Das Konzept der Legierung, ihre Klassifizierung und Eigenschaften.

Im Ingenieurwesen werden alle metallischen Werkstoffe als Metalle bezeichnet. Dazu gehören einfache Metalle und komplexe Metalle – Legierungen.

Einfache Metalle bestehen aus einem Hauptelement und einer geringen Menge an Verunreinigungen anderer Elemente. Technisch reines Kupfer enthält beispielsweise 0,1 bis 1 % Verunreinigungen an Blei, Wismut, Antimon, Eisen und anderen Elementen.

Legierungen- Hierbei handelt es sich um komplexe Metalle, die eine Kombination aus einem einfachen Metall (Legierungsbasis) mit anderen Metallen oder Nichtmetallen darstellen. Messing ist beispielsweise eine Legierung aus Kupfer und Zink. Die Basis der Legierung ist hier Kupfer.

Ein chemisches Element, das Teil eines Metalls oder einer Legierung ist, wird als Komponente bezeichnet. Neben der Hauptkomponente, die in der Legierung vorherrscht, werden der Legierung auch Legierungsbestandteile zugesetzt, um die erforderlichen Eigenschaften zu erzielen. Um die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Messing zu verbessern, werden ihm daher Aluminium, Silizium, Eisen, Mangan, Zinn, Blei und andere Legierungsbestandteile zugesetzt.

Je nach Anzahl der Komponenten werden Legierungen in zweikomponentige (doppelte), dreikomponentige (ternäre) Legierungen usw. unterteilt. Zusätzlich zu den Haupt- und Legierungskomponenten enthält die Legierung Verunreinigungen anderer Elemente.

Die meisten Legierungen werden durch Verschmelzen von Komponenten im flüssigen Zustand hergestellt. Andere Methoden zur Herstellung von Legierungen: Sintern, Elektrolyse, Sublimation. In diesem Fall spricht man von Pseudolegierungen.

Die Fähigkeit von Metallen, sich gegenseitig aufzulösen, entsteht gute Bedingungen für das Erhalten große Zahl Legierungen mit einer Vielzahl von Kombinationen wohltuende Eigenschaften, was einfache Metalle nicht haben.

Legierungen sind einfachen Metallen hinsichtlich Festigkeit, Härte, Bearbeitbarkeit usw. überlegen. Deshalb werden sie in der Technik viel häufiger eingesetzt als einfache Metalle. Eisen ist beispielsweise ein weiches Metall, das fast nie in reiner Form verwendet wird. Am weitesten verbreitet in der Technik sind jedoch Legierungen aus Eisen und Kohlenstoff – Stahl und Gusseisen.

An moderne Bühne Mit der Entwicklung der Technologie, der zunehmenden Anzahl von Legierungen und der Komplikation ihrer Zusammensetzung gewinnen Metalle mit besonderer Reinheit an Bedeutung. Der Gehalt der Hauptkomponente in solchen Metallen liegt zwischen 99,999 und 99,999999999 %
und mehr. Metalle von besonderer Reinheit werden in der Raketenwissenschaft, Nukleartechnik, Elektronik und anderen neuen Technologiezweigen benötigt.

Je nach Art der Wechselwirkung der Komponenten werden Legierungen unterschieden:

1) mechanische Mischungen;

2) chemische Verbindungen;

3) feste Lösungen.

1) Mechanische Mischung zwei Komponenten entstehen, wenn sie sich im festen Zustand nicht ineinander lösen und keine chemische Wechselwirkung eingehen. Legierungen sind mechanische Gemische (z. B. Blei – Antimon, Zinn – Zink), die in ihrer Struktur heterogen sind und eine Mischung aus Kristallen dieser Komponenten darstellen. In diesem Fall behalten die Kristalle jeder Komponente der Legierung ihre individuellen Eigenschaften vollständig bei. Deshalb werden die Eigenschaften solcher Legierungen (zum Beispiel elektrischer Widerstand, Härte etc.) als arithmetisches Mittel der Eigenschaften beider Komponenten ermittelt.

2) Solide Lösungen gekennzeichnet durch die Bildung eines gemeinsamen Raumes Kristallgitter Atome des übergeordneten Lösungsmittelmetalls und Atome des löslichen Elements.
Die Struktur solcher Legierungen besteht aus homogenen kristallinen Körnern, wie bei reinem Metall. Es gibt substituierende feste Lösungen und interstitielle feste Lösungen.

Zu diesen Legierungen gehören Messing, Kupfer-Nickel, Eisen-Chrom usw.

Legierungen – feste Lösungen sind am häufigsten. Ihre Eigenschaften unterscheiden sich von den Eigenschaften der Bestandteile. Beispielsweise ist die Härte und der elektrische Widerstand fester Lösungen viel höher als bei reinen Komponenten. Aufgrund ihrer hohen Duktilität eignen sie sich gut zum Schmieden und für andere Formen der Umformung. Die Gießeigenschaften und Bearbeitbarkeit fester Lösungen sind gering.

3) Chemische Komponenten sind wie feste Lösungen homogene Legierungen. Beim Erstarren entsteht ein völlig neues Kristallgitter, das sich von den Gittern der Legierungsbestandteile unterscheidet. Daher sind die Eigenschaften einer chemischen Verbindung unabhängig und hängen nicht von den Eigenschaften der Komponenten ab. Chemische Verbindungen entstehen in einem genau definierten Mengenverhältnis der verschmolzenen Komponenten. Die Legierungszusammensetzung einer chemischen Verbindung wird durch ihre chemische Formel ausgedrückt. Diese Legierungen weisen normalerweise einen hohen elektrischen Widerstand, eine hohe Härte und eine geringe Duktilität auf. Somit ist die chemische Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff – Zementit (Fe 3 C) zehnmal härter als reines Eisen.

Mehrere wissenschaftliche Disziplinen (Material- und Metallurgie, Physik, Chemie) untersuchen die Eigenschaften und Eigenschaften von Metallen. Es gibt eine allgemein anerkannte Klassifizierung von ihnen. Allerdings orientiert sich jede der Disziplinen bei ihrem Studium an spezifischen Fachparametern, die in ihrem Interessengebiet liegen. Andererseits vertreten alle Wissenschaften, die sich mit Metallen und Legierungen befassen, den gleichen Standpunkt, dass es zwei Hauptgruppen gibt: Eisen- und Nichteisenmetalle.

Anzeichen von Metallen

Folgende grundlegende mechanische Eigenschaften werden unterschieden:

• Härte – bestimmt die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen eines anderen, härteren Materials zu widerstehen.
• Unter Ermüdung versteht man die Menge und Dauer zyklischer Einwirkungen, denen ein Material standhalten kann, ohne seine Integrität zu verändern.
• Stärke. Es gilt: Wenn Sie eine dynamische, statische oder wechselnde Belastung ausüben, führt dies nicht zu einer Veränderung von Form, Struktur und Abmessungen oder zu einer Beschädigung der inneren und äußeren Integrität des Metalls.
• Plastizität ist die Fähigkeit, die Integrität und die resultierende Form während der Verformung aufrechtzuerhalten.
• Elastizität ist eine Verformung, ohne die Integrität unter dem Einfluss bestimmter Kräfte zu verletzen, sowie die Fähigkeit, nach Beseitigung der Belastung in die ursprüngliche Form zurückzukehren.
• Beständigkeit gegen Risse – unter dem Einfluss äußerer Kräfte bilden sie sich nicht im Material und auch die äußere Integrität bleibt erhalten.
• Verschleißfestigkeit – die Fähigkeit, die äußere und innere Integrität bei längerer Reibung aufrechtzuerhalten.
• Viskosität – Aufrechterhaltung der Integrität bei zunehmender körperlicher Belastung.
• Hitzebeständigkeit – Beständigkeit gegen Größen-, Form- und Zerstörungsveränderung bei hohen Temperaturen.

Metallklassifizierung

Zu den Metallen gehören Materialien, die eine Kombination aus mechanischen, technologischen, betrieblichen, physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweisen:

• mechanisch bestätigen die Fähigkeit, Verformung und Zerstörung zu widerstehen;
• technologisch geben die Fähigkeit an, verschiedene Arten der Verarbeitung durchzuführen;
• betriebliche Änderungen spiegeln die Art der Änderungen während des Betriebs wider;
• chemische zeigen Wechselwirkungen mit verschiedenen Substanzen;
• physikalische geben an, wie sich das Material in verschiedenen Feldern verhält – thermisch, elektromagnetisch, gravitativ.

Nach dem Metallklassifizierungssystem werden alle vorhandenen Materialien in zwei volumetrische Gruppen eingeteilt: Eisen und Nichteisen. Auch technologische und mechanische Eigenschaften hängen eng zusammen. Beispielsweise kann die Festigkeit eines Metalls das Ergebnis einer ordnungsgemäßen Verarbeitung sein. Zu diesen Zwecken werden sogenannte Härtungsverfahren und „Alterungsverfahren“ eingesetzt.

Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften hängen eng zusammen, da die Zusammensetzung des Materials alle anderen Parameter bestimmt. Am stärksten sind beispielsweise hochschmelzende Metalle. Eigenschaften, die im Ruhezustand auftreten, werden als physikalisch und unter äußerem Einfluss als mechanisch bezeichnet. Es gibt auch Tabellen zur Klassifizierung von Metallen nach Dichte – Hauptbestandteil, Herstellungstechnologie, Schmelzpunkt und anderen.

Schwarze Metalle

Materialien dieser Gruppe haben die gleichen Eigenschaften: beeindruckende Dichte, hoher Schmelzpunkt und dunkelgraue Farbe. Zum Ersten große Gruppe Eisenmetalle gehören zu den folgenden:

Nichteisenmetalle

Die zweitgrößte Gruppe hat eine geringe Dichte, gute Duktilität, einen niedrigen Schmelzpunkt, vorherrschende Farben (weiß, gelb, rot) und besteht aus folgenden Metallen:

• Lunge – Magnesium, Strontium, Cäsium, Kalzium. In der Natur kommen sie nur in starken Verbindungen vor. Sie werden zur Herstellung von Leichtmetalllegierungen für verschiedene Zwecke verwendet.
• Edel. Beispiele für Metalle: Platin, Gold, Silber. Sie weisen eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit auf.
• Niedrig schmelzende Materialien – Cadmium, Quecksilber, Zinn, Zink. Sie haben einen niedrigen Schmelzpunkt und werden zur Herstellung verschiedener Legierungen verwendet.

Die geringe Festigkeit von Nichteisenmetallen lässt ihre Verwendung in reiner Form nicht zu, daher werden sie in der Industrie in Form von Legierungen eingesetzt.

Kupfer und Kupferlegierungen

In seiner reinen Form hat es eine rosarote Farbe, einen geringen spezifischen Widerstand, eine geringe Dichte, eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine ausgezeichnete Duktilität und ist korrosionsbeständig. Es wird häufig als Leiter für elektrischen Strom verwendet. Für technische Zwecke werden zwei Arten von Kupferlegierungen verwendet: Messing (Kupfer mit Zink) und Bronze (Kupfer mit Aluminium, Zinn, Nickel und anderen Metallen). Messing wird zur Herstellung von Blechen, Bändern, Rohren, Drähten, Armaturen, Buchsen und Lagern verwendet. Flach- und Rundfedern, Membranen, diverse Beschläge und Schneckenpaare werden aus Bronze gefertigt.

Aluminium und Legierungen

Dieses sehr leichte Metall hat eine silberweiße Farbe und ist sehr korrosionsbeständig. Es verfügt über eine gute elektrische Leitfähigkeit und Duktilität. Aufgrund seiner Eigenschaften findet es Anwendung in der Lebensmittel-, Leicht- und Elektroindustrie sowie im Flugzeugbau. Aluminiumlegierungen werden im Maschinenbau sehr häufig zur Herstellung kritischer Teile verwendet.

Magnesium, Titan und deren Legierungen

Magnesium ist nicht korrosionsbeständig, es gibt jedoch kein leichteres Metall, das für technische Zwecke verwendet wird. Grundsätzlich wird es Legierungen mit anderen Materialien zugesetzt: Zink, Mangan, Aluminium, die perfekt geschnitten und ziemlich fest sind. Legierungen mit dem Leichtmetall Magnesium werden zur Herstellung von Gehäusen für Kameras, verschiedene Geräte und Motoren verwendet. Titan findet seine Anwendung in der Raketenindustrie sowie im Maschinenbau für die chemische Industrie. Titanhaltige Legierungen zeichnen sich durch eine geringe Dichte, hervorragende mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aus. Sie eignen sich gut für die Druckbehandlung.

Gleitlegierungen

Derartige Legierungen sollen die Lebensdauer reibungsbeanspruchter Oberflächen erhöhen. Sie vereinen die folgenden Eigenschaften des Metalls – gute Wärmeleitfähigkeit, niedriger Schmelzpunkt, Mikroporosität, niedriger Reibungskoeffizient. Zu den Gleitlegierungen zählen solche auf Basis von Blei, Aluminium, Kupfer oder Zinn. Zu den am häufigsten verwendeten gehören:

• Baby. Es besteht aus Blei und Zinn. Wird bei der Herstellung von Auskleidungen für Lager verwendet, die bei hohen Geschwindigkeiten und Stoßbelastungen betrieben werden.
• Aluminiumlegierungen;
• Bronze;
• Metall-Keramik-Materialien;
• Gusseisen.

Weiche Metalle

Nach dem Metallklassifizierungssystem sind dies Gold, Kupfer, Silber, Aluminium, aber zu den weichsten zählen Cäsium, Natrium, Kalium, Rubidium und andere. Gold ist in der Natur weit verbreitet. Es ist in Meerwasser, dem menschlichen Körper, und kann auch in fast jedem Granitfragment gefunden werden. In seiner reinen Form hat Gold eine gelbe Farbe mit einem Hauch von Rot, da das Metall weich ist – es kann sogar mit dem Fingernagel zerkratzt werden. Unter dem Einfluss der Umwelt wird Gold recht schnell zerstört. Dieses Metall ist für elektrische Kontakte unverzichtbar. Obwohl Silber zwanzigmal häufiger vorkommt als Gold, ist es auch selten.

Wird zur Herstellung von Geschirr und Schmuck verwendet. Auch das Leichtmetall Natrium hat eine weite Verbreitung gefunden und ist in fast allen Branchen, auch in der chemischen Industrie, gefragt – zur Herstellung von Düngemitteln und Antiseptika.

Das Metall ist Quecksilber, obwohl es in flüssigem Zustand vorliegt und daher als eines der weichsten der Welt gilt. Dieses Material wird in der Verteidigungs- und Chemieindustrie, der Landwirtschaft und der Elektrotechnik eingesetzt.

Hartmetalle

Die härtesten Metalle kommen in der Natur praktisch nicht vor und sind daher nur sehr schwer zu gewinnen. In den meisten Fällen werden sie in Meteoriteneinschlägen gefunden. Chrom gehört zu den Refraktärmetallen und ist das härteste der reinsten auf unserem Planeten, zudem lässt es sich gut bearbeiten.

Wolfram ist ein chemisches Element. Im Vergleich zu anderen Metallen gilt es als das härteste. Hat einen extrem hohen Schmelzpunkt. Trotz seiner Härte lassen sich daraus alle notwendigen Teile schmieden. Aufgrund seiner Hitzebeständigkeit und Flexibilität ist es das am besten zum Schmelzen geeignete Material kleine Elemente, verwendet in Beleuchtungsgeräten. Das feuerfeste Metall Wolfram ist der Hauptbestandteil schwerer Legierungen.

Metalle in der Energie

Metalle, die freie Elektronen und positive Ionen enthalten, gelten als gute Leiter. Dies ist ein recht beliebtes Material, das sich durch Plastizität, hohe elektrische Leitfähigkeit und die Fähigkeit zur einfachen Elektronenabgabe auszeichnet.

Sie werden zur Herstellung von Strom-, Hochfrequenz- und Spezialkabeln, Teilen für Elektroinstallationen, Maschinen und elektrischen Haushaltsgeräten verwendet. Führend bei der Verwendung von Metallen zur Herstellung von Kabelprodukten sind:

• Blei – für höhere Korrosionsbeständigkeit;
• Kupfer – für hohe elektrische Leitfähigkeit, einfache Verarbeitung, Korrosionsbeständigkeit und ausreichende mechanische Festigkeit;
• Aluminium – für geringes Gewicht, Vibrationsfestigkeit, Festigkeit und Schmelzpunkt.

Kategorien eisenhaltiger Sekundärmetalle

Für Eisenmetallabfälle gelten bestimmte Anforderungen. Um Legierungen an Stahlöfen zu schicken, sind bestimmte Verarbeitungsvorgänge erforderlich. Bevor Sie einen Antrag auf Abfalltransport stellen, müssen Sie sich mit den GOST-Eisenmetallen vertraut machen, um deren Kosten zu ermitteln. Schwarzer Sekundärschrott wird in Stahl und Gusseisen eingeteilt. Wenn die Zusammensetzung Legierungszusätze enthält, wird sie in die Kategorie „B“ eingestuft. Zur Kategorie „A“ gehören Kohlenstoffmaterialien: Stahl, Gusseisen, Zusatzstoffe.

Metallurgen und Gießereiarbeiter zeigen aufgrund der begrenzten Primärrohstoffbasis ein aktives Interesse an Sekundärrohstoffen. Die Verwendung von Eisenschrott anstelle von Metallerz ist eine ressourcenschonende und energiesparende Lösung. Recyceltes Eisenmetall wird als Kühlmittel für das Konverterschmelzen verwendet.

Das Anwendungsspektrum von Metallen ist unglaublich breit. Schwarz und Bunt werden in der Bau- und Maschinenindustrie unbegrenzt verwendet. Die Energiewirtschaft kommt ohne Nichteisenmetalle nicht aus. Zur Herstellung von Schmuck werden seltene und kostbare Exemplare verwendet. In der Kunst und Medizin werden sowohl Bunt- als auch Eisenmetalle verwendet. Sie sind aus dem Leben eines Menschen nicht mehr wegzudenken, vom Haushaltsbedarf bis hin zu einzigartigen Instrumenten und Apparaten.

Aluminiumlegierungen werden häufiger als Konstruktionswerkstoffe verwendet als technisches Aluminium. Die Hauptlegierungselemente von Aluminiumlegierungen sind Cu, Zn, Mg, Mn, Si, Ni, Fe. Diese Elemente bilden mit Aluminium feste Lösungen mit begrenzter Löslichkeit, bilden mit Aluminium und untereinander Verstärkungszonen und Zwischenphasen - F (CuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al6CuMg4 usw.).

Mn und Mg haben positiver Einfluss Sie beeinträchtigen jedoch die Korrosionsbeständigkeit, verringern jedoch die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Aluminiumlegierungen. Bei Gusslegierungen ist Silizium das Hauptlegierungselement, das mit Aluminium ein Eutektikum bildet. Ni, Ti, Cr, Fc bilden stabile Komplexschichtverfestigungsphasen, hemmen Diffusionsprozesse und erhöhen dadurch die Warmfestigkeit von Aluminiumlegierungen. Lithium in Aluminiumlegierungen erhöht deren Elastizitätsmodul. Aluminiumlegierungen werden nach der Technologie zur Herstellung von Halbzeugen und Produkten daraus, nach der Art der Verstärkung durch Wärmebehandlung und ihren Eigenschaften klassifiziert (Tabelle 9.3).

Tabelle 93

Klassifizierung von Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen werden hauptsächlich in Knet- und Gusslegierungen sowie gesinterte Aluminiumpulver (SAP) und -legierungen (SAS) und Verbundlegierungen unterteilt, bei deren Herstellung häufig plastische Verformungs- und Gussverfahren zum Einsatz kommen.

Gemäß dem Zustandsdiagramm „Aluminium – Legierungselement“ (Abb. 9.2) liegen Legierungen links vom Punkt E, Bei hohen Temperaturen weisen sie eine einphasige a-Mischkristallstruktur, geringe Festigkeit und hohe Duktilität auf. Daher lassen sich diese Legierungen leicht durch Druck verarbeiten und gehören zur Kategorie der Knetlegierungen. Gusslegierungen liegen hinsichtlich des Gehalts an Legierungselementen rechts vom Punkt ?, enthalten ein Eutektikum im Gefüge und weisen hohe Gusseigenschaften auf: Fließfähigkeit und eine hohe Konzentration an Gussporosität. Legierungen mit eutektischer Zusammensetzung kristallisieren konstant

Reis. 9.2.

D – verformbare Legierungen; L – Gusslegierungen; I – Legierungen, die durch Wärmebehandlung nicht verstärkt werden können; II – durch Wärmebehandlung verstärkte Legierungen; F -

B. bei mittlerer Phasentemperatur, zeichnen sich durch höchste Fließfähigkeit und reduzierte mechanische Eigenschaften aufgrund des Vorhandenseins einer großen Menge eutektischer Komponenten in ihrer Struktur aus.

Punkt M Im Diagramm, das der Sättigungsgrenze der festen Lösung bei Raumtemperatur entspricht, ist die Grenze zwischen Legierungen, die nicht verfestigt werden können, und solchen, die durch Wärmebehandlung verfestigt werden können, dargestellt.

Die verstärkende Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen besteht aus einer Härtung bei 435–545 °C, einer natürlichen Alterung bei 20 °C oder einer künstlichen Alterung bei 75–225 °C für 3–48 Stunden. Legierungen, die nicht gehärtet werden können, werden einer Homogenisierung (480–48 °C) unterzogen. 530°C, 6–36 Stunden), Rekristallisation (300–500°C, 0,5–3 Stunden) und (injizierte und gealterte Legierungen) Erweichungsglühen (350–430°C, 1–2 Stunden).

Markierung von Aluminiumlegierungen. Für die Kennzeichnung von Aluminiumlegierungen wurde ein gemischtes alphabetisches und alphanumerisches System eingeführt. Knetlegierungen werden mit den Buchstaben AD, D, AK, AM, AB bezeichnet, Gusslegierungen mit AL. Die Buchstaben AD am Anfang der Marke bedeuten technisches Aluminium, die darauffolgende Zahl gibt die Reinheit des Aluminiums an. Der Buchstabe D bezeichnet verformbare Legierungen des Systems (A1-Cu-Mg) – Duraluminium und die Buchstaben AK – Aluminium-Schmiedelegierung. Die Buchstaben AB bezeichnen eine Legierung aus Aluminium mit Magnesium und Silizium – Avial. Die Buchstaben AMg und AMts bezeichnen eine Legierung aus Aluminium mit Magnesium (Mg) und Mangan (Mz), die Zahlen nach den Buchstaben (AMg1, AMg5, AMgb) entsprechen dem ungefähren Magnesiumgehalt in den Legierungen. Der Buchstabe B am Anfang der Marke bedeutet hochfeste Aluminiumlegierung.

Derzeit gibt es eine einheitliche vierstellige Kennzeichnung von Aluminiumlegierungen (Abb. 9.3). Die erste Zahl gibt die Basis aller Legierungen an. Aluminium steht an erster Stelle. Die zweite Zahl entspricht dem Hauptlegierungselement oder der Hauptlegierungselementgruppe. Die dritte Ziffer bzw. die dritte und zweite Ziffer wiederholen die alten Markierungen. Die vierte Ziffer gibt an, dass die Legierung verformbar ist, wenn sie ungerade oder 0 ist. Experimentelle Legierungen

Reis. 93. Die digitale Kennzeichnung von Aluminiumlegierungen wird durch die Zahl 0 vor der Einheit angezeigt (die fünfstellige Kennzeichnung ist nur für Versuchslegierungen zulässig). Die Zahl 0 wird von der fünfstelligen Kennzeichnung ausgeschlossen, wenn die Legierung serienmäßig wird.

Die alphanumerische Kennzeichnung von Aluminiumgusslegierungen (gemäß GOST 1583-93) basiert auf dem Prinzip der Kennzeichnung von legierten Stählen.

Der erste Buchstabe A gibt die Basis der Legierung an – A1, die nachfolgenden Buchstaben entsprechen den Anfangsbuchstaben der Namen der Hauptlegierungselemente (K – Silizium, M – Kupfer, Mg – Magnesium, Mts – Mangan, N – Nickel, C – Zink). Die Zahlen hinter den Buchstaben geben den durchschnittlichen Gehalt der entsprechenden Komponente an (in % nach Gewicht). Wenn der Gehalt an Legierungselementen in der Legierung geringer ist 1% Der Buchstabe, der dieses Element bezeichnet, ist in der Kennzeichnung nicht angegeben. Die Reinheit der Legierungen wird durch die Buchstaben nach der Legierungsbezeichnung angezeigt: Ch, och – jeweils rein oder sehr rein, aber mit Verunreinigungen von Eisen und Silizium. GOST 1583-93 sieht die Möglichkeit vor, die Bezeichnung von Aluminiumgusslegierungen mit einer alphanumerischen Markierung zu verwenden, die in Klammern die alte Markierung angibt (siehe Tabelle 9.3).

Das alphanumerische Prozessmarkierungssystem spiegelt qualitativ die mechanischen, chemischen und anderen Eigenschaften der Legierung wider (Tabelle 9.4).

Tabelle 9.4

Alphanumerische Kennzeichnung der technologischen Bearbeitung von Knet- und Gusslegierungen

Verformbare Aluminiumlegierungen. Die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften von Knetlegierungen sind in der Tabelle angegeben. 9.5.

Zu den verformbaren Legierungen, die durch Wärmebehandlung nicht verstärkt werden können, gehören Legierungen auf Basis der Systeme Al-Mn (AMts) und Al-Mg (AMg), die sich durch eine verringerte Festigkeit, aber eine erhöhte Duktilität und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen. Die Legierungen sind geschweißt. AMG-Legierungen werden aufgrund ihrer geringeren Dichte häufiger verwendet. Aus Legierungen werden durch Tiefziehen und Schweißen Produkte hergestellt, die in verschiedenen korrosiven Umgebungen eingesetzt werden können (geschweißte Tanks, Schiffe, Rohrleitungen für Öl und Benzin, Rümpfe, Masten von Flussschiffen). Die Legierungen AB, AD31, AD 33 des Systems A1-Mg-Si weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Duktilität im kalten und heißen Zustand auf und werden durch Punkt-, Naht- und Argonlichtbogenschweißen geschweißt. Legierungen können durch Schneiden im wärmebehandelten Zustand zufriedenstellend bearbeitet werden. Legierungen werden durch Härten (510–530 °C) und künstliches Altern (160–170 °C, 12–15 Stunden) gestärkt. Die AB-Legierung weist nach künstlicher Alterung die höchsten Festigkeitsindikatoren auf, ist jedoch in diesem Zustand anfällig für interkristalline Korrosion, die durch die Freisetzung von Silizium entlang der Korngrenzen während der künstlichen Alterung verursacht wird. Die Legierungen AD31 und ADZZ sind hinsichtlich der Festigkeit der Legierung AB unterlegen, aber überlegen

Tabelle 9.5

Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften verformbarer Aluminiumlegierungen

seine Korrosionsbeständigkeit. Die Legierungen LV, LD31, ADZZ werden in Form von Blechen, Rohren, Stäben, Profilen verschiedener Abschnitte und anderen Halbzeugen hergestellt, die für die Herstellung von Hubschrauberrotorblättern, Rahmen, Schiffsrümpfen und -schotts, Gehäusen von Elektromotoren und geschweißten Tanks verwendet werden und Rohrleitungen.

Duraluminium. Die Legierungen D1, D16, D18, D19, VD17 des Systems A1-Cu-Mg zeichnen sich durch eine gute Kombination aus Festigkeit und Duktilität aus. Durch die Wärmebehandlung (Härtung und Alterung) wird Duraluminium gestärkt. Wir werden Umwandlungen in verformbare wärmeverfestigende Legierungen unter Verwendung von Aluminiumlegierungen betrachten

mit Kupfer. Dies ist akzeptabel, da die Legierung mit anderen Elementen (Mg, Mn usw.) zusammen mit Kupfer oder anstelle von Kupfer keine grundlegenden Änderungen mit sich bringt.

Aus dem L1-Si-Diagramm (Abb. 9.4) folgt, dass im Gleichgewichtszustand das Gefüge der Legierungen aus einer festen Lösung besteht A(0,2 % Cu) und Einschlüsse der Sekundärphase CuAl 2 mit etwa 55,4 % Cu. Beim Abschrecken werden die Legierungen auf eine Temperatur erhitzt, die die Auflösung des intermetallischen CuAl 2 im Aluminium gewährleistet (oberhalb der Grenzlöslichkeitslinie). MICH. um 6–8 %) und um die maximal mögliche Kupferkonzentration in der festen Lösung zu erreichen. Während des Abschreckprozesses mit schneller Abkühlung in Wasser wird Kupfer nicht aus der festen Lösung freigesetzt, und so entsteht eine Nichtgleichgewichtsstruktur einer homogenen übersättigten festen Lösung von Kupfer in Aluminium (Abschrecken ohne polymorphe Umwandlung). Im ausgehärteten Zustand weisen Legierungen eine verminderte Festigkeit auf. Somit weist die Legierung D16 im frisch abgeschreckten Zustand folgende mechanische Eigenschaften auf: a„ = 24(H260 MPa, 8 = 22 %.

In einer übersättigten festen Lösung sind überschüssige Kupferatome statistisch gleichmäßig verteilt und neigen dazu, sich von dieser zu trennen. Der Alterungsprozess basiert auf diesem Phänomen. Alterung ist eine Wärmebehandlung, bei der es nach dem Abschrecken (ohne polymorphe Umwandlung) zur Zersetzung einer übersättigten festen Lösung in der Legierung kommt. Abhängig von Temperaturbedingungen Transformationen unterscheiden zwischen natürlicher Alterung – ohne Erhitzen auf eine Temperatur von 20 °C und künstlicher Alterung – mit Erhitzen auf eine Temperatur von 100–200 °C (Abb. 9.5).

Bei der natürlichen Alterung bilden sich durch die Diffusionsumverteilung von Kupferatomen innerhalb der festen Lösung Zonen mit einer erhöhten Kupferkonzentration (50-52 %) – Guinier-Preston-Zonen (GP-I) mit der gleichen Reihenfolge Anordnung der Atome wie in einer ungeordneten festen Lösung. Bei Temperaturen darunter

Reis. 9.4. Teil des Zustandsdiagramms des A1-C-Systems und des Diagramms der Änderungen in der Struktur von Duraluminium (bis % C) nach dem Aushärten

Dauer, Tage.

Reis. 95. Änderung der Festigkeit von Duraluminium (k % Cu) bei unterschiedlichen Alterungstemperaturen

Null-GP-1-Zonen werden nicht gebildet. GP-1-Zonen sind Platten mit einem Durchmesser von 4–10 nm und einer Dicke von 0,5–1 nm. Die Kristallgitterparameter der festen Lösung in den GP-1-Zonen sind kleiner als in der abgereicherten a-festen Lösung (der Atomdurchmesser von Aluminium beträgt 0,128 nm). Daher verformen die GP-1-Zonen die a-Mischkristalllösung (Abb. 9.6), erzeugen große Spannungen im Kristall und hemmen die Bewegung von Versetzungen, was zu einer Verstärkung der Legierungen führt. Bei der natürlichen Alterung in einer festen Lösung bilden sich ausschließlich GP-1-Zonen.

Bei der künstlichen Alterung kommt es zu einer verstärkten Diffusion. Die künstliche Alterung erfolgt stufenweise. Im ersten Stadium kommt es wie bei der natürlichen Alterung auf die Bildung von GP-1-Zonen an.

GP-1-Zonen, die bei künstlicher Alterung entstehen, haben große Größen(20 nm bei einer Temperatur von 100 °C und 80 nm bei einer Temperatur von 200 °C, Dicke von 1 bis 4 nm), jedoch verglichen mit den GP-1-Zonen nach natürlicher Alterung. Eine Erhöhung der Belastung bei Temperaturen von 100 bis 200 °C führt zu einer Veränderung der GP-1-Zonen (Stadium II)

Reis. 9.6.

Cu-Atome; O - A1-Atome

und sie in HP-P mit einer geordneten Anordnung von Kupferatomen in Aluminium umzuwandeln. Darauf folgen Veränderungen, die die Legierung näher an den Gleichgewichtszustand bringen, und dies ist mit der Bildung der CuAl 2 (0")-Phase verbunden, die kohärent mit der α-Mischkristalllösung verbunden ist.

Phase 0" hat ein tetragonales Gitter.

Die vierte Stufe der Umwandlung reduziert sich auf das Auftreten einer stabilen CuAl1 2-Phase, die aus der Matrix einer festen Lösung isoliert wird, und den Übergang der Legierung in den anfänglichen (vor dem Abschrecken) Gleichgewichtszustand. Ab dem Stadium der Ausscheidung der stabilen CuAl1 2-Phase kommt es zu einer merklichen Erweichung der Legierung. Weiteres Erhitzen auf 200–250 °C führt zur Vergröberung (Koagulation) der intermetallischen Verbindung CuAl 2 (0-Phase).

Jede dieser Phasen kann unabhängig voneinander ablaufen oder sich überschneiden. Das Auftreten der einen oder anderen Stufe hängt von der Zusammensetzung der Legierung und der Alterungstemperatur ab. Die maximale Aushärtung während der künstlichen Alterung ist mit den Anfangsstadien der Alterung verbunden. Mit zunehmender Alterungstemperatur wird die Aushärtung schneller erreicht, allerdings ist die Härtungswirkung geringer und die Erweichung erfolgt innerhalb weniger Stunden.

Bei verformbaren Aluminiumlegierungen, die durch Wärmebehandlung verstärkt werden, werden Strukturveränderungen durch Zonen- und Phasenalterung charakterisiert. Zonenalterung (Bildung von GP-1- und GP-P-Zonen) führt zu keiner Einwirkzeit zu einer Erweichung der Legierung. In diesem Fall weisen die Legierungen eine erhöhte Streckgrenze (Verhältnis a02/ab = 0,6-^0,7), eine erhöhte Duktilität und eine geringe Sprödbruchempfindlichkeit auf.

Phasenalterung kann verfestigend und erweichend sein, wenn es während des Alterungsprozesses zu einer Koagulation von Partikeln der Verfestigungsphasen (0" und 0) kommt. Als Folge der Phasenalterung weisen Legierungen eine hohe Streckgrenze auf (das Verhältnis a 0>2 / st in erreicht 0,9–0,95 ), während Duktilität, Zähigkeit, Beständigkeit gegen Sprödbruch und Spannungskorrosion verringert werden.

Der Alterungseffekt wird nicht nur bei Systemen von Nichteisenlegierungen auf Basis von Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan, sondern auch bei Nickel- und Eisenlegierungen beobachtet und genutzt.

Für die Legierungen D1, D19 liegt die Erwärmungstemperatur zum Abschrecken nahe an der Schmelztemperatur der Eutektika, liegt jedoch darunter und beträgt 505 °C, und für die Legierungen D16, VD17, D18 - 500 °C. Im ausgehärteten Zustand werden Duralumine (mit Ausnahme von D18) intensiv verfestigt (temporäre Zugfestigkeit nach natürlicher Alterung für 4 Tage beträgt 450 MPa, Duktilität beträgt 18 %). Produkte aus den Legierungen D16, D19, die bei 125–200 °C betrieben werden, werden einer künstlichen Alterung unterzogen. Der künstliche Alterungsmodus der gehärteten Legierung D16 beträgt 190°C, Dauer 8-12 Stunden. Durch die künstliche Alterung unterscheidet sich die Festigkeit von D16-Duraluminium kaum von der Festigkeit im Zustand nach der natürlichen Alterung, gleichzeitig aber auch von der Streckgrenze Die Festigkeit nimmt zu und die Duktilität ab.

Duraluminium zeichnet sich durch eine verringerte Korrosionsbeständigkeit in feuchter Luft, Fluss- und Meerwasser aus und erfordert einen Korrosionsschutz. Duraluminiumplatten werden plattiert, Rohre und Profile werden anodisch polarisiert. Beim Plattieren handelt es sich um das Warmwalzen von Duraluminiumblechen, die mit reinem Aluminium (A7, A8) beschichtet sind. Dabei wird Aluminium mit Kiefer verschweißt und schützt das Duraluminiumblech zuverlässig vor Korrosion. Die Dicke der Aluminiumschicht beträgt üblicherweise 2-5 % der Blechdicke. Die anodische Polarisation in einer 10 %igen Schwefelsäurelösung von Halbzeugen aus Duraluminium führt zur Freisetzung von Sauerstoff und zur Bildung eines schützenden Oxidfilms (AI2O3) auf ihrer Oberfläche, der die Legierung vor Korrosion schützt.

Duraluminium lässt sich gut durch Punktschweißen schweißen und kann aufgrund der Rissbildung nicht durch Schmelzschweißen geschweißt werden. Im gehärteten und gealterten Zustand lässt es sich zufriedenstellend verarbeiten, im geglühten Zustand noch schlechter.

Das haltbarste Duraluminium, die Legierung D16, wird zur Herstellung von Häuten für Längsträger, Rahmen, Stringer, Flugzeugsteuerstangen, tragende Rahmen und Autokarosserien verwendet. Im frisch gehärteten Zustand werden Nieten aus den Legierungen D16 und D1 hergestellt. Eine der wichtigsten Nietlegierungen ist die D18-Legierung im gehärteten und natürlich gealterten Zustand.

Hochfeste Legierungen V93, V95, V96Ts1 (siehe Tabelle 9.5) des A1-Zn-Mg-Cu-Systems haben eine erhöhte Zugfestigkeit - 550-700 MPa. Sie enthalten als Zusätze Mangan, Chrom und Zirkonium, die für die Instabilität der festen Lösung sorgen, deren Zersetzung beschleunigen und den Alterungseffekt verstärken. Die Verstärkungsphasen in den Legierungen sind MgZn 2, Al 2 Mg3Zn3, Al 2 CuMg.

Hochfeste Aluminiumlegierungen werden einer Härtung und künstlichen Alterung unterzogen. Legierungen werden bei 460-470°C im Kalt- oder Kaltverfahren gehärtet heißes Wasser um Rissbildung bei großen Stanz- oder Schmiedestücken zu verhindern. Bei der künstlichen Alterung zerfällt die übersättigte feste Lösung unter Bildung dispergierter Partikel festigender Phasen. Die maximale Festigkeit der Legierungen wird bei der Verarbeitung nach dem T1-Modus (Härtung; künstliche Alterung 120°C, 3-10 Stunden) erreicht. Nach einer solchen Behandlung weisen die Legierungen eine verringerte Duktilität (7–10 %) auf und neigen aufgrund der ungleichmäßigen Zersetzung der übersättigten festen Lösung zu Spannungskorrosion.

Die Alterung hochfester Legierungen in den Modi T2 und T3 bei erhöhten Temperaturen (160–180 °C) und Dauer (10–30 Stunden) erhöht ihre Zähigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit.

Zwietracht unter Spannung. Häufiger werden hochfeste Legierungen einer zweistufigen Alterung bei 100–120 °C, 3–10 Stunden (erste Stufe) und 165–185 °C, 10–30 Stunden (zweite Stufe) unterzogen. Die erste Alterungsstufe sorgt für die Bildung und gleichmäßige Verteilung von GP-Zonen. In der zweiten Stufe bilden sich bei erhöhten Temperaturen und über einen längeren Zeitraum Partikel der Festigungsphasen und koagulieren aus den GP-Zonen. Als Ergebnis der zweistufigen Alterung hat die V95pch-Legierung o n = 540–590 MPa und 0,9 = 410–470 MPa, 5 = 10–13 %.

Die Legierung B95 ist von allen hochfesten Legierungen der universellste Strukturwerkstoff und wird in der Luftfahrt häufig verwendet: für hochbelastete Strukturteile, die hauptsächlich unter Druckbedingungen arbeiten (Verkleidung, Rahmen, Stringer, Flugzeugholme).

Die Legierung V96Ts enthält einen erhöhten Anteil an Hauptlegierungselementen (Zink, Magnesium, Kupfer) und ist die stärkste aller verformbaren Aluminiumlegierungen. Im Vergleich zur Legierung 1395 weist die Legierung V96Ts jedoch eine geringere Duktilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Die Legierung ist empfindlich gegenüber Korrosion und verschiedenen Spannungskonzentrationen. Aus der Legierung V96Ts werden im Warmumformverfahren Halbzeuge in Form von Rohren, Profilen unterschiedlicher Querschnitte und Schmiedeteile hergestellt. Hochfeste Legierungen weisen eine zufriedenstellende Schweißbarkeit beim Widerstandsschweißen und eine schlechte Schweißbarkeit beim Schmelzschweißen auf. Die Betriebstemperatur hochfester Legierungen überschreitet 120 °C nicht, da bei höheren Temperaturen ihre Festigkeit stark abnimmt, intensiver als bei Duraluminium.

Die Hochmodullegierung 1420 des Al-Mg-Li-Systems hat eine reduzierte Dichte (2,5 g/cm 3) und einen erhöhten Elastizitätsmodul (75.000 MPa), der 4 % höher ist als der Elastizitätsmodul der D16-Legierung. Legierung 1420 kann mit allen Schweißarten geschweißt werden und weist hohe Korrosionseigenschaften auf, die den Eigenschaften der AMgb-Legierung nahe kommen.

Die Legierung 1420 wird einer Abschreckung bei 450 °C (Luftkühlung) und einer anschließenden künstlichen Alterung bei 120 °C für 12–24 Stunden unterzogen.

Durch die Aushärtung besteht das Legierungsgefüge aus einer übersättigten festen Lösung von Magnesium und Lithium in Aluminium. Bei der künstlichen Alterung wird die Bildung von GP-Zonen nicht beobachtet. Die Verfestigung ist mit der Freisetzung der verfestigenden AlLi-Phase verbunden, was nicht zu einer Erschöpfung der festen Matrixlösung in Magnesium führt.

Legierung 1420 wird verwendet, um Duraluminium in Luft- und Raumfahrtprodukten zu ersetzen und dadurch deren Gewicht um 10–15 % zu reduzieren.

Die Schmiedelegierungen AK6, AK8 (siehe Tabelle 9.5) des Al-Mg-Si-Cu-Systems zeichnen sich durch eine erhöhte Duktilität bei der Warmumformung aus und werden zur Herstellung von Schmiede- und Stanzteilen verwendet. Das Schmieden und Stanzen von Legierungen erfolgt bei Temperaturen von 450–470 °C. In der Struktur der Legierungen gibt es neben der festen Lösung die Phasen CuAl 2, CuMgAl 2 und Mg 2 Si. Die Legierungen AK6 und AK8 werden einer Härtung und künstlichen Alterung (T1-Modus) unterzogen. Die Härtetemperatur der AK6- und AK8-Legierungen beträgt 520 bzw. 500 °C. Die künstliche Alterung der Legierungen erfolgt nach dem Regime von 160–170 °C, 12–15 Stunden. Als Ergebnis dieser Behandlung weist die AK8-Legierung, die 4,3 % Kupfer enthält, höhere Festigkeitsindikatoren auf (siehe Tabelle 9.5). die LK6-Legierung enthält 2,2 % Kupfer. Die LK6-Legierung zeichnet sich durch eine Kombination aus guter Duktilität im heißen und kalten Zustand und relativ hoher Festigkeit aus. Hinsichtlich der Bruchzähigkeit ist die AK6-Legierung der AK8-Legierung überlegen. Die Legierungen lassen sich gut schweißen und gut schneidend bearbeiten. AK6- und AK8-Legierungen sind anfällig für Spannungskorrosion und interkristalline Korrosion. Die Korrosionsbeständigkeit von Legierungen wird durch elektrochemische Oxidation (Eloxieren) oder durch das Aufbringen von Farb- und Lackschichten erhöht.

Die AK6-Legierung wird zur Herstellung mäßig belasteter Teile verwendet Komplexe Form(Beschläge, Laufräder, Befestigungselemente, Unterrahmen). Die Legierung AK8, die technologisch weniger fortgeschritten ist als AK6, wird für die Herstellung hochbelasteter Teile (Motorrahmen, Gelenkbaugruppen, Holme, Rotorblätter von Hubschraubern) empfohlen.

Die hitzebeständigen Aluminiumlegierungen D20, 1201 (siehe Tabelle 9.5) des Systems A1-Cu-Mn und AK4-1 des Systems A1-Cu-Mg-Fe-Ni können bei Temperaturen bis zu 300 °C betrieben werden. Durch das Legieren von Legierungen mit Zirkonium, Vanadium, Titan, Eisen und Nickel werden Diffusionsprozesse gehemmt, es bilden sich fein verteilte Festigungsphasen Al 12 MnCu in den Legierungen D20, 1201, Al 9 FeNi – in der Legierung AK4-1, beständig bei Erhitzung zur Koagulation. Die Legierungen werden im Zustand nach Aushärten bei einer Temperatur von 535 °C und künstlicher Alterung bei einer Temperatur von 190 °C für 10–18 Stunden verwendet. Bei Raumtemperatur unterscheidet sich die Festigkeit hitzebeständiger Aluminiumlegierungen kaum von der Festigkeit Duraluminium (420-450 MPa). Bei 300 °C weist die D20-Legierung eine höhere Wärmebeständigkeit (a nu = 80 MPa) auf als die AK4-1-Legierung, für die afoo = 45 MPa. Die Legierungen D20 und 1201 lassen sich gut schweißen, und die Legierung AK4-1 lässt sich zufriedenstellend durch Argon-Lichtbogen- und Widerstandsschweißen schweißen. Die Korrosionsbeständigkeit von Legierungen ist gering, und zum Schutz vor Korrosion werden auf die Oberfläche daraus hergestellter Teile Farb- und Lackschichten aufgetragen oder Teile eloxiert. Schweißverbindungen müssen besonders sorgfältig geschützt werden. Halbzeuge werden aus den Legierungen AK4-1, D20, 1201 in Form von Blechen, Platten, Profilen für Teile und Schweißprodukte hergestellt: Motorkolben, Köpfe

Zylinder, Laufräder, geschweißte Tanks, Schaufeln und Scheiben von Axialkompressoren von Turboprop-Triebwerken, Häute von Überschallflugzeugen.

Aluminiumgusslegierungen. Aluminiumgusslegierungen weisen neben hohen Gusseigenschaften (Fließfähigkeit, geringe Schrumpfung, geringe Neigung zur Bildung von Heißrissen und Poren) optimale mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen aggressiven Umgebungen auf. Diese Anforderungen werden in höherem Maße durch Legierungen der Systeme A1-Si, Al-Cu, A1-Mg erfüllt, deren Struktur Eutektikum enthält. Durch zusätzliches Legieren von Legierungen des A1-Si-Systems mit Kupfer und Mangan, des A1-Si-Systems mit Mangan, Nickel, Chrom und des Al-Mg-Systems mit Zink können deren mechanische Eigenschaften (Tabelle 9.6) verbessert und die Betriebsleistung erhöht werden Eigenschaften.

Am weitesten verbreitet sind Legierungen des Al-Si-Mg-Systems AK9ch (AL4), AK8l (AL34), AK7ch (AL9), sogenannte Silumine.

Tabelle 9.6

Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von Aluminiumgusslegierungen

Notiz: In der Spalte „Zustand der Legierung“ bedeutet der Buchstabe „M“, dass die Legierung verändert wurde, die Buchstaben „3“, „D“, „K“ geben die Gussmethode an: jeweils im Boden, unter Druck , in einer Form.

Raum. Legierung AK12 (AL2) entspricht der eutektischen Zusammensetzung (10-13% Si). Die eutektische Struktur dieser Legierung besteht aus rauen, nadelförmigen Siliziumkristallen vor einem Hintergrund aus einer festen Lösung. In diesem Zustand weist die Legierung AK12 (AL2) aufgrund der hohen Zerbrechlichkeit von Silizium verringerte mechanische Eigenschaften auf (a = 130 MPa, 5 = 1-^-2 %). Die Festigkeit und Duktilität der Legierung wird durch Modifikation erhöht, wenn eine Salzmischung (67 % NaF + 33 % NaCl) in einer Menge von 2–3 % des Gewichts der Legierung in einer gleichmäßig dünnen Schicht in die Schmelze eingebracht wird an der Oberfläche der Schmelze bei 780-830°C. Die Anwesenheit von Natrium in der Schmelze verschiebt die Linien des Phasendiagramms des Al-Si-Systems (Abb. 9.7) und den eutektischen Punkt zu höheren Siliziumkonzentrationen. Nach der Modifikation besteht das Eutektikum aus kleinen Siliziumkristallen und einem α-Mischkristall. Das Wachstum von Siliziumkristallen während des Erstarrungsprozesses wird durch den sie umhüllenden Na 2 Si-Film gehemmt. Zusätzlich zum Eutektikum treten in der Struktur der modifizierten AK12 (AL2)-Legierung überschüssige Kristalle einer festen Lösung auf. Durch die Gefügeveränderung werden die mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessert (siehe Tabelle 9.6). Silumins unterliegen Änderungen (einschließlich

Reis. 97. Zustandsdiagramm des A1-Si-Systems ( A) und mechanische Eigenschaften von Legierungen dieses Systems (6):

1 - vor der Änderung; 2 - (modifiziert und dotiert) mit mehr als 5-6 % Silizium. Legierte Silumine AK9ch (AL4), AK7ch (AL9) werden zusätzlich mit Magnesium legiert, und die Legierung AK8l (AL32) ist mit Magnesium und Kupfer dotiert (siehe Tabelle 9.6). Diese Legierungen werden sowohl durch Modifikation als auch durch Wärmebehandlung verstärkt. Die Verfestigung von mit Magnesium legierten Legierungen ist mit der Bildung der Mg 2 Si-Phase und gleichzeitig mit Kupfer und Magnesium - mit den Phasen CuAl 2 und Al,.Mg-) Cu 1 Si4 verbunden. Legierte Silumine AK9ch (AL4), AK7ch (AL9), AK8l (AL34) werden durch Wärmebehandlung gemäß den Modi T1, T4, T5, Tb verstärkt (z. B. für AK8l (AL34) - T5: Härten 535 °C, Altern 175). °C, b h; für AK9ch (AL4) – Tb: Aushärtung 535 °C, Alterung 175 °C, 15 h; für AK7ch (AL9) – T4: Aushärtung 515 °C).

Die Legierung AK12 (AL2) wird für leicht belastete Teile mit komplexer Konfiguration verwendet, die Legierungen AK9ch (AL4) und AK7ch (AL9) für mittlere und große Teile (Kompressorgehäuse, Kurbelgehäuse und Motorzylinderblöcke). Gussteile aus der Legierung AK7ch (AL9) zeichnen sich im gehärteten Zustand (T4) durch eine erhöhte Duktilität (siehe Tabelle 9.6) und im Tb-Zustand (Härtung und Alterung) durch eine erhöhte Festigkeit aus. Die Legierung AK8l (AL34) ist hinsichtlich der Festigkeit den Legierungen AK9ch (AL4) und AK7ch (AL9) überlegen. Die Legierungen AK8l (AL34) und AK8M (AL32) sind für den Spritzguss bestimmt. Die hohe Kristallisationsgeschwindigkeit beim Spritzgießen und das Vorhandensein von Mn und Ti in der Zusammensetzung der Legierungen gewährleisten die Bildung einer halbstabilen Struktur beim Gießen dieser Legierungen. Durch die künstliche Alterung bei 175 °C ohne Vorhärtung (T1-Modus) zersetzt sich der übersättigte Mischkristall und die Legierung härtet aus. Bei der Herstellung von Teilen mit anderen Gussverfahren werden die Legierungen einer verstärkenden Wärmebehandlung (T5-Modus) unterzogen. Die Legierungen AK8l (AL34) und AK8M (AL32) werden zur Herstellung komplexer Konfigurationsteile für Zylinderblöcke, Blockköpfe und andere Teile von Verbrennungsmotoren verwendet.

Silumine zeichnen sich durch hohe Dichtheit, gute Bearbeitbarkeit, gute Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus.

Hochfeste und hitzebeständige Gusslegierungen AM5 (AL 19) des A1-Cu-Mn-Systems, AK5M (AL5) des A1-Si-Cu-Mg-Systems enthalten neben Kupfer (dem Hauptlegierungselement). Mn (siehe Tabelle 9.6). Die Legierung AM5 (AL 19) ähnelt in ihrer chemischen Zusammensetzung der Legierung D20. Der erhöhte Gehalt an Mangan und Titan in der Legierung AM5 (AL 19) gewährleistet das Vorhandensein der Phasen CuAl 2 , Al 12 Mn 2 Cu und AljTi in ihrer Struktur zusammen mit der festen Lösung. Die Legierung AM5 (AL19) wird durch Wärmebehandlung gemäß den Modi T4, T5, T7 (T5: Härten 545 °C, 12 Stunden, Altern 175 °C, 3–6 Stunden) verfestigt (siehe Tabelle 9.6). Eine zusätzliche Legierung mit Zirkonium, Cer und Nickel (ALZZ-Legierung) führt zur Bindung einer bestimmten Menge Kupfer in unlösliche Phasen und zur Bildung von Al 2 Ce-, Al 3 Zr-, Al^Cu^Ni-Phasen; Dadurch verringert sich der Effekt der Wärmebehandlung, allerdings ist die Warmfestigkeit der ALZZ-Legierung höher als die der AL 19-Legierung, da die genannten Phasen den Kriechprozess verhindern. Die Legierung AM5 (AL 19) lässt sich gut schweißen und bearbeiten und wird zum Gießen großformatiger Gussteile in Sandformen verwendet.

Die Legierung AK5M (AL5) weist im Zustand nach der Wärmebehandlung T5 hohe Festigkeitseigenschaften auf: Abschrecken bei 525 °C, Altern bei 180 °C, 5 Stunden. Während der Alterung bilden sich feine Partikel der Phasen CuAl 2 , Mg 2 Si, Al v Mg 5 Aus der übersättigten festen Lösung Cu 4 Si 4 wird freigesetzt, wodurch die Legierung gestärkt wird. Unter den Siluminen ist die Legierung AK5M (AL5) aufgrund des darin enthaltenen Kupfers haltbarer. Aus dem gleichen Grund weist die Legierung eine verringerte Korrosionsbeständigkeit auf. Die Legierung wird für Teile mit komplexen Konfigurationen empfohlen, deren Betriebstemperatur 250 °C nicht überschreitet.

Korrosionsbeständige Aluminiumgusslegierungen AMg5Mts (AL28) des AI-Mg-Systems, ATsChMg (AL24) des A1-Zn-Mg-Systems weisen neben hoher Korrosionsbeständigkeit in vielen aggressiven Umgebungen eine hohe Festigkeit und Duktilität auf (siehe Tabelle 9.6). . Legierungen des AI-Mg-Systems weisen aufgrund eines großen Kristallisationsbereichs (100–120 °C), eines erheblichen Gasgehalts und einer starken Oxidation schlechte Gießeigenschaften auf. Hinsichtlich der Fließfähigkeit sind die Legierungen den Siluminen unterlegen. Beim Schmelzen und Gießen von Legierungen des AI-Mg-Systems werden deren Schmelzen durch spezielle Flussmittel vor Oxidation geschützt.

Die Legierung AMg5Mts (AL28) enthält 4,8–6,3 % Magnesium, ist nicht anfällig für Spannungskorrosion und reagiert nicht empfindlich auf die Bildung von Gasporosität und Oxidation. Die Legierung wird durch Wärmebehandlung nicht verfestigt und wird im gegossenen Zustand verwendet (siehe Tabelle 9.6). Komplexe Gussteile für mittelbelastete Teile werden aus der Legierung AL28 hergestellt; die Legierung lässt sich gut schweißen.

Die Legierung ATs4Mg (AL24) verfügt über eine hohe Korrosionsbeständigkeit und stabile mechanische Eigenschaften und ist für einen zuverlässigen Betrieb bei Temperaturen bis zu 150 °C geeignet. Die Legierung wird durch Wärmebehandlung T1 (natürliche oder künstliche Alterung ohne vorherige Härtung) verfestigt (siehe Tabelle 9.6) oder bei 550 °C (an Luft oder in kochendem Wasser) gehärtet, gefolgt von künstlicher Alterung (165 °C, 22 Stunden).

Die Legierungen AMg5Mts (AL28) und ATs4Mg (AL24) sind in der Lage, knappe Bronze, Messing und Edelstahl zu ersetzen und den zuverlässigen Betrieb von Teilen unter korrosiven Bedingungen im Meerwasser zu gewährleisten.

Gesinterte Aluminiumpulver und körnige Legierungen

gekennzeichnet durch erhöhte mechanische und physikalische Eigenschaften.

Gesintertes Aluminiumpulver(SAP) ist ein Material, das durch Pressen und anschließendes Sintern von Aluminiumpulver (Pulver) in Flockenform mit einer Dicke von ca. 1 Mikrometer gewonnen wird.

Das Pulver wird durch Versprühen von flüssigem Aluminium und Mahlen des resultierenden Pulvers in Kugelmühlen gewonnen. Durch Mahlen des Pulvers erhöht sich der Aluminiumoxidgehalt des Pulvers. Bei der Herstellung von SAPs werden Aluminiumpulver dreier Qualitäten verwendet: APS-1, APS-2 und APS-3, die Aluminiumoxid enthalten (6-9, 9-13 bzw. 13-18 %).

Die Brikettierung von Aluminiumpulver erfolgt unter einem Druck von 300–750 MPa. Beim Brikettieren bricht der Oxidfilm auf, die Oberfläche der Partikel vergrößert sich, die nicht oxidierten Bereiche der Oberfläche der Aluminiumpartikel kommen in Kontakt und es kommt zu deren Abbindung. Das Sintern von Briketts bei Temperaturen von 450–500 °C und einem Druck von 400–600 MPa erhöht den Kontakt der Oberflächen von nicht oxidiertem Aluminium und erhöht die Bindungskräfte zwischen Aluminiumpartikeln. Die Dichte des gesinterten Briketts steigt von 2,6 auf 7 g/cm3, was nahe an der Dichte von Aluminiumguss liegt. Aus gesinterten Briketts werden durch Heißpressen Halbzeuge gewonnen – Bleche, Stangen, Rohre, Matrizenrohlinge.

Die Struktur von SAP-Legierungen besteht aus einer Mischung aus Aluminium und dispergierten Aluminiumoxidflocken. Aluminiumoxidpartikel lösen sich nicht im Aluminium auf und koagulieren nicht, was die Stabilität von Struktur und Eigenschaften bei Temperaturen bis zu 500 °C gewährleistet (Tabelle 9.7). Die erhöhte Festigkeit von SAPs wird durch die Partikeldispersion verursacht A1 2 0з, Verzögerung der Bewegung und Umverteilung der Verteilung

Tabelle 9.7

Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von gesinterten und granulierten Legierungen

Standorte. SAPs werden im kalten und heißen Zustand verformt, lassen sich gut durch Schneiden verarbeiten und werden durch Widerstands- und Argon-Lichtbogenschweißen zufriedenstellend geschweißt. SAP-Legierungen werden zur Herstellung von Kolbenstangen, Kompressorschaufeln, Turbinen und Lüftern verwendet.

Dauben aus gesintertem Aluminium(SAS) werden mit der gleichen Technologie wie SAPs hergestellt, die Pulver werden jedoch durch Sprühen von Legierungen einer bestimmten Zusammensetzung gewonnen. Somit ist die Basis der SAS-1-Legierung eine Legierung des A1-Si-Ni-Systems (25–30 % Si, 5–7 % Ni) und CAC-2 eine Legierung des Al-Si-Fe-Systems (25–30 % Si, 5–7 % Ni).

Die SAS-1-Legierung enthält in ihrer Struktur dispergierte und gleichmäßig verteilte Einschlüsse von Siliziumkristallen und intermetallischen Nickelverbindungen in Form von Platten, die einen entscheidenden Einfluss auf das Niveau der mechanischen Eigenschaften haben (siehe Tabelle 9.7). Die Legierungen haben einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Legierungen SAP und SAS können lange Zeit arbeiten bei Temperaturen von 300-500°C und werden für die Außenhaut von Flugzeugen, Scheiben und Kompressorschaufeln verwendet.

Granulatlegierungen wird durch Kompaktieren von Granulat mit einem Durchmesser von 1–4 mm und bei sehr hohen Abkühlgeschwindigkeiten (10 3–10 4 °C/s) gewonnen. Hohe Abkühlgeschwindigkeiten von Aluminiumlegierungen mit Übergangsmetallen (Mn, Cr, Ir, Ti, V) während der Desoxidation der Schmelze ermöglichen den Erhalt übersättigter fester Lösungen auf Al-Basis, wobei die Konzentration dieser Komponenten die Grenzlöslichkeit um ein Vielfaches übersteigt. Solche festen Lösungen werden als anomal übersättigt bezeichnet. Granulat aus diesen Legierungen weist eine heterogene Struktur auf, die primären intermetallischen Einschlüsse sind jedoch verstreut und gleichmäßig über das Volumen verteilt. Aus Granulat werden durch Heißpressen Halbzeuge gewonnen. Bei der Heißverformung bei der Herstellung von Halbzeugen zerfallen ungewöhnlich übersättigte Lösungen unter Bildung dispergierter Partikel von Industrieverbindungen Al 3 Zn usw. Somit kommt es zu einer technologischen Erwärmung bei der Herstellung von Halbzeugen in Form von Bleche, Stäbe, Profile verhärten sich durch Alterung. Die Aushärtung solcher Legierungen erfolgt durch Kristallisation bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten.

Die Legierung 01419 des Al-Cr-Zn-Systems ist granuliert, dispersionshärtend und durch die Trennung der dispergierten Phasen Al 3 Zn, AlyCr verfestigt (siehe Tabelle 9.7). Die stabile Struktur der Legierung 01419 beim Erhitzen auf 350 °C verleiht ihr eine hohe Hitzebeständigkeit.

In der PV90-Legierung haben die Granulate die Zusammensetzung der Legierungen V95, V96Ts des Al-Zn-Mg-Cu-Systems, verstärkt durch Wärmebehandlung (T1-Modus). Die im T1-Modus verarbeitete Legierung PV90 weist erhöhte Festigkeitseigenschaften auf (siehe Tabelle 9.7) und ist den seriell verformbaren Legierungen in Festigkeit und Rekristallisationstemperatur überlegen

Aluminiumlegierungen. Es lässt sich gut schneiden, polieren und zeichnet sich durch Formstabilität aus. Teile aus der PV90-Legierung werden in Reibungseinheiten und kritischen Strukturen hochpräziser Instrumente verwendet.

Verbundaluminiumlegierungen. Als Matrixmaterial werden technisch reines Aluminium (AD1) und Legierungen ADZZ, V95, SAP-1 usw. verwendet (siehe Abschnitt 11.1 zur Verstärkung der Matrizen). So werden die Legierungen VKA-1, VKA-2 durch Verstärkung der Aluminiumlegierungen AD1, ADZZ mit Borfasern hergestellt. Die Technologie zur Herstellung von Verbundwerkstoffen umfasst die Vorgänge des Aufwickelns von Borfasern auf einen Dorn, deren Fixierung durch Plasmaspritzen einer Matrixlegierung, das Schneiden von Rohlingen und deren Pressen oder Walzen. Die Legierung VKA-1 (Tabelle 9.8), die 50 % (Volumen) Borfasern enthält, weist neben hoher Festigkeit und Steifigkeit eine gute Herstellbarkeit und strukturelle Zuverlässigkeit auf. Im Temperaturbereich 80-500°C ist die VKA-1-Legierung den Industrielegierungen V95 und AK4-1 in Festigkeit und Steifigkeit überlegen.

Tabelle 9.8

Zusammensetzung und Eigenschaften einiger Aluminium-Verbundlegierungen

*,**,***_ Festigkeitsgrenzen bei Temperaturen von 300,400 bzw. 500 °C.

Mit Stahldraht verstärkte Aluminiumlegierungen (SWI) werden durch Vakuumwalzen hergestellt. Das Matrixmaterial in CAS-1 ist AB-Legierung oder SAN-1-Material (siehe Tabelle 9.8). Die Legierung behält bei erhöhten Temperaturen kurzzeitig und langfristig eine hohe Festigkeit.

Auflagen aus CAS-1 werden verwendet, um die Ausbreitung von Rissen zu begrenzen, indem sie durch Diffusionsschweißen, Leimschweißen und Kleben an Teilen aus Aluminiumlegierungen befestigt werden.

Einführung

THEORETISCHER TEIL

1. Legierungen. Klassifizierung von Legierungen. Stahl.

2. Das Konzept des „Kerns“. Stahlstangen und ihre Eigenschaften

3. Steifigkeit und Festigkeit der Rute.

PRAKTISCHER TEIL

1. Stahlstangen für den Maschinenbau.

2. Faktoren, die die Steifigkeit und Festigkeit der Stange beeinflussen.

Abschluss

Liste der verwendeten Literatur

EINFÜHRUNG

Relevanz. Ich registriere mich gerade große Menge Unfälle in der Maschinenbauindustrie, daher besteht ein besonderer Bedarf an der Entwicklung langlebiger Materialien für Metallkonstruktionen und -geräte.

Ziel. Schlagen Sie Möglichkeiten zur Verbesserung der Festigkeit von Stahlstangen für den Maschinenbau vor.

1. Betrachten Sie die Konzepte von Legierungen und deren Klassifizierung und gehen Sie ausführlich auf die Eigenschaften von Stahl ein.

2. Studieren Sie die Stäbe und ihre Struktur, vertiefen Sie sich in die Merkmale der Struktur von Stahlstäben;

3. Identifizieren Sie die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften einer Stahlstange;

4. Nennen Sie Beispiele für Stahlstangen, die im Maschinenbau verwendet werden.

5. Untersuchen Sie die Faktoren, die die Festigkeit und Steifigkeit der Stange beeinflussen.

6. Schlagen Sie Möglichkeiten zur Verbesserung der Steifigkeit und Festigkeit der Rute vor.

Entwicklung des Themas: G. Bessemer hat dieses Problem untersucht. Sie legten jedoch nicht fest, welche chemischen Elemente in welcher Menge ausgewählt werden sollten, um die ideale Rezeptur für den legierten Stahlstab zu entwickeln.

Forschungsmethoden: Um das gesetzte Ziel zu untersuchen, ist es notwendig, das Gesammelte zu systematisieren und zu analysieren theoretisches Material, verwenden Sie Geräte für Forschungsarbeiten: Zugprüfmaschine, mikroskopische Instrumente, Messgeräte (Messschieber), Lasersysteme, mathematische Berechnungen.

Praktische Werte: Die Ergebnisse unserer Forschung können auf die Produktionsaktivitäten von NEFAZ OJSC und TARGIN MECHANOSERVICE OJSC angewendet werden. Aufbau der Arbeit: Kursarbeit enthält zwei Kapitel_, Tabellen_, Abbildungen_, Gesamtseitenzahl_

Theoretischer Teil

Legierungen. Klassifizierung von Legierungen. Stahl

Legierung – ein makroskopisch homogenes metallisches Material, das aus einer Mischung von zwei oder mehr besteht chemische Elemente mit einem überwiegenden Anteil an Metallkomponenten.

Legierungen bestehen aus einer Basis (einem oder mehreren Metallen), kleinen Zusatzstoffen, speziell in die Legierung eingebrachten Legierungs- und Modifizierungselementen sowie nicht entfernten Verunreinigungen (natürlicher, technologischer und zufälliger Art).

Legierungen gehören zu den wichtigsten Strukturmaterialien. Unter ihnen Höchster Wert haben Legierungen auf Basis von Eisen und Aluminium. In der Technik werden mehr als 5.000 Legierungen verwendet.

Arten von Legierungen:

Je nach Herstellungsverfahren der Legierungen werden Guss- und Pulverlegierungen unterschieden. Gusslegierungen werden durch Schmelzkristallisation gemischter Komponenten hergestellt. Pulver – durch Pressen einer Pulvermischung und anschließendes Sintern bei hoher Temperatur. Die Bestandteile einer Pulverlegierung können nicht nur Pulver einfacher Stoffe, sondern auch Pulver sein Chemische Komponenten. Die Hauptbestandteile von Hartlegierungen sind beispielsweise Wolfram- oder Titankarbide.

Je nach Art der Gewinnung des Werkstücks (Produkts) wird zwischen Guss (z. B. Gusseisen, Silumin), Knetlegierungen (z. B. Stahl) und Pulverlegierungen unterschieden.

Im festen Aggregatzustand kann eine Legierung homogen (homogen, einphasig – besteht aus gleichartigen Kristalliten) und heterogen (inhomogen, mehrphasig) sein. Die feste Lösung ist die Basis der Legierung (Matrixphase). Die Phasenzusammensetzung einer heterogenen Legierung hängt von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Die Legierung kann interstitielle feste Lösungen, substitutionelle feste Lösungen, chemische Verbindungen (einschließlich Karbide, Nitride, intermetallische Verbindungen) und Kristallite einfacher Substanzen enthalten.

Abschluss: Nach der Untersuchung des Materials kamen wir zu dem Schluss, dass Legierungen aus einer Basis (einem oder mehreren Metallen), kleinen Zusätzen, speziell in die Legierung eingebrachten Legierungs- und Modifizierungselementen sowie nicht entfernten Verunreinigungen (natürlicher, technologischer und zufälliger Art) bestehen. . Je nach Herstellungsverfahren der Legierungen werden Guss- und Pulverlegierungen unterschieden. Gusslegierungen werden durch Schmelzkristallisation gemischter Komponenten hergestellt.

Im nächsten Abschnitt gehen wir ausführlich auf die Eigenschaften von Stäben aus Stahl ein.

2. Konzepte von „Kern“. Stahlstangen und ihre Eigenschaften

Kernel - ein Gegenstand von länglicher zylindrischer Form, meist aus Eisen; als tragender, axialer oder Hauptteil von etwas verwendet.

Bewehrung ist eine Art gewalztes Metallprodukt, bei dem es sich um Stahlstäbe handelt, die häufig zur Verstärkung von Stahlbetonkonstruktionen verwendet werden. Als Baubewehrung können auch Matten, Seile, Kanäle oder Metallrahmen verwendet werden. Dank der Verwendung von Stahlbewehrungen zeichnen sich Stahlbetonprodukte durch erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit aus. Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Fertigungstechnologie – all das sind die Kriterien, nach denen Stahlbaubewehrungen in Typen eingeteilt werden. Hersteller bringen Informationen über die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Produkten in Form von Markierungen direkt auf der Stahlbewehrung selbst an. Um die Haupteigenschaften des Produkts zu bestimmen, ist es auch möglich, Farbe auf die Enden oder das Ende der Stäbe aufzutragen.

Die moderne Industrie verbraucht eine große Menge an Materialien. Kunststoffe und Verbundwerkstoffe, Graphit und andere Stoffe... Aber Metall bleibt immer relevant. Daraus werden riesige Gebäudestrukturen hergestellt und für den Bau verschiedener Maschinen und anderer Geräte verwendet.

Daher spielt die Klassifizierung von Metallen in Industrie und Wissenschaft eine wichtige Rolle, da Sie mit ihrer Kenntnis die für einen bestimmten Zweck am besten geeignete Materialart auswählen können. Dieser Artikel ist diesem Thema gewidmet.

Allgemeine Definition

Metalle werden genannt einfache Substanzen, die sich unter normalen Bedingungen durch mehrere Besonderheiten auszeichnen: hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sowie Formbarkeit. Plastik. Im festen Zustand zeichnen sie sich durch eine kristalline Struktur auf atomarer Ebene aus und weisen daher hohe Festigkeitsindikatoren auf. Es gibt aber auch Legierungen, die daraus abgeleitet sind. Was ist das?

Als solche bezeichnet man Materialien, die aus zwei oder mehreren Stoffen durch Erhitzen über ihren Schmelzpunkt gewonnen werden. Bitte beachten Sie, dass es metallische und nichtmetallische Legierungen gibt. Im ersten Fall muss die Zusammensetzung mindestens 50 % Metall enthalten.

Lassen Sie uns jedoch nicht vom Thema des Artikels abschweifen. Was ist also die Klassifizierung von Metall? Im Allgemeinen ist die Aufteilung recht einfach:

1. Schwarze Metalle.
2. Nichteisenmetalle.

Die erste Kategorie umfasst Eisen und alle darauf basierenden Legierungen. Alle anderen Metalle sind Nichteisenmetalle, ebenso wie ihre Verbindungen. Es ist notwendig, jede Kategorie genauer zu betrachten: Trotz der äußerst langweiligen allgemeinen Klassifizierung ist in Wirklichkeit alles viel komplizierter. Und wenn Sie bedenken, dass es auch Edelmetalle gibt... Und sie sind auch anders. Allerdings ist die Klassifizierung von Edelmetallen noch einfacher. Insgesamt gibt es acht davon: Gold und Silber, Platin, Palladium, Ruthenium, Osmium sowie Rhodium und Iridium. Am wertvollsten sind Platinoide.

Eigentlich ist die Klassifizierung noch langweiliger. Dies ist die Bezeichnung (im Schmuckbereich) für das gleiche Silber, Gold und Platin. Aber genug von „hohen Angelegenheiten“. Es ist Zeit, über gängigere und beliebtere Materialien zu sprechen.

Wir beginnen mit einem Überblick über verschiedene Stahlsorten, die genau eine Ableitung des beliebtesten Eisenmetalls sind – Eisen.

Was ist Stahl?

Eisen und einige Zusatzstoffe, die nicht mehr als 2,14 % atomaren Kohlenstoff enthalten. Die Klassifizierung dieser Materialien ist äußerst umfangreich und berücksichtigt: chemische Zusammensetzung und Produktionsmethoden, das Vorhandensein oder Fehlen schädlicher Verunreinigungen sowie die Struktur. Allerdings die meisten wichtiges Merkmal ist die chemische Zusammensetzung, da sie die Sorte und den Namen des Stahls beeinflusst.

Kohlenstoffsorten

Diese Materialien enthalten überhaupt keine Legierungszusätze, ihre Herstellungstechnologie lässt jedoch eine gewisse Menge anderer Verunreinigungen (meist Mangan) zu. Da der Gehalt dieser Stoffe zwischen 0,8 und 1 % liegt, besteht kein Einfluss auf die Festigkeit, mechanische und mechanische Beanspruchung Chemische Eigenschaften Sie liefern keinen Stahl. Diese Kategorie wird im Bauwesen und bei der Herstellung verschiedener Werkzeuge verwendet. Natürlich ist die Klassifizierung von Metallen noch lange nicht vollständig.

Strukturelle Kohlenstoffstähle

Am häufigsten werden sie für den Bau verschiedener Strukturen für industrielle, militärische oder häusliche Zwecke verwendet, aber auch häufig werden sie zur Herstellung von Werkzeugen und Mechanismen verwendet. In diesem Fall sollte der Kohlenstoffgehalt auf keinen Fall 0,5–0,6 % überschreiten. Sie müssen eine extrem hohe Festigkeit aufweisen, die durch eine ganze Reihe von Tests bestätigt wird, die von internationalen Agenturen zertifiziert wurden (σB, σ0,2, δ, ψ, KCU, HB, HRC). Es gibt zwei Arten:

• Normal.
• Gute Qualität.

Wie Sie sich vorstellen können, werden erstere für den Bau verschiedener Ingenieurbauwerke verwendet. Hochwertige Werkzeuge werden ausschließlich für die Herstellung zuverlässiger Werkzeuge für den Maschinenbau und andere Industrien verwendet.

Bei diesen Materialien ist Metallkorrosion auf ihrer Oberfläche zulässig. Die Klassifizierung von Stählen anderer Typen sieht deutlich strengere Anforderungen an diese vor.

Werkzeugkohlenstoffstähle

Ihr Fachgebiet ist die Feinmechanik, die Herstellung von Instrumenten für den wissenschaftlichen Bereich und die Medizin sowie andere Industriezweige, die eine erhöhte Festigkeit und Genauigkeit erfordern. Ihr Kohlenstoffgehalt kann zwischen 0,7 und 1,5 % liegen. Ein solches Material muss eine sehr hohe Festigkeit aufweisen, verschleißfest sein und extrem hohen Temperaturen standhalten.

Legierte stähle

Als Bezeichnung werden Werkstoffe bezeichnet, die neben natürlichen Verunreinigungen einen erheblichen Anteil an künstlich zugesetzten Legierungszusätzen enthalten. Dazu gehören Chrom, Nickel, Molybdän. Darüber hinaus können legierte Stähle auch Mangan und Silizium enthalten, deren Gehalt meist 0,8–1,2 % nicht überschreitet.

In diesem Fall impliziert die Klassifizierung von Metall deren Unterteilung in zwei Typen:

• Stähle mit geringem Zusatzstoffgehalt. Insgesamt sind es nicht mehr als 2,5 %.
• Legiert. Sie enthalten Zusatzstoffe von 2,5 bis 10 %.
• Materialien mit einem hohen Anteil an Zusatzstoffen (mehr als 10 %).

Diese Typen werden wie im vorherigen Fall auch in Untertypen unterteilt.

Legierter Baustahl

Wie alle anderen Sorten werden sie im Maschinenbau, im Bau von Gebäuden und anderen Bauwerken sowie in der Industrie aktiv eingesetzt. Wenn wir sie mit Kohlenstoffsorten vergleichen, dann gewinnen solche Materialien hinsichtlich des Verhältnisses von Festigkeitseigenschaften, Duktilität und Viskosität. Darüber hinaus weisen sie eine hohe Beständigkeit gegenüber extrem niedrigen Temperaturen auf. Sie werden zur Herstellung von Brücken, Flugzeugen, Raketen und Werkzeugen für die Hochpräzisionsindustrie verwendet.

Legierte Werkzeugstähle

Im Prinzip sind die Eigenschaften dem oben besprochenen Typ sehr ähnlich. Kann für folgende Zwecke verwendet werden:

• Herstellung von Schneid- und hochpräzisen Messgeräten und Werkzeugen. Aus diesem Material werden insbesondere Metalldrehwerkzeuge hergestellt, deren Klassifizierung direkt vom Stahl abhängt: Seine Güteklasse ist zwangsläufig auf dem Produkt aufgedruckt.
• Sie werden auch zur Herstellung von Matrizen für das Kalt- und Warmwalzen verwendet.

besonderer Zweck

Wie der Name schon sagt, weisen diese Materialien einige spezifische Eigenschaften auf. Es gibt beispielsweise hitzebeständige und hitzebeständige Typen sowie den bekannten Edelstahl. Dementsprechend umfasst ihr Anwendungsbereich die Herstellung von Maschinen und Werkzeugen, die unter besonders schwierigen Bedingungen eingesetzt werden: Turbinen für Motoren, Öfen für die Metallschmelze usw.

Baustähle

Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Sie dienen zur Herstellung verschiedenster Baustoffe. Sie werden insbesondere zur Herstellung von Profilen (Form und Blech), Rohren, Winkeln usw. verwendet. Natürlich wird bei der Auswahl einer bestimmten Metallkategorie besonderes Augenmerk auf die Festigkeitseigenschaften von Stahl gelegt.

Darüber hinaus werden alle Eigenschaften bereits lange vor der Konstruktion anhand mathematischer Modelle immer wieder berechnet, sodass in den meisten Fällen das eine oder andere Walzprodukt nach den individuellen Anforderungen des Kunden hergestellt werden kann.

Bewehrungsstähle

Wie Sie wahrscheinlich erraten haben, ist ihr Anwendungsbereich die Bewehrung von Blöcken und fertigen Strukturen aus Stahlbeton. Sie werden in Form von Stäben oder Drähten mit großem Durchmesser hergestellt. Das Material ist entweder Kohlenstoff oder Stahl mit einem geringen Gehalt an Legierungszusätzen. Es gibt zwei Arten:

• Warmgewalzt.
• Thermisch und mechanisch verstärkt.

Heizräume aus Stahl

Sie werden zur Herstellung von Kesseln und Zylindern sowie anderen Behältern und Armaturen verwendet, die unter Hochdruckbedingungen bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen betrieben werden müssen. Die Dicke der Teile kann in diesem Fall zwischen 4 und 160 mm variieren.

Automatische Stähle

So werden Materialien bezeichnet, die sich durch Schneiden gut bearbeiten lassen. Sie zeichnen sich außerdem durch eine hohe Bearbeitbarkeit aus. All dies macht diesen Stahl zu einem idealen Material für automatisierte Produktionslinien, von denen es jedes Jahr mehr gibt.

Wälzlagerstähle

Diese Typen gehören ihrem Typ nach zu den strukturellen Sorten, sind aber in ihrer Zusammensetzung den instrumentalen Sorten ähnlich. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeitseigenschaften und große Verschleißfestigkeit (Abrieb) aus.

Wir haben die grundlegenden Eigenschaften und Klassifizierung von Metallen dieser Klasse untersucht. Als nächstes kommt das noch häufigere und bekanntere Gusseisen.

Gusseisen: Klassifizierung und Eigenschaften

Dies ist der Name des Materials, bei dem es sich um eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff (sowie einigen anderen Zusätzen) handelt. Der C-Gehalt liegt zwischen 2,14 und 6,67 %. Gusseisen zeichnet sich ebenso wie Stahl durch seine chemische Zusammensetzung, die Herstellungsweise und den darin enthaltenen Kohlenstoffgehalt sowie durch die Einsatzgebiete aus Alltagsleben und Industrie. Wenn Gusseisen keine Zusätze enthält, spricht man von unlegiertem Gusseisen. Ansonsten - dotiert.

Klassifizierung nach Zweck

1. Es gibt limitierende, die fast immer für die Weiterverarbeitung zu Stahl verwendet werden.
2. Gießereisorten zum Gießen von Produkten unterschiedlicher Konfiguration und Komplexität.
3. Speziell, ähnlich wie Stähle.

Klassifizierung nach Art der chemischen Zusatzstoffe

• Weißes Gusseisen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass Kohlenstoff in seiner Struktur nahezu vollständig gebunden ist und in der Zusammensetzung verschiedener Karbide vorliegt. Es ist sehr leicht zu unterscheiden: Im gebrochenen Zustand ist es weiß und glänzend, zeichnet sich durch höchste Härte aus, ist aber gleichzeitig äußerst zerbrechlich und lässt sich nur schwer bearbeiten.
• Halb gebleicht. In den oberen Schichten des Gussstücks ist es nicht von weißem Gusseisen zu unterscheiden, während sein Kern grau ist und in seiner Struktur eine große Menge freien Graphits enthält. Im Allgemeinen vereint es die Eigenschaften beider Typen. Es ist ziemlich langlebig, aber gleichzeitig viel einfacher zu verarbeiten und die Zerbrechlichkeit ist viel besser.
• Grau. Enthält viel Graphit. Langlebig, recht verschleißfest, leicht zu verarbeiten.

Es ist kein Zufall, dass wir uns auf Graphit konzentrieren. Tatsache ist, dass die Klassifizierung von Metallen und Legierungen im Einzelfall von ihrem Inhalt und ihrer räumlichen Struktur abhängt. Abhängig von diesen Eigenschaften werden sie in Perlit, Ferrit-Perlit und Ferrit unterteilt.

Der Graphit selbst kann dabei jeweils in vier verschiedenen Formen vorliegen:

• Wenn es durch Platten und „Blütenblätter“ dargestellt wird, gehört es zur Lamellensorte.
• Wenn das Material Einschlüsse enthält, die auf ihre Weise Aussehenähneln Würmern, dann handelt es sich um Vermiculargraphit.
• Dementsprechend deuten verschiedene flache, unebene Einschlüsse darauf hin, dass es sich um eine flockige Sorte handelt.
• Kugelförmige, halbkugelförmige Elemente charakterisieren die Kugelform.

Aber auch in diesem Fall ist die Klassifizierung der Metalle und Legierungen noch unvollständig! Tatsache ist, dass diese Verunreinigungen, so seltsam sie auch erscheinen mögen, einen direkten Einfluss auf die Festigkeit des Materials haben. Je nach Form und räumlicher Lage der Einschlüsse werden Gusseisen also in folgende Kategorien eingeteilt:

• Enthält das Material Einschlüsse von Lamellengraphit, handelt es sich um gewöhnliches Grauguss (SG).
• Analog zur Bezeichnung „Zusatzstoffe“ ist das Vorhandensein von Vermikularpartikeln charakteristisch für Vermikularmaterial (CVG).
• Temperguss (DC) enthält schuppenartige Einschlüsse.
• Der kugelförmige „Füller“ kennzeichnet hochfestes Gusseisen (DC).

Wir haben Ihnen eine kurze Klassifizierung und Eigenschaften von Metallen vorgestellt, die zur Kategorie „schwarz“ gehören. Wie Sie sehen, sind sie trotz des weit verbreiteten Missverständnisses sehr vielfältig und unterscheiden sich stark in ihrer Struktur und ihren physikalischen Eigenschaften. Es scheint, dass Gusseisen ein gewöhnliches und weit verbreitetes Material ist, aber ... Es gibt sogar mehrere davon verschiedene Typen, und einige von ihnen sind so unterschiedlich wie Gusseisen selbst und Stahlblech!

Aus Abfall wird Einkommen!

Gibt es eine Klassifizierung? Schließlich landen jedes Jahr Millionen Tonnen unterschiedlichster Materialien auf Mülldeponien. Werden sie tatsächlich massenhaft zum Einschmelzen geschickt, ohne dass sie einer Sortierung oder Siebung unterzogen werden? Natürlich nicht. Insgesamt gibt es neun Kategorien:

• 3A. Standard-Eisenmetallabfälle, einschließlich großer und besonders großer Stücke. Das Gewicht jedes Fragments beträgt mindestens ein Kilogramm. Die Dicke der Stücke beträgt in der Regel nicht mehr als sechs Millimeter.
• 5A. In diesem Fall ist der Schrott übergroß. Die Dicke der Stücke beträgt mehr als sechs Millimeter.
• 12A. Diese Kategorie impliziert eine Mischung der beiden oben beschriebenen Sorten.
• 17A. Gusseisenschrott, maßhaltig. Das Gewicht jedes Stücks beträgt mindestens ein halbes Kilogramm, jedoch nicht mehr als 20 kg.
• 19A. Ähnlich der vorherigen Klasse, aber der Abfall ist übergroß. Darüber hinaus ist ein gewisser Phosphorgehalt im Material zulässig.
• 20A. Gusseisenschrott, die am meisten übergroße Kategorie. Zugelassen sind Stücke mit einem Gewicht von fünf Tonnen. Hierzu zählen in der Regel demontierte, stillgelegte Industrie- und Militäranlagen. Wie Sie sehen, sind die Klassifizierung und Eigenschaften der Metalle in dieser Kategorie recht ähnlich.
• 22A. Und wieder übergroßer Gussschrott. Der Unterschied besteht darin, dass die Abfallkategorie in diesem Fall gebrauchte und entsorgte Sanitärgeräte umfasst.
• Mischen. Gemischter Schrott. Wichtig! Folgende Inhaltsarten sind nicht erlaubt: Metalldraht sowie verzinkte Teile.
• Galvanisierung. Hierzu zählen, wie der Name schon sagt, alle Schrotte, die verzinkte Bruchstücke enthalten.

Dies war die Klassifizierung von Eisenmetallen. Und jetzt werden wir über ihre farbigen „Kollegen“ sprechen, die in der gesamten modernen Industrie und Produktion eine große Rolle spielen.

Nichteisenmetalle

So werden alle anderen Elemente bezeichnet, die eine metallische Atomstruktur haben, aber nicht zu Eisen und seinen Derivaten gehören. In der englischsprachigen Literatur findet man den Begriff „Nicht-Eisen-Metall“, der ein synonymer Begriff ist. Was ist die Klassifizierung von Nichteisenmetallen?

Es gibt folgende Gruppen, deren Einteilung nach mehreren Kriterien gleichzeitig erfolgt: leichte und schwere, edle, zerstreute und feuerfeste, radioaktive und seltene Erdensorten. Viele der Nichteisenmetalle gehören generell zur Kategorie der seltenen, da ihre Gesamtmenge auf unserem Planeten relativ gering ist.

Sie werden zur Herstellung von Teilen und Geräten verwendet, die in aggressiver Umgebung oder Reibung betrieben werden müssen oder gegebenenfalls (z. B. Sensoren) eine hohe Wärmeleitfähigkeit oder elektrische Leitfähigkeit aufweisen müssen. Darüber hinaus sind sie in der Militär-, Raumfahrt- und Luftfahrtindustrie gefragt, wo maximale Festigkeit bei relativ geringem Gewicht erforderlich ist.

Beachten Sie, dass die Klassifizierung von Schwermetallen unterschiedlich ist. Es existiert jedoch nicht als solches, sondern zu dieser Gruppe gehören Kupfer, Nickel, Kobalt sowie Zink, Cadmium, Quecksilber und Blei. Von diesen werden im industriellen Maßstab nur Cu und Zn verwendet, worauf wir später noch eingehen werden.

Aluminium und darauf basierende Legierungen

Aluminium, das „geflügelte Metall“. Es gibt drei Arten davon (abhängig vom Grad der chemischen Reinheit):

• Höchster Standard (besondere Reinheit) (99,999 %).
• Hohe Reinheit.
• Technischer Test.

Letztere Art ist in Form von Blechen, verschiedenen Profilen und Drähten mit unterschiedlichen Querschnitten auf dem Markt erhältlich. Im Handel als AD0 und AD1 bezeichnet. Bitte beachten Sie, dass auch hochwertiges Aluminium häufig Einschlüsse von Fe, Si, Gu, Mn, Zn enthält.

Legierungen

Was ist in diesem Fall die Klassifizierung von Nichteisenmetallen? Im Prinzip nichts Kompliziertes. Existieren:

• Duraluminium.
• Aviali.

Duraluminium sind Legierungen, denen Kupfer und Magnesium zugesetzt werden. Darüber hinaus gibt es Materialien, bei denen Kupfer und Magnesium als Zusätze verwendet werden. Legierungen werden auch Legierungen genannt, sie enthalten jedoch noch viel mehr Zusatzstoffe. Die wichtigsten sind Magnesium und Silizium, aber auch Eisen, Kupfer und sogar Titan.

Grundsätzlich wird dieses Thema in der Materialwissenschaft näher betrachtet. Die Klassifizierung der Metalle endet nicht mit Aluminium und seinen Arten.

Kupfer

Man unterscheidet heute zwischen (Reinstoffgehalt 97,97 %) und besonders reinem Vakuum (99,99 %). Im Gegensatz zu anderen Nichteisenmetallen werden die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Kupfer äußerst stark durch selbst kleinste Verunreinigungen einiger Zusatzstoffe beeinflusst.

Legierungen

Sie sind in zwei große Gruppen unterteilt. Diese Materialien sind der Menschheit übrigens schon seit Jahrtausenden bekannt:

• Messing. Dies ist der Name der Verbindung aus Kupfer und Zink.
• Bronze. Eine Kupferlegierung, die kein Zink mehr, sondern Zinn enthält. Allerdings gibt es auch Bronzen, die bis zu zehn Zusätze enthalten.

Titan

Dieses Metall ist selten und sehr teuer. Es zeichnet sich durch geringes Gewicht, unglaubliche Festigkeit und niedrige Viskosität aus. Beachten Sie, dass es in mehrere Typen unterteilt ist: VT1-00 (in diesem Material beträgt die Menge an Verunreinigungen ≤ 0,10 %), VT1-0 (die Menge an Zusatzstoffen ≤ 0,30 %). Wenn die Gesamtmenge an Fremdverunreinigungen ≤ 0,093 % beträgt, wird ein solches Material in der Produktion als Titaniodid bezeichnet.

Titanlegierungen

Legierungen aus diesem Material werden in zwei Typen unterteilt: verformbare und lineare. Darüber hinaus gibt es spezielle Untertypen: hitzebeständig, erhöhte Plastizität. Es gibt auch gehärtete und ungehärtete Sorten (abhängig von der Wärmebehandlung).

Tatsächlich haben wir die Klassifizierung von Nichteisenmetallen und -legierungen vollständig überprüft. Wir hoffen, dass der Artikel für Sie nützlich war.