Das Konzept einer Legierung, ihre Klassifizierung und Eigenschaften.

In der Technik werden alle metallischen Werkstoffe als Metalle bezeichnet. Dazu gehören einfache Metalle und komplexe Metalle - Legierungen.

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

Legierungen- Dies sind komplexe Metalle, die eine Kombination eines einfachen Metalls (Legierungsbasis) mit anderen Metallen oder Nichtmetallen darstellen. Messing ist beispielsweise eine Legierung aus Kupfer und Zink. Die Legierung basiert hier auf Kupfer.

Das chemische Element, das Teil eines Metalls oder einer Legierung ist, wird als Komponente bezeichnet. Neben dem in der Legierung vorherrschenden Hauptbestandteil werden auch Legierungsbestandteile in die Legierungszusammensetzung eingebracht, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Um die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit von Messing zu verbessern, werden ihm Aluminium, Silizium, Eisen, Mangan, Zinn, Blei und andere Legierungsbestandteile zugesetzt.

Je nach Anzahl der Komponenten werden Legierungen in Zweikomponenten (Doppel), Dreikomponenten (Dreifach) usw. unterteilt. Neben den Haupt- und Legierungskomponenten enthält die Legierung Verunreinigungen anderer Elemente.

Die meisten Legierungen werden durch Verschmelzen von Komponenten in flüssigem Zustand erhalten. Andere Verfahren zur Herstellung von Legierungen: Sintern, Elektrolyse, Sublimation. In diesem Fall werden die Stoffe Pseudolegierungen genannt.

Die Fähigkeit von Metallen zur gegenseitigen Auflösung schafft gute Bedingungen um zu bekommen eine große Anzahl Legierungen mit vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten nützliche Eigenschaften was einfache Metalle nicht haben.

Legierungen sind einfachen Metallen in Festigkeit, Härte, Bearbeitbarkeit usw. überlegen. Deshalb werden sie in der Technologie viel breiter als einfache Metalle verwendet. Eisen zum Beispiel ist ein Weichmetall, das in seiner reinen Form fast nie verwendet wird. Am weitesten verbreitet in der Technologie sind jedoch Legierungen aus Eisen mit Kohlenstoff - Stahl und Gusseisen.

Auf der die gegenwärtige Phase In der technologischen Entwicklung sind neben der Zunahme der Legierungszahl und der Komplikation ihrer Zusammensetzung Metalle von besonderer Reinheit von großer Bedeutung. Der Gehalt der Hauptkomponente in solchen Metallen reicht von 99,999 bis 99,999999999 %
und mehr. Metalle von hoher Reinheit werden in Raketentechnik, Nukleartechnik, Elektronik und anderen neuen Technologiezweigen benötigt.

Je nach Art des Zusammenwirkens 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 - mechanische Mischungen (zB Blei - Antimon, Zinn - Zink) sind in ihrer Struktur heterogen und stellen eine Mischung von Kristallen dieser Komponenten dar. Gleichzeitig behalten die Kristalle jeder Komponente der Legierung ihre individuellen Eigenschaften vollständig bei. Deshalb werden die Eigenschaften solcher Legierungen (zB elektrischer Widerstand, Härte etc.) als arithmetisches Mittel der Werte der Eigenschaften beider Komponenten bestimmt.

2) Solide Lösungen gekennzeichnet durch die Bildung eines allgemeinen räumlichen Kristallgitter Atome des unedlen Metalllösungsmittels und Atome eines löslichen Elements.
Das Gefüge solcher Legierungen besteht aus homogenen kristallinen Körnern, wie reines Metall. Es gibt substituierende feste Lösungen und interstitielle feste Lösungen.

Solche Legierungen umfassen Messing, Kupfer-Nickel, Eisen-Chrom usw.

Legierungen - feste Lösungen sind am häufigsten. Ihre Eigenschaften unterscheiden sich von denen der Bestandteile. So ist beispielsweise die Härte und der elektrische Widerstand von Mischkristallen deutlich höher als die von reinen Bauteilen. Aufgrund ihrer hohen Duktilität eignen sie sich gut zum Schmieden und anderen Arten der Druckbehandlung. Die Gießeigenschaften und die Bearbeitbarkeit von Mischkristallen sind gering.

3) Chemische Komponenten, sind wie Mischkristalle 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 nicht von den Eigenschaften der Komponenten abhängig. Chemische Verbindungen werden in einem genau definierten Mengenverhältnis der legierten Komponenten gebildet. Die Legierungszusammensetzung einer chemischen Verbindung wird durch eine chemische Formel ausgedrückt. Diese Legierungen haben normalerweise einen hohen elektrischen Widerstand, eine hohe Härte und eine geringe Duktilität. Die chemische Verbindung von Eisen mit Kohlenstoff - Zementit (Fe 3 C) ist also 10 mal härter als reines Eisen.

Mehrere wissenschaftliche Disziplinen (Werkstoff- und Metallwissenschaften, Physik, Chemie) untersuchen die Eigenschaften und Eigenschaften von Metallen. Es gibt eine allgemein anerkannte Klassifizierung. Jede der Disziplinen ihres Studiums setzt jedoch auf spezielle fachliche Parameter, die in ihrem Interessenbereich liegen. Auf der anderen Seite folgen alle Wissenschaften, die sich mit Metallen und Legierungen befassen, dem gleichen Standpunkt, dass es zwei Hauptgruppen gibt: Eisen und Nichteisen.

Anzeichen von Metallen

Folgende mechanische Haupteigenschaften werden unterschieden:

• Härte - bestimmt die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen eines anderen, härteren Materials zu widerstehen.
• Ermüdung ist die Menge sowie die Zykluszeit, die ein Material aushalten kann, ohne seine Integrität zu verändern.
• Stärke. Es besteht aus Folgendem: Wenn Sie eine dynamische, statische oder wechselnde Belastung anwenden, führt dies nicht zu einer Änderung der Form, Struktur und Größe, Verletzung der inneren und äußeren Integrität des Metalls.
• Plastizität ist die Fähigkeit, die Integrität und die resultierende Form während der Verformung beizubehalten.
• Elastizität ist eine Verformung, ohne die Integrität unter dem Einfluss bestimmter Kräfte zu brechen, sowie die Fähigkeit, nach dem Loslassen der Last in seine ursprüngliche Form zurückzukehren.
• Rissbeständigkeit - unter dem Einfluss äußerer Kräfte im Material bilden sie sich nicht und die äußere Unversehrtheit bleibt ebenfalls erhalten.
• Verschleißfestigkeit ist die Fähigkeit, die äußere und innere Integrität bei längerer Reibung aufrechtzuerhalten.
• Viskosität – Erhalt der Integrität bei zunehmender körperlicher Belastung.
• Hitzebeständigkeit - widersteht Veränderungen in Größe, Form und Zerstörung bei hohen Temperaturen.

Klassifizierung von Metallen

Metalle umfassen Werkstoffe mit einer Kombination aus mechanischen, technologischen, betrieblichen, physikalischen und chemischen Eigenschaften:

• mechanisch bestätigen die Fähigkeit, Verformung und Zerstörung zu widerstehen;
• technologischer Nachweis der Fähigkeit zu verschiedenen Verarbeitungsarten;
• operationell die Art der Änderung während des Betriebs widerspiegeln;
• chemische Wechselwirkungen mit verschiedenen Substanzen zeigen;
• physikalische geben an, wie sich das Material in verschiedenen Feldern verhält - thermisch, elektromagnetisch, gravitativ.

Nach der Metallklassifikation werden alle vorhandenen Materialien in zwei Volumengruppen 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 wird das sogenannte Härten und "Altern" verwendet.

Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften hängen eng zusammen, da die Zusammensetzung des Materials alle anderen Parameter bestimmt. Refraktäre Metalle sind beispielsweise am haltbarsten. Eigenschaften, die sich im Ruhezustand manifestieren, werden als physikalisch und unter dem Einfluss von außen - mechanisch bezeichnet. Es gibt auch Tabellen zur Klassifizierung von Metallen nach Dichte - Hauptbestandteil, Herstellungstechnologie, Schmelztemperatur und andere.

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 Plastizität, 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. Aus ihnen werden Leichtmetalle für verschiedene Zwecke gewonnen.
• Edle. Beispiele für Metalle: Platin, Gold, Silber. Sie sind sehr korrosionsbeständig.
• Niedrig schmelzend - Cadmium, Quecksilber, Zinn, Zink. Sie haben einen niedrigen Schmelzpunkt und sind an der Herstellung verschiedener Legierungen beteiligt.

Die geringe Festigkeit von NE-Metallen erlaubt es nicht, diese in reiner Form zu verwenden, daher werden sie in der Industrie in Form von Legierungen verwendet.

Kupfer und Kupferlegierungen

In seiner reinen Form hat es eine rosa-rote Farbe, einen geringen spezifischen Widerstand, eine geringe Dichte, eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine ausgezeichnete Plastizität und Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig als Leiter für elektrischen Strom verwendet. Für den technischen Bedarf 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, Fittings, Buchsen, Lagern verwendet. Flach- und Rundfedern, Membranen, diverse Armaturen und Schneckenräder werden aus Bronze hergestellt.

Aluminium und Legierungen

Es ist ein sehr leichtes Metall mit silbrig-weißer Farbe und hoher Korrosionsbeständigkeit. Es hat eine gute elektrische Leitfähigkeit und Plastizität. Aufgrund seiner Eigenschaften findet es Anwendung in der Lebensmittel-, Leicht- und Elektroindustrie sowie im Flugzeugbau. Aluminiumlegierungen werden im Maschinenbau sehr häufig zur Herstellung besonders kritischer Teile verwendet.

Magnesium, Titan und deren Legierungen

Magnesium ist nicht korrosionsbeständig, für technische Zwecke wird jedoch kein leichteres Metall verwendet. Grundsätzlich wird es Legierungen mit anderen Materialien zugesetzt: Zink, Mangan, Aluminium, die perfekt geschnitten und stark genug sind. Die Legierungen mit dem Leichtmetall Magnesium werden bei der Herstellung von Kameragehäusen, diversen Geräten und Motoren verwendet. Titan hat seine Anwendung in der Raketenindustrie sowie im Maschinenbau für die chemische Industrie gefunden. Titanlegierungen haben eine geringe Dichte, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit. Sie eignen sich gut für die Druckverarbeitung.

Antifriktionslegierungen

Diese Legierungen wurden entwickelt, um die Lebensdauer der Reibflächen zu erhöhen. Sie vereinen die folgenden Eigenschaften eines Metalls - gute Wärmeleitfähigkeit, niedriger Schmelzpunkt, Mikroporosität, niedriger Reibungskoeffizient. Antifriktionslegierungen umfassen Legierungen auf Basis von Blei, Aluminium, Kupfer oder Zinn. Die am häufigsten verwendeten sind:

• babbitt. Es wird auf der Basis von Blei und Zinn hergestellt. Wird bei der Herstellung von Lagerschalen verwendet, die bei hohen Drehzahlen und unter Stoßbelastung arbeiten;
• Aluminiumlegierungen;
• Bronze;
• Cermet-Materialien;
• Gusseisen.

Weichmetalle

Nach dem Metallklassifizierungssystem sind dies Gold, Kupfer, Silber, Aluminium, aber zu den weichsten gehören Cäsium, Natrium, Kalium, Rubidium und andere. Gold ist in der Natur stark verstreut. Es ist in Meerwasser, den menschlichen Körper, sowie in fast jedem Stück Granit zu finden ist. In seiner reinen Form ist Gold gelb mit einem Hauch von Rot, da das Metall weich ist - es kann sogar mit dem Fingernagel gekratzt werden. Unter dem Einfluss der Umwelt wird Gold schnell zerstört. Dieses Metall ist für elektrische Kontakte unverzichtbar. Obwohl Silber zwanzigmal so groß ist wie Gold, ist es auch selten.

Es wird für die Herstellung von Geschirr, Schmuck verwendet. Weit verbreitet ist auch das Leichtmetall Natrium, das in fast allen Industrien, auch in der chemischen Industrie, zur Herstellung von Düngemitteln und Antiseptika nachgefragt wird.

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

Hartmetalle

In der Natur gibt es praktisch keine härtesten Metalle, daher ist es sehr schwierig, sie zu bekommen. In den meisten Fällen werden sie in gefallenen Meteoriten gefunden. Chrom gehört zu den Refraktärmetallen und ist das härteste der reinsten Metalle auf unserem Planeten, zudem lässt es sich gut bearbeiten.

Wolfram ist ein chemisches Element. Gilt im Vergleich zu anderen Metallen als das härteste. Hat einen extrem hohen Schmelzpunkt. Trotz seiner Härte lassen sich daraus beliebige Teile schmieden. Aufgrund seiner Hitzebeständigkeit und Flexibilität ist es das am besten geeignete Material zum Schmelzen kleine Gegenstände in Beleuchtungskörpern verwendet. Das feuerfeste Metall Wolfram ist der Hauptbestandteil von Schwerlegierungen.

Metalle in Energie

Metalle mit freien Elektronen und positiven Ionen gelten als gute Leiter. Dies ist ein ziemlich beliebtes Material, das sich durch Plastizität, hohe elektrische Leitfähigkeit und die Fähigkeit zur einfachen Elektronenabgabe auszeichnet.

Sie stellen Strom-, Hochfrequenz- und Spezialdrähte, Teile für Elektroinstallationen, Maschinen, für elektrische Haushaltsgeräte her. Führend bei der Verwendung von Metallen zur Herstellung von Kabelprodukten sind:

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

Kategorien von eisenhaltigen Sekundärmetallen

An Abfälle von Eisenmetallen werden bestimmte Anforderungen gestellt. Das Senden der Legierungen an Öfen zur Stahlerzeugung erfordert bestimmte Verarbeitungsschritte. Bevor Sie einen Antrag auf Abfallbeförderung stellen, müssen Sie sich mit dem GOST für Eisenmetalle vertraut machen, um die Kosten zu ermitteln. Schwarzer Sekundärschrott wird in Stahl und Gusseisen eingeteilt. Enthält die Zusammensetzung Legierungszusätze, wird sie in die Kategorie „B“ eingestuft. Die Kategorie "A" umfasst kohlenstoffhaltige: Stahl, Gusseisen, Zusatzstoffe.

Metallurgen und Gießereiarbeiter zeigen aufgrund der begrenzten Primärrohstoffbasis ein reges Interesse an Sekundärrohstoffen. Der Einsatz von Eisenschrott anstelle von Metallerz ist eine ressourcen- und energiesparende Lösung. Als Konverterschmelzkühler wird sekundäres Eisenmetall verwendet.

Das Anwendungsspektrum von Metallen ist unglaublich breit. Eisen- und Nichteisenwerkstoffe werden uneingeschränkt in der Bau- und Maschinenindustrie eingesetzt. Auf NE-Metalle kann man in der Energiewirtschaft nicht verzichten. Seltene und kostbare werden zur Herstellung von Schmuck verwendet. Sowohl Bunt- als auch Eisenmetalle werden in Kunst und Medizin verwendet. Sie sind aus dem Leben eines Menschen nicht mehr wegzudenken, von Haushaltsartikeln bis hin zu einzigartigen Instrumenten und Geräten.

Aluminiumlegierungen werden als Konstruktionswerkstoff weiter verbreitet als technisches Aluminium. Die wichtigsten Legierungselemente von Aluminiumlegierungen sind Cu, Zn, Mg, Mn, Si, Ni, Fe. Diese Elemente bilden feste Lösungen mit begrenzter Löslichkeit mit Aluminium, bilden Verstärkungszonen und Zwischenphasen mit Aluminium und untereinander - Ф (CuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al6CuMg4 usw.).

Mn und Mg haben positiver Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit reduzieren sie jedoch die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Aluminiumlegierungen. In Gusslegierungen ist Silizium das wichtigste Legierungselement, das mit Aluminium ein Eutektikum bildet. Ni, Ti, Cr, Fc bilden stabile Komplexschichten mit Härtungsphasen, hemmen Diffusionsprozesse und erhöhen dadurch die Wärmeformbeständigkeit von Aluminiumlegierungen. Lithium in Legierungen auf Aluminiumbasis erhöht deren Elastizitätsmodul. Aluminiumlegierungen werden nach der Herstellungstechnologie von Halbzeugen und Produkten daraus, nach dem Verfahren der Härtung durch Wärmebehandlung und den Eigenschaften (Tabelle 9.3) klassifiziert.

Tabelle 93

Klassifizierung von Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen werden hauptsächlich in Knet- und Gussteile sowie gesinterte Aluminiumpulver (SAP) und -legierungen (SAS) und Verbundwerkstoffe unterteilt, bei deren Herstellung die Verfahren der plastischen Verformung und des Gießens weit verbreitet sind.

Gemäß dem Zustandsdiagramm "Aluminium - Legierungselement" (Abb. 9.2) befinden sich Legierungen links vom Punkt E, bei hohen Temperaturen haben sie eine einphasige Struktur einer festen Lösung, geringe Festigkeit und hohe Plastizität. Daher sind diese Legierungen leicht mit Druck zu bearbeiten und gehören zur Kategorie der Knetlegierungen. Gusslegierungen durch den Gehalt an Legierungselementen befinden sich rechts von der Spitze?, enthalten Eutektikum im Gefüge und haben hohe Gusseigenschaften: flüssiges Fließen und hohe Konzentration der Gussporosität. Eutektische Legierungen kristallisieren bei konstantem

Reis. 9.2.

D - Knetlegierungen; L - Gusslegierungen; I - nicht durch Wärmebehandlung gehärtete Legierungen; II - durch Wärmebehandlung gehärtete Legierungen; F -

Zwischenphasentemperatur, zeichnen sich durch die höchste Fließfähigkeit, reduzierte mechanische Eigenschaften aufgrund des Vorhandenseins einer großen Menge der eutektischen Komponente in ihrer Struktur aus.

Punkt m im Diagramm, entsprechend der Sättigungsgrenze des Mischkristalls bei Raumtemperatur, ist die Grenze zwischen den nicht gehärteten und durch Wärmebehandlung gehärteten Legierungen.

Härten Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen reduziert sich auf Abschrecken von 435-545 ° C, natürliche Alterung bei 20 ° C oder künstliche Alterung bei 75-225° C für 3-48 Std. Nicht härtbare Legierungen werden einer Homogenisierung unterzogen (480-530 °C, 6-36 h), Rekristallisation (300-500 °C, 0,5-3 h) und (eingespritzte und gealterte Legierungen) Erweichen (350-430 °C, 1-2 h) Glühen.

Kennzeichnung aus Aluminiumlegierung. Zur Kennzeichnung von Aluminiumlegierungen wird ein gemischtes alphabetisches und alphanumerisches System verwendet. Knetlegierungen werden mit den Buchstaben AD, D, AK, AM, AB, Gusslegierungen - AL bezeichnet. Die Buchstaben AD am Anfang der Marke bedeuten technisches Aluminium, die nachfolgende Zahl gibt die Reinheit des Aluminiums an. Der Buchstabe D bezeichnet Knetlegierungen des Systems (A1-Cu-Mg) - Duraluminium, Buchstaben AK - Schmiedealuminiumlegierung. Die Buchstaben AB bezeichnen eine Legierung aus Aluminium mit Magnesium und Silizium - Luftfahrt. Die Buchstaben AMg und AMts bezeichnen eine Legierung aus Aluminium mit Magnesium (Mg) und mit Mangan (Mc), die Zahlen hinter den Buchstaben (AMg1, AMg5, AMgb) entsprechen dem ungefähren Gehalt an Magnesium in den Legierungen. Der Buchstabe B am Anfang der Marke steht für hochfeste Aluminiumlegierung.

Derzeit gibt es eine einzige vierstellige Kennzeichnung von Aluminiumlegierungen (Abb. 9.3). Die erste Zahl bezeichnet die Basis aller Legierungen. Die Nummer eins wird Aluminium zugeordnet. Die zweite Zahl entspricht dem Hauptlegierungselement oder der Gruppe von Hauptlegierungselementen. Die dritte Ziffer oder die dritte von der zweiten wiederholen die alte Markierung. Die vierte Ziffer zeigt an, dass die Legierung geschmiedet ist, wenn sie ungerade oder 0 ist. Experimentelle Legierungen

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

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

Der erste Buchstabe A bezeichnet die Basis der Legierung - 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 nach den Buchstaben zeigen den durchschnittlichen Gehalt der entsprechenden Komponente (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 Kennzeichnung der Legierung angezeigt: Ch, OCH – jeweils rein oder sehr rein, jedoch mit Verunreinigungen von Eisen und Silizium. GOST 1583-93 sieht die Möglichkeit vor, die Bezeichnung von Aluminiumgusslegierungen mit einer alphanumerischen Markierung zu verwenden, die die alte Marke in Klammern angibt (siehe Tabelle 9.3).

Das alphanumerische Kennzeichnungssystem der technologischen Verarbeitung spiegelt qualitativ die mechanischen, chemischen und sonstigen Eigenschaften der Legierung wider (Tabelle 9.4).

Tabelle 9.4

Alphanumerische Kennzeichnung der technologischen Bearbeitung von Knet- und Gusslegierungen

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

Zu den nicht wärmegehärteten Knetlegierungen zählen Legierungen auf Basis der Systeme A1-Mp (AMts) und A1-Mg (AMg), die sich durch verringerte Festigkeit, aber erhöhte Duktilität und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen. Bestattungslegierungen werden geschweißt. AMg-Legierungen werden aufgrund ihrer geringeren Dichte häufiger verwendet. Legierungen werden verwendet, um durch Tiefziehen und Schweißen gewonnene Produkte herzustellen, die in verschiedenen korrosiven Umgebungen eingesetzt werden können (geschweißte Tanks, Schiffe, Pipelines für Öl und Benzin, Rümpfe, Masten von Flussschiffen). Die Legierungen AB, AD31, AD 33 des A1-Mg-Si-Systems weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Duktilität bei Kälte und Hitze auf und werden mittels Punkt-, Naht- und Argon-Lichtbogenschweißen geschweißt. Die Legierungen werden durch Schneiden in einem wärmebehandelten Zustand zufriedenstellend verarbeitet. Legierungen werden durch Abschrecken (510-530 ° C) und künstliche Alterung (160-170 ° C, 12-15 h) gehärtet. Alloy AB weist nach der künstlichen Alterung die höchsten Festigkeitswerte auf, ist jedoch in diesem Zustand anfällig für interkristalline Korrosion, die durch Siliziumausscheidungen entlang der Korngrenzen während der künstlichen Alterung verursacht wird. Die Legierungen AD31 und ADZZ sind der Legierung AB in der Festigkeit unterlegen, übertreffen jedoch

Tabelle 9.5

Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von Aluminiumknetlegierungen

seine Korrosionsbeständigkeit. Die Legierungen LV, LD31, ADZZ werden in Form von Blechen, Rohren, Stangen, Profilen verschiedener Profile und anderen Halbzeugen hergestellt, die für die Herstellung von Hubschrauberpropellerblättern, Spanten, Rümpfen und Schotten von Schiffen, Elektromotorrümpfen, geschweißten . verwendet werden Tanks, Rohrleitungen.

Duralyumiyy. Die Legierungen D1, D16, D18, D19, VD17 des A1-Cu-Mg-Systems zeichnen sich durch eine gute Kombination von Festigkeit und Duktilität aus. Durch die Wärmebehandlung (Härten und Altern) werden Duraluminium gehärtet. Betrachten wir Umwandlungen in verformbaren warmverfestigten Legierungen auf Aluminiumlegierungen

mit Kupfer. Dies ist zulässig, da das Zulegieren mit anderen Elementen (Mg, Mn usw.) neben oder anstelle von Kupfer keine grundlegenden Änderungen bewirkt.

Aus dem Diagramm L1-Cu (Abb.9.4) folgt, dass das Gefüge der Legierungen im Gleichgewichtszustand aus einem Mischkristall besteht ein(0,2% Cu) und Einschlüsse der Sekundärphase CuAl 2 mit ca. 55,4% Cu. Beim Abschrecken werden die Legierungen auf eine Temperatur /::j erhitzt, die die Auflösung der intermetallischen Verbindung CuA1 2 im Aluminium gewährleistet (oberhalb der Grenzlöslichkeitslinie MICH um 6-8%) und Erzielen der maximal möglichen Kupferkonzentration in fester Lösung. Beim Abschrecken, bei schneller Abkühlung in Wasser, fällt Kupfer nicht aus dem Mischkristall aus, und somit wird eine Ungleichgewichtsstruktur eines homogenen übersättigten Mischkristalls von Kupfer in Aluminium erhalten (Abschrecken ohne polymorphe Umwandlung). Im gehärteten Zustand weisen die Legierungen eine reduzierte Festigkeit auf. So hat die Legierung D16 im frisch abgeschreckten Zustand folgende mechanische Eigenschaften: a „= 24 (H260 MPa, 8 = 22%.

In einem übersättigten a-Mischkristall sind überschüssige Kupferatome statistisch gleichmäßig verteilt und neigen dazu, daraus freigesetzt zu werden. Der Alterungsprozess basiert auf diesem Phänomen. Altern ist eine Wärmebehandlung, bei der sich der übersättigte a-Mischkristall nach dem Abschrecken (ohne polymorphe Umwandlung) in der Legierung zersetzt. Abhängig von Temperaturbedingungen Transformationen unterscheiden zwischen natürlicher Alterung - ohne Erwärmung bei einer Temperatur von 20 ° C und künstlicher Alterung - mit Erwärmung auf eine Temperatur von 100-200 ° C (Abb. 9.5).

Während der natürlichen Alterung bilden sich durch Diffusionsverteilung der Kupferatome im Mischkristall Zonen mit erhöhter Kupferkonzentration (50-52 %) - Guinier - Preston-Zonen (GP-I), mit der gleichen Ordnung der Atomanordnung wie in ungeordneter a-Mischkristalllösung. Bei Temperaturen unter

Reis. 9.4. Teil des Zustandsdiagramms des A1-C-Systems und Diagramm der Strukturänderung von Duraluminium (zu % B) nach dem Abschrecken

Dauer, Tage

Reis. 95. Festigkeitsänderung von Duraluminium (k% Cu) bei verschiedenen Alterungstemperaturen

Nullstellen der GP-1-Zone 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 HP-1-Zonen sind niedriger als in der verarmten a-Mischkristalle (der Atomdurchmesser von Aluminium beträgt 0,128 nm). Daher verformen die Zonen von GP-1 den a-Mischkristall (Abb. 9.6), erzeugen hohe Spannungen im Kristall und verlangsamen die Bewegung von Versetzungen, was zur Härtung der Legierungen führt. Während der natürlichen Alterung bilden sich im a-Mischkristall nur HP-1-Zonen.

Bei der künstlichen Alterung schreitet die Diffusion intensiver voran. Die künstliche Alterung erfolgt in Etappen. Die erste Stufe reduziert sich wie beim natürlichen Altern auf die Bildung von HP-1-Zonen.

GP-1-Zonen, die während der künstlichen Alterung entstanden sind, haben große Größen(20 nm bei einer Temperatur von 100 °C und 80 nm bei einer Temperatur von 200 °C, mit einer Dicke von 1 bis 4 nm) aber im Vergleich zu den Zonen von HP-1 nach natürlicher Alterung. Eine Erhöhung der Haltetemperatur bei Temperaturen von 100 bis 200 ° C bewirkt eine Änderung der Zonen von GP-1 (Stufe II)

Reis. 9.6.

C-Atome; О - Atome A1

und deren Umwandlung in GP-P mit einer geordneten Anordnung von Kupferatomen in Aluminium. 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 a-Mischkristalllösung verbunden ist.

Phase 0 "hat ein tetragonales Gitter.

Die vierte Transformationsstufe wird auf das Auftreten einer stabilen CuA12-Phase reduziert, die von der a-Mischkristalllösung der Matrix isoliert ist, und der Übergang der Legierung in den anfänglichen (vor dem Abschrecken) Gleichgewichtszustand. Ab dem Stadium der Ausscheidung der stabilen SiL1 2 -Phase kommt es zu einer merklichen Erweichung der Legierung. Weiteres Erhitzen auf 200-250°C führt zur Vergrößerung (Koagulation) der CuA1 2 (0-Phase) intermetallischen Verbindung.

Jede dieser Phasen kann unabhängig voneinander ablaufen oder sich überschneiden. Der Verlauf dieser oder jener Stufe hängt von der Zusammensetzung der Legierung und der Alterungstemperatur ab. Die maximale Härtung während der künstlichen Alterung ist mit den Anfangsstadien der Alterung verbunden. Mit einer Erhöhung der Alterungstemperatur wird eine schnellere Aushärtung erreicht, jedoch ist der Härtungseffekt geringer und die Erweichung tritt innerhalb weniger Stunden ein.

Bei durch Wärmebehandlung gehärteten Aluminiumknetlegierungen sind Gefügeänderungen durch Zonen- und Phasenalterung gekennzeichnet. Die Zonenalterung (Bildung von GP-1- und GP-P-Zonen) führt bei keiner Haltezeit zu einer Erweichung der Legierung. Dabei weisen die Legierungen eine erhöhte Streckgrenze (Verhältnis a 02 / a b = 0,6 -> 0,7), eine erhöhte Duktilität und eine geringe Sprödbruchempfindlichkeit auf.

Phasenalterung kann Härten und Erweichen sein, wenn während des Alterungsprozesses die Partikel der Härtungsphasen (0" und 0) koagulieren. Durch die Phasenalterung haben Legierungen eine hohe Streckgrenze (das Verhältnis a 0> 2 / st in erreicht 0,9-0,95 ), während Duktilität, Zähigkeit, Sprödbruch und Spannungskorrosionsbeständigkeit verringert werden.

Der Alterungseffekt wird nicht nur in NE-Legierungssystemen auf Basis von Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan, sondern auch in Nickel- und Eisenlegierungen festgestellt und genutzt.

Bei den Legierungen D1, D19 liegt die Erwärmungstemperatur zum Abschrecken nahe der Schmelztemperatur der Eutektika darunter und beträgt 505 ° C und für die Legierungen D16, VD17, D18 - 500 ° C. Im gehärteten Zustand sind Duraluminium (außer D18) intensiv gehärtet (die Zugfestigkeit nach 4 Tagen natürlicher Alterung beträgt 450 MPa, die Plastizität beträgt 18%). Produkte aus den Legierungen D16, D19, die bei 125-200 ° C betrieben werden, werden einer künstlichen Alterung unterzogen. Die Art der künstlichen Alterung der gehärteten Legierung D16 beträgt 190 ° C, die Dauer beträgt 8-12 Std. Durch die künstliche Alterung unterscheidet sich die Festigkeit von Duraluminium D16 wenig von der Festigkeit im Zustand nach der natürlichen Alterung, aber gleichzeitig Zeit nimmt die Streckgrenze zu und die Plastizität ab.

Duraluminium zeichnen sich durch eine geringe Korrosionsbeständigkeit in feuchter Luft, Fluss- und Meerwasser aus und benötigen Korrosionsschutzmittel. Duraluminiumbleche sind kaschiert, Rohre und Profile anodisch polarisiert. Das Plattieren besteht im Warmwalzen von mit Reinaluminium beschichteten Duraluminiumblechen (A7, A8). Gleichzeitig wird Aluminium mit Kiefer verschweißt und schützt das Duraluminiumblech zuverlässig vor Korrosion. Die Dicke der Aluminiumschicht beträgt in der Regel 2-5% der Blechdicke. Die anodische Polarisation in einer 10%igen Schwefelsäurelösung von Duraluminium-Halbzeugen bewirkt die Freisetzung von Sauerstoff und die Bildung eines schützenden Oxidfilms (AI2O3) auf deren Oberfläche, der die Legierung vor Korrosion schützt.

Duraluminium sind gut punktgeschweißt und aufgrund von Rissbildung nicht schmelzgeschweißt, werden im gehärteten und gealterten Zustand und noch schlimmer - im geglühten Zustand zufriedenstellend spanend bearbeitet.

Die haltbarste Duraluminiumlegierung D16 wird für die Herstellung von Plattierungen von Holmen, Spanten, Stringern, Flugzeugsteuerstangen, Powerframes und Karosserien verwendet. Nieten werden im frisch ausgehärteten Zustand aus den Legierungen D16 und D1 hergestellt. Eine der wichtigsten Nietlegierungen ist die Legierung D18 im gehärteten und natürlich ausgelagerten Zustand.

Die hochfesten Legierungen V93, V95, V96Ts1 (siehe Tabelle 9.5) des A1-Zn-Mg-Cu-Systems haben eine erhöhte Endfestigkeit - 550-700 MPa. Die Additive enthalten Mangan, Chrom und Zirkon, die für die Instabilität des Mischkristalls sorgen, deren Zersetzung beschleunigen und den Alterungseffekt erhöhen. Verstärkungsphasen in Legierungen sind MgZn 2, Al 2 Mg3Zn3, Al 2 CuMg.

Hochfeste Aluminiumlegierungen werden abgeschreckt und warmausgelagert. Legierungen werden von 460-470 ° C in kaltem oder abgeschreckt heißes Wasser um Rissbildung bei großformatigen Stanz- oder Schmiedeteilen auszuschließen. Während der künstlichen Alterung zersetzt sich der übersättigte Mischkristall unter Bildung von dispergierten Partikeln aus festigenden Phasen. Die maximale Festigkeit der Legierungen wird bei der Verarbeitung nach dem T1-Modus (Abschrecken; künstliche Alterung bei 120°C, 3-10 h) beobachtet. Nach einer solchen Behandlung haben die Legierungen eine verringerte Plastizität (7-10 %) und neigen aufgrund der ungleichmäßigen Zersetzung einer übersättigten festen Lösung zu Spannungskorrosion.

Die Alterung hochfester Legierungen nach den Modi T2 und TZ bei erhöhten Temperaturen (160-180 ° C) und Dauer (10-30 Stunden) erhöht ihre Zähigkeit, Plastizität und Krustenbeständigkeit.

Streit 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 HZ-Zonen. In der zweiten Stufe werden bei erhöhten Temperaturen und lange Zeit Partikel der Verfestigungsphasen gebildet und aus den HZ-Zonen koaguliert. Als Ergebnis der zweistufigen Alterung hat die V95pch-Legierung über n = 540–590 MPa, a 0 9 = 410–470 MPa, 5 = = 10–13 %.

Alloy B95 ist unter allen hochfesten Legierungen der vielseitigste Konstruktionswerkstoff und findet in der Luftfahrt breite Anwendung: für stark belastete Strukturteile, die hauptsächlich unter Druckbedingungen arbeiten (Fassaden, Spanten, Stringer, Flugzeugholme).

Alloy V96Ts enthält einen erhöhten Anteil der wichtigsten Legierungselemente (Zink, Magnesium, Kupfer) und ist die haltbarste aller Aluminium-Knetlegierungen. Im Vergleich zur 1395-Legierung weist die V96Ts-Legierung jedoch eine verringerte Plastizität und Korrosionsbeständigkeit auf. Die Legierung ist empfindlich gegen Korrosion und verschiedene Spannungskonzentratoren. Halbzeuge in Form von Rohren, Profilen verschiedener Profile, Schmiedestücke werden aus V96Ts-Legierung durch Warmumformungsverfahren hergestellt. Hochfeste Legierungen haben eine zufriedenstellende Widerstandsschweißbarkeit und eine schlechte Schmelzschweißbarkeit. Die Arbeitstemperatur hochfester Legierungen überschreitet 120 ° C nicht, da bei höheren Temperaturen ihre Festigkeit stark abnimmt, intensiver als die von Duraluminium.

Die hochmodulige Legierung 1420 des Al-Mg-Li-Systems weist eine geringe Dichte (2,5 g/cm 3) und einen erhöhten Elastizitätsmodul (75.000 MPa) auf, der 4% höher ist als der Elastizitätsmodul der Legierung D16. Alloy 1420 wird durch alle Schweißarten geschweißt und weist hohe Korrosionseigenschaften auf, die den Eigenschaften der AMgb-Legierung nahekommen.

Legierung 1420 wird bei 450°C (Luftkühlung) abgeschreckt und anschließend bei 120°C für 12-24 Stunden künstlich gealtert.

Durch das Härten besteht das Gefüge der Legierung aus einem übersättigten Mischkristall von Magnesium und Lithium in Aluminium. Während der künstlichen Alterung wird die Bildung von HP ns-Zonen beobachtet. Die Verfestigung ist mit der Ausscheidung der Härtephase AlLi verbunden, die nicht zu einer Verarmung des Matrixmischkristalls an Magnesium führt.

Alloy 1420 wird verwendet, um Duraluminium in Luft- und Raumfahrtprodukten zu ersetzen, wodurch deren Gewicht um 10-15% reduziert wird.

Schmiedelegierungen AK6, AK8 (siehe Tabelle 9.5) des Systems Al-Mg-Si-Cu zeichnen sich durch eine erhöhte Duktilität bei der Warmumformung aus und werden zur Herstellung von Schmiede- und Stanzteilen verwendet. Schmieden und Stanzen von Legierungen werden bei Temperaturen von 450-470 ° C durchgeführt. Im Gefüge der Legierungen befinden sich neben dem Mischkristall die Phasen CuAl 2 , CuMgAl 2 und Mg 2 Si. Die Legierungen AK6 und AK8 werden abgeschreckt und warmausgelagert (Modus T1). Die Härtetemperatur der Legierungen AK6 und AK8 beträgt 520 bzw. 500 °C. Die künstliche Alterung der Legierungen erfolgt nach dem Modus 160-170 ° C, 12-15 Std. Als Ergebnis dieser Behandlung hat die AK8-Legierung mit 4,3% Kupfer höhere Festigkeitsindikatoren (siehe Tabelle 9.5) als die LK6-Legierung mit 2, 2% Kupfer. Die Legierung LK6 zeichnet sich durch eine Kombination aus guter Duktilität im heißen und kalten Zustand und ausreichend hoher Festigkeit aus. Hinsichtlich der Bruchzähigkeit ist die Legierung AK6 der Legierung AK8 überlegen. Die Legierungen schweißen zufriedenstellend und lassen sich gut schneiden. Die Legierungen AK6 und AK8 sind anfällig für Spannungskorrosion und interkristalline Korrosion. Die Korrosionsbeständigkeit von Legierungen wird durch elektrochemische Oxidation (Eloxieren) oder durch Aufbringen von Farb- und Lackschichten erhöht.

Legierung AK6 wird zur Herstellung von mittelbelasteten Teilen verwendet Komplexe Form(Beschläge, Laufräder, Befestigungselemente, Motorrahmen). Die Legierung AK8, die technologisch weniger fortgeschritten ist als AK6, wird für die Herstellung von stark belasteten Teilen (Teiltriebwerksrahmen, Stoßfugen, Holme, Rotorblätter von Hubschraubern) empfohlen.

Die hitzebeständigen Aluminiumlegierungen D20, 1201 (siehe Tabelle 9.5) der Systeme A1-Cu-Mn und AK4-1 des Systems A1-Cu-Mg-Fe-Ni sind für Temperaturen bis 300 °C geeignet. Durch Legieren der Legierungen mit Zirkonium, Vanadium, Titan, Eisen und Nickel werden Diffusionsprozesse gehemmt, fein verteilte Verfestigungsphasen entstehen Al 12 MnCu in den Legierungen D20, 1201, Al 9 FeNi - in der Legierung AK4-1, beständig zur Koagulation beim Erhitzen. Die Legierungen werden nach dem Abschrecken bei einer Temperatur von 535 ° C und einer künstlichen Alterung bei einer Temperatur von 190 ° C für 10-18 Stunden verwendet.Bei Raumtemperatur unterscheidet sich die Festigkeit von hitzebeständigen Aluminiumlegierungen wenig von der Festigkeit von Duraluminium (420 ° C). -450 MPa). Bei 300 °C weist die D20-Legierung eine höhere Wärmeformbeständigkeit (a nu = 80 MPa) im Vergleich zur AK4-1-Legierung auf, bei der afoo = 45 MPa. Die Legierungen D20, 1201 werden gut geschweißt, und die Legierung AK4-1 wird durch Argon-Lichtbogen- und Widerstandsschweißen zufriedenstellend geschweißt. Die Korrosionsbeständigkeit von Legierungen ist gering, und zum Schutz vor Korrosion werden aus ihnen Farb- und Lackschichten auf die Oberfläche von Teilen aufgebracht oder Teile werden eloxiert. Besonders Schweißverbindungen müssen 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, Laufschaufeln und Scheiben von Axialkompressoren von Turboprop-Triebwerken, Häute von Überschallflugzeugen.

Aluminiumgusslegierungen. Aluminiumgusslegierungen weisen neben hohen Gusseigenschaften (Fließfähigkeit, geringer Schrumpf, geringe Neigung zur Bildung von Heißrissen und Poren) optimale mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen aggressiven Umgebungen auf. Diesen Anforderungen werden in stärkerem Maße Legierungen der Systeme Al-Si, Al-Cu, Al-Mg gerecht, in deren Gefüge sich ein Eutektikum befindet. Durch zusätzliches Legieren von Legierungen des A1-Si-Systems mit Kupfer und Mangan, des A1-Ci-Systems mit Mangan, Nickel, Chrom, des Al-Mg-Systems mit Zink können deren mechanische Eigenschaften (Tabelle 9.6) und die Betriebseigenschaften verbessert werden.

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 das Gießverfahren an: bzw. in den Boden, unter Druck, in eine Kühlform.

Platz. Legierung AK12 (AL2) entspricht der eutektischen Zusammensetzung (10-13% Si). Das eutektische Gefüge dieser Legierung besteht aus groben nadelförmigen Siliziumkristallen vor dem Hintergrund eines a-Mischkristalls. In diesem Zustand weist die Legierung AK12 (AL2) aufgrund der hohen Sprödigkeit von Silizium reduzierte mechanische Eigenschaften auf (a b = 130 MPa, s = 1 - ^ - 2%). Festigkeit und Duktilität der Legierung werden durch Modifizierung erhöht, wenn ein Salzgemisch (67% NaF + 33% NaCl) in einer Menge von 2-3% der Legierungsmasse in einer gleichmäßig dünnen Schicht in die Schmelze eingebracht wird 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 des eutektischen Punktes zu höheren Siliziumkonzentrationen. Nach der Modifizierung besteht das Eutektikum aus kleinen Siliziumkristallen und einer festen Lösung. Das Wachstum von Siliziumkristallen während der Erstarrung wird durch den sie umgebenden Na 2 Si-Film gehemmt. Neben dem Eutektikum treten im Gefüge der modifizierten AK12 (AL2)-Legierung überschüssige Kristalle von a-Mischkristallen auf. Durch Gefügeveränderungen werden die mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessert (siehe Tabelle 9.6). Silumin (einschließlich

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

1 - vor der Änderung; 2 - nach Modifizierung und Dotierung), die mehr als 5-6% Silizium enthalten. Legierte Silumine AK9ch (AL4), AK7ch (AL9) werden zusätzlich mit Magnesium legiert und die Legierung AK8l (AL32) - mit Magnesium und Kupfer (siehe Tabelle 9.6). Diese Legierungen werden sowohl durch Modifizierung als auch durch Wärmebehandlung gehärtet. Die Verfestigung von mit Magnesium dotierten Legierungen ist mit der Bildung der Mg 2 Si-Phase und gleichzeitig mit Kupfer und Magnesium - mit den CuA1 2 und Al, Mg-) Cu 1 Si4-Phasen verbunden. Legierte Silumine AK9ch (AL4), AK7ch (AL9), AK8l (AL34) werden durch Wärmebehandlung nach den Modi T1, T4, T5, Tb gehärtet (zum Beispiel für AK8l (AL34) - T5: Härten 535°C, Altern 175 ° C, b h; für AK9ch (AL4) - Tb: Härten 535° C, Altern 175 ° C, 15 h; für AK7ch (AL9) - T4: Härten 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 Motorblöcke). Gussteile aus der Legierung AK7ch (AL9) zeichnen sich im gehärteten Zustand (T4) durch erhöhte Duktilität (siehe Tabelle 9.6) und im Tb-Zustand (Abschrecken und Altern) durch erhöhte Festigkeit aus. Die Legierung AK8l (AL34) ist den Legierungen AK9ch (AL4) und AK7ch (AL9) in der Festigkeit überlegen. Die Legierungen AK8l (AL34) und AK8M (AL32) sind für den Spritzguss bestimmt. Die hohe Kristallisationsgeschwindigkeit beim Spritzgießen, die Anwesenheit von Mn und Ti in der Zusammensetzung der Legierungen sorgen für die Ausbildung eines stabilen Gefüges im Guss aus diesen Legierungen. Durch die künstliche Alterung bei 175 °C ohne vorheriges Abschrecken (Modus T1) zersetzt sich der übersättigte Mischkristall und die Legierung härtet aus. Bei der Herstellung von Teilen durch andere Gießverfahren werden die Legierungen einer Härtewärmebehandlung (Modus T5) unterzogen. Die Legierungen AK8l (AL34) und AK8M (AL32) werden zur Herstellung komplexer Bauteile von Zylinderblöcken, Blockköpfen und anderen Teilen von Verbrennungsmotoren verwendet.

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

Hochfeste und hochwarmfeste 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). Legierung AM5 (AL 19) hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie Legierung D20. Der erhöhte Mangan- und Titangehalt in der Legierung AM5 (AL 19) gewährleistet das Vorhandensein der Phasen CuAl 2 , Al 12 Mn 2 Cu und AljTi in seiner Struktur zusammen mit einer festen Lösung. Die Legierung AM5 (AL19) wird durch Wärmebehandlung nach den Modi T4, T5, T7 (T5: Abschrecken 545 °C, 12 h, Altern 175 °C, 3-6 h) gehärtet (siehe Tabelle 9.6). Zusätzliches Legieren 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; dies verringert die Wirkung der Wärmebehandlung, jedoch ist die Warmfestigkeit der Legierung ALZZ höher als die der Legierung AL 19, da die genannten Phasen den Kriechprozess verhindern. Alloy AM5 (AL 19) ist gut geschweißt und spanend verarbeitet und wird zum Gießen von großformatigen Gussteilen in Sandformen verwendet.

Legierung AK5M (AL5) zeigt hohe Festigkeitseigenschaften im Zustand nach der Wärmebehandlung T5: Abschrecken bei 525 ° C, Altern bei 180 ° C, 5 Std. Während der Alterung feine Partikel des CuAl 2 , Mg 2 Si, Al v Mg 5 Phasen scheiden sich aus der übersättigten festen Lösung Cu 4 Si 4 ab und verstärken die Legierung. 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 komplexer Konfiguration empfohlen, deren Betriebstemperatur 250 ° C nicht überschreitet.

Korrosionsbeständige Aluminiumgusslegierungen AMg5Mts (AL28) des AI-Mg-Systems, ATSChMg (AL24) des A1-Zn-Mg-Systems haben neben einer hohen Korrosionsbeständigkeit in vielen korrosiven Umgebungen eine hohe Festigkeit und Duktilität (siehe Tabelle 9.6) . Legierungen des AI-Mg-Systems haben aufgrund des großen (100-120 °C) Kristallisationsbereichs geringe Gießeigenschaften, einen signifikanten Gasgehalt und eine starke Oxidationsfähigkeit. In Bezug auf die Fließfähigkeit sind Legierungen Silumin unterlegen. Beim Schmelzen und Gießen von Legierungen des AI-Mg-Systems werden deren Schmelzen durch spezielle Flussmittel vor Oxidation geschützt.

Legierung AMg5Mts (AL28) enthält 4,8-6,3% Magnesium, neigt nicht zu Spannungskorrosion und ist unempfindlich gegenüber Gasporosität und Oxidation. Die Legierung wird nicht durch Wärmebehandlung gehärtet und wird als Guss verwendet (siehe Tabelle 9.6). Komplexe Gussteile für mittelbelastete ™-Teile werden aus der AL28-Legierung erhalten, die Legierung lässt sich gut schweißen.

Die Legierung АЦ4Мг (АЛ24) mit hoher Korrosionsbeständigkeit und stabilen mechanischen Eigenschaften kann bei Temperaturen bis zu 150 ° C zuverlässig arbeiten. Die Legierung wird durch Wärmebehandlung Т1 (natürliche oder künstliche Alterung ohne vorheriges Abschrecken) (siehe Tabelle 9.6) gehärtet oder bei 550 ° C (in Luft oder in kochendem Wasser) abgeschreckt, gefolgt von einer künstlichen Alterung (165 ° C, 22 h).

Die Legierungen АМ5Мц (АЛ28) und АЦ4Мг (АЛ24) können knappe Bronzen, Messing, rostfreie Stähle ersetzen und einen zuverlässigen Betrieb der Teile unter den Bedingungen der korrosiven Wirkung von Meerwasser gewährleisten.

Gesinterte Aluminiumpulver und körnige Legierungen

zeichnen sich durch verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften aus.

Gesintertes Aluminiumpulver(SAP) ist ein Material, das durch Pressen und anschließendes Sintern von Aluminiumpulver (Pulver) mit einer Dicke von ~ 1 µm Flocken gewonnen wird.

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

Das Brikettieren von Aluminiumpulver wird unter einem Druck von 300-750 MPa durchgeführt. Beim Brikettieren bricht die Oxidschicht, die Oberfläche der Partikel nimmt zu, die nicht oxidierten Bereiche der Oberfläche der Aluminiumpartikel kommen in Kontakt und es kommt zu deren Festfressen. Das Sintern von Briketts bei Temperaturen von 450-500 ° C unter einem Druck von 400-600 MPa erhöht den Kontakt zwischen den Oberflächen von Neo-Aluminiumoxid und erhöht die Bindungskräfte zwischen Aluminiumpartikeln. Die Dichte des gesinterten Briketts steigt von 2,6 auf 7 g/cm 3 an, was der Dichte von Aluminiumguss nahe kommt. Halbzeuge werden aus gesinterten Briketts durch Heißpressen gewonnen - Bleche, Stangen, Rohre, Stanzrohlinge.

Das Gefüge von SAP-Legierungen besteht aus einer Mischung aus Aluminium und dispergierten Aluminiumoxidflocken. Partikel aus Aluminiumoxid lösen sich nicht in Aluminium und koagulieren nicht, was die Stabilität der Struktur und Eigenschaften bei Temperaturen bis 500 ° C gewährleistet (Tabelle 9.7). Die erhöhte Festigkeit von SAPs wird durch die Dispersion von Partikeln verursacht A1 2 0z, Behinderung der Bewegung und Umverteilung der

Tabelle 9.7

Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von Sinter- und Granulatlegierungen

Standorte. SAPs werden in kaltem und heißem Zustand verformt, lassen sich gut schneiden und werden durch Kontakt- und Argon-Lichtbogenschweißen zufriedenstellend verschweißt. Kolbenstangen, Verdichter-, Turbinen- und Fanschaufeln werden aus SAP-Legierungen hergestellt.

Gesinterte Aluminiumstäbe(SAS) werden nach der gleichen Technologie wie SAPs hergestellt, aber Pulver werden durch Spritzen von Legierungen einer bestimmten Zusammensetzung erhalten. Die Basis der SAS-1-Legierung ist also eine Legierung des Al-Si-Ni-Systems (25-30% Si, 5-7% Ni) und CAC-2 ist eine Legierung des Al-Si-Fe-Systems (25-30% Si, 5-7% Fe).

Alloy SAS-1 enthält dispergierte und gleichmäßig verteilte Einschlüsse von Siliziumkristallen und Nickelintermetallen in Form von Platten im Gefüge, die einen entscheidenden Einfluss auf das Niveau der mechanischen Eigenschaften haben (siehe Tabelle 9.7). Die Legierungen zeichnen sich durch einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus. SAP- und SAS-Legierungen können lange Zeit arbeiten bei einer Temperatur von 300-500 ° C und gehen zum Gehäuse von Flugzeugen, Scheiben und Verdichterschaufeln.

Granulare Legierungen erhalten durch Kompaktierung von Granulat mit einem Durchmesser von 1-4 mm, erhalten bei sehr hohen Kühlraten (10 3 -10 4 ° C / s). Hohe Abkühlgeschwindigkeiten von Legierungen aus Aluminium mit Übergangsmetallen (Mn, Cr, Ir, Ti, V) bei der Desoxidation der Schmelze ermöglichen übersättigte Mischkristalle auf Basis von A1, deren Konzentration die Grenzlöslichkeit um ein Vielfaches überschreitet . Solche festen Lösungen werden als abnormal übersättigt bezeichnet. Granulate aus diesen Legierungen haben eine heterogene Struktur, jedoch sind die primären intermetallischen Einschlüsse dispergiert und gleichmäßig über das Volumen verteilt. Halbzeuge werden aus Granulaten durch Heißpressen gewonnen. Bei der Heißverformung bei der Herstellung von Halbzeugen zersetzen sich abnormal übersättigte Lösungen unter Bildung von dispergierten Partikeln von Installiden Al 3 Zn usw. Daher technologische Erwärmung bei der Herstellung von Halbzeugen in Form von Blechen , Stangen, Profile ist eine Stärkung des Alterns. Die Rolle des Abschreckens für solche Legierungen spielt die Kristallisation bei hohen Abkühlraten.

Legierung 01419 des Systems Al-Cr-Zn ist granuliert, ausscheidungshärtend, gehärtet durch Ausscheidung dispergierter Phasen Al 3 Zn, AlyCr (siehe Tabelle 9.7). Das stabile Gefüge der Legierung 01419 bei Erwärmung auf 350 °C verleiht ihr eine hohe Hitzebeständigkeit.

In der PV90-Legierung hat das Granulat die Zusammensetzung der Legierungen V95, V96Ts des Al-Zn-Mg-Cu-Systems, gehärtet durch Wärmebehandlung (Modus T1). Die im T1-Modus behandelte Legierung PV90 hat erhöhte Festigkeitseigenschaften (siehe Tabelle 9.7) und übertrifft seriell verformte in Festigkeit und Rekristallisationstemperatur.

Aluminiumlegierungen. Es ist geschnitten, poliert und formstabil. Teile aus PV90-Legierung werden in Friktionseinheiten und kritischen Strukturen von Hochpräzisionsinstrumenten verwendet.

Verbundwerkstoffe aus Aluminiumlegierungen. Als Matrixmaterial (siehe Abschnitt 11.1) werden handelsübliches Reinaluminium (AD1) und die Legierungen ADZZ, V95, SAP-1 usw. verwendet, Bor- und Kohlefasern werden zur Verstärkung der Matrizen verwendet. Die Legierungen VKA-1, VKA-2 werden also durch Verstärkung mit Borfasern der Aluminiumlegierungen AD1, ADZZ erhalten. Die Technologie zur Herstellung von Verbundwerkstoffen umfasst das Aufwickeln von Borfasern auf einen Dorn, das Fixieren durch Plasmaspritzen einer Matrixlegierung, das Ausschneiden von Rohlingen und das Pressen oder Walzen. Die Legierung VKA-1 (Tabelle 9.8), die 50 % (Bulk-) Borfasern enthält, hat zusammen mit hoher Festigkeit und Steifigkeit eine gute Herstellbarkeit und strukturelle Zuverlässigkeit. Im Temperaturbereich 80-500 °C übertrifft die Legierung VKA-1 jedoch die Industrielegierungen V95 und AK4-1 in Festigkeit und Steifigkeit.

Tabelle 9.8

Zusammensetzung und Eigenschaften einiger Aluminiumverbundlegierungen

*, **, *** _ Bruchfestigkeit bei Temperaturen von 300.400 bzw. 500 ° C.

Stahldrahtverstärkte Aluminiumlegierungen (CAS) werden durch Walzen im Vakuum hergestellt. Als Matrixmaterial in KAS-1 wird die Legierung AB oder der Werkstoff SAN-1 verwendet (siehe Tabelle 9.8). Die Legierung behält bei erhöhten Temperaturen eine hohe Kurz- und Langzeitfestigkeit.

KAS-1 Pads dienen zur Begrenzung der Rissausbreitung, indem sie an Teilen aus Aluminiumlegierungen durch Diffusionsschweißen, Kleben und Kleben 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 Stange.

PRAKTISCHER TEIL

1. Stahlstangen im Maschinenbau.

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

Fazit

Liste der verwendeten Literatur

EINLEITUNG

Relevanz. Zur Zeit registriert große Menge Vorfälle in der Maschinenbauindustrie, daher besteht ein besonderer Bedarf, langlebige Materialien zu schaffen, die in Metallkonstruktionen und -geräten verwendet werden.

Ziel. Schlagen Sie vor, wie Sie die Festigkeit eines Stahlstabs für den Maschinenbau verbessern können.

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

2. Studieren Sie die Stangen und ihre Struktur, vertiefen Sie sich in die Besonderheiten der Struktur von Stahlstangen;

3. Aufdecken der Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften eines Stabstahls;

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 vor, um die Steifigkeit und Festigkeit der Rute zu verbessern.

Entwicklung des Themas: G. Bessemer beschäftigte sich mit der Untersuchung dieses Problems. Sie legten jedoch nicht fest, welche chemischen Elemente und in welcher Menge ausgewählt werden sollten, um die ideale Rezeptur für legierte Stahlstäbe zu entwickeln.

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

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

Theoretischer Teil

Legierungen. Klassifizierung von Legierungen. Stahl

Legierung - ein makroskopisch homogener metallischer Werkstoff, der aus einer Mischung von zwei oder mehr besteht chemische Elemente mit überwiegendem Metallanteil.

Legierungen bestehen aus einer Basis (einem oder mehreren Metallen), kleinen Zusätzen, die speziell in die Legierung von Legierungs- und Modifizierungselementen eingebracht werden, sowie aus nicht entfernten Verunreinigungen (natürliche, technologische und zufällige).

Legierungen sind eines der wichtigsten Konstruktionsmaterialien. Unter ihnen größter Wert haben Legierungen auf der Basis von Eisen und Aluminium. In der Technologie werden mehr als 5.000 Legierungen verwendet.

Arten von Legierungen:

Beim Verfahren zur Herstellung von Legierungen gibt es Guss- und Pulverlegierungen. Gusslegierungen werden durch Kristallisation der Schmelze von Mischkomponenten gewonnen. Pulver - durch Pressen einer Pulvermischung, gefolgt von Sintern bei hoher Temperatur. Bestandteile einer Pulverlegierung können nicht nur Pulver einfacher Stoffe sein, sondern auch Pulver Chemische Komponenten... Die Hauptbestandteile von Hartmetallen sind beispielsweise Wolfram- oder Titankarbide.

Je nach Verfahren zum Erhalten des Werkstücks (Produkts) gibt es Gießerei (zB Gusseisen, Silumin), verformbare (zB Stahl) und Pulverlegierungen.

Im festen Aggregatzustand kann die Legierung homogen (homogen, einphasig - sie besteht aus Kristalliten gleicher Art) und heterogen (inhomogen, mehrphasig) sein. Basis der Legierung (Matrixphase) ist ein Mischkristall. Die Phasenzusammensetzung einer heterogenen Legierung hängt von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Die Legierung kann enthalten: interstitielle feste Lösungen, substituierende feste Lösungen, chemische Verbindungen (einschließlich Carbide, Nitride, intermetallische Verbindungen) und Kristallite einfacher Stoffe.

Fazit: So kamen wir nach der Untersuchung des Materials zu dem Schluss, dass die Legierungen aus einer Basis (einem oder mehreren Metallen), kleinen, speziell in die Legierung eingebrachten Zusätzen von Legierungs- und Modifizierungselementen sowie aus nicht entfernten Verunreinigungen (natürliche, technologisch und zufällig). Beim Verfahren zur Herstellung von Legierungen gibt es Guss- und Pulverlegierungen. Gusslegierungen werden durch Kristallisation der Schmelze von Mischkomponenten gewonnen.

Im nächsten Abschnitt werden wir ausführlich auf die Eigenschaften einer Stange aus Stahl eingehen.

2. Das Konzept des "Kerns". Stahlstangen und ihre Eigenschaften

Kernel - ein länglicher zylindrischer Gegenstand, normalerweise aus Eisen; als Stütze, Axial- oder Hauptteil von etwas verwendet.

Bewehrung ist eine Art von Walzmetallprodukten, bei denen es sich um Stahlstäbe handelt, die häufig zum Bewehren von Stahlbetonkonstruktionen verwendet werden. Als Baubewehrung können auch Gitter, Seile, Rinnen oder Metallrahmen verwendet werden. Dank der Verwendung von Stahlarmierung zeichnen sich Betonprodukte durch eine erhöhte Festigkeit und Haltbarkeit aus. Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Fertigungstechnologie - all dies sind die Kriterien, nach denen Stahlbaubewehrungen in Typen unterteilt werden. Hersteller bringen Informationen über die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Produkten in Form von Kennzeichnungen direkt auf die Stahlbewehrung selbst auf. Um die Hauptmerkmale des Produkts zu bestimmen, ist es auch möglich, die Enden oder das Ende der Stäbe mit Farbe zu versehen.

In der modernen Industrie werden viele Materialien verwendet. Kunststoff und Verbundwerkstoffe, Graphit und andere Stoffe ... Aber Metall bleibt immer relevant. Riesige Baustrukturen werden daraus hergestellt, daraus werden eine Vielzahl von Maschinen und anderen Geräten hergestellt.

Daher spielt die Klassifizierung des Metalls in Industrie und Wissenschaft eine wichtige Rolle, da Sie mit diesem Wissen die für den einen oder anderen Zweck am besten geeignete Materialart auswählen können. Dieser Artikel ist diesem Thema gewidmet.

Allgemeine Definition

Metalle heißen einfache Stoffe, die unter normalen Bedingungen durch mehrere charakteristische Merkmale gekennzeichnet sind: hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie Formbarkeit. Kunststoff. 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 deren Derivate sind. Was ist das?

Dies ist die Bezeichnung von Materialien, die aus zwei oder mehr Stoffen durch Erhitzen über ihre Schmelztemperatur gewonnen werden. Bitte beachten Sie, dass es Metall- und Nichtmetalllegierungen gibt. Im ersten Fall muss die Zusammensetzung mindestens 50 % des Metalls enthalten.

Wir lassen uns jedoch nicht vom Thema des Artikels ablenken. Also, was ist die Klassifizierung von Metall? Im Allgemeinen ist die Aufteilung ziemlich einfach:

1. Schwarze Metalle.
2. Nichteisenmetalle.

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

Eigentlich ist die Einteilung noch langweiliger. So genannt (im Schmuck) alles gleich Silber, Gold und Platin. Aber genug von "hohen Dingen". Es ist Zeit, über die gängigeren und laufenden Materialien zu sprechen.

Wir beginnen mit einem Überblick über verschiedene Stahlsorten, die genau das Derivat des gängigsten Eisenmetalls - Eisen - sind.

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: die chemische Zusammensetzung und Herstellungsverfahren, das Vorhandensein oder Fehlen von schädlichen Verunreinigungen sowie die Struktur. Die meisten wichtige Funktion ist die chemische Zusammensetzung, da sie die Sorte und den Namen des Stahls beeinflusst.

Kohlensäurehaltige Sorten

In diesen Materialien gibt es überhaupt keine Legierungszusätze, gleichzeitig lässt die Technologie ihrer Herstellung eine gewisse Menge anderer Verunreinigungen (in der Regel Mangan) zu. Da der Gehalt dieser Stoffe im Bereich von 0,8-1% liegt, gibt es einen gewissen Einfluss auf Festigkeit, mechanische und Chemische Eigenschaften Stahl machen sie nicht. Diese Kategorie wird bei der Konstruktion und Herstellung verschiedener Werkzeuge verwendet. Natürlich ist die Klassifizierung des Metalls noch lange nicht abgeschlossen.

Baustähle aus Kohlenstoff

Am häufigsten werden sie für den Bau verschiedener Strukturen für industrielle, militärische oder häusliche Zwecke verwendet, aber sie werden häufig für die Herstellung von Werkzeugen und Mechanismen verwendet. In diesem Fall sollte der Kohlenstoffgehalt 0,5-0,6% nie überschreiten. Sie müssen eine extrem hohe Festigkeit aufweisen, die durch eine ganze Kohorte von von internationalen Agenturen zertifizierten Prüfungen (σВ, σ0,2, δ, ψ, KCU, HB, HRC) ermittelt wird. Es gibt zwei Arten:

• Ordinär.
• Hohe Qualität.

Wie Sie sich vorstellen können, gehen erstere auf den Bau verschiedener Ingenieurbauwerke ein. Hochwertige Qualität wird ausschließlich für die Herstellung von zuverlässigen Werkzeugen für den Maschinenbau und andere und die Produktion verwendet.

Bei diesen Materialien ist Metallkorrosion an ihrer Oberfläche zulässig. Die Klassifizierung anderer Stähle sieht für sie wesentlich strengere Anforderungen vor.

Werkzeug-Kohlenstoffstähle

Ihr Anwendungsgebiet ist die Feinmechanik, die Herstellung von Instrumenten für den wissenschaftlichen Bereich und die Medizin sowie andere Industriebereiche, die erhöhte Festigkeit und Genauigkeit erfordern. Ihr Kohlenstoffgehalt kann von 0,7 bis 1,5 % reichen. Ein solches Material muss eine sehr hohe Festigkeit aufweisen, beständig gegen Verschleißfaktoren und extrem hohe Temperaturen sein.

Legierte stähle

So heißen Werkstoffe, 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 meistens 0,8-1,2% nicht überschreitet.

In diesem Fall impliziert die Klassifizierung des Metalls seine Unterteilung in zwei Arten:

• Stähle mit niedrigem Zusatzstoffgehalt. Insgesamt sind es nicht mehr als 2,5%.
• Gedopt. In ihnen können Zusatzstoffe 2,5 bis 10 % betragen.
• Materialien mit hohem Zusatzstoffgehalt (über 10 %).

Auch diese Arten werden wie im vorherigen Fall in Unterarten unterteilt.

Legierter Baustahl

Wie alle anderen Sorten werden sie im Maschinenbau, im Gebäude- und anderen Bauwerksbau sowie in der Industrie aktiv eingesetzt. Vergleicht man sie mit Carbon-Varianten, dann profitieren solche Werkstoffe im Verhältnis von Festigkeitseigenschaften, Plastizität und Zähigkeit. Darüber hinaus sind sie sehr beständig gegen extrem niedrige Temperaturen. Sie werden verwendet, um Brücken, Flugzeuge, Raketen, Werkzeuge für die Präzisionsindustrie herzustellen.

Legierte Werkzeugstähle

Im Prinzip sind die Eigenschaften dem oben diskutierten Typ sehr ähnlich. Sie können für folgende Zwecke verwendet werden:

• Herstellung von spanenden sowie hochpräzisen Messgeräten und Werkzeugen. Aus diesem Material werden insbesondere Drehwerkzeuge für Metall hergestellt, deren Klassifizierung direkt vom Stahl abhängt: Seine Marke ist notwendigerweise auf dem Produkt aufgedruckt.
• Sie werden auch zur Herstellung von Stempeln für das Kalt- und Warmwalzen verwendet.

spezieller Zweck

Wie der Name schon sagt, haben diese Materialien einige spezifische Eigenschaften. 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 arbeiten: Turbinen für Motoren, Öfen zum Schmelzen von Metall usw.

Baustähle

Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Sie werden zur Herstellung unterschiedlichster Baustoffe verwendet. Aus ihnen werden insbesondere Profile (Form- und Bleche), Rohre, Winkel usw. hergestellt. Bei der Auswahl einer bestimmten Metallkategorie wird natürlich besonders auf die Festigkeitseigenschaften von Stahl geachtet.

Darüber hinaus werden lange vor der Konstruktion alle Eigenschaften am Beispiel mathematischer Modelle immer wieder berechnet, so dass in den meisten Fällen dieses oder jenes 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 Konstruktionen aus Stahlbeton. Sie werden in Form von Stäben oder Drähten mit großem Durchmesser hergestellt. Das Material ist entweder Kohlenstoffstahl oder Stahl mit einem geringen Anteil an Legierungszusätzen. Es gibt zwei Arten:

• Warmgewalzt.
• Thermisch und mechanisch gehärtet.

Kesselstähle

Sie werden zum Lösen von Kesseln und Zylindern sowie anderen Behältern und Armaturen verwendet, die unter erhöhten Druckbedingungen bei verschiedenen Temperaturbedingungen arbeiten müssen. Die Dicke der Teile kann dabei von 4 bis 160 mm variieren.

Automatikstähle

Die sogenannten Materialien, die sich gut durch Schneiden bearbeiten lassen. Sie haben auch eine hohe Verarbeitbarkeit. All dies macht diesen Stahl zu einem idealen Material für automatisierte Produktionslinien, von denen es jedes Jahr mehr werden.

Lagerstähle

Diese Typen gehören ihrer Art nach zu den konstruktiven Varietäten, aber ihre Zusammensetzung macht sie mit instrumentalen verwandt. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeitseigenschaften und hohe Verschleißfestigkeit (Abrieb) aus.

Wir haben die grundlegenden Eigenschaften und die Klassifizierung von Metallen dieser Klasse betrachtet. Der nächste Schritt ist das noch weiter verbreitete und bekannte Gusseisen.

Gusseisen: Klassifizierung und Eigenschaften

Dies ist der Name eines Materials, das eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff (sowie einigen anderen Zusätzen) ist und deren C-Gehalt zwischen 2,14 und 6,67% liegt. Gusseisen zeichnet sich wie Stahl durch seine chemische Zusammensetzung, Herstellungsverfahren und die darin enthaltene Menge an Kohlenstoff sowie durch Einsatzgebiete in Alltagsleben und Industrie. Wenn Gusseisen keine Zusätze enthält, wird es als unlegiert bezeichnet. Ansonsten gedopt.

Klassifizierung nach Zweck

1. Es gibt extreme, die fast immer für die Weiterverarbeitung zu Stahl verwendet werden.
2. Gießereisorten zum Gießen von Produkten unterschiedlichster Konfiguration und Komplexität.
3. Speziell, analog zu Stählen.

Einteilung nach Arten chemischer Zusatzstoffe

• Weißes Gusseisen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass Kohlenstoff in seiner Struktur fast vollständig gebunden ist, da er in der Zusammensetzung verschiedener Karbide vorliegt. Es ist sehr leicht zu unterscheiden: Am Bruch 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 Lagen ist das Gussstück nicht von weißem Gusseisen zu unterscheiden, während sein Kern grau ist und einen großen Anteil an freiem Graphit in seinem Gefüge enthält. Im Allgemeinen kombiniert es Funktionen beider Typen. Ziemlich langlebig, aber gleichzeitig viel einfacher zu verarbeiten und mit Zerbrechlichkeit ist es viel besser.
• Grau. Es enthält viel Graphit. Langlebig, ziemlich verschleißfest und 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.

Graphit selbst kann in jedem von diesen in vier verschiedenen Formen vorliegen:

• Wenn es durch Platten und "Blütenblätter" dargestellt wird, bezieht es sich auf die Lamellensorte.
• Enthält das Material Einschlüsse, die auf ihre Weise äußeres Erscheinungsbild Würmern ähneln, dann sprechen wir von Vermiculargraphit.
• Dementsprechend weisen verschiedene flache, ungleichmäßige Einschlüsse darauf hin, dass eine flockige Sorte vor Ihnen liegt.
• Kugelförmige, halbkugelförmige Elemente kennzeichnen eine Kugelform.

Aber auch in diesem Fall ist die Klassifizierung von Metallen und Legierungen noch unvollständig! Tatsache ist, dass diese Verunreinigungen, egal wie seltsam sie erscheinen mögen, sich direkt auf die Festigkeit des Materials auswirken. Je nach Form und räumlicher Lage der Einschlüsse werden Gusseisen in folgende Kategorien eingeteilt:

• Enthält der Werkstoff Einschlüsse von Lamellengraphit, handelt es sich um gewöhnlichen Grauguss (SCH).
• In Analogie zum Namen "Additive" charakterisiert das Vorhandensein von vermicularen Partikeln das vermiculare Material (CWM).
• Flockeneinschlüsse enthalten Temperguss (CH).
• Der kugelförmige „Füllstoff“ kennzeichnet Sphäroguss (VCh).

Eine kurze Klassifizierung und Eigenschaften von Metallen, die zur Kategorie "schwarz" gehören, wurden Ihnen zur Kenntnis gebracht. Wie Sie sehen, sind sie trotz des weit verbreiteten Missverständnisses sehr vielfältig, sehr unterschiedlich in ihrer Struktur und ihren physikalischen Eigenschaften. Es scheint, dass Gusseisen ein gewöhnliches und weit verbreitetes Material ist, aber ... Sogar es hat mehrere vollständig verschiedene Typen und manche sind so unterschiedlich wie Gusseisen selbst und Stahlblech!

Verschwendung zum Einkommen!

Gibt es eine Klassifizierung, schließlich landen jedes Jahr Millionen Tonnen unterschiedlichster Materialien auf der Deponie. Werden sie massenhaft eingeschmolzen, ohne dass ein Sortier- und Sortierprozess durchlaufen wird? Natürlich nicht. Insgesamt gibt es neun Kategorien:

• 3A. Normaler Abfall von Eisenmetallen, auch insgesamt, insbesondere große Stücke. Das Gewicht jedes Stücks beträgt mindestens ein Kilogramm. In der Regel darf die Dicke der Stücke sechs Millimeter nicht überschreiten.
• 5A. In diesem Fall ist der Schrott überdimensioniert. Die Dicke der Stücke beträgt mehr als sechs Millimeter.
• 12A. Diese Kategorie impliziert eine Mischung der beiden oben beschriebenen Sorten.
• 17A. Roheisenschrott, insgesamt. Das Gewicht jedes Stücks beträgt nicht weniger als ein halbes Kilogramm, aber nicht mehr als 20 kg.
• 19A. Ähnlich wie die vorherige Klasse, aber überdimensionaler Abfall. Darüber hinaus ist ein gewisser Phosphorgehalt im Material zulässig.
• 20A. Roheisenschrott, die Kategorie mit den meisten Übergrößen. Zugelassen sind Stücke mit einem Gewicht von fünf Tonnen. Typischerweise umfasst dies demontierte, stillgelegte industrielle und militärische Ausrüstung. Wie Sie sehen, sind die Klassifizierung und die Eigenschaften von Metallen in dieser Kategorie ziemlich gleich.
• 22A. Und wieder überdimensionaler Gusseisenschrott. Der Unterschied besteht darin, dass in diesem Fall gebrauchte und ausrangierte Sanitärgeräte zur Abfallkategorie gehören.
• Mischen. Gemischter Schrott. Wichtig! Inhalt der folgenden Art ist nicht erlaubt: und Metalldraht sowie verzinkte Teile.
• Verzinkt. Dazu gehört, wie der Name schon sagt, jeder Schrott, der verzinkte Bruchstücke enthält.

Dies war die Klassifizierung von Eisenmetallen. Und jetzt werden wir über ihre farbigen "Kollegen" sprechen, die in jeder modernen Industrie und Fertigung eine große Rolle spielen.

Nichteisenmetalle

Dies ist die Bezeichnung für alle anderen Elemente, die eine metallische Atomstruktur haben, sich aber nicht auf Eisen und seine Derivate beziehen. In der englischsprachigen Literatur findet man den synonymen Begriff „Nichteisenmetall“. Was ist die Klassifizierung von Nichteisenmetallen?

Es gibt folgende Gruppen, deren Einteilung nach mehreren Kriterien gleichzeitig erfolgt: leichte und schwere, edle, verstreute und feuerfeste, radioaktive und seltene Erden. Viele der Nichteisenmetalle werden allgemein als selten eingestuft, da ihre Gesamtzahl auf unserem Planeten relativ gering ist.

Sie werden zur Herstellung von Teilen und Geräten verwendet, die in aggressiver Umgebung, Reibung oder ggf. (z. B. Sensoren) eine hohe Wärme- oder Stromleitfähigkeit aufweisen müssen. Darüber hinaus sind sie in der Militär-, Raumfahrt- und Luftfahrtindustrie gefragt, wo maximale Festigkeit bei relativ geringer Masse gefragt ist.

Beachten Sie, dass die Klassifizierung von Schwermetallen anders ist. Als solche existiert sie jedoch nicht, aber diese Gruppe umfasst Kupfer, Nickel, Kobalt sowie Zink, Cadmium, Quecksilber und Blei. Von diesen werden im industriellen Maßstab nur Cu und Zn verwendet, die wir weiter unten erwähnen werden.

Aluminium und darauf basierende Legierungen

Aluminium, Flügelmetall. Es gibt drei Arten davon (je nach chemischem Reinheitsgrad):

• Höchster Test (hohe Reinheit) (99,999%).
• Hohe Reinheit.
• Technische Prüfung.

Letzterer Typ ist auf dem Markt in Form von Blechen, verschiedenen Profilen und Drähten mit unterschiedlichen Querschnitten erhältlich. Es wird im Handel als AD0 und AD1 bezeichnet. Bitte beachten Sie, dass es auch in Reinstaluminium häufig zu Ausbrüchen von Fe, Si, Gu, Mn, Zn kommt.

Legierungen

Wie ist in diesem Fall die Klassifizierung von Nichteisenmetallen? Im Prinzip nichts Kompliziertes. Vorhanden:

• Duraluminium.
• Luft.

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

Grundsätzlich wird diese Frage in der Materialwissenschaft näher betrachtet. Die Klassifizierung von Metallen auf Aluminium und seinen Arten endet hier nicht.

Kupfer

Heute unterscheidet man zwischen (Reinstoffgehalt 97,97%) und Reinst, Vakuum (99,99%). Im Gegensatz zu anderen NE-Metallen beeinflussen schon kleinste Beimengungen einiger Additive die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Kupfer stark.

Legierungen

Sie sind in zwei große Gruppen eingeteilt. Diese Materialien sind der Menschheit übrigens seit mehr als tausend Jahren bekannt:

• Messing. So heißt die Kombination aus Kupfer und Zink.
• Bronze. Eine Kupferlegierung, die kein Zink mehr enthält, sondern Zinn. Es gibt aber auch Bronzen, in denen bis zu zehn Zusatzstoffe enthalten sind.

Titan

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

Titanlegierungen

Legierungen dieses Materials werden in zwei Typen unterteilt: verformbar und linear. Darüber hinaus werden ihre speziellen Unterarten unterschieden: hitzebeständig, erhöhte Plastizität. Es gibt auch härtbare und ungehärtete Varianten (je nach Wärmebehandlung).

Tatsächlich haben wir die Klassifizierung von Nichteisenmetallen und -legierungen vollständig berücksichtigt. Wir hoffen, dieser Artikel war hilfreich für Sie.