Аллюминиевые деформируемые сплавы

Эти сплавы после  закалки получают значительное упрочнение, но еще сохраняют достаточно высокую пластичность, благодаря чему поддаются хорошей деформации. Поэтому способом штамповки или выколотки из полуфабрикатов свежезакаленного состояния можно получать детали за одну операцию. 
 Необходимо учитывать, что деформирование, выполненное в процессе естественного старения, у многих сплавов вызывает снижение предела прочности на 2 кг/мм² по сравнению с пределом прочности, получаемым при старении сплавов после деформирования. Поэтому рекомендуется производить деформирование сплавов Д1 только в свежезакаленном состоянии в течение 2 час. после закалки, а сплавов Д6 и Д16 в течение 30 мин.

Технологические свойства металлов и их сплавов — это часть их общих физико-химических свойств. Знание этих свойств позволяет более обоснованно проектировать и изготовлять изделия с улучшенными для данного сплава качественными показателями. К технологическим свойствам деформированных алюминиевых сплавов относятся:

Пластичность  или деформируемость — способность металла (сплава) изменять форму при гибке, ковке, штамповке, прокатке и прессовании без нарушения целостности. Некоторые технологические пробы, используемые для исследования металлов на деформируемость, стандартизированы. Оценка качества металла при исследовании его деформируемости производится визуально по состоянию поверхности после испытания.

Жидкотекучесть  — это способность металла  заполнять литейную форму. Она зависит  от вязкости, поверхностного натяжения  и температуры заливки расплава. Чем выше жидкотекучесть расплава, тем легче заполнять сложную  литейную форму.

Свариваемость — способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения при их плавлении. Хорошая свариваемость характеризуется плотным швом в зоне сварки, без трещин и раковин.

Паяемость —  способность металлов и сплавов  образовывать неразъемные соединения с помощью промежуточного сплава - припоя (адгезива), температура плавления которого значительно ниже температуры соединяемых металлов. При пайке не происходит структурных изменений соединяемых металлов, так как они не нагреваются до высоких температур и не плавятся, как при сварке. Припои и соответствующие им флюсы выбирают в зависимости от металлов и сплавов, подлежащих пайке.

Упрочняемость — способность металлов и сплавов  улучшать свои свойства (прочность, износостойкость, твердость и др.) за счет термической, химико-термической, термомеханической, механической и других видов обработки.

Незакаливаемость  — способность металлов и сплавов  не изменять свои прочностные и пластические свойства после нагревания и резкого охлаждения, что имеет большое значение при сварочных процессах.

При испытании  на незакаливаемость металл нагревают до 750 °С,

затем резко  охлаждают в поде, после чего проверяют  его на изгиб.

Обрабатываемость  резанием — свойство металла или  сплава обрабатываться резцом или абразивом. При хорошей обрабатываемости получается малая шероховатость поверхности (чистота), обеспечивается точность размеров готовой детали. Хорошо обрабатываемые металлы обладают невысоким сопротивлением резанию, не затрудняют процесс стружкообразования, не снижают стойкость инструмента.

 

4 Технология производства деформируемых алюминиевых сплавов.

Получают алюминий из горных пород с высоким содержанием  глинозема: бокситов, нефелинов, алунитов и коалинов. Основным видом сырья для получения алюминия являются бокситы. Они содержат около 50—60% глинозема, 1—15 кремнезема, 2—25 окиси железа, 2—4 окиси титана, 10—30% воды.

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух стадий: получения глинозема (А1з0з) из руды и производства алюминия из глинозема. В зависимости от состава и свойств исходного сырья применяют различные способы получения глинозема: химико-термические, кислотные и щелочные.

Широкое распространение  получили щелочные способы. Этим способом перерабатываются бокситы с низким содержанием кремнезема (2—3%). Боксит при этом сушат, дробят, размалывают в шаровых мельницах и обрабатывают концентрированной щелочью для перевода гидрата окиси алюминия, в алюминат натрия: 2А1(ОН)з+2NаОН=NааО₂ • Аl₂Oз+4Н₂0.

Алюминат натрия (Nа₂О • Аl₂Оз) переходит в водный раствор, а другие примеси, не растворимые в щелочах, выпадают в осадок и отфильтровываются. Одна часть кремнезема также переходит в осадок, а другая растворяется в щелочи и загрязняет водный раствор, В связи с этим для очищения раствора требуется повышенный расход едкого натра.

Отфильтрованный водный раствор алюмината натрия поступает в специальные аппараты— самоиспарители, где происходит гидролиз алюмината натрия и выделение гидроокиси алюминия: Nа₂O=Аl₂Oз+4Н₂O=2NаОН+2Аl(ОН)з.

Полученная  гидроокись алюминия направляется на фильтрование, а затем промывается и поступает в печи, где при температуре 1200° прокаливается.

В процессе прокаливания получают чистый глинозем:

2А1(ОН)з 4 Аl₂Oз+ЗН₂О.

Выход глинозема из руды при этом способе составляет около 87%. На производство 1 т глинозема расходуется 2,0—2,5 т боксита. 70—90 кг NаОН, около 120 кг извести, 7—9 т пара; 160—180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт•ч электроэнергии.

Глинозем (А₂О₃) представляет собой прочное химическое соединение, температура его плавления 2050, кипения — 2980°С. В этих условиях восстановление алюминия углеродом или его окисью весьма затруднительно, так как этот процесс заканчивается образованием карбида алюминия (Al₃С₄).

Не представляется возможным получить алюминий с помощью электролиза водного раствора солей, так как в этом случае на катоде выделяется только водород. Поэтому алюминий получают электролизом из глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Процесс происходит в специальных электролизных ваннах. На дне ванны (катоде) собирается жидкий алюминий, который периодически откачивается с помощью вакуумного ковша, соединенного с вакуумным насосом, gо мере необходимости электрод обновляется. Суточная производительность ванны составляет около 350 кг алюминия. Длительность непрерывной работы ванны—2—3 года. Для производства одной тонны алюминия расходуется около - 2 т глинозема, 0,7 т анодной массы, 0,1 т криолита и других фторидов и 16—18 тыс. кВт•ч электроэнергии. В структуре себестоимости 1 т алюминия затраты на электроэнергию составляют более 30%, около 50% приходится на сырье и основные материалы. В этих условиях рациональное и экономное использование сырья и электроэнергии является одним из путей снижения себестоимости алюминия.

 

Рис.1 - Блок-схема изготовления деформируемых алюминиевых сплавов

1 – сушка, дробление,  размалывание в шаровых мельницах  и обработка концентрированной  щелочью; 2 – фильтровка; 3 – гидролиз в специальных аппаратах – самоиспарителях; 4 – фильтрование, промывка, прокаливание; 5 – электролиз в специальных электролизных ваннах; 6 – легирование медью, магнием, марганцем, цинком, кремнием, железом, никелем и другими элементами.

 

5  НТД на алюминиевые сплавы, нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями стандартов

ГОСТ на деформируемые  алюминиевые сплавы.

ГОСТ 21488-97 «Прутки  прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия»

ГОСТ 9.510 «Полуфабрикаты из алюминия и алюминиевых сплавов. Общие требования к временной противокоррозионной защите, упаковке, транспортировке и хранению»

Использован ГОСТ 21488-97 «Прутки  прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия»

5.1 Технические требования

5.1.1 Характеристики базового исполнения

5.1.1.1 Прутки изготовляют нз алюминия марок АД0, АД1, АД и алюминиевых сплавов марок АМц, АМцС, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, 1915, 1925 с химическим составом по ГОСТ 4784, алюминиевых сплавов марок ВД1, В95-2, АКМ с химическим составом по ГОСТ 1131.

По согласованию изготовителя с потребителем допускается  изготовлять прутки из алюминия других марок высокой и технической  чистоты по ГОСТ 11069.

5.1.1.2 Прутки изготовляют нормальной точности.

Диаметры круглых, квадратных и шестигранных прутков  нормальной точности изготовления, предельные отклонения и теоретическая масса 1 м прутка должны соответствовать  значениям, приведенным в таблицах I,2 и 4.

Радиусы округлений кромок квадратных и шестигранных прутков должны соответствовать значениям, приведенным в таблицах 3 и 5.

5.1.1.3 Прутки изготовляют немерной длины:

от 1,0 до 6,0 м  — для диаметров до 80 мм;

ст 1,0 до 5,0 м  — для диаметров свыше 80 мм до 110 мм;

от 0,5 до 4,0 м — для диаметров свыше 110 мм.

В партии прутков  немерной длины допускаются укороченные  прутки в количестве не более 10 % от массы партии, длиной не менее 0,5 м  — для прутков диаметром до 110 мм.

5.1.1.3.1 Прутки круглые диаметром до 15 мм включительно в состоянии без термической обработки или в мягком (отожженном) изготовляют в бухтах немерной длины.

5.1.1.4 Прутки должны быть выправлены.

Кривизна прутков  нормальной и повышенной точности изготовления на 1 м длины во всех состояниях материала, за исключением мягкого (отожженного), не должна превышать:

для прутков  диаметром до 100 мм — 3 мм;

для прутков  диаметром свыше 100 мм до 120 мм — 6 мм;

для прутков  диаметром свыше 120 мм до 150 мм — 9 мм;

для прутков  диаметром свыше 150 мм до 200 мм - 12 мм;

для прутков диаметром свыше 200 мм до 300 мм — 15 мм;

для прутков  диаметром свыше 300 мм до 400 мм — 20 мм;

Примечания:

1 Для прутков с номинальным диаметром не более 15 мм допускается кривизна, устраняемая до нормированной величины 3 мм, путем приложения усилий не более 50 Н (5 кгс) на пруток, установленный на плоской плите.

2 Кривизна мягких (отожженных) прутков и прутков  без термической обработки из алюминия всех марок, алюминиевых сплавов марок АМц, АМцС и АД31, а также прутков в бухтах не нормируется.

3 Общая допустимая кривизна не должна превышать произведения местной кривизны на 1 м на длину прутка в метрах.

5.1.1.5 Прутки изготовляют нормальной прочности.

5.1.1.6 По состоянию материала прутки изготовляют:

без термической  обработки — на алюминия марок  АД0, АД1, АД и алюминиевых сплавов марок АМц, АМцС, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, 1915, 1925, ВД1, В95-2, АКМ.

мягкие (отожженные) — из алюминиевых сплавов марок АМг3, АМг5, АМг6, 1915, 1925, АКМ;

закаленные и естественно состаренные — из алюминиевых сплавов марок АД31, АД33, АД35, АВ, Д1, Д16, 1915, 1925, ВД1, АКМ;

закаленные  и искусственно состаренные —  из алюминиевых сплавов марок АД31, АД33, АД35, АВ, АК4, АК4-1, АК6, АК8, В95, В95-2.

5.1.1.7 Механические свойства прутков нормальной прочности при растяжении должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 7.

Таблица 1 - Механические свойства прутков, прессованных из алюминия и алюминиевых сплавов

Марка сплава	Состояние материала прутков при изготовлении	Состояние материала образцов при испытании		Диметр прутка, мм		Временное сопроти вление ст„, МПа	Предел текучести Со 2* МПа'		Относительное удлинение б,%
						не менее
1	2	3		4		5	6	7
АД0 АД1 АД	Без термической обработки	Без термической обработки		От 8 до 300 включ,		60 (6)	-	25
АМц АМцС	Без термической обработки	Без термической обработки		От 8 до 350 включ.		100 (10)	-	20
АМг2	Без термической обработки	Без термической обработки		От 8 до 300 включ.		175 (18)	-	13
АМг3	Без термической обработки	Без термической обработки		От 8 до 300 включ.		175 (18)	80 (8)	13
	Отожженное	Отожженные		От 8 до 300 включ.		175 (18)	80 (8)	13
АМг5	Без термической обработки	Вез термической обработки		От 8 до 300 включ.		265 (27)	120 (12)	15
				Св. 300 до 400 включ.		245 (25)	110 (11)	10
	Отожженное	Отожженные		От 8 до 300 включ.		266 (27)	120 (12)	15
АМг6	Без термической обработки	Без термической обработки		От 8 до 300 включ.		315 (32)	166 (17)	16
				Св. 300 до 400 включ,		285 (29)	120 (12)	15
	Отожженное	Отожженные		От 8 до 300 включ.		315 (32)	155 (16)	15
АД31	Без термической обработки		Закаленные и естественно  состаренные	От 8 до 300 включи	135 (14)		70 (7)	13
			Закаленные н искус- ственно состаренные	От 8 до 300 включ.	90 (9)		60 (6)	15
	Закаленное и естест- венно состаренное		Закаленные и есте- ственно состаренные	От 8 до 100 включ.	135 (14)		70 (7)	13
	Закаленное и искус- ственно состаренное		Закаленные и искус- ственно состаренные	От 8 до 100 включ.	195 (20)		145 (15)	8
АД33	Без термической обработки		Закаленные и естественно  состаренные	От 8 до 300 включ.	175 (18)		110 (11)	15
	Закаленное и естественно  состаренное		Закаленные и естественно состаренные	От 8 до 100 включ.	175 (18)		110 (11)	15
	Закаленное и искусственно состаренное		Закаленные и искусственно состаренные	От 8 до 100 включ.	265 (27)		225 (23)	10
АД35	Без термической обработки		Закаленные и естественно состаренные	От 8 до 300 включ.	195 (20)		110 (11)	12
	Закаленное и естественно  состаренное		Закаленные и естественно  состаренные	От 8 до 100 включ.	195 (20)		110 (11)	12
	Закаленное и искусственно состаренное		Закаленные и искусственно состаренные	От 8 до 100 включ.	315 (32)		245 (25)	8
АВ	Без термической обработки		Закаленные и естественно  состаренные	От 8 до 300 включ.	175 (18)		100 (10)	14
	Закаленные и естественно  состаренные		Закаленные и искусственно состаренные	От 8 до 100 включ.	295 (30)		225 (23)	12
	Закаленное и естественно состаренное		Закаленные и естественно  состаренные	От 8 до 100 включ.	175 (18)		100 (10)	14