Сплавы на основе системы алюминий - медь, Сплавы системы алюминий - кремний - медь - Исследование горячеломкости литейных сплавов на основе систем Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu

Для анализа структурообразования в литейных сплавах Al - Cu используется участок диаграммы состояния от Al до первого химического соединения (CuAl2) (рисунок 10).Отметим ряд особенности диаграммы состояния:

    1. Значительная предельная растворимость в твердом состоянии (CP = 5.65% Cu) и ее быстрое уменьшение с понижением температуры определяют возможность упрочняющей термической обработки сплавов (закалка + старение). Упрочняющей фазой являются дисперсные вторичные выделения CuAl2. Часть меди сохраняется в твердом растворе и дополнительно упрочняет сплав по растворному типу. Повышенная прочность и жаропрочность - основные достоинства сплавов Al - Cu. 2. Эвтектическая точка сдвинута к интерметаллиду (CЭ = 33%), поэтому эвтектика более чем на половину (по объему) состоит из хрупкого и твердого соединения CuAl2. В результате сплавы эвтектического состава (с наилучшими литейными свойствами) совершенно не пригодны к использованию из-за высокой хрупкости. Кроме того, значительное содержание меди приводит к заметному увеличению плотности: от 2.7 для чистого Al до 3.3 г/см3 Для сплава с 10% Cu. Указанные обстоятельства ограничивают концентрацию добавок меди в литейных сплавах с нижней стороны 1.0 - 1.5% (для обеспечения достаточного растворного упрочнения), с верхней стороны 6 - 8% (во избежание излишней хрупкости из-за образования CuAl2). 3. Невысокая температура плавления эвтектики (tЭ = 548 °С) в сочетании с большим значением СР Приводит к образованию в промышленных сплавах широкого интервала кристаллизации (? tКр ? 100 ?C).

Такие сплавы отличаются пониженной жидкотекучестью, склонностью к пористости и образованию горячих трещин, в них сильно развита ликвация; неравновесная эвтектика проявляется уже при 1.5 - 2.5% Cu. Таким образом, на примере сплавов Al - Cu мы встречаемся с характерной ситуацией, когда для получения требуемого комплекса механических свойств приходится пожертвовать литейными технологическими свойствами.

Рис. 10 Часть диаграммы состояния Al - Cu

Сплав (АЛ7) (Cu 4.5%) упрочняется по растворному типу, а также за счет дисперсных выделений фазы CuAl2. Кроме того, примеси железа и кремния образуют нерастворимые железосодержащие фазы, выделяющиеся в виде ободков по границам дендритных ячеек. Термическая обработка заключается в закалке от 515°С в горячей воде и искусственном старении при 150°С в течение 2 - 4 часов. Сплав АЛ7 имеет повышенную усадку (1.4%), склонен к образованию горячих трещин и поэтому не рекомендуется для литья в кокиль. Он применяется для литья средне нагруженных деталей, небольших по размеру.

Сплав АЛ19 (АМ5) (Cu 4.9%; Mn 0.8%; Ti 0.2%). Марганец и титан образуют сложные интерметаллидные фазы: Ti (Al12Mn2Cu) и TiAl3 (примеси железа жестко ограничены). Эти фазы совместно с CuAl2 формируют твердый каркас по границам дендритных ячеек и придают сплаву повышенную жаропрочность. Термическая обработка отличается более высокими температурами (закалка от 545°С, старение при 175°С).

Сравнительно высокое содержание меди в сплаве (до 5.5%) приводит к образованию в литом состоянии неравновесной тройной эвтектики. В связи с этим нагрев при закалке проводят ступенчато - с выдержкой при 530°С для рассасывания неравновесной эвтектики. Это типичный прием при термической обработке ряда литейных сплавов, склонных к сильной дендритной ликвации.

Ниже приведены значения длительной (100ч.) прочности некоторых Al литейных сплавов при температуре 300°С (таблица 3):

Таблица 3.

Сплав

АЛ8

АЛ2(АК12)

АЛ4(АК9ч)

АЛ7

АЛ5(АК5м)

Д 100, Мпа

15

25

30

30

65

По этим показателям сплавы системы Al - Cu значительно превосходят сплавы системы Al - Si.

Все сплавы Al - Cu имеют пониженную по сравнению с другими алюминиевыми сплавами коррозионную стойкость и нуждаются в тщательной защите от коррозии путем нанесения лакокрасочных покрытий.

Сплавы системы алюминий - кремний - медь

Эта система не имеет тройных соединений, а фазы, CuAl2 и Si образуют тройную эвтектику состава 63.50% Al, 31.5% Cu, 5% Si с температурой плавления 525 С, что очень часто встречается в промышленных сплавах (АЛ6, АЛ12). Сплавы типа силумин независимо от количества потребляемого кремния сохраняют в - твердом растворе достаточно много меди (от 4.75 до 5.5%), в то время как содержание кремния в тройном - твердом растворе колеблется от 0.1% до 1.5%. Наиболее типичными представителями тройных сплавов системы Al - Si - Cu является сплав АЛ6, который широко используется для изготовления приборов и агрегатов. АЛ6 обладает лучшими механическими свойствами, но худшими литейными, чем нормальный силумин. Применяется в литом состоянии без термической обработки.

Похожие статьи




Сплавы на основе системы алюминий - медь, Сплавы системы алюминий - кремний - медь - Исследование горячеломкости литейных сплавов на основе систем Al-Si, Al-Cu, Al-Si-Cu

Предыдущая | Следующая