- •Лабораторная работа № 1 Классификация, маркировка и применение конструкционных материалов
- •1.0. Цель и задачи работы
- •2.0. Указания к самостоятельной работе
- •3.0. Классификация материалов
- •4.0. Способы маркировки металлических материалов
- •5.0. Углеродистые стали
- •5.1. Конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества общего назначения
- •5.2. Качественные конструкционные углеродистые стали для деталей машин
- •5.3. Инструментальные углеродистые стали
- •6.0. Маркировка легированных сталей
- •7.0. Особые способы маркировки сталей
- •7.1. Маркировка сталей для отливок
- •7.2. Маркировка автоматных сталей
- •7.3. Стали для подшипников
- •7.4. Маркировка быстрорежущих сталей
- •7.5. Маркировка строительных сталей
- •7.6. Магнитные стали
- •7.7. Стали специальных способов выплавки
- •7.8. Нестандартные легированные стали
- •8.0. Чугуны
- •9.0. Порошковые материалы
- •10.0. Медь и сплавы на основе меди
- •10.1. Латуни
- •10.2. Бронзы
- •11.0. Алюминий и сплавы на основе алюминия
- •12.0. Магний и сплавы на основе магния
- •13.0. Титан и сплавы на основе титана
- •14.0. Содержание отчета
- •15.0. Контрольные вопросы
11.0. Алюминий и сплавы на основе алюминия
Алюминий относится к легким металлам, он почти в 3 раза легче железа. Низкая плотность, невысокая стоимость, большой объем производства (второе место после железа) обусловили широкое применение его в авиационной промышленности. Высокая электропроводность (65% от меди) позволяет применять алюминий для электротехнических целей как проводниковый металл. Провод из алюминия равной электропроводности легче, чем из меди.
Алюминий – химически активный металл, но пленка окиси на поверхности алюминия надежно защищает металл от дальнейшей коррозии. Азотная и органические кислоты не действуют на алюминий. Отсюда широкое применение алюминия в химической промышленности и в быту для хранения и транспортировки продуктов питания.
Высокая пластичность позволяет изготавливать из алюминия различной формы изделия и профили, вплоть до тончайшей фольги, порошка, пудры.
Качество алюминия определяется степенью чистоты и по этому признаку он подразделяется на три группы по ГОСТ 11069-74:
Алюминий особой чистоты марки:
А999 содержит 99, 999% АI и 0,001% примесей
Алюминий высокой чистоты марок:
А995
содержит
99,995% Аlи 0,005%
примесей
А99
»
99,99% Аlи 0,01%
»
А97
»
99,97% Аlи 0,03%
»
А95
»
99,95% Аlи 0,05%
»
Алюминий технической чистоты марок: А85, А8, А7, А6, А5, А0 содержит от 0,15 до 1,0% примесей.
Применять чистый алюминий в качестве конструкционного материала в промышленности нецелесообразно, так как он имеет низкие прочностные свойства: в60 МПа, 0,220 МПа. Существенно повысить свойства можно путем сплавления алюминия с кремнием, магнием, марганцем, медью, цинком, причем последние два элемента позволяют упрочнять сплавы закалкой до в700 МПа.
Технические алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые, при этом и те и другие могут использоваться без термического упрочнения или с применением закалки.
1. Сплавы деформируемые не упрочняемые термической обработкой легированы марганцем и магнием: АМц1 (1% Мn), АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6, содержат магния от 1 до 6%, остальное алюминий.
2. Сплавы деформируемые упрочняемые термической обработкой обозначаются буквой Д (дюралюминий) или В (высокопрочный) и условным порядковым номером.
Таблица 11.1. Состав и свойства деформируемых алюминиевых, упрочняемых термообработкой сплавов (ГОСТ 4784-74)
Марка сплава |
Состав сплава, % |
Механические свойства | ||||||
Сu |
Мg |
Мn |
Zn |
Zr |
В, МПа |
0,2, МПа |
, % | |
Д1 |
3,8-4,8 |
0,4-0,8 |
0,4-0,8 |
0,3 |
- |
410-490 |
240-320 |
14-20 |
Д16 |
3,8-4,9 |
1,2-1,8 |
0,3-0,9 |
0,3 |
- |
440-540 |
330-400 |
11-18 |
Д18 |
2,2-3,0 |
0,2-0,5 |
0,2 |
0,1 |
- |
- |
- |
- |
В95 |
1,4-2,0 |
1,8-2,8 |
0,2-0,6 |
5,0-7,0 |
- |
500-600 |
450-550 |
8-12 |
В96 |
2,0-2,6 |
2,3-3,0 |
0,2-0,6 |
8,0-9,0 |
0,1-0,2 |
700 |
650 |
7 |
3. Алюминиевые сплавы для поковок и штамповок должны иметь кроме высоких механических свойств хорошую пластичность в горячем состоянии. В таких случаях применяют сплавы по составу близкие к дюралюминию. Обозначаются эти сплавы буквами АК и условным порядковым номером.
Более низкие свойства сплавов типа АК по сравнению с дюралюминием объясняются более грубой структурой этих сплавов. Из дюралей изготавливают более тонкие профили с большей степенью деформации; структура их более однородна, мелкозерниста, имеет более высокую прочность и пластичность. Полуфабрикаты из сплавов АК испытывают меньшую степень деформации. Улучшают структурное состояние и упрочняют сплавы АК модифицированием и применением различных видов термообработки. Модифицированные сплавы имеют индекс М после номера сплава, а вид термообработки указывается цифрой от 1 до 8 после буквы М: АК4М4, АК6М7, АК8М3, АК7М2.
Таблица 11.2. Состав и свойства сплавов АК (ГОСТ 4784-74)
Марка сплава |
Состав сплава, % |
Механические свойства | |||||
Сu |
Мg |
Мn |
Si |
Fe |
В, МПа |
,% | |
АК1 |
3,8-4,8 |
0,4-0,8 |
0,4-0,8 |
до 0,7 |
до 0,7 |
380 |
10 |
АК4 |
1,9-2,5 |
1,4-1,8 |
0,15-0,35 |
0,5-1,2 |
1,1-1,6 |
- |
- |
АК6 |
1,8-2,6 |
0,4-0,8 |
0,4-0,8 |
0,7-1,2 |
до 0,06 |
360 |
7 |
АК8 |
3,9-4,8 |
0,4-1,0 |
0,4-1,0 |
0,6-1,2 |
до 1,0 |
460 |
10 |
Сплав АК4 содержит 1,0-1,5% Ni |
4. Для фасонного литья разработаны 3 вида литейных алюминиевых сплавов. Самыми распространенными являются силумины – сплавы алюминия с кремнием. Нормальный силумин содержит 10-13% Si, другие силумины содержат пониженное (8-10%) и низкое (4-6%) количества кремния. Вторая группа литейных сплавов близка по составу к дюралям и содержит в своем составе Сu-Мg-Мn. Последние сплавы называются магналии, т.к. содержат 9,5-11,5% магния.
Литейные сплавы для отливок обозначаются буквами АЛ и цифрой: А – алюминиевый сплав, Л – литейный, цифра – порядковый номер в ГОСТе: АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ8, АЛ11, АЛ12.
Механические свойства этих сплавов меняются в широких пределах, т.к. зависят от способа литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением. Кроме того, отливки могут подвергаться различным видам термообработки.
Помимо вышеперечисленных сплавов для фасонных отливок выплавляются сплавы, которые отливаются в чушках. Сплавы в чушках используют в качестве шихты при выплавке других сплавов. Обозначаются сплавы в чушках по ГОСТ 1583-89с использованием буквенно-цифровой схемы, аналогичной для сталей. При этом вводимые в алюминий элементы обозначаются следующим образом: К – кремний, М – медь, Мг – магний, Ц – цинк.
Таблица 11.3. Марки и состав алюминиевых сплавов в чушках
Группа сплава |
Марка сплава |
Массовая доля основных компонентов, % | ||||
Магний |
Кремний |
Марганец |
Медь |
Цинк | ||
Iсистема Аl-Si |
АК12 АК9 АК7 |
- 0,25-0,45 0,20-0,55 |
10-13 8-11 6,0-8,0 |
- 0,2-05 0,2-0,6 |
- - - |
- - - |
IIсистема Аl-Si-Cu |
АК5М АК5М7 АК8М3 |
0,4-0,65 0,3-0,6 - |
4,5-5,5 4,5-6,5 7,5-10 |
- - - |
1,0-1,5 6,0-8,0 2,0-4,5 |
- - - |
IIIсистема Аl-Сu |
АМ5 АМ4 |
- - |
- - |
0,6-1,0 0,35-0,8 |
4,5-5,3 4,5-5,1 |
- - |
IV система Аl-Мg |
АМг7 АМг11 АМг5К |
6,0-8,0 10,5-13,0 4,5-5,5 |
0,5-1,0 0,8-1,2 0,8-1,3 |
0,25-0,6 - 0,1-0,4 |
- - - |
- - - |
Vсистема Аl– прочие компоненты |
АК7Ц9 АК9Ц6 АЦ4Мг |
0,15-0,35 0,35-0,55 1,55-2,05 |
6,0-8,0 8-10 - |
- 0,3-1,5 0,2-0,5 |
- 0,1-0,6
|
7,0-12,0 5,0-7,0 3,5-4,5 |