Алюминиевые жаропрочные сплавы
Показатели жаропрочности алюминиевых сплавов
Основное и наиболее ценное свойство жаропрочных алюминиевых сплавов - температурный диапазон обработки материала соответствующий 200-400' С. Алюминиевые сплавы - это ценнейшие материалы, широко используемые практически во всех отраслях промышленности. В них ценятся: невысокий показатель плотности (порядка 3 г/см3); отличная антикоррозийная стойкость; высокая теплопроводность и электрическая проводимость; прочность; светоотражение; и другие свойства.
Жаропрочность алюминиевого сплава определяется следующими факторами:
I. Степенью сопротивления ползучести.
При высокой температуре жаропрочный сплав должен выдерживать определённые пределы прочности на ползучесть. Длительность процесса зависит от структуры и состава компонентов сплава. Наилучшие показатели представляют многофазные структуры, имеющие отчётливые границы зёрен алюминия.
II. Объёмной долей уплотняющих фаз.
Включённые в состав сплава присадки: Si, Mn, Mg, Си, Zn, Zr и другие, создают твёрдые растворы: Mg2Si, CuAl2 и другие, которые и обеспечивают фактор уплотняющей фазы. Основные представители жаропрочных составов являются Al-Cu-Mn; Al-Се. Большой интерес представляют Al-Mg, получившие название - магналии; Al-Si - силумины; Al-Mg-Si - авиали.
III. Термической стабильностью.
Под термической стабильностью понимается степень устойчивости материала при коагуляции или растворении в среде высоких температур.
Теоретические аспекты производства
К существенным структурным показателям, оказывающим влияние на жаропрочные характеристики, относятся:
- Количество и свойства деформаций в кристаллических решётках и силы их взаимодействия с легирующими компонентами.
- Размеры зёрен в растворе и состояние их границ.
- Особенности процесса кристаллизации во II фазах, зависящего от расположения частиц и их состояния во время нагрева твёрдого раствора;
- Устойчивости среды и скорости, с которой в ней происходит формирование и увеличение продукта распада.
В зависимости от структурного состояния и уплотняющих фазовых различий сплава получаются материалы с различными механическими свойствами.
Обработка жаропрочного алюминия:
В процессе исследования было установлено, что повышению жаропрочных характеристик способствуют не легирующие добавки, которые максимально искажают кристаллическую решётку, а те, что не оказывают существенного влияния на их искажение, а способствуют усилению прочности связи между атомами.
На основании этого фактора, разработка новых видов сплавов для материалов, предназначенных работать в высокотемпературной среде, была направлена на максимальное усиление межатомной связи между алюминием, взятым за основу и легирующими компонентами.
Большое влияние на жаропрочные свойства сплавов оказывают и особенности производственной технологии. Например, важными составляющими являются скорость кристаллизации материала в процессе отлива; выбранные параметры термической обработки заготовки и другие показатели, влияющие на формирование фазового уплотняющего состава и структурных особенностей. Внося изменения в эти значения, можно получать сплавы с необходимыми свойствами.
При этом следует учитывать преимущества гетерогенезации структуры состава, которая позволяет усилить жаропрочные свойства за счёт использования соединений металлов, таких, например, как Al6Cu3Ni, Al7Cr, Al9FeNi, отличающихся высокой устойчивостью к высоким температурам. Важно, что эти соединения не коагулируют и не укрупняют частицы при взаимодействии с компонентами, входящими в состав сплава.
В результате испытаний независимые исследователи пришли к единому мнению, что повышение жаропрочности алюминиевых сплавов - это комплексные процессы, в которых широко используется легирование марганцем, кобальтом, никелем и медью.
В основе теории жаропрочных алюминиевых сплавов лежат современные достижения в области изучения механизмов разрушения кристаллических тел при различных температурных параметрах и физики твёрдых тел.
