Алюминий - (реферат)
p>К группе деформируемых упрочняемых сплавов сплавов относят также бо лее высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы системы Al-Cu-Mg-Zn, назва ние марок которых начинаются буквой В (высокопрочные)-это сплавы марок В93, В94, В95.Характерной особенностью осноного химического состава сплавов В93, В94 и В95 является то, что при сравнительно небольшом содержании меди (0. 8-2. 4 %) и магния (1. 2-2. 8 %) в них вводят большое количество цинка (5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному повышению твердости.
Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобре ли сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.
Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную раствори мость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эф фект упрочнения при их термообработке невелик. Обьясняется это следу щим образом.
В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1, 9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последу ющий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает обра зование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.
В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1, 4% упрочнения быть не мо жет, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последущим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы-химического соединения Mg Al . Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметного эффекта упрочнения.
Несмотря на сказанное, введение и марганца, и магния в алюминий по лезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содер жании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.
Значительное повышение прочности сплавов алюминия с марганцем и ма гнием может быть достигнуто путем их пластической деформации. Накле панные (нагартованные) изделия из этих сплавов обладают существенно более высокой прочностью, чем в отожженном состоянии. В сплаве АМц, например, при поклепе временное сопротивление повышается с 13 до 22 кГ/мм .
Название марок сплавов системы Al-Mn обозначают буквами АМц, а сис темы Al-Mg буквами АМг, далее в обоих случаях следует цифра, указыва ющая номер сплава.
Для получения литейных сплавов в алюминий вводят такие легирующие элементы и в таком количестве, чтобы обеспечить получение в их струк туре эвтектики. Эвтектика легкоплавка и кристаллизуется при постоянной температуре, что создает хорошую жидкотекучесть, т. е. способность сплава в жидком состоянии хорошо заполнять литейную форму.
Применяемые в настоящее время литейные алюминиевые сплавы, делят на пять групп в зависимости от того, какой основной легирующий элемент введен в них. К группе 1 относят сплавы, легированные магнием, к груп пе 2-кремнием, 3-медью, 4-одновременно кремнием и медью, к группе 5 относят сплавы, легируемые другими элементами, включающие в свой сос тав иногда до пяти легирующих компонентов одновременно.
Марки литейных сплавов независимо от их принадлежности к той или иной группе обозначают буквами АЛ (алюминиевый литейный) и номером. Наиболее характерные составы литейных алюминиевых сплавов всех пяти групп приведены в таблице. Там же указаны и другие марки сплавов, от носящихся к каждой из этих групп.
____________________________________________________________________ |Груп-| | Основной химический состав, % | Перечень | | па |Сплавы|____________________________________________| марок | |спла-| | Mg | Si | Cu | Zn | Ni |входящих в| |вов | | | | | | | группу | |_____|______|________|________|________|________|________|__________| | 1 | АЛ8 |9, 5-11, 5| - | - | - | - | АЛ13, | | | | | | | | | АЛ22, | | | | | | | | | АЛ23, | | | | | | | | | АЛ27, | | | | | | | | | АЛ28, | | | | | | | | | АЛ29, | | | | | | | | | | | 2 | АЛ2 | - | 10-13 | - | - | | АЛ4, АЛ9 | | | | | | | | | | | 3 | АЛ7 | - | - | 4-5 | - | - | АЛ19 | | | | | | | | | | | 4 | АЛ3 |0, 35-0, 6|4, 5-5, 5 |1, 5-3, 0 | - | - | АЛ5, АЛ6, | | | | | | | | | АЛ10, | | | | | | | | | АЛ14, | | | | | | | | | АЛ15 | | | | | | | | | | | 5 | АЛ1 |1, 2-1, 75| - |3, 75-4, 5| - |1, 75-2, 3| АЛ16, | | | | | | | | | АЛ17, | | | | | | | | | АЛ18, | | | АЛ11 | 0, 1-0, 3|6, 0-8, 0 | - | 7-12 | - | АЛ20, | | | | | | | | | АЛ21, | | | | | | | | | АЛ24, | | | АЛ26 | 0, 4-0, 7| 20-22 | 1, 5-2, 5| - | 1, 0-2, 0| АЛ25, | |_____|______|________|________|________|________|________|__________|
Сплав алюминия с высоким содержанием магния (марка АЛ8) обладает на иболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами среди ли тейных сплавов, но его литейные свойства существенно хуже, чем у дру гих. Отливка изделий из него сопряжена с определенными технологически ми трудностями.
Литейные сплавы с высоким содержанием кремнием часто называют силу минами, т. е. так же, как и сырьевые двойные сплавы алюминия с кремни ем. Нормальный силумин АЛ2, содержащий 10-13% Si, является сплавом с прекрасными литейными свойствами, но он недостаточно прочен и не мо жет упрочняться путем термической обработки, так как кремний почти не растворим в алюминии. В его структуре на фоне грубой эвтектики нахо дятся крупные весьма твердые включения первичного кремния, что делает сплав малопластичным. Во избежания этого структуру измельчают путем модифицирования-введением перед отливкой незначительных количеств, на пример натрия. Такой сплав называют модифицированным силумином. Для повышения прочности силумина содержание кремния в нем снижают до 4, 5-5, 5%, но дополнительно вводят легирующие добавки меди, марганца и магния, например марка АЛЗ. Это делает его и более прочным и упрочня емым при закалке и старении.
Силумин марки АЛ11, содержащий большое количество цинка, обладает особенно высокой жидкотекучестью; его применяют для получения отливок очень сложной конфигурации.
Легирование заметно улучшает свойства алюминия. Так только временное сопротивление алюминия разрыву повышается с 10 до 22 кГ мм в дюралю минии марки Д16. В состоянии же максимального упрочнения прочность не которых сплавов повышается до 58 кГ мм .
Высокий уровень механических свойств в сочетании с низкой удельной плотностью обеспечивает очень широкое применение алюминиевых сплавов в самых разнообразных отраслях, особенно в самолетостроении, авиамото ростроении, транспортном машиностроении и др. , где от снижения массы конструкции увеличивается ее полезная мощность.
Алюминиевая промышленность относительно новая, самая крупная и быс трее всех растущая среди основных подотраслей цветной металлургии, а вместе с тем и наиболее монополизированная. В конце 70-х годов почти половина всего производства первичного алюминия в несоциалистических сранах была сосредоточена на заводах трех американских ("Алкоа", "Рей нолдз металз" и "Кайзер алюминиум") и одной канадской ("Алкан") моно полий, тесно связанной с американским капиталом. Они не только господ ствуют в алюминиевой промышленности США и Канады, но и захватили важ ные позиции в ряде европейских государств (особенно сильны они в Нор вегии), в Японии и Австралии, в бокситодобывающих странах Центральной Америки и Африки. Предприятия широкоизвестных монополий французкой "Пешине С. А. ", швейцарской "Алюсюис", западногерманской "Ферайнигте Алюминиумверке А. Г. " и трех японских дают более 1 5 производства алю миния в развитых капиталистических странах.
В 1950 г. алюминиевые заводы имелись в 12 промышленно развитых капи талистических странах и лишь в одной развивающейся, причем 99% выплав ки было сконцетрировано в шести главных капиталистических странах и четырех, где основную роль в электроэнергетики играли ГЭС-в Канаде, Норвегии, Австрии и Швейцарии. К 1977 г. доля последних четырех госу дарств в мировом капиталистическом производстве упала более чем вдвое (до 8. 9%), а число стран, производящих алюминий, превысило 30; среди них одиннадцать развивающихся: Гана, Индия, Бразилия, Бахрейн (c про изводством свыше 100 тыс. т год), Аргентина, Суринам, Камерун (свыше 50 тыс. т), Венесуэла, Мексика, Иран, Южная Корея. Алюминиевой про мышленностью обзавелись Австралия, Новая Зеландия, ЮАР и Исландия. Она теперь есть в преобладающем большинстве западноевропейских госу дарств. Однако все вместе взятые, появившиеся после 1950 г. , 19 новых производителей алюминия дают его меньше, чем одна Япония, опередившая по масштабам производства Канаду. Из европейских государств бедная гидроресурсами ФРГ опередила не только Францию и Италию, но и Норве гию, а Нидерланды производят теперь больше алюминия, чем альпийские Швейцария и Австрия вместе взятые. Эти изменения-отчасти результат снижения удельной элекроемкости алюминиевого производства (с 22-25 тыс. кВт ч на 1 кг до 11-12 тыс. на новейших предприятиях подотрасли), а главным образом-изменившейся ситуации в электроэнергетике большин ства государств: резкого падения доли ГЭС в электробалансе и переводе их в этой связи на работу преимущественно в пиковом и полупиковом ре жиме; кроме того, благодаря техническому прогрессу, удешевилась выра ботка элекроэнергии на ТЭС, особенно работающих на дешевом топливе. В большинстве экономически развитых стран новые алюминиевые заводы лока лизуют в расчете на собственные топливные базы (например, в Руре) или на привозное топливо (близ Гамбурга, в портах Японии); в Великобрита нии построен даже завод в расчете на получение электроэнергии от АЭС (на о-ве Энглси).
Большинство развитых капиталистических государств, в том числе все шесть главных держав, хотя и покрывают основную часть внутреннего спроса на алюминий собственным производством, являются все же его нет то-импортерами. Важнейшими нетто-экспортерами остались Канада и Норве гия. К числу "новых" экспортеров алюминия относятся-Гана, Камерун, Су ринам, с недавних пор Новая Зеландия, Исландия и вовсе не богатые ги дроэнергоресурсами Нидерланды, Греция, и Бахрейн и некоторые другие страны Ближнего Востока.
