СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ РАЗДЕЛ «Алюминиевые сплавы»
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Глобальные проблемы: а) КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (сплавы и композиты на основе Fe, Al, Mg, Ni, Cu, W, Mo и др. ) -повышение прочности в широком диапазоне температур от глубоких отрицательных до 3000 0 С -снижение плотности -повышение коррозионной стойкости и совместимости с др. материалами 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 2
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Глобальные проблемы: б) Сплавы с особыми физическими и химическими свойствами -управление электро- и теплопроводностью, ядерными свойствами (поперечное сечение захвата нейтронов, делимость ядер), сверхпроводимостью, диффузионными характеристиками, внутренним трением и др. -повышение коррозионной стойкости 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 3
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Конкретные проблемы существуют у всех металлических материалов на основе Fe, Al, Mg, Ti, Cu, Ni, тугоплавких (W, Mo, Nb, Ta и др. ) и легкоплавких (Zn, Sn, Pb и др. ) металлов, драгоценных (Au, Pt, Ag и др. ) и радиоактивных (U, Pu, Th) металлов. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 4
ПРОБЛЕМЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Основная литература n n n n n И. И. Новиков, В. С. Золоторевский, В. К. Портной и др. Металловедение, том 2. МИСи. С, 2009. Б. А. Колачев, В. И. Ливанов, В. И. Елагин. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. МИСи. С, 2005. В. С. Золоторевский, Н. А. Белов. Металловедение цветных металлов. Раздел: Алюминиевые сплавы. МИСи. С, 2000. (№ 1564). В. С. Золоторевский, Н. А. Белов. Металловедение литейных алюминиевых сплавов. МИСИС, 2005. J. R. Davis. Aluminum and Aluminum Alloys. ASM, 1993 (в интернете). Применение алюминиевых сплавов. Справ. изд. Металлургия, 1985. Промышленные алюминиевые сплавы. Справ. изд. Металлургия, 1981. Структура и свойства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. Справ. изд. Металлургия, 1981. Алюминий. Свойства и физическое металловедение. Справ. изд. / под ред. Дж. Хэтча. Металлургия, 1989. Монографии, справочные издания, статьи в журналах 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 6
Темы рефератов Проблемы (группы сплавов) и направления их решения 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. ГРУППЫ СПЛАВОВ: Безмедистые силумины Медистые силумины Литейные сплавы на основе системы Al-Cu Литейные сплавы на основе систем Al-Mg и Al-Zn-Mg Авиали Магналии Дуралюмины Ковочные сплавы Жаропрочные сплавы Сплавы на основе системы Al-Zn-Mg-Cu Литийсодержащие сплавы Порошковые сплавы Объем реферата 15 -20 стр. с рисунками, не менее 7 источников, в том числе 2 иностранных, время доклада <20 мин. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 7
Примерный план реферата n n Основные свойства сплавов заданной группы, анализ причин формирования этих свойств. Области применения. Основные проблемы (недостатки) группы сплавов и анализ причин их возникновения. Способы решения имеющихся проблем (по литературным данным и собственные предложения) 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 8
Области применения алюминиевых сплавов n n n n авиа- и ракетостроение наземный и водный транспорт машиностроение электротехника строительство пищевая промышленность бытовая техника специальные области 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 9
Применение литейных сплавов в автомобильной промышленности Основные требования: хорошие литейные свойства, жаропрочность, коррозионная стойкость n n n Силумины (первичные и вторичные) АК 9, АК 5 М 2, АК 6 М 2, АК 9 М 2 и др. – для головок блоков цилиндров и моноблоков, карбюраторов, впускных труб, картеров, различных корпусных деталей. Поршневые силумины АК 12 ММг. Н, АК 12 М 2 Мг. Н, АК 21 М 2, 5 Н 2, 5, А 390 (АК 17 М 4 Мг) – для отливки поршней автомобильных двигателей. Сплавы АМг 5 К, АМг 6 л для головки блоков, деталей дверей. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 10
Применение деформируемых сплавов в автомобилестроении Основные требования: высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, технологичность. Используются: авиали (6 ХХХ) типа АД 31, сплавы системы Al-Mg-Zn (7 ХХХ) типа 1935, магналии АМг 2 – Амг 6 (5 ХХХ) – для изготовления кузова, дверей интерьера, сплав АМц – для изготовления радиатора. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 11
Применение деформируемых сплавов в судостроении n n n Основные требования: коррозионная стойкость, свариваемость, высокая прочность Наиболее широко используются катаные и прессованные полуфабрикаты из магналий АМг 3, АМг 5, АМг 61 для изготовления сварных корпусов надводных кораблей, в том числе на подводных крыльях и воздушной подушке, конструкций палубных надстроек. Сплавы АД 1 (1 ХХХ) и АМц (3 ХХХ) используются в виде листов для изготовления деталей методом холодной штамповки. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 12
Применение литейных сплавов в судостроении Сплавы АМг 6 л, АМг 5 к – для отливки различных деталей машинного отделения, гребных винтов и интерьера 2/10/2018 Сплав АЦ 4 Мг – для деталей электропроводки Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 13
Применение литейных сплавов в сельхозмашиностроении Силумины АК 7, АК 7 Ц 9, АК 7 МЦМг 2 (новый сплав) и др. – для различных корпусных деталей (в частности, редукторов), шкивов клиноременных передач комбайнов, крышек, деталей сеялок, деталей моста ведущих колес для зерноуборочных комбайнов, деталей двигателей 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 14
Применение деформируемых сплавов в железнодорожном транспорте Основные требования: высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, износостойкость, технологичность Наиболее широко используются: сплав АМг 6 и др. магналии (5 ХХХ), авиали типа АД 31 (6 ХХХ) и сплавы типа 1915 системы Al-Zn-Mg (7 ХХХ) для изготовления корпусов вагонов пассажирских и грузовых поездов из катаных и прессованных полуфабрикатов. Их использование уменьшает массу вагонов, повышает грузоподъемность и долговечность вагонов на 20 -25% по сравнению со стальными. n 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 15
Применение деформируемых сплавов в производстве бытовой техники и посуды n n Основные требования – минимальная токсичность, высокая технологичность и коррозионная стойкость. Для производства посуды и домашней утвари (кастрюли, сковородки, чайники, вазы, подносы и др. ) в основном используется технический алюминий АД 1 (1 ХХХ) и малолегированные сплавы АМг 1, АМг 2 (5 ХХХ) и АМц. В производстве бытовой электроники (холодильники, морозильники, стиральные машины, пылесосы, утюги и многое другое) применяются те же сплавы, что для посуды, а также магналии АМг 4 – Амг 6 (5 ХХХ) и авиали типа АД 31 (6 ХХХ). В производстве мебели и спортинвентаря используются средне- и высокопрочные сплавы: дуралюмины Д 16, АК 6 и др. (2 ХХХ), АД 31 (6 ХХХ) и магналии (5 ХХХ). 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 16
Применение литейных сплавов в товарах народного потребления Силумины АК 7, АК 9, АК 12 для изготовления посуды, различных деталей интерьера, корпусных деталей (например, корпусов электродвигателей) 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 17
Применение деформируемых сплавов в спецтехнике n n n Требования к разнообразным деталям для военной техники очень разнообразны. Используются полученные разными способами ОМД алюминиевые сплавы всех групп, начиная от технического алюминия (1 ХХХ) до высокопрочных сплавов типа В 95 (7 ХХХ). Примеры использования: башни танков, бронетехника, корпуса снарядов и малых ракет, стрелковое оружие, емкости для хранения топлива. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 18
Применение деформируемых сплавов в атомной промышленности n n Важнейшим требованием является малое поперечное сечение захвата нейтронов в сочетании с высокой коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Используются технический алюминий, нестандартные авиали типа АД 31 (6 ХХХ) с пониженным содержанием примесей и легирующих элементов, активно поглощающих нейтроны, жаропрочные сплавы Al-Ni-Fe (1 -5%Ni, 0, 3 -1, 5%Fe) и силумины с добавкой никеля, САП и САСы. Из алюминиевых сплавов делают защитные оболочки ТВЭЛов и регулирующих стержней, трубопроводы, баки и др. детали, работающие в активной зоне ядерных реакторов. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 19
Высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu для центрифуг σв, МПа σ0, 2, σ501000, МПа ≥ 680 ≥ 640 570 Скорость ползучести мм/мм/час (Т= 500 С, σ = 450 МПа) Скорость вращения. об/сек ≤ 1, 0 х10 -7 1500 ОБЕСПЕЧИВАЮТ: Газовые центрифуги со скоростью вращения около 60 000 об. /мин применяются для разделения изотопов урана, находящихся в газе — гексафториде урана UF 6. 2/10/2018 ● применение в России (впервые в мире) высокопроизводительного центробежного метода обогащения урана вместо термодиффузионного ● высокую эксплуатационную надежность изделия (до 30 лет без ремонта) Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 20
Деформируемые алюминиевые сплавы остаются одним из основных конструкционных материалов в авиастроении Преимущественное использование - в планере самолетов SSJ-100 AVIC ARJ-21 2/10/2018 МС-21 Bombardier CSeries Airbus A-380 Mitsubishi Regional Jet Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 21
Применение деформируемых сплавов в авиастроении n n Основные требования – легкость и высокая удельная прочность, необходима также достаточная коррозионная стойкость. Сейчас наиболее широко используются дуралюмины системы. Al. Cu-Mg (2 ХХХ), особенно Д 16, АК 4 -1, АК 6, и высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu (7 ХХХ) В 95, В 93, В 96 и др. Для изготовления деталей, подвергающихся нагревам, используют жаропрочные сплавы на основе системы Al-Cu (2 ХХХ) типа Д 20, АК 4 -1 и САП. Для изготовления сварных конструкций (баки самолетов, детали ракет, емкостей для топлива и др. ) используются магналии (АМг 6), сплавы Al-Zn-Mg типа 1915 и авиали типа АД 31. 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 22
Примеры фасонных отливок для самолетов 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 23
Конкретные задачи для материалов на основе алюминия в авиастроении на ближайшие годы - снижение удельного веса на 20 процентов - повышение прочности на 10 -15 процентов - повышение модуля упругости до 20 процентов - улучшение усталостной долговечности на 50% - повышение характеристик трещиностойкости на 30% - улучшение коррозионной стойкости в 2 раза - снижение стоимости изготовления на 20 процентов Решение поставленных задач позволит создавать конкурентоспособные изделия авиационной техники гражданского и военного назначения 2/10/2018 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 24
Высокоресурсные сплавы на основе системы Al-Cu-Mg Сплав 1163 – базовый сплав для обшивок фюзеляжа и низа крыла, стрингерного набора планера самолетов КСУ, МПа√м (B=200 мм) B=200 Сплав, полуфабрикат σВ, МПа Листы 1163 РДТ ≥ 430 ≥ 15 75 Базовый сплав Д 16 ч. АТ ≥ 410 ≥ 11 МЦУср, кц 62 Регламентированная (толщиной 1 -2%) твердая плакировка (сплав АД 35) Основа листа – сплав 1163 Характеристика В-1213 Т 1 АК 4 -1 ч. Т 1 450 -500 400 -420 280 в, МПа в 150, МПа 390 -420 350 -380 130 0, 2/100150, МПа 325 -335 210 -250 K 1 С, МПа√м δ, % 31 -36 26 -28 Kcy, МПа√м (В=100 мм) 69 43 σ =157 МПа =5 Гц Твердая регламентированная плакировка и ограничения в сплаве 1163 по примесям Fe и Si обеспечивают повышение вязкости разрушения (КСУ) и усталостной долговечности (МЦУ) Освоено серийное производство: листов, профилей, плит, прессованных панелей Производители: ОАО «КУМЗ» , ОАО «СМК» 2/10/2018 Сплав В-1213 (со Sc и Ag) – перспективный жаропрочный сплав с повышенной вязкостью разрушения и трещиностойкостью Темнопольное изображение пластин Ω′-фазы , упрочняющей матрицу и повышающей жаропрочность Микроструктура плиты из сплава АК 4 -1 ч. Т 1 с грубыми избыточными интерметаллидами ОБЕСПЕЧИВАЮТ: по сравнению с серийными сплавами ● повышение характеристик трещиностойкости ● увеличение усталостной долговечности 25 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“
Высокопрочные сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu Сплав В 96 ц-3 пч в виде прессованных и катаных полуфабрикатов, в т. ч. длинномерных Сплав В 96 Ц-3 пч. Т 12 В 96 Ц-3 пч. Т 22 Базовый сплав В 95 оч. Т 2 σВ , МПа σ0, 2, МПа МЦУср, кц Сплав σВ , МПа ≥ 600 -615 ≥ 580 -595 240 1933 Т 123 ≥ 510 ≥ 460 ≥ 37 200 ≥ 625 -645 ≥ 600 -620 250 В-1963 Т 12 ≥ 560 ≥ 510 ≥ 34 250 ≥ 500 -540 Полуфабрикат Листы, плиты 1, 2 -60 мм Профили 5 -60 мм Листы, плиты, профили ≥ 420 -460 160 -240 Базовый сплав AK 6 пч. Т 1 ≥ 380 ≥ 275 ≥ 34 120 Плита и прессованная полоса из В 96 ц-3 пч (ОАО «КУМЗ» ) Производители: ОАО «КУМЗ» , ОАО «ВСМПО-АВИСМА» 2/10/2018 Сплавы 1933 и В-1963 (со Sc и Ag) в виде поковок и штамповок, в т. ч. массивных σ0, 2, МПа К 1 С, МПа√м МЦУср, кц Агрегат для малодеформационной закалки в полимерную среду (ОАО «КУМЗ» ) Штамповки из сплава 1933 закаленные в полимерную среду имеют в 1, 5 -3 раза пониженный уровень остаточных напряжений и поводок при механической обработке по сравнению с серийными сплавами ● повышение удельной прочности до 10 -20% ОБЕСПЕЧИВАЮТ: ● увеличение усталостной долговечности ● повышение технологичности в производстве 26 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“
Высокоресурсный сплав 1441 и слоистый алюмостеклопластик 1441 -СИАЛ Листы (t=0, 3 -0, 4 мм) из сплава 1441 Характеристика Сплав 1441 Т 1 2, 59 79, 5 72 0, 2, МПа 305 270 СРТУ, мм/кцикл СРТУ, мм/ ( К=31 МПа м) 1, 4 1, 7 МЦУ, кциклы ( =157 МПа, =5 Гц) 170 Препрег с высокомодульными стекловолокнами 140 СИАЛ обладает высокой пожаростойкостью Производитель СИАЛ: ОАО «ВАСО» 2/10/2018 605 2, 35 62 600 2, 47 57 Уменьшение СРТУ в 10 раз по сравнению с монолитными Al листами 2. 5 2. 0 1. 5 1. 0 Монолитный лист 2024 1441 -СИАЛ 0. 5 Производители 1441: ОАО «КУМЗ» Холоднокатаные листы производства ОАО «КУМЗ» толщиной до 0, 3 мм, шириной до 1500 мм, длиной до 7000 мм Е, ГПа СИАЛ на базе Д 16 ч 2, 78 Е, ГПа в, , МПа d, г/см 3 СИАЛ на базе 1441 1163 Т , г/см 3 Материал СРТУ, мм/кцикл Листы толщиной 1, 5 мм Отсутствие прогорания при Т=1100 о. С в течении 60 мин 20 30 40 K, МПа м 50 60 СИАЛ ОБЕСПЕЧИВАЕТ: по сравнению с монолитными листами Д 16 ч и 1163 ● повышение удельной прочности на 50% ● увеличение усталостной долговечности в 2 -3 раза ● повышение пожаростойкости Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 27
Высокопрочные алюминий – литиевые сплавы Высокопрочные сплавы В-1461 и В-1469 для внешней обшивки и силового внутреннего набора самолетов, сварных и клепанных конструкций космической техники в Сплав 0, 2 МПа d, г/см 3 СРТУ мм/кцикл В-1461 540 -560 490 -510 2, 63 1, 67 В-1469 580 -600 540 -560 2, 67 2, 5 Базовый сплав В 95 оч. Т 2 500 -540 420 -460 2, 81 3, 00 Al-Li сплавы СВАРИВАЮТСЯ ВСЕМИ ВИДАМИ СВАРКИ РСК, балл КР, МПа 2 -4 350 3 -4 170 Освоено производство: листов, профилей, плит, прессованных панелей Плиты и профили из сплавов В-1469, В-1461 Сварной шов выполненный сваркой трением с перемешивание В. СВ/ В при ААр. ДЭС– 0, 7 СТП – 0, 75 -0, 95 ЭЛС – 0, 7 -0, 85 Сварное соединение выполненные ЭЛС (плита из сплава В-1469) Перспективный транспортный корабль нового поколения (ПТК НП) Производитель: ОАО «КУМЗ» по сравнению с серийными сплавами ● увеличение удельной прочности на 10 -20% ● повышение характеристик усталости и трещиностойкости ● трудоемкости изготовления конструкций за счет применения сварных соединений 28 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ ОБЕСПЕЧИВАЮТ: 2/10/2018 ●
Среднепрочные алюминий – литиевые сплавы Сплав 1424 для силовых деталей планера и 424 сварных конструкций (d = 2, 54 г/см 3) Сплав в Полуфабрикат 0, 2 МПа Сплав 1420 в виде штамповок для малонагруженных деталей (d = 2, 47 г/см 3) СРТУ σВ/d, км мм/кци кл Плиты ТГ 1 (11 -25 мм) 1424 ≥ 460 ≥ 310 18, 1 ≥ 440 ≥ 350 - 2, 2 Плиты (11 -25) ≥ 430 ≥ 295 15, 5 2, 0 Сплав Базовый сплав 1163 Т σВ/d, км КР, МПа (ВД) Д В 1420 ≥ 415 ≥ 340 16, 8 176 Базовый сплав AK 6 пч. Т 1 ≥ 380 ≥ 340 13, 8 98 2, 0 Профили и панели ТГ 2 (закалка на желобе пресса) σВ , МПа Прессованная панель из сплавов 1424 и В-1461 Сварная ребристая панель фюзеляжа из сплава 1424. Приварка ребер лазерной сваркой, соединение панелей – сваркой трением (ВИАМ-AIRBUS) ОБЕСПЕЧИВАЮТ: 2/10/2018 Кабина пилота из штамповок сплава 1420 (Ми. Г 29 -М) по сравнению с серийными сплавами ● увеличение удельной прочности на 15 -20% ● хорошую коррозионную стойкость Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ Окантовка иллюминатора из сплава 1420 Производитель: ОАО «КУМЗ» 29
Высокотехнологичные свариваемые коррозионностойкие алюминиевые сплавы Сплав В-1341 на основе системы Al-Mg-Si для ненагруженных деталей планера, систем жизнеобеспечения Полуфабрикат (состояние) Профиль, пруток, труба (Т 1) Листы 0, 6 -6, 0 мм (Т 1) Базовый сплав АМг 6 в, МПа 0, 2, 10, % МПа ≥ 295 ≥ 280 ≥ 330 ≥ 315 ≥ 260 ≥ 170 Сплав 1370 на основе системы Al-Si-Mg-Cu для обшивок, деталей сложной конфигурации в т. ч. работающих в греющихся зонах КР ( КР), МПа Сплав ≥ 10 250 1370 ≥ 10 250 160 Базовый сплав АК 4 -1 Полуфаб рикат В, МПа 0, 2, МПа 10, % МЦУ, кциклы 100150, МПа Листы 400 360 8 125 290 Плиты 410 360 8 145 325 Листы 385 315 6 75 245 Плиты 400 325 6 95 315 ВЫСОКАЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ при изготовлении деталей (не требует промежуточных отжигов) Полупатрубок и днище бака (штамповка за 1 и 2 перехода, без промежуточной ТО) Типовые алюминиевые строительные прессованные профили можно изготавливать из В-1341 Панели кузова из сплава В-1341 для автомобиля АЗЛК-2141 Производитель: ОАО «КУМЗ» по сравнению с серийными сплавами ● снижение массы деталей и узлов на 15 -30 % за счет ОБЕСПЕЧИВАЮТ: повышенных прочностных характеристик и применения сварных конструкций 2/10/2018 30 Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“
Высокотехнологичные свариваемые коррозионностойкие алюминиевые сплавы Сплав 1913 системы Al-Zn-Mg-(Cu) для коррозионно-опасных зон, сварных элементов конструкций Сплав Полуфабрикат В МПа 0, 2, МПа КР ( КР), МПа В. СВ / В ААр. ДЭС 1913 Т 3 Лист, профили ≥ 430 ≥ 350 300 0, 9 Базовый сплав Д 16 ч. Т Лист, профили ≥ 425 ≥ 275 150 Не сваривается Для нагруженных строительных конструкций Планируется применение сплава 1913 в сварных конструкциях экранопланов и дирижаблей ОБЕСПЕЧИВАЮТ: 2/10/2018 по сравнению с серийными сплавами ● увеличение календарного и межремонтного сроков в 1, 5 - 2 раза за счет высокой коррозионной стойкости Курс “Структура и свойства цветных металлов и сплавов“ 31
Скачать презентацию СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ РАЗДЕЛ Алюминиевые сплавы СОВРЕМЕННЫЕ
Спецкурс-Al для магист-2012г..ppt