Метки: Цвет.мет.
Взаимодействие алюминия с другими элементами Взаимодействие алюминия с другими элементами

Изучение алюминиевых сплавов началось в конце XIX века. К 1990 году уже были известны диаграммы состояния алюминия с медью и кремнием. В настоящее время известны диаграммы состояния алюминия со всеми элементами, которые можно рассматривать в качестве возможных компонентов сплавов. Определим элементы, наиболее подходящие для легирования алюминия, исходя из принципов синтеза сплавов, рассмотренных в разд. 2.1.

В табл. 7 приведены основные параметры начальных участков двойных диаграмм состояния алюминия с некоторыми элементами. Более полные сведения можно найти в работе.

По приведенным параметрам начальных участков двойных диаграмм построена статистическая диаграмма отсеивания элементов (см. рис. 5). Каждый элемент на диаграмме представлен точкой в соответствии со своими координатами (значениями Ср и Кр). Сплошные линии делят их на четыре категории: І – основные легирующие элементы, ІІ – вспомогательные легирующие элементы, ІІІ – нейтральные примеси и ІV – вредные примеси. Границы групп (пороговые значения Ср и Кр) устанавливаются по экспериментальным данным. Для каждого металла они имеют свои значения.

Таблица 7

Параметры начальных участков двойных диаграмм состояния алюминия с некоторыми элементами

 

Элемент

Тип превращения

Температура превращения, °С

Ср, ат. % Сэ, ат. %

Кр

Li

Э

602

16,0

24,0

0,67

Mg

Э

449

18,9

37,9

0,50

Al

Р

660

100

100

1,0

Si

Э

577

1,59

12,3

0,13

Ca

Э

616

0,40

5,30

0,075

Ti

Пв

665

0,70

0,20

3,5

V

Пв

662

0.20

0,05

4,0

Cr

Пв

662

0,40

0,20

2,0

Mn

Э

658

0,85

0,90

0,94

Fe

Э

655

0.025

0,90

0,028

Ni

Э

640

0,02

2,7

0,0075

Cu

Э

548

2,5

17,3

0,14

Zn

Э

443

49

73

0,67

Sr

Э

660

0,04

0,3

0,13

Ag

Э

556

23,8

37,5

0,63

Cd

М

649

0,10

2,0

0,05

П р и м е ч а н и е : Э – эвтектика, Пв – верхняя перитектика, М – монотектика, Р – раствор.

К основным легирующим элементам можно отнести восемь элементов, у которых Ср ? 1 и Кр ? 0,05: Zn, Ag, Li, Mg, Ge, Ga, Cu, Si. Все они образуют с алюминием диаграммы эвтектического типа. Изза высокой стоимости следует отказаться от использования Ag, Li, Ga, Ge. Таким образом, основными легирующими добавками для алюминиевых сплавов можно считать Zn, Mg, Cu, Si. Следует учитывать, что цинк в больших количествах растворяется в алюминии, но в связи с малым значением объемного фактора и отсутствием интерметаллических соединений с алюминием не является сильным упрочнителем.

К числу вспомогательных легирующих добавок отнесены элементы, у которых Ср = 0,01…1, а Кр ? 0,05. Если исключить дорогостоящие элементы (Re, Tc, Hf, Sc, Rh, Au, Ru, Os), то таких добавок

остается 15: Mn, Ca, Be, Pb, In, Cd, Ti, Zr, Cr, Mo, B, Sr, Sb, Bi, Ba. Часть из них может оказывать дополнительное растворное упрочнение (Mn, Ca), часть – повышать жаропрочность путем образования устойчивых интерметаллических соединений (Ni, Cr, Ti, Zr). Однако большинство элементов этой группы могут служить модификаторами 1го (Ti, Zr, Cr,Mo,B) или 2го рода (Sr,Sb,Ba,Bi).

В число вредных примесей входят Fe, Co, As, Sn, а также лантаноиды и актиноиды.

Наиболее эффективным при разработке сплава является комплексное легирование несколькими элементами. Необходимо подбирать такие комбинации компонентов, которые взаимно усиливают свое воздействие. В том случае, когда добавки взаимно увеличивают свою растворимость в основе сплава, растворное упрочнение проявляется значительно сильнее. Таким образом, введение третьего компонента в раствор второго с основой будет эффективным в том случае, когда он хорошо растворяется не только в основе, но и во втором элементе. Сведения о взаимной растворимости элементов, которые отобраны в качестве основных легирующих добавок для алюминия, приведены в табл. 8. Из нее следует, например, что в сплавы алюминия с кремнием полезно вводить медь и марганец, которые имеют лучшую растворимость в кремнии, а в сплавы алюминия с магнием – цинк и марганец, которые хорошо растворяются в магнии.

Таблица 8

Взаимные растворимости основных легирующих элементов для алюминия

 

Растворимость элементов, ат. %

Растворитель

Mg

Zn               Cu               Si

Mn

Al

18,9

16,0

2,5

1,6

0,85

Mg

100

3,3

1,0

0,2

3,4

Zn

0,4

100

2,8

0,01

1,4

Cu

7,0

32,0

100

12,0

38,5

Si

0,1

0,01

1,0

100

1,0

Mn

0,1

13,0

61,5

3,0

100

 

Такой анализ был бы, безусловно, полезен при разработке составов алюминиевых сплавов, однако теория синтеза сплавов была разработана позднее, в то время, когда составы алюминиевых сплавов уже были определены эмпирическим путем. Вам предоставляется возможность в дальнейшем сравнить составы стандартных сплавов с теми аналитическими рекомендациями, которые приведены выше.

  • Читать все новости