейные медные сплавы отличают хорошие литейные свойства: высокая жидкотекучесть и незначительная усадка, что объясняется узким интервалом кристаллизации.

К недостаткам медных сплавов можно отнести более высокую плотность, чем у железа – 8,9 Мг/м³; неудовлетворительную обрабатываемость резанием из-за повышенной пластичности.

Медные сплавы классифицируют по нескольким признакам:

1) по химическому составу: латуни – медные сплавы, в которых цинк является основным легирующим элементом, бронзы – медные сплавы, в которых основным является любой легирующий элемент, кроме цинка и никеля, медноникелевые сплавы (мельхиор, нейзильбер и др.);

2) по способу получения: литейные и деформируемые;

3) по способности к упрочнению при термической обработке: неупрочняемые и упрочняемые.

Все легирующие элементы растворяются в меди, образуя твердые растворы. Твердорастворное упрочнение при этом зависит от положения легирующего элемента в периодической таблице, т.е. от различия атомных размеров, валентности и кристаллических решеток (рис. 4.6).

У медных сплавов существует общая закономерность изменения механических и технологических свойств в зависимости от фазового состояния. Сплавы с однофазной структурой твердого раствора по мере увеличения содержания легирующего элемента не только упрочняются, но и становятся более пластичными (рис. 4.7, б).

В сплавах с двухфазной структурой (α + интерметаллическая фаза ИФ, причем ИФ – это электронные соединения) упрочнение сопровождается снижением пластичности. В связи с этим однофазные сплавы используются для изготовления тонкостенных изделий (трубок, сильфонов, пружин и т.д.) холодной пластической деформацией. Двухфазные сплавы относятся к литейным или деформируемым в горячем состоянии (рис. 4.8).

Однофазные сплавы на основе меди не упрочняются термической обработкой, так как не имеют фазовых превращений в твердом состоянии. К некоторым двухфазным сплавам применима упрочняющая термообработка.

Рис. 4. 6. Влияние легирующих элементов на твердость меди

а

б

Рис. 4.7. Диаграмма состояния медь-цинк (а)