- •Производство отливок из сплавов цветных металлов (конспект лекций) оглавление
- •6.1.Цинк и цинковые сплавы…………………………………………………… ...73
- •6.2. Олово и оловянные сплавы……………………………………………………..75
- •6.3. Свинец и свинцовые сплавы…………………………………………………....78
- •(Лекция №1) Общие сведения о цветных металлах.
- •1.1. Цель дисциплины.
- •1.2. Основные задачи дисциплины.
- •1.3. Практические умения и навыки
- •1.Введение
- •Глава 1.
- •Глава 2
- •Общие сведения о цветных металлах. Классификация цветных металлов
- •Легкоплавкие металлы
- •Тугоплавкие металлы
- •Рассеянные металлы
- •Глава 3. Сплавы цветных металлов Литература к главе 3.
- •1. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •2. Машиностроение. Энциклопедия. Том 11-3.Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Москва «Машиностроение» 2001.
- •3.2. Классификация сплавов цветных металлов
- •Глава 4 алюминий и алюминиевые сплавы Литература к главе 4.
- •1. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •2. Машиностроение. Энциклопедия. Том 11-3.Цветные металлы и сплавы. Композиционные металлические материалы. Москва «Машиностроение» 2001.
- •4.1.Алюминий, общая характеристика и взаимодействие с другими элементами
- •Влияние основных легирующих элементов
- •4.2. Алюминиевые литейные сплавы
- •4.2.1.Общая характеристика, классификация, назначение.
- •Технологические особенности литейных алюминиевых сплавов 1 группы и области их применения
- •4.2.3.Сплавы 2 группы (медистые силумины)
- •Химический состав алюминиевых сплавов 2-й группы.
- •4.2.4. Алюминиевые сплавы 3-й группы
- •4.2.5. Алюминиевые сплавы 4-й группы. Алюминиево-магниевые сплавы (литейные магналии)
- •Химический состав алюминиевомагниевых сплавов (гост 1583-93)
- •Гарантируемые механические свойства сплавов системы Al-Mg
- •Сплавы 5-й группы сложнолегированные, высокопрочные и жаропрочные самозакаливающиеся алюминиевые сплавы
- •Глава 5 медь и медные сплавы
- •5.1. Медь. Общие сведения.
- •5.2. Медные сплавы
- •Марганцевые бронзы
- •Бериллиевая бронза
- •Вредные примеси латуни
- •Примерное назначение некоторых марок латуней приведено в таблице 5.9
- •Медноникелевые литейные сплавы
- •Глава 6. Легкоплавкие сплавы
- •6.1. Цинк и цинковые сплавы
- •Физико-химические и механические свойства цинка
- •Сплавы на основе цинка
- •Цинковые сплавы для литья под давлением
- •Влияние основных легирующих элементов на свойства цинка
- •Рекомендации по применению цинковых сплавов (гост 25140-93)
- •Олово и оловянные сплавы
- •6.3. Свинец и свинцовые сплавы.
- •Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов.
- •Глава 7. Магний и магниевые сплавы
- •7.5. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •Общие сведения.
- •Вредные примеси магния
- •Применение магния в технике.
- •Взаимодействие магния с легирующими элементами и примесями
- •Магниевые сплавы.
- •Особенности литейных магниевых сплавов и области их применения
- •Магниевых сплавов
- •Глава 9. Никель и никелевые сплавы
- •5. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •Применение никеля
- •Взаимодействие никеля с легирующими элементами
- •Никелевые литейные сплавы
- •2. Коррозионностойкие сплавы.
- •Химический состав литейных никелевых сплавов /1,10/
- •3. Жаростойкие сплавы
- •Жаропрочные сплавы
- •Физико-механические и технологические свойства медноникелевых литейных сплавов.
- •Никелевые суперсплавы.
- •Глава 10. Тугоплавкие металлы и сплавы тугоплавких металлов
- •10.5. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •Общая характеристика и классификация отливок
- •11.1.Технические требования к отливкам
- •11.2. Классификация отливок
- •Глава 11. Технологические возможности различных способов производства отливок из сплавов цветных металлов
- •Глава 12. Теоретические основы плавки сплавов цетных металлов
- •12.1. Общие положения
- •12.2.Основные понятия и определения
- •12.3. Основные физико-химические свойства цветных металлов и сплавов
- •12.3.1.Температура плавления металлов и сплавов.
- •12.3.3.Поверхностная энергия
- •12.3.4. Вязкость жидких металлов
- •12.3.5. Диффузия
- •Размерность коэффициента d, см²/с
- •12.3.6. Конвекция.
- •12.3.7. Давление пара металлов и сплавов
- •Объёмная усадка некоторых цветных сплавов
- •Линейная усадка некоторых медных сплавов
- •Тепловые и электрические свойства металлов и сплавов
- •12.4. О строении металлических расплавов
- •12.5. Взаимодействие металлов с газами и материалами футеровки.
- •Взаимосвязь характера затвердевания с интервалом кристаллизации и скоростью затвердевания
- •Глава 13. Технологические основы плавки сплавов цветных металлов
- •6. Воздвиженский в.М., Грачёв в.А., Спасский в.В. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1984.432 с.
- •13.1. Основные задачи разработки технологии плавки.
- •13.2.3. Лигатуры
- •13.2.4. Возврат собственного производства
- •13.3. Подготовка шихтовых материалов к плавке
- •Глава 14. Печи для плавки сплавов цветных металлов
- •Лекция 21 Особенности плавки и получения отливок из сплавов тугоплавких металлов
- •Особенности плавки тугоплавких металлов
- •Особенности получения фасонных отливок из сплавов тугоплавких металлов
- •Глава 22. Производство слитков из сплавов цветных металлов
- •Технологические и организационные методы управления качеством отливок
- •Дефекты отливок из сплавов цветных металлов, причины их образования и меры по их предотвращению
- •Распределение дефектов по нарушениям технологических операций
- •4. Методы выявления дефектов в отливках
- •4.1. Объём и методы контроля
- •4.1.2. Область применения неразрушающих методов контроля.
- •4.2. Исправление дефектов отливок
- •4.2.1. Заварка отливок
- •Литература по теме «производство отливок из сплавов цветных металлов» Основная литература
- •Дополнительная литература
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.