Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛО...docx
Скачиваний:
177
Добавлен:
26.09.2019
Размер:
2.18 Mб
Скачать

4.2.4. Алюминиевые сплавы 3-й группы

К этой группе сплавов относятся 2 марки по ГОСТ 1583-93: АМ5(АЛ19) и

АМ4,5Кд (ВАЛ10), а также сплавы ВАЛ14, ВАЛ15, ВАЛ18, регламентированные отраслевыми стандартами (Таблица 18).

Основными достоинствами сплавов системы Al-Cu являются повышенная прочность и жаропрочность до 300ºС.

Сплавы этой группы представляют особый интерес для современного машиностроения,

т.к. они по своим прочностным свойствам идентичны деформируемым алюминиевым сплавам, а по жаропрочности и технологическим возможностям значительно превосходят их.

Преимущества литейных алюминиево-медных сплавов заключаются в возможности получения точных и сложных по конфигурации деталей при меньших трудозатратах и высокой производительности.

Основным легирующим компонентом сплавов этой группы является медь, которая образует с алюминием эвтектику при содержании 33,4% меди, состоящую из твёрдого раствора меди в алюминии (ά-фазы) и дисперсных включений интерметаллического соединения CuAl2 (Θ-фазы), образующегося при 50% меди (рис.2). Упрочняющей фазой являются дисперсные вторичные выделения фазы θ. Часть меди, находящаяся в твёрдом растворе, дополнительно упрочняет сплав по растворному типу. Значительная растворимость меди в твёрдом состоянии (до 5,65%) и быстрое уменьшение растворимости с понижением температуры определяет возможность упрочнения сплава термообработкой (закалка + старение). Вторичные дисперсные выделения фазы θ образуются в результате пересыщения раствора меди в алюминии при закалке.

Эвтектика содержит значительное количество хрупкой и твёрдой фазы CuAl2, поэтому сплавы эвтектического состава, несмотря на хорошие литейные свойства, совершенно непригодны к использованию из-за высокой хрупкости. В связи с этим содержание меди в сплавах 3-й группы ограничивается 1,0 -1,5% с нижней стороны для обеспечения растворного упрочнения и до 6-8% с верхней стороны во избежание излишней хрупкости при образовании CuAl2. Оптимальное содержание меди в алюминиево-медных сплавах составляет 4,0-5,5%. При содержании меди менее 4,0% прочность сплава при нормальной температуре недостаточна, а при содержании меди выше 5,5% значительно повышается хрупкость сплавов.

Промышленные сплавы 3-й группы имеют значительный интервал кристаллизации (100ºС), поэтому они обладают пониженной жидкотекучестью, склонны к образованию пористости и горячих трещин, в них сильно развита ликвация.

Таким образом, алюминиево-медные сплавы уступают сплавам 1 и 2 групп по литейным свойствам, но имеют более высокие механические свойства при нормальной и повышенной температурах, т.е. имеют более высокую жаропрочность. Все сплавы 3-й группы имеют невысокую коррозионную стойкость и нуждаются в тщательной защите от коррозии путём анодирования или покрытия специальными лаками. Заварка дефектов производится аргонодуговой или газовой сваркой. Сплавы хорошо обрабатываются резанием.

В качестве дополнительных легирующих элементов алюминиевых сплавов 3-й группы применяются марганец, кадмий, титан, цирконий или церий. Марганец образует с избытком меди тройное соединение Al12Mn2Cu. При этом происходит упрочнение сплава и ускоряется процесс старения. В сплавах системы Al-Cu-Mn снижается интервал кристаллизации, поэтому улучшаются технологические свойства сплавов (снижается склонность сплавов к образованию горячих трещин).

Для модифицирования структуры в этих сплавах применяют титан, что дополнительно повышает механические свойства. Кроме того, в фазовом составе сплава, содержащем марганец и титан, образуются сложные интерметаллические соединения марганца и титана, которые формируют твёрдый каркас по границам дендритных ячеек, и повышают жаропрочность сплава, коррозионная стойкость сплава также повышается.

Кадмий приводит к повышению прочности сплава, как в присутствии марганца, так и без него. Сплав АМ4,5Кд (ВАЛ10), содержащий 0,07-0,25% кадмия обладает наибольшей прочностью среди алюминиевых сплавов при нормальной температуре (до 520 МПа).

В качестве микродобавок в алюминиевые сплавы этой группы применяют цирконий, который, как и титан измельчает эвтектическое зерно и существенно повышает предел ползучести сплавов. Примерами таких сплавов являются нестандартные сплавы ВАЛ14, ВАЛ 15 и ВАЛ18, в которые введён цирконий в количестве 0,05-0.25%.

Никель способствует повышению жаропрочности сплавов системы Al-Cu-Mn. Прочность сплавов при этом повышается при 400-450ºС, а при 20ºС - понижается.

Прочностные характеристики сплавов могут быть повышены термической обработкой (Таблица 19).

Основными вредными примесями сплавов системы Al-Cu являются железо, кремний кальций, литий, натрий и магний. Примеси кальция, лития и натрия ухудшают литейные свойства сплавов этой группы. Взаимодействуя с влагой литейных форм, они способствуют увеличению газовой пористости отливок.

Кремний, хотя и снижает механические свойства сплавов, но способствует повышению жидкотекучести и снижению горячеломкости, поэтому для улучшения литейных свойств в сплав ВАЛ 15 введён кремний в количестве 0,3-0,9%,что позволяет получать сложные по конфигурации отливки.

Железо образует в сплаве грубые иглообразные интерметаллические включения, которые резко снижают пластические и прочностные свойства сплавов.

Наличие 0,05-0,1% магния сильно снижает свариваемость сплавов и их пластичность.

Промышленные сплавы на основе Al-Cu-Mn характеризуются высокой прочностью, надёжностью и применяются в высоконагруженных силовых конструкциях. Эти сплавы имеют высокие значения прочности при нормальной и повышенной температурах (300-350ºС), пластичности, твёрдости, ударной вязкости, предела выносливости, хорошо сопротивляются динамическим и вибрационным нагрузкам. Сплавы хорошо обрабатываются резанием и хорошо свариваются. Сплавы 3-й группы обладают способностью к термообработке, поэтому для получения максимальной прочности отливки из сплавов 2-й группы подвергают закалке с 545ºС (выдержка 5…9 час) в горячей воде и старение при 175ºС в течение 3…5 час.

При конструировании отливок необходимо учитывать технологические особенности этих сплавов: обеспечить равномерную толщину стенок и плавные переходы в местах их соединения. В таблице 19 представлена характеристика литейных алюминиевых сплавов 3-й группы и область их применения.

Таблица 19

ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

3-й ГРУППЫ

Марка

сплава

Характеристика сплавов

Область применения

АМ5

(АЛ19)

Высокие механические свойства при обычной и повышенной температурах.

Пониженные литейные свойства, коррозионная стойкость, герметичность, повышенная линейная усадка, широкий интервал кристаллизации.

Литьё деталей, работающих в условиях повышенных статических и ударных нагрузок, а также для изготовления силовых деталей, работающих при нормальной и повышенной (до 300ºС) температурах.

АМ4,5Кд

(ВАЛ10)

Высокая прочность при обычной и повышенной температурах

Изготовление деталей, применяемых в авиации (детали управления, силовые кронштейны, топливные ёмкости и др.). Головки блоков цилиндров автомобильных двигателей.

В таблице 20 приведен химический состав и механические свойства алюминиевых сплавов 3-й группы.

Таблица 20. Химический состав и механические свойства алюминиево-медных сплавов 3-й группы

Сплав

Компоненты, %

Мех св-ва

Cu

Mn

Ti

Zr

Cd

Другие

σb,МПа

δ, %

АЛ7

4,0…5,0

-

-

-

-

-

240

4

АМ5

4,5…5,3

0,6…1,0

0,15…0,35

-

-

-

350

6

АМ4,5Кд

4,5…5,1

0,35…0,8

0,15…0,35

-

0,07…0,25

-

420

7

ВАЛ14

4,5…5,0

0,5…0,9

0,15…0,35

0,05…0,25

0,04…0,12

-

460

10

АЛ33

5,5…6,2

0,6…1,0

-

0,05…0,20

-

(0,8…1,2)Ni

(0,15…0,30)Ce

280

2

ВАЛ18

4,9…5,5

0,6…1,0

0,20…0,35

0,05…0,35

-

(0,6…1,0)Ni

300

2

Сплавы АЛ33 и ВАЛ 18 за счёт дополнительного легирования никелем и церием имеют наиболее высокую длительную прочность и являются наиболее жаропрочными алюминиевыми сплавами.