Сплавы алюминия (порошковые и гранулированные)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛГОРОДСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

(НИУ  «БелГУ») 
 

Факультет Бизнеса и сервиса 
 

Кафедра технологии продуктов  питания и сферы  услуг 
 
 
 

     РЕФЕРАТ

     По  дисциплине «Материаловедение»

     На  тему: «Сплавы алюминия (порошковые и гранулированные)» 
 
 
 
 

     Выполнила:

     Студентка группы 170909                                                  Плотникова Ю.Г.

     Проверила:                                                                          Ткаченко Г. И. 
 
 
 
 
 

     Белгород, 2011

Содержание 

Введение…………………………………………………………………………...3   1.Сплавы на основе алюминия…………………………………………………..4

2.Порошковые сплавы алюминия………………………………………………6

3.Гранулированные сплавы алюминия……………………………………….13

Заключение………………………………………………………………………16

Список  используемой литературы…………………………………………….17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Алюминий — элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 13. Обозначается символом Al (лат. Aluminium). Относится к группелёгких металлов. Наиболее распространённый металл и третий по распространённости химический элемент в земной коре (после кислорода и кремния).

     Простое вещество алюминий (CAS-номер: 7429-90-5) — лёгкий,  парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия.

     Впервые алюминий был получен Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути.

     Современный метод получения  был разработан независимо американцем Чарльзом Холлом и французом Полем Эру в 1886 году. Он заключается в растворении оксида алюминия Al₂O₃ в расплаве  криолита Na₃AlF₆ с последующим электролизом с использованием расходуемых коксовых или графитовых электродов. Такой метод получения требует больших затрат электроэнергии, и поэтому оказался востребован только в XX веке.

Для производства 1 т алюминия чернового требуется 1,920 т глинозёма, 0,065 т криолита, 0,035 т фторида алюминия, 0,600 т анодной массы и 17 тыс. кВт·ч электроэнергии постоянного тока. 
 
 

1. Сплавы  на основе алюминия

 

     В качестве конструкционного материала обычно используют не чистый алюминий, а разные сплавы на его основе.

      Алюминиево-магниевые Al-Mg. Характеризуются сочетанием удовлетворительной прочности, хорошей пластичности, очень хорошей свариваемости и коррозионной стойкости. Кроме того, эти сплавы отличаются высокой вибростойкостью. Наиболее широкое распространение в промышленности получили сплавы с содержанием магния от 1 до 5 %. Рост содержания Mg в сплаве существенно увеличивает его прочность. Каждый процент магния повышает предел прочности сплава на 30 МПа, а предел текучести — на 20 МПа. Сплавы с содержанием магния до 3 % (по массе) структурно стабильны при комнатной и повышенной температуре даже в значительно нагартованном состоянии. Увеличение содержания магния свыше 6 % приводит к ухудшению коррозионной стойкости сплава. Для улучшения прочностных характеристик сплавы системы Al-Mg легируют хромом, марганцем, титаном, кремнием или ванадием. Попадания в сплавы этой системы меди и железа стараются избегать, поскольку они снижают их коррозионную стойкость и свариваемость.

     Алюминиево-марганцевые Al-Mn. Сплавы этой системы обладают хорошей прочностью, пластичностью и технологичностью, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью.

     Основными примесями в сплавах системы Al-Mn являются железо и кремний. Оба этих элемента уменьшают растворимость марганца в алюминии. Для получения мелкозернистой структуры сплавы этой системы легируют титаном. Присутствие достаточного количества марганца обеспечивает стабильность структуры нагартованного металла при комнатной и повышенной температурах.

     Алюминиево-медные Al-Cu (Al-Cu-Mg). Механические свойства сплавов этой системы в термоупрочненном состоянии достигают, а иногда и превышают, механические свойства низкоуглеродистых сталей. Эти сплавы высокотехнологичны. Однако у них есть и существенный недостаток — низкое сопротивление коррозии, что приводит к необходимости использовать защитные покрытия.

     В качестве легирующих добавок могут встречаться марганец, кремний, железо и магний. Причем наиболее сильное влияние на свойства сплава оказывает последний: легирование магнием заметно повышает предел прочности и текучести. Добавка кремния в сплав повышает его способность к искусственному старению. Легирование железом и никелем повышает жаропрочность сплавов второй серии. Нагартовка этих сплавов после закалки ускоряет искусственное старение, а также повышает прочность и сопротивление коррозии под напряжением.

     Сплавы системы Al-Zn-Mg (Al-Zn-Mg-Cu). Сплавы этой системы ценятся за очень высокую прочность и хорошую технологичность. Представитель системы — сплав 7075 является самым прочным из всех алюминиевых сплавов. Эффект столь высокого упрочнения достигается благодаря высокой растворимости цинка (70 %) и магния (17,4 %) при повышенных температурах, резко уменьшающейся при охлаждении.

     Однако существенным недостатком этих сплавов является крайне низкая коррозионная стойкость под напряжением. Повысить сопротивление коррозии сплавов под напряжением можно легированием медью. Нельзя не отметить открытой в 60-е годы закономерности: присутствие лития в сплавах замедляет естественное и ускоряет искусственное старение. Помимо этого, присутствие лития уменьшает удельный вес сплава и существенно повышает его модуль упругости. В результате этого открытия были разработаны новые системы сплавов Al-Mg-Li, Al-Cu-Li и Al-Mg-Cu-Li.

     Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) лучше всего подходят для литья. Из них часто отливают корпуса разных механизмов.

Комплексные сплавы на основе алюминия: авиаль. Алюминий переходит в сверхпроводящее состояние при температуре 1,2 кельвина.

2. Порошковые сплавы алюминия

 

     В промышленности используются также и алюминиевые порошки. Применяются в металлургической промышленности: в алюминотермии, в качестве легирующих добавок, для изготовления полуфабрикатов путём прессования и спекания. Этим методом получают очень прочные детали (шестерни, втулки и др.). Также порошки используются в химии для получения соединений алюминия и в качестве катализатора (например, при производстве этилена и ацетона). Учитывая высокую реакционную способность алюминия, особенно в виде порошка, его используют во взрывчатых веществах и твёрдом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться.

     Учитывая высокую стойкость алюминия  к окислению, порошок используются  в качестве пигмента в покрытиях  для окраски оборудования, крыш, бумаги в полиграфии, блестящих  поверхностей панелей автомобилей.  Также слоем алюминия покрывают  стальные и чугунные изделия  во избежание их коррозии.

     Методы получения порошков. Методами порошковой металлургии можно получать сплавы из металлов, не растворяющихся друг в друге при расплавлении, а также сплавы из тугоплавких металлов и металлов особо высокой чистоты. Порошковой металлургией изготовляют как заготовки, так и разнообразные детали точных размеров. Порошковая металлургия позволяет получать пористые материалы и детали из них, а также детали, состоящие из двух (биметаллы) или нескольких слоев различных металлов и сплавов. Методы порошковой металлургии позволяют получить материалы и детали, обладающие высокой жаростойкостью, износостойкостью, твердостью, с заданными стабильными магнитными свойствами, особыми физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые невозможно получить методами литья или обработкой давлением.

     Процесс производства деталей и изделий из порошковых материалов заключается в приготовлении металлического порошка, составлении шихты, прессовании и спекании заготовок. Металлические порошки получают механическими и физико-химическими методами.  
       При механических методах порошки вырабатывают измельчением твердых или распылением жидких металлов без изменения их химического состава.  Для измельчения твердых хрупких материалов применяют шаровые, вихревые и вибрационные мельницы. Измельчение обрабатываемого материала производят ударным и истирающим действием шаров (стальных или чугунных). Следует учитывать, что при получении металлических порошков механическими методами возможно их загрязнение. 
     Шаровая мельница состоит из стального барабана, в который загружают размалывающие шары и обрабатываемый материал. Частицы порошка, поученного в шаровых мельницах, имеют вид неправильных многогранников размерами 100- 1000 мкм.  Размол в вихревых мельницах более интенсивен, чем в шаровых. В камере вихревой мельницы имеется два пропеллера, которые, вращаясь в противоположные стороны, создают пересекающиеся воздушные потоки. Материал (рубленая проволока, стружка, обрезки и другие мелкие кусочки), загруженный в камеру, захватывается воздушными потоками и за счет взаимного соударения дробится на частицы размером от 50 до 200 мкм. Полученные частицы имеют тарельчатую форму и зазубренные края.

    Для получен и я тонких порошков из хрупких карбидов металлов и окислов применяют вибрационные мельницы. Вибромельницы наиболее пронзительны, их работа основана на высокочастотном воздействии на измельчаемый материал стальных шаров и цилиндров за счет совершения барабаном мельницы круговых колебаний высокой частоты.

     Для получения порошков из  олова, свинца, алюминия, меди, а также  из железа и стали применяют распыление струи жидкого металла кинетической энергией воздуха, воды, пара или инертных газов. Полученные частицы порошка имеют размеры 50-350 мкм и форму, близкую к сферической.

     При получении порошков физико-химическими методами происходят изменения химического состава и свойств исходного материала. Основными физико-химическими методами являются химическое восстановление металлов из окислов, электролиз расплавленных солей, карбонильный метод и метод гидрогенизации.

   Химическое восстановление окислов  металлов осуществляют газообразным и или твердыми восстановителями. В качестве газообразных восстановителей широко используют природный, доменный и углекислый газы, а также водород. Получающуюся при химическом восстановлении металлическую губку подвергают размолу. Среди физико-химических методов получения порошков этот метод наиболее дешевый. Порошки чистых и редких металлов (тантала, циркония и др.) в виде дендритов величиной 1-100 мкм получают электролизом расплавленных солей металлов. Электролиз позволяет получать чистые порошки из загрязненного сырья. Карбонильный метод позволяет получать порошки магнитного железа, никеля и кобальта в виде сфероидов величиной 1—800 мкм. Получающийся этим методом продукт при температуре 200—300°С распадается на порошок металла и окись углерода. В основе метода гидрогенизации лежит восстановление хрома гидратом кальция. Получающаяся при этом известь вымывается водой, а порошок металла состоит из дендритов величиной 8-20 мкм.

 Порошки, полученные физико-химическими методами, являются наиболее тонкодисперсными и чистыми. В зависимости от размера частиц порошки классифицируют по гранулометрическому составу на ультра- тонкие до 0,5 мкм, очень тонкие 0,5-10 мкм, тонкие 10-40 мкм, средней тонкости - 40-150 мкм и крупные 150-500 мкм.

Характеристиками  основных технологических свойств  порошков являются насыпная масса, текучесть, прессуемость и спекаемость.

 Насыпная  масса - масса 1 см¹ свободно насыпанного порошка в Раммах. Если порошок имеет постоянную насыпную массу, то при спекании будет обеспечиваться постоянная усадка. Один и тот же порошок может иметь различную насыпную массу в зависимости от способа получения. Для изготовления высокопористых изделий следует использовать порошки с малой насыпной массой, а для разнообразных деталей приборов и машин — с большой насыпной массой.