O conceito de liga, sua classificação e propriedades.

Na engenharia, todos os materiais metálicos são chamados de metais. Estes incluem metais simples e metais complexos - ligas.

Os metais simples consistem em um elemento principal e uma pequena quantidade de impurezas de outros elementos. Por exemplo, o cobre tecnicamente puro contém de 0,1 a 1% de impurezas de chumbo, bismuto, antimônio, ferro e outros elementos.

Ligas- são metais complexos, representando uma combinação de algum metal simples (base de liga) com outros metais ou não metais. Por exemplo, o latão é uma liga de cobre e zinco. Aqui a base da liga é o cobre.

Um elemento químico que faz parte de um metal ou liga é chamado de componente. Além do componente principal que predomina na liga, também existem componentes de liga introduzidos na liga para obter as propriedades exigidas. Assim, para melhorar as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão do latão, são adicionados alumínio, silício, ferro, manganês, estanho, chumbo e outros componentes de liga.

De acordo com o número de componentes, as ligas são divididas em dois componentes (duplas), três componentes (ternárias), etc. Além dos componentes principais e de liga, a liga contém impurezas de outros elementos.

A maioria das ligas é produzida pela fusão de componentes no estado líquido. Outros métodos de preparação de ligas: sinterização, eletrólise, sublimação. Neste caso, as substâncias são chamadas de pseudoligas.

A capacidade dos metais de se dissolverem mutuamente cria boas condições receber grande número ligas com uma ampla variedade de combinações propriedades úteis, que os metais simples não possuem.

As ligas são superiores aos metais simples em resistência, dureza, trabalhabilidade, etc. É por isso que são usadas em tecnologia de forma muito mais ampla do que os metais simples. Por exemplo, o ferro é um metal macio que quase nunca é usado na sua forma pura. Mas as mais utilizadas em tecnologia são as ligas de ferro e carbono - aço e ferro fundido.

Sobre palco moderno Com o desenvolvimento da tecnologia, juntamente com o aumento do número de ligas e a complicação de sua composição, metais de especial pureza estão ganhando grande importância. O conteúdo do componente principal nesses metais varia de 99,999 a 99,999999999%
e muito mais. Metais de pureza especial são necessários na ciência de foguetes, na energia nuclear, na eletrônica e em outros novos ramos da tecnologia.

Dependendo da natureza da interação dos componentes, as ligas são diferenciadas:

1) misturas mecânicas;

2) compostos químicos;

3) soluções sólidas.

1) Mistura mecânica dois componentes são formados quando não se dissolvem no estado sólido e não entram em interação química. As ligas são misturas mecânicas (por exemplo, chumbo - antimônio, estanho - zinco), são heterogêneas em sua estrutura e representam uma mistura de cristais desses componentes. Neste caso, os cristais de cada componente da liga retêm completamente suas propriedades individuais. É por isso que as propriedades de tais ligas (por exemplo, resistência elétrica, dureza, etc.) são determinadas como a média aritmética das propriedades de ambos os componentes.

2) Soluções sólidas caracterizado pela formação de um espaço comum estrutura de cristalátomos do metal original-solvente e átomos do elemento solúvel.
A estrutura dessas ligas consiste em grãos cristalinos homogêneos, como metal puro. Existem soluções sólidas substitucionais e soluções sólidas intersticiais.

Essas ligas incluem latão, cobre-níquel, ferro-cromo, etc.

Ligas – soluções sólidas são as mais comuns. Suas propriedades diferem das propriedades dos componentes constituintes. Por exemplo, a dureza e a resistência elétrica das soluções sólidas são muito superiores às dos componentes puros. Devido à sua alta ductilidade, eles se prestam bem ao forjamento e outros tipos de conformação. As propriedades de fundição e usinabilidade de soluções sólidas são baixas.

3) Compostos químicos, como soluções sólidas, são ligas homogêneas. Quando solidificam, forma-se uma rede cristalina completamente nova, diferente das redes dos componentes que compõem a liga. Portanto, as propriedades de um composto químico são independentes e não dependem das propriedades dos componentes. Os compostos químicos são formados em uma proporção quantitativa estritamente definida dos componentes fundidos. A composição da liga de um composto químico é expressa pela sua fórmula química. Essas ligas geralmente apresentam alta resistência elétrica, alta dureza e baixa ductilidade. Assim, o composto químico de ferro e carbono - cementita (Fe 3 C) é 10 vezes mais duro que o ferro puro.

Diversas disciplinas científicas (materiais e metalurgia, física, química) estudam as propriedades e características dos metais. Existe uma classificação geralmente aceita deles. Porém, cada uma das disciplinas, ao estudá-las, baseia-se em parâmetros especializados específicos que estão em sua área de interesse. Por outro lado, todas as ciências que estudam metais e ligas aderem ao mesmo ponto de vista de que existem dois grupos principais: ferrosos e não ferrosos.

Sinais de metais

As seguintes propriedades mecânicas básicas são diferenciadas:

• Dureza - determina a capacidade de um material resistir à penetração de outro mais duro.
• A fadiga é a quantidade, bem como o tempo de impactos cíclicos, que um material pode suportar sem alterar a sua integridade.
• Força. É o seguinte: se aplicar uma carga dinâmica, estática ou alternada, isso não acarretará alteração de forma, estrutura e dimensões, nem danos à integridade interna e externa do metal.
• Plasticidade é a capacidade de manter a integridade e a forma resultante durante a deformação.
• Elasticidade é a deformação sem quebrar sua integridade sob a influência de certas forças, e também, após se livrar da carga, a capacidade de retornar à sua forma original.
• Resistência a fissuras - sob a influência de forças externas elas não se formam no material, e a integridade externa também é mantida.
• Resistência ao desgaste - a capacidade de manter a integridade externa e interna durante atrito prolongado.
• Viscosidade - manutenção da integridade sob crescente estresse físico.
• Resistência ao calor - resistência à mudança de tamanho, forma e destruição quando exposto a altas temperaturas.

Classificação de metais

Os metais incluem materiais que possuem uma combinação de propriedades mecânicas, tecnológicas, operacionais, físicas e químicas:

• mecânico confirma a capacidade de resistir à deformação e destruição;
• tecnológicos indicam a capacidade de realizar diferentes tipos de processamento;
• operacionais refletem a natureza das mudanças durante a operação;
• os químicos apresentam interação com diversas substâncias;
• os físicos indicam como o material se comporta em diferentes campos – térmico, eletromagnético, gravitacional.

De acordo com o sistema de classificação de metais, todos os materiais existentes são divididos em dois grupos volumétricos: ferrosos e não ferrosos. As propriedades tecnológicas e mecânicas também estão intimamente relacionadas. Por exemplo, a resistência de um metal pode ser o resultado de um processamento adequado. Para esses fins, são utilizados os chamados endurecimento e “envelhecimento”.

As propriedades químicas, físicas e mecânicas estão intimamente interligadas, uma vez que a composição do material determina todos os seus demais parâmetros. Por exemplo, os metais refratários são os mais fortes. As propriedades que aparecem em repouso são chamadas de físicas e sob influência externa - mecânicas. Existem também tabelas para classificação de metais por densidade - componente principal, tecnologia de fabricação, ponto de fusão, entre outros.

Metais ferrosos

Os materiais pertencentes a este grupo possuem as mesmas propriedades: densidade impressionante, alto ponto de fusão e cor cinza escuro. Para o primeiro grande grupo os metais ferrosos pertencem ao seguinte:

Metais não ferrosos

O segundo maior grupo possui baixa densidade, boa ductilidade, baixo ponto de fusão, cores predominantes (branco, amarelo, vermelho) e é composto pelos seguintes metais:

• Pulmões - magnésio, estrôncio, césio, cálcio. Na natureza são encontrados apenas em compostos fortes. Eles são usados ​​​​para produzir ligas leves para diversos fins.
• Nobres. Exemplos de metais: platina, ouro, prata. Eles aumentaram a resistência à corrosão.
• Materiais de baixo ponto de fusão - cádmio, mercúrio, estanho, zinco. Possuem baixo ponto de fusão e são utilizados na produção de diversas ligas.

A baixa resistência dos metais não ferrosos não permite que sejam utilizados na sua forma pura, por isso na indústria são utilizados na forma de ligas.

Cobre e ligas de cobre

Na sua forma pura apresenta cor vermelho rosado, baixa resistividade, baixa densidade, boa condutividade térmica, excelente ductilidade e é resistente à corrosão. É amplamente utilizado como condutor de corrente elétrica. Para necessidades técnicas, são utilizados dois tipos de ligas de cobre: ​​latão (cobre com zinco) e bronze (cobre com alumínio, estanho, níquel e outros metais). O latão é usado na fabricação de chapas, tiras, tubos, fios, conexões, buchas e rolamentos. Molas planas e redondas, membranas, vários acessórios e pares de sem-fim são feitos de bronze.

Alumínio e ligas

Este metal muito leve tem uma cor branco prateada e é altamente resistente à corrosão. Possui boa condutividade elétrica e ductilidade. Pelas suas características, tem aplicação nas indústrias alimentícia, leve e elétrica, bem como na construção de aeronaves. As ligas de alumínio são frequentemente utilizadas na engenharia mecânica para a fabricação de peças críticas.

Magnésio, titânio e suas ligas

O magnésio não é resistente à corrosão, mas não existe metal mais leve utilizado para necessidades técnicas. Basicamente, é adicionado a ligas com outros materiais: zinco, manganês, alumínio, que são perfeitamente cortados e bastante resistentes. Ligas com metal leve magnésio são usadas para fazer caixas para câmeras, diversos dispositivos e motores. O titânio encontrou sua aplicação na indústria de foguetes, bem como na engenharia mecânica para a indústria química. As ligas contendo titânio possuem baixa densidade, excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Eles se prestam bem ao tratamento de pressão.

Ligas antifricção

Tais ligas são especificadas para aumentar a vida útil de superfícies sujeitas a atrito. Eles combinam as seguintes características do metal - boa condutividade térmica, baixo ponto de fusão, microporosidade, baixo coeficiente de atrito. As ligas antifricção incluem aquelas à base de chumbo, alumínio, cobre ou estanho. Os mais utilizados incluem:

• Babbitt. É feito de chumbo e estanho. Utilizado na produção de camisas para rolamentos que operam em altas velocidades e sob cargas de choque;
• ligas de alumínio;
• bronze;
• materiais metalocerâmicos;
• ferro fundido.

Metais macios

De acordo com o sistema de classificação dos metais, são ouro, cobre, prata, alumínio, mas entre os mais macios estão césio, sódio, potássio, rubídio e outros. O ouro é altamente disperso na natureza. Está em água do mar, o corpo humano, e também pode ser encontrado em quase todos os fragmentos de granito. Na sua forma pura, o ouro tem cor amarela com notas vermelhas, já que o metal é macio - pode até ser arranhado com a unha. Sob a influência do meio ambiente, o ouro é destruído rapidamente. Este metal é indispensável para contatos elétricos. Embora a prata seja vinte vezes mais abundante que o ouro, também é rara.

Utilizado para a produção de louças e joias. O metal leve sódio também se difundiu e é procurado em quase todas as indústrias, inclusive na indústria química - para a produção de fertilizantes e anti-sépticos.

O metal é o mercúrio, embora esteja no estado líquido, por isso é considerado um dos mais macios do mundo. Este material é usado nas indústrias química e de defesa, agricultura e engenharia elétrica.

Metais duros

Os metais mais duros praticamente não existem na natureza, por isso é muito difícil obtê-los. Na maioria dos casos eles são encontrados em meteoritos caídos. O cromo pertence aos metais refratários e é o mais duro dos mais puros do nosso planeta, além de ser fácil de usinar.

O tungstênio é um elemento químico. É considerado o mais duro quando comparado com outros metais. Tem um ponto de fusão extremamente alto. Apesar de sua dureza, qualquer peça necessária pode ser forjada a partir dele. Devido à sua resistência ao calor e flexibilidade, é o material mais adequado para fundição pequenos elementos, usado em dispositivos de iluminação. O metal refratário tungstênio é a principal substância das ligas pesadas.

Metais em energia

Os metais, que contêm elétrons livres e íons positivos, são considerados bons condutores. Este é um material bastante popular, caracterizado pela plasticidade, alta condutividade elétrica e capacidade de doar elétrons facilmente.

São utilizados na fabricação de energia, radiofrequência e fios especiais, peças para instalações elétricas, máquinas e eletrodomésticos. Os líderes no uso de metais para a fabricação de produtos de cabos são:

• chumbo - para maior resistência à corrosão;
• cobre - para alta condutividade elétrica, facilidade de processamento, resistência à corrosão e resistência mecânica suficiente;
• alumínio - para baixo peso, resistência à vibração, resistência e ponto de fusão.

Categorias de metais secundários ferrosos

Existem certos requisitos para resíduos de metais ferrosos. Para enviar ligas para fornos siderúrgicos, serão necessárias certas operações de processamento. Antes de enviar um pedido de transporte de resíduos, você deve se familiarizar com o GOST de metais ferrosos para determinar seu custo. A sucata secundária preta é classificada em aço e ferro fundido. Se a composição contiver aditivos de liga, ela será classificada na categoria “B”. A categoria “A” inclui materiais de carbono: aço, ferro fundido, aditivos.

Os metalúrgicos e os trabalhadores da fundição, devido à base limitada de matérias-primas primárias, demonstram um interesse activo nas matérias-primas secundárias. Usar sucata ferrosa em vez de minério metálico é uma solução que economiza recursos e também energia. O metal ferroso reciclado é usado como refrigerante para fundição de conversores.

A gama de aplicações dos metais é incrivelmente ampla. Preto e colorido são usados ​​indefinidamente nas indústrias de construção e máquinas. A indústria energética não pode prescindir dos metais não ferrosos. Os raros e preciosos são usados ​​para fazer jóias. Tanto os metais não ferrosos quanto os ferrosos são usados ​​na arte e na medicina. É impossível imaginar a vida de uma pessoa sem eles, desde utensílios domésticos até instrumentos e aparelhos exclusivos.

As ligas de alumínio são mais amplamente utilizadas como materiais estruturais do que o alumínio técnico. Os principais elementos de liga das ligas de alumínio são Cu, Zn, Mg, Mn, Si, Ni, Fe. Esses elementos formam soluções sólidas de solubilidade limitada com o alumínio, formam zonas de reforço e fases intermediárias com o alumínio e entre si - F (CuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al6CuMg4, etc.).

Mn e Mg têm influência positiva na resistência à corrosão, mas reduz a condutividade térmica e elétrica das ligas de alumínio. Nas ligas fundidas, o principal elemento de liga é o silício, que forma um eutético com o alumínio. Ni, Ti, Cr, Fc formam fases estáveis ​​​​de fortalecimento de camadas complexas, inibem os processos de difusão e, assim, aumentam a resistência ao calor das ligas de alumínio. O lítio em ligas à base de alumínio aumenta seu módulo de elasticidade. As ligas de alumínio são classificadas de acordo com a tecnologia de fabricação de produtos semiacabados e produtos a partir deles, de acordo com o método de reforço por tratamento térmico e propriedades (Tabela 9.3).

Tabela 93

Classificação de ligas de alumínio

As ligas de alumínio são divididas principalmente em ligas forjadas e fundidas, bem como pós e ligas de alumínio sinterizado (SAP) e ligas (SAS) e ligas compostas, em cuja produção os processos de deformação plástica e fundição são amplamente utilizados.

De acordo com o diagrama de estados “elemento de liga de alumínio” (Fig. 9.2), as ligas localizadas à esquerda do ponto E, em altas temperaturas apresentam estrutura de solução monofásica a-sólida, baixa resistência e alta ductilidade. Portanto, essas ligas são facilmente processadas por pressão e pertencem à categoria de ligas forjadas. De acordo com o teor de elementos de liga, as ligas fundidas estão localizadas à direita do ponto ?, contêm eutéticos na estrutura e possuem altas propriedades de fundição: fluidez e alta concentração de porosidade de fundição. Ligas de composição eutética cristalizam a constante

Arroz. 9.2.

D - ligas deformáveis; L - ligas fundidas; I - ligas que não podem ser reforçadas por tratamento térmico; II - ligas reforçadas por tratamento térmico; F -

temperatura de fase intermediária, caracterizam-se pela maior fluidez e propriedades mecânicas reduzidas devido à presença de grande quantidade de componente eutético em sua estrutura.

Ponto M no diagrama, correspondente ao limite de saturação da solução sólida à temperatura ambiente, está o limite entre as ligas que não podem ser reforçadas e aquelas que podem ser reforçadas por tratamento térmico.

O tratamento térmico de reforço de ligas de alumínio se resume ao endurecimento de 435-545°C, envelhecimento natural a 20°C ou envelhecimento artificial a 75-225°C por 3-48 horas. Ligas que não podem ser endurecidas são submetidas à homogeneização (480-48 horas). 530°C, 6-36 horas), recristalização (300-500°C, 0,5-3 horas) e recozimento (ligas injetadas e envelhecidas) amolecimento (350-430°C, 1-2 horas).

Marcação de ligas de alumínio. Um sistema misto alfabético e alfanumérico foi adotado para marcação de ligas de alumínio. As ligas forjadas são designadas pelas letras AD, D, AK, AM, AB, ligas fundidas - AL. As letras AD no início da marca significam alumínio técnico, o número subsequente indica a pureza do alumínio. A letra D denota ligas deformáveis ​​do sistema (A1-Cu-Mg) - duralumínio, e as letras AK - liga de forjamento de alumínio. As letras AB indicam uma liga de alumínio com magnésio e silício - avial. As letras AMg e ​​AMts designam uma liga de alumínio com magnésio (Mg) e manganês (Mz), os números após as letras (AMg1, AMg5, AMgb) correspondem ao teor aproximado de magnésio nas ligas. A letra B no início da marca significa liga de alumínio de alta resistência.

Atualmente, existe uma marcação unificada de quatro dígitos para ligas de alumínio (Fig. 9.3). O primeiro número indica a base de todas as ligas. O alumínio é atribuído ao número um. O segundo número corresponde ao elemento de liga principal ou grupo de elementos de liga principais. O terceiro dígito ou o terceiro e segundo dígitos repetem as marcações antigas. O quarto dígito indica que a liga é deformável se for ímpar ou 0. Ligas experimentais

Arroz. 93. A marcação digital das ligas de alumínio é indicada pelo número 0 na frente da unidade (a marcação de cinco dígitos é permitida apenas para ligas experimentais). O número 0 é excluído da marcação de cinco dígitos quando a liga se torna serial.

A marcação alfanumérica de ligas de alumínio fundido (de acordo com GOST 1583-93) é baseada no princípio de marcação de aços-liga.

A primeira letra A indica a base da liga - A1, as letras subsequentes correspondem às primeiras letras dos nomes dos principais elementos de liga (K - silício, M - cobre, Mg - magnésio, Mts - manganês, N - níquel, C - zinco). Os números que seguem as letras indicam o conteúdo médio do componente correspondente (em % por peso). Quando o conteúdo do elemento de liga na liga é menor 1% a letra que designa este elemento não está indicada na marcação. A pureza das ligas é indicada pelas letras após a marcação da liga: Ch, och - respectivamente pura ou muito pura mas com impurezas de ferro e silício. GOST 1583-93 prevê a possibilidade de utilização da designação de ligas de alumínio fundido com uma marca alfanumérica indicando a marca antiga entre colchetes (ver Tabela 9.3).

O sistema de marcação do processo alfanumérico reflete qualitativamente as propriedades mecânicas, químicas e outras da liga (Tabela 9.4).

Tabela 9.4

Marcação alfanumérica de processamento tecnológico de ligas forjadas e fundidas

Ligas de alumínio deformáveis. A composição química e as propriedades mecânicas das ligas forjadas são apresentadas na Tabela. 9.5.

As ligas deformáveis ​​que não podem ser reforçadas por tratamento térmico incluem ligas baseadas nos sistemas Al-Mn (AMts) e Al-Mg (AMg), caracterizadas por resistência reduzida, mas maior ductilidade e resistência à corrosão. As ligas são soldadas. As ligas AMG são mais amplamente utilizadas devido à sua menor densidade. As ligas são utilizadas na fabricação de produtos obtidos por estampagem profunda e soldagem, capazes de operar em diversos ambientes corrosivos (tanques soldados, embarcações, oleodutos para petróleo e gasolina, cascos, mastros de embarcações fluviais). As ligas AB, AD31, AD 33 do sistema A1-Mg-Si possuem alta resistência à corrosão, boa ductilidade em estados frios e quentes e são soldadas por soldagem por pontos, costura e arco de argônio. As ligas podem ser processadas satisfatoriamente através do corte em estado tratado termicamente. As ligas são reforçadas por endurecimento (510-530°C) e envelhecimento artificial (160-170°C, 12-15 horas). A liga AB apresenta os maiores indicadores de resistência após o envelhecimento artificial, mas neste estado é suscetível à corrosão intergranular, que é causada pela liberação de silício ao longo dos limites dos grãos durante o envelhecimento artificial. As ligas AD31 e ADZZ são inferiores em resistência à liga AB, mas superiores

Tabela 9.5

Composição química e propriedades mecânicas de ligas de alumínio deformáveis

sua resistência à corrosão. As ligas LV, LD31, ADZZ são produzidas na forma de chapas, tubos, hastes, perfis de diversas seções e outros produtos semiacabados utilizados na fabricação de pás de rotores de helicópteros, armações, cascos e anteparas de navios, carcaças de motores elétricos, tanques soldados e oleodutos.

Duralumínio. As ligas D1, D16, D18, D19, VD17 do sistema A1-Cu-Mg distinguem-se por uma boa combinação de resistência e ductilidade. Como resultado do tratamento térmico (endurecimento e envelhecimento), o duralumínio é fortalecido. Consideraremos transformações em ligas deformáveis ​​de reforço térmico usando ligas de alumínio

com cobre. Isto é permitido, pois sua liga com outros elementos (Mg, Mn, etc.) junto com o cobre ou em seu lugar não introduz alterações fundamentais.

Do diagrama L1-Si (Fig. 9.4) segue-se que no estado de equilíbrio a microestrutura das ligas consiste em uma solução sólida UM(0,2% Cu) e inclusões da fase secundária CuAl 2 contendo cerca de 55,4% Cu. Durante a têmpera, as ligas são aquecidas a uma temperatura /::j, o que garante a dissolução do intermetálico CuAl 2 em alumínio (acima da linha limite de solubilidade MEU. em 6-8%) e obtendo a máxima concentração possível de cobre na solução sólida. Durante o processo de têmpera, com resfriamento rápido em água, o cobre não é liberado da solução sólida e, assim, é obtida uma estrutura de desequilíbrio de uma solução sólida supersaturada homogênea de cobre em alumínio (têmpera sem transformação polimórfica). No estado endurecido, as ligas apresentam resistência reduzida. Assim, a liga D16 em estado recentemente temperado tem as seguintes propriedades mecânicas: a = 24(H260 MPa, 8 = 22%.

Em uma solução supersaturada a-sólida, o excesso de átomos de cobre é distribuído estatisticamente uniformemente e tende a se separar dela. O processo de envelhecimento é baseado neste fenômeno. O envelhecimento é um tratamento térmico durante o qual ocorre a decomposição de uma solução a-sólida supersaturada na liga após a têmpera (sem transformação polimórfica). Dependendo de condições de temperatura as transformações distinguem entre envelhecimento natural - sem aquecimento a uma temperatura de 20 ° C e envelhecimento artificial - com aquecimento a uma temperatura de 100-200 ° C (Fig. 9.5).

Durante o envelhecimento natural, como resultado da redistribuição por difusão dos átomos de cobre no interior da solução sólida, formam-se zonas com concentração aumentada de cobre (50-52%) - zonas Guinier-Preston (GP-I), com a mesma ordem de arranjo de átomos como em solução a-sólida desordenada. Em temperaturas abaixo

Arroz. 9.4. Parte do diagrama de estado do sistema A1-C e o diagrama de mudanças na estrutura do duralumínio (para % C) após o endurecimento

Duração, dias.

Arroz. 95. Mudança na resistência do duralumínio (k% Cu) em diferentes temperaturas de envelhecimento

zero zonas GP-1 não são formadas. As zonas GP-1 são placas com diâmetro de 4-10 nm e espessura de 0,5-1 nm. Os parâmetros da rede cristalina da solução sólida nas zonas GP-1 são menores do que na solução a-sólida empobrecida (o diâmetro atômico do alumínio é 0,128 nm). Portanto, as zonas GP-1 deformam a solução a-sólida (Fig. 9.6), criam grandes tensões no cristal e inibem o movimento das discordâncias, o que leva ao fortalecimento das ligas. Durante o envelhecimento natural em solução a-sólida, apenas zonas GP-1 são formadas.

Durante o processo de envelhecimento artificial, a difusão ocorre de forma mais intensa. O envelhecimento artificial ocorre em etapas. A primeira fase, tal como acontece com o envelhecimento natural, resume-se à formação de zonas GP-1.

As zonas GP-1 que surgem durante o envelhecimento artificial têm tamanhos grandes(20 nm a uma temperatura de 100°C e 80 nm a uma temperatura de 200°C, espessura de 1 a 4 nm) mas comparado com as zonas GP-1 após envelhecimento natural. Um aumento na exposição em temperaturas de 100 a 200°C provoca uma mudança nas zonas GP-1 (estágio II)

Arroz. 9.6.

átomos de Cu; O - átomos A1

e convertendo-os em HP-P com um arranjo ordenado de átomos de cobre em alumínio. Isto é seguido por mudanças que aproximam a liga do estado de equilíbrio, e isso está associado à formação da fase CuAl 2 (0"), coerentemente associada à solução α-sólida.

A fase 0" tem uma rede tetragonal.

O quarto estágio de transformação se resume ao aparecimento de uma fase estável de CuAl1 2, isolada da solução a-sólida da matriz, e à transição da liga para o estado de equilíbrio inicial (antes da têmpera). A partir do estágio de precipitação da fase estável CuAl1 2, ocorre um notável amolecimento da liga. Aquecimento adicional a 200-250°C leva ao engrossamento (coagulação) do composto intermetálico CuAl2 (fase 0).

Cada uma dessas etapas pode ocorrer de forma independente ou podem se sobrepor. A ocorrência de uma ou outra etapa depende da composição da liga e da temperatura de envelhecimento. O endurecimento máximo durante o envelhecimento artificial está associado aos estágios iniciais do envelhecimento. Com o aumento da temperatura de envelhecimento, o endurecimento é alcançado mais rapidamente, mas o efeito de endurecimento é menor e o amolecimento ocorre em poucas horas.

Para ligas de alumínio deformáveis, reforçadas por tratamento térmico, as alterações estruturais são caracterizadas em termos de envelhecimento por zona e fase. O envelhecimento por zona (formação de zonas GP-1 e GP-P) não leva ao amolecimento da liga em nenhum tempo de exposição. Neste caso, as ligas apresentam maior resistência ao escoamento (razão a02/ab = 0,6-^0,7), maior ductilidade e baixa sensibilidade à fratura frágil.

O envelhecimento em fase pode ser fortalecimento e amolecimento se, durante o processo de envelhecimento, ocorrer coagulação das partículas das fases de reforço (0" e 0). Como resultado do envelhecimento em fase, as ligas apresentam um alto limite de escoamento (a proporção a 0>2 / st in atinge 0,9-0,95), enquanto a ductilidade, tenacidade, resistência à fratura frágil e corrosão sob tensão são reduzidas.

O efeito do envelhecimento é notado e utilizado não apenas em sistemas de ligas não ferrosas à base de alumínio, cobre, magnésio, titânio, mas também em ligas de níquel e ferro.

Para as ligas D1, D19, a temperatura de aquecimento para têmpera é próxima da temperatura de fusão dos eutéticos, mas inferior a elas, e é igual a 505°C, e para as ligas D16, VD17, D18 - 500°C. No estado endurecido, os duralumínios (com exceção do D18) são intensamente reforçados (a resistência à tração temporária após envelhecimento natural por 4 dias é de 450 MPa, a ductilidade é de 18%). Produtos feitos de ligas D16, D19 operando a 125-200°C são submetidos a envelhecimento artificial. O modo de envelhecimento artificial da liga D16 endurecida é de 190°C, duração de 8 a 12 horas. Como resultado do envelhecimento artificial, a resistência do duralumínio D16 difere pouco da resistência no estado após o envelhecimento natural, mas ao mesmo tempo o rendimento. a resistência aumenta e a ductilidade diminui.

Os duralumínios são caracterizados pela redução da resistência à corrosão no ar úmido, na água do rio e do mar e requerem proteção contra corrosão. As folhas de duralumínio são submetidas a revestimento e os tubos e perfis são submetidos à polarização anódica. O revestimento envolve laminação a quente de folhas de duralumínio revestidas com alumínio puro (A7, A8). Neste caso, o alumínio é soldado ao pinho e protege de forma confiável a folha de duralumínio contra a corrosão. A espessura da camada de alumínio é geralmente de 2 a 5% da espessura da chapa. A polarização anódica em solução de ácido sulfúrico a 10% de produtos semiacabados de duralumínio provoca a liberação de oxigênio e a formação de uma película protetora de óxido (AI2O3) em sua superfície, protegendo a liga da corrosão.

Os duralumínios são bem soldados por soldagem a ponto e não podem ser soldados por soldagem por fusão devido à formação de trincas, são satisfatoriamente processados ​​por corte no estado endurecido e envelhecido e pior no estado recozido;

O mais durável dos duralumínios, a liga D16, é usado na fabricação de revestimentos para longarinas, estruturas, longarinas, hastes de controle de aeronaves, estruturas de suporte de carga e carrocerias de automóveis. No estado recentemente endurecido, os rebites são feitos de ligas D16 e D1. Uma das principais ligas de rebites é a liga D18 em estado endurecido e envelhecido naturalmente.

As ligas de alta resistência V93, V95, V96Ts1 (ver Tabela 9.5) do sistema A1-Zn-Mg-Cu têm uma resistência à tração aumentada - 550-700 MPa. Contêm como aditivos manganês, cromo e zircônio, que garantem a instabilidade da solução sólida, aceleram sua decomposição e aumentam o efeito de envelhecimento. As fases de reforço nas ligas são MgZn 2, Al 2 Mg3Zn3, Al 2 CuMg.

Ligas de alumínio de alta resistência estão sujeitas a endurecimento e envelhecimento artificial. As ligas são endurecidas entre 460 e 470°C a frio ou água quente para evitar rachaduras de grandes peças estampadas ou forjadas. Durante o envelhecimento artificial, a solução sólida supersaturada se desintegra com a formação de partículas dispersas de fases de fortalecimento. A resistência máxima das ligas é observada quando processadas no modo T1 (endurecimento; envelhecimento artificial 120°C, 3-10 horas). Após esse tratamento, as ligas apresentam ductilidade reduzida (7-10%) e são propensas à corrosão sob tensão devido à decomposição desigual da solução sólida supersaturada.

O envelhecimento de ligas de alta resistência nos modos T2 e T3 em temperaturas elevadas (160-180°C) e duração (10-30 horas) aumenta sua tenacidade, ductilidade e resistência à corrosão.

discórdia sob tensão. Mais frequentemente, ligas de alta resistência são submetidas a envelhecimento em dois estágios a 100-120°C, 3-10 horas (primeiro estágio) e 165-185°C, 10-30 horas (segundo estágio). A primeira fase de envelhecimento garante a formação e distribuição uniforme das zonas GP. No segundo estágio, a temperaturas elevadas e por um período considerável, partículas de fases de fortalecimento se formam e coagulam a partir das zonas GP. Como resultado do envelhecimento em dois estágios, a liga V95pch tem o n = 540-590 MPa e 0 9 = 410-470 MPa, 5 = 10-13%.

A liga B95 de todas as ligas de alta resistência é o material estrutural mais universal e é amplamente utilizado na aviação: para peças estruturais fortemente carregadas operando principalmente sob condições de compressão (revestimento, estruturas, longarinas, longarinas de aeronaves).

A liga V96Ts contém uma quantidade maior de elementos de liga principais (zinco, magnésio, cobre) e é a mais forte de todas as ligas de alumínio deformáveis. No entanto, em comparação com a liga 1395, a liga V96Ts reduziu a ductilidade e a resistência à corrosão. A liga é sensível à corrosão e a vários concentradores de tensão. Produtos semiacabados na forma de tubos, perfis de diversas seções e peças forjadas são produzidos a partir da liga V96Ts usando métodos de deformação a quente. Ligas de alta resistência apresentam soldabilidade satisfatória na soldagem por resistência e baixa soldabilidade na soldagem por fusão. A temperatura de operação das ligas de alta resistência não ultrapassa 120°C, pois em temperaturas mais elevadas ocorre uma diminuição acentuada de sua resistência, mais intensa que a do duralumínio.

A liga de alto módulo 1420 do sistema Al-Mg-Li tem densidade reduzida (2,5 g/cm 3) e módulo de elasticidade aumentado (75.000 MPa), que é 4% maior que o módulo de elasticidade da liga D16. A liga 1420 pode ser soldada por todos os tipos de soldagem e possui altas propriedades de corrosão próximas às características da liga AMgb.

A liga 1420 é submetida a têmpera a 450°C (resfriamento a ar) e subsequente envelhecimento artificial a 120°C por 12 a 24 horas.

Como resultado do endurecimento, a estrutura da liga consiste em uma solução sólida supersaturada de magnésio e lítio em alumínio. Durante o envelhecimento artificial, não é observada a formação de zonas GP. O fortalecimento está associado à liberação da fase fortalecedora AlLi, que não leva ao esgotamento da solução sólida da matriz em magnésio.

A liga 1420 é usada para substituir o duralumínio em produtos aeroespaciais, reduzindo assim seu peso em 10-15%.

As ligas forjadas AK6, AK8 (ver Tabela 9.5) do sistema Al-Mg-Si-Cu são caracterizadas por maior ductilidade durante a deformação a quente e são utilizadas para a fabricação de peças forjadas e estampadas. O forjamento e a estampagem de ligas são realizados a temperaturas de 450-470°C. Na estrutura das ligas, junto com a solução sólida, existem as fases CuAl 2, CuMgAl 2 e Mg 2 Si. As ligas AK6 e AK8 são submetidas a endurecimento e envelhecimento artificial (modo T1). A temperatura de endurecimento das ligas AK6 e AK8 é 520 e 500°C, respectivamente. O envelhecimento artificial das ligas é realizado no regime de 160-170°C, 12-15 horas. Como resultado deste tratamento, a liga AK8, contendo 4,3% de cobre, apresenta indicadores de resistência mais elevados (ver Tabela 9.5) do que. a liga LK6 contendo 2,2% de cobre. A liga LK6 é caracterizada por uma combinação de boa ductilidade em estados quentes e frios e resistência bastante elevada. Em termos de resistência à fratura, a liga AK6 é superior à liga AK8. As ligas podem ser soldadas satisfatoriamente e são bem processadas por corte. As ligas AK6 e AK8 são propensas à corrosão sob tensão e à corrosão intergranular. A resistência à corrosão das ligas é aumentada pela oxidação eletroquímica (anodização) ou pela aplicação de revestimentos de tintas e vernizes.

A liga AK6 é usada para a fabricação de peças com carga moderada forma complexa(acessórios, impulsores, fixadores, subestruturas). A liga AK8, tecnologicamente menos avançada que a AK6, é recomendada para a fabricação de peças fortemente carregadas (carcaças de motores, conjuntos de juntas, longarinas, pás de rotores de helicópteros).

As ligas de alumínio resistentes ao calor D20, 1201 (ver Tabela 9.5) do sistema A1-Cu-Mn e AK4-1 do sistema A1-Cu-Mg-Fe-Ni são capazes de operar em temperaturas de até 300°C. Como resultado da liga de ligas com zircônio, vanádio, titânio, ferro e níquel, os processos de difusão são inibidos, fases de reforço finamente dispersas Al 12 MnCu são formadas nas ligas D20, 1201, Al 9 FeNi - na liga AK4-1, resistente à coagulação quando aquecido. As ligas são utilizadas no estado após endurecimento a uma temperatura de 535°C e envelhecimento artificial a uma temperatura de 190°C por 10-18 horas. À temperatura ambiente, a resistência das ligas de alumínio resistentes ao calor difere pouco da resistência das ligas de alumínio. duralumínio (420-450 MPa). A 300°C, a liga D20 apresenta maior resistência ao calor (a nu = 80 MPa) em comparação com a liga AK4-1, para a qual afoo = 45 MPa. As ligas D20 e 1201 podem ser bem soldadas, e a liga AK4-1 pode ser soldada satisfatoriamente por arco de argônio e soldagem por resistência. A resistência à corrosão das ligas é baixa e, para proteção contra a corrosão, revestimentos de tinta e verniz são aplicados na superfície das peças feitas com elas ou as peças são anodizadas. As juntas soldadas devem ser protegidas com especial cuidado. Os produtos semiacabados são feitos das ligas AK4-1, D20, 1201 na forma de chapas, placas, perfis utilizados em peças e produtos soldados: pistões de motores, cabeçotes

cilindros, impulsores, tanques soldados, pás e discos de compressores axiais de motores turboélice, revestimentos de aeronaves supersônicas.

Ligas de alumínio fundido. As ligas de alumínio fundido, juntamente com altas propriedades de fundição (fluidez, baixo encolhimento, baixa tendência a formar trincas e poros a quente) possuem ótimas propriedades mecânicas e resistência à corrosão em vários ambientes agressivos. Esses requisitos são atendidos em maior medida pelas ligas dos sistemas A1-Si, Al-Cu, A1-Mg, cuja estrutura contém eutéticos. A liga adicional de ligas do sistema A1-Si com cobre e manganês, do sistema A1-Si com manganês, níquel, cromo e do sistema Al-Mg com zinco permite melhorar suas propriedades mecânicas (Tabela 9.6) e aumentar operacional características.

As ligas do sistema Al-Si-Mg AK9ch (AL4), AK8l (AL34), AK7ch (AL9), chamadas silumins, receberam a mais ampla distribuição.

Tabela 9.6

Composição química e propriedades mecânicas de ligas de alumínio fundido

Observação: na coluna “Estado da liga” a letra “M” significa que a liga foi modificada, as letras “3”, “D”, “K” indicam o método de fundição: respectivamente, no solo, sob pressão , em um molde.

espaço. A liga AK12 (AL2) corresponde à composição eutética (10-13% Si). A estrutura eutética desta liga consiste em cristais de silício ásperos em forma de agulha em um fundo de solução sólida. Neste estado, a liga AK12 (AL2), devido à alta fragilidade do silício, apresenta propriedades mecânicas reduzidas (a = 130 MPa, 5 = 1-^-2%). A resistência e ductilidade da liga são aumentadas pela modificação, quando uma mistura de sais (67% NaF + 33% NaCl) é introduzida no fundido em uma quantidade de 2-3% em peso da liga, em uma camada fina e uniforme na superfície do fundido a 780-830°C. A presença de sódio no fundido desloca as linhas do diagrama de fases do sistema A1-Si (Fig. 9.7) e o ponto eutético em direção a concentrações mais altas de silício. Após a modificação, o eutético consiste em pequenos cristais de silício e uma solução α-sólida. O crescimento dos cristais de silício durante o processo de solidificação é restringido pela película de Na 2 Si que os envolve. Além do eutético, cristais em excesso de solução sólida aparecem na estrutura da liga AK12 (AL2) modificada. Como resultado da mudança na estrutura, as propriedades mecânicas da liga são melhoradas (ver Tabela 9.6). Silumins estão sujeitos a modificações (incluindo

Arroz. 97. Diagrama de estado do sistema A1-Si ( UM) e propriedades mecânicas das ligas deste sistema (6):

1 - antes da modificação; 2 - após modificação e dopado) contendo mais de 5-6% de silício. Os silumins ligados AK9ch (AL4), AK7ch (AL9) são adicionalmente ligados com magnésio, e a liga AK8l (AL32) é dopada com magnésio e cobre (ver Tabela 9.6). Essas ligas são reforçadas tanto por modificação quanto por tratamento térmico. O fortalecimento de ligas ligadas ao magnésio está associado à formação da fase Mg 2 Si, e simultaneamente ao cobre e ao magnésio - às fases CuAl 2 e Al,.Mg-) Cu 1 Si4. Os silumins de liga AK9ch (AL4), AK7ch (AL9), AK8l (AL34) são reforçados por tratamento térmico de acordo com os modos T1, T4, T5, Tb (por exemplo, para AK8l (AL34) - T5: endurecimento 535°C, envelhecimento 175 °C, b h; para AK9ch (AL4) - Tb: endurecimento 535°C, envelhecimento 175°C, 15 h para AK7ch (AL9) - T4: endurecimento 515°C).

A liga AK12 (AL2) é usada para peças levemente carregadas de configuração complexa, as ligas AK9ch (AL4) e AK7ch (AL9) para peças médias e grandes (caixas de compressores, cárteres e blocos de cilindros de motores). As peças fundidas da liga AK7ch (AL9) no estado endurecido (T4) são caracterizadas por maior ductilidade (ver Tabela 9.6), e no estado Tb (endurecimento e envelhecimento) - maior resistência. A liga AK8l (AL34) é superior em resistência às ligas AK9ch (AL4) e AK7ch (AL9). As ligas AK8l (AL34) e AK8M (AL32) destinam-se à moldagem por injeção. A alta taxa de cristalização durante a moldagem por injeção e a presença de Mn e Ti na composição das ligas garantem a formação de uma estrutura semiestável na fundição dessas ligas. Como resultado do envelhecimento artificial a 175°C sem endurecimento preliminar (modo T1), a solução sólida supersaturada se decompõe e a liga endurece. Na fabricação de peças por outros métodos de fundição, as ligas são submetidas a tratamento térmico de reforço (modo T5). As ligas AK8l (AL34) e AK8M (AL32) são utilizadas para a fabricação de peças de configuração complexa de blocos de cilindros, cabeçotes e outras peças de motores de combustão interna.

Os silumins são caracterizados por alta estanqueidade, usinabilidade satisfatória, boa soldabilidade e resistência à corrosão.

Ligas fundidas de alta resistência e resistentes ao calor AM5 (AL 19) do sistema A1-Cu-Mn, AK5M (AL5) do sistema A1-Si-Cu-Mg, além do cobre (principal elemento de liga), contêm Mn (ver Tabela 9.6). A liga AM5 (AL 19) tem composição química próxima à liga D20. O aumento do teor de manganês e titânio na liga AM5 (AL 19) garante a presença em sua estrutura das fases CuAl 2 , Al 12 Mn 2 Cu e AljTi junto com a solução sólida. A liga AM5 (AL19) é reforçada por tratamento térmico de acordo com os modos T4, T5, T7 (T5: endurecimento 545°C, 12 horas, envelhecimento 175°C, 3-6 horas) (ver Tabela 9.6). A liga adicional com zircônio, cério e níquel (liga ALZZ) leva à ligação de uma certa quantidade de cobre em fases insolúveis e à formação das fases Al 2 Ce, Al 3 Zr, Al ^ Cu ^ Ni; isso reduz o efeito do tratamento térmico, mas a resistência térmica da liga ALZZ é superior à da liga AL 19, pois as fases mencionadas evitam o processo de fluência. A liga AM5 (AL 19) é bem soldada e usinada e é usada para fundir peças fundidas de grande porte em moldes de areia.

A liga AK5M (AL5) apresenta características de alta resistência no estado após tratamento térmico T5: têmpera 525°C, envelhecimento 180°C, 5 horas Durante o envelhecimento, partículas finas das fases CuAl 2 , Mg 2 Si, Al v Mg 5 são. liberado da solução sólida supersaturada Cu 4 Si 4, fortalecendo a liga. Entre os silumins, a liga AK5M (AL5) é mais durável devido à presença de cobre nela. Pela mesma razão, a liga reduziu a resistência à corrosão. A liga é recomendada para peças com configurações complexas cuja temperatura de operação não exceda 250°C.

Ligas de alumínio fundido resistentes à corrosão AMg5Mts (AL28) do sistema AI-Mg, ATsChMg (AL24) do sistema A1-Zn-Mg, juntamente com alta resistência à corrosão em muitos ambientes agressivos, possuem alta resistência e ductilidade (ver Tabela 9.6) . As ligas do sistema AI-Mg apresentam baixas propriedades de fundição devido à grande faixa de cristalização (100-120°C), significativo teor de gás e forte oxidação. Em termos de fluidez, as ligas são inferiores às silumins. Ao fundir e fundir ligas do sistema AI-Mg, seus fundidos são protegidos da oxidação por fluxos especiais.

A liga AMg5Mts (AL28) contém 4,8-6,3% de magnésio, não é propensa à corrosão sob tensão e não é sensível à formação de porosidade e oxidação de gases. A liga não é reforçada por tratamento térmico e é utilizada no estado fundido (ver Tabela 9.6). Fundições complexas para peças de carga média são obtidas a partir da liga AL28;

A liga ATs4Mg (AL24), com alta resistência à corrosão, propriedades mecânicas estáveis, é capaz de operação confiável em temperaturas de até 150°C. A liga é reforçada por tratamento térmico T1 (envelhecimento natural ou artificial sem endurecimento prévio) (ver Tabela 9.6) ou endurecida a 550°C (ao ar ou em água fervente) seguida de envelhecimento artificial (165°C, 22 horas).

As ligas AMg5Mts (AL28) e ATs4Mg (AL24) são capazes de substituir os escassos bronze, latão e aço inoxidável e garantir a operação confiável das peças sob condições corrosivas da água do mar.

Pós de alumínio sinterizado e ligas granulares

caracterizado por propriedades mecânicas e físicas aumentadas.

Pó de alumínio sinterizado(SAP) é um material obtido por prensagem e posterior sinterização de pó de alumínio (pó), que apresenta flocos de aproximadamente 1 mícron de espessura.

O pó é obtido pulverizando alumínio líquido e moendo o pó resultante em moinhos de bolas. A moagem do pó aumenta o teor de óxido de alumínio do pó. Na produção de SAPs são utilizados pós de alumínio de três graus: APS-1, APS-2 e APS-3, que contêm óxido de alumínio (6-9, 9-13 e 13-18%, respectivamente).

A briquetagem do pó de alumínio é realizada sob pressão de 300-750 MPa. Durante a briquetagem, o filme de óxido se rompe, a superfície das partículas aumenta, as áreas não oxidadas da superfície das partículas de alumínio entram em contato e ocorre sua pega. A sinterização de briquetes a temperaturas de 450-500°C sob uma pressão de 400-600 MPa aumenta o contato das superfícies do alumínio não oxidado e aumenta as forças de ligação entre as partículas de alumínio. A densidade do briquete sinterizado aumenta de 2,6 para 7 g/cm3, o que se aproxima da densidade do alumínio fundido. A partir de briquetes sinterizados, os produtos semiacabados são obtidos por prensagem a quente - folhas, varetas, tubos, matrizes.

A estrutura das ligas SAP consiste em uma mistura de alumínio e flocos de óxido de alumínio dispersos. As partículas de óxido de alumínio não se dissolvem no alumínio e não coagulam, o que garante estabilidade de estrutura e propriedades em temperaturas de até 500°C (Tabela 9.7). O aumento da resistência dos SAPs é causado pela dispersão de partículas A1 2 0з, atrasando o movimento e redistribuição de distribuição

Tabela 9.7

Composição e propriedades mecânicas de ligas sinterizadas e granuladas

locais. Os SAPs são deformados em estados frios e quentes, são bem processados ​​por corte e são satisfatoriamente soldados por resistência e soldagem a arco de argônio. As ligas SAP são usadas para fabricar hastes de pistão, pás de compressores, turbinas e ventiladores.

Aduelas de alumínio sinterizado(SAS) são fabricados com a mesma tecnologia dos SAPs, mas os pós são obtidos por pulverização de ligas de uma determinada composição. Assim, a base da liga SAS-1 é uma liga do sistema A1-Si-Ni (25-30% Si, 5-7% Ni), e CAC-2 é uma liga do sistema Al-Si-Fe (25-30% Si, 5-7% Ni).

A liga SAS-1 contém em sua estrutura inclusões dispersas e uniformemente distribuídas de cristais de silício e compostos intermetálicos de níquel na forma de placas, que têm influência decisiva no nível de propriedades mecânicas (ver Tabela 9.7). As ligas possuem baixo coeficiente de expansão térmica. Ligas SAP e SAS podem muito tempo trabalham em temperaturas de 300-500°C e são usados ​​para revestimento de aeronaves, discos e pás de compressores.

Ligas granulares obtido por compactação de grânulos com diâmetro de 1-4 mm, obtidos a taxas de resfriamento muito elevadas (10 3 -10 4 °C/s). Altas taxas de resfriamento de ligas de alumínio com metais de transição (Mn, Cr, Ir, Ti, V) durante a desoxidação por fusão possibilitam a obtenção de soluções sólidas supersaturadas à base de Al, a concentração desses componentes excede várias vezes o limite de solubilidade. Essas soluções sólidas são chamadas de supersaturadas anormalmente. Os grânulos dessas ligas possuem uma estrutura heterogênea, mas as inclusões intermetálicas primárias estão dispersas e distribuídas uniformemente por todo o volume. Os produtos semiacabados são obtidos a partir de grânulos por prensagem a quente. Durante o processo de deformação a quente durante a produção de produtos semiacabados, soluções anormalmente supersaturadas se desintegram com a formação de partículas dispersas de compostos industriais Al 3 Zn, etc. folhas, varetas, perfis estão endurecendo o envelhecimento. O papel do endurecimento para tais ligas é realizado pela cristalização em altas taxas de resfriamento.

A liga 01419 do sistema Al-Cr-Zn é granulada, endurecedora por dispersão, reforçada como resultado da separação das fases dispersas Al 3 Zn, AlyCr (ver Tabela 9.7). A estrutura estável da liga 01419 quando aquecida a 350°C confere-lhe alta resistência ao calor.

Na liga PV90, os grânulos possuem a composição das ligas V95, V96Ts do sistema Al-Zn-Mg-Cu, reforçadas por tratamento térmico (modo T1). A liga PV90, processada no modo T1, possui características de resistência aumentadas (ver Tabela 9.7) e é superior em resistência e temperatura de recristalização às deformáveis ​​em série

ligas de alumínio. É bem processado por corte, polido e caracterizado pela estabilidade dimensional. Peças fabricadas em liga PV90 são utilizadas em unidades de fricção e estruturas críticas de instrumentos de alta precisão.

Ligas compostas de alumínio. Alumínio tecnicamente puro (AD1) e ligas ADZZ, V95, SAP-1, etc. são usados ​​como material de matriz (ver parágrafo 11.1). Boro e fibras de carbono são usados ​​para reforçar as matrizes. Assim, as ligas VKA-1, VKA-2 são produzidas reforçando as ligas de alumínio AD1, ADZZ com fibras de boro. A tecnologia de produção de compósitos inclui as operações de enrolamento da fibra de boro em um mandril, fixação por pulverização de plasma de uma liga matriz, corte de blanks e prensagem ou laminação. A liga VKA-1 (Tabela 9.8), contendo 50% (em volume) de fibras de boro, além de alta resistência e rigidez, possui boa capacidade de fabricação e confiabilidade estrutural. Na faixa de temperatura de 80-500°C, a liga VKA-1 é superior em resistência e rigidez às ligas industriais V95 e AK4-1.

Tabela 9.8

Composição e propriedades de algumas ligas compostas de alumínio

*,**,***_ limites de resistência em temperaturas de 300.400, 500°C, respectivamente.

As ligas de alumínio reforçadas com fio de aço (SWI) são produzidas por laminação a vácuo. O material da matriz no CAS-1 é liga AB ou material SAN-1 (ver Tabela 9.8). A liga mantém alta resistência a curto e longo prazo em temperaturas elevadas.

As sobreposições feitas de CAS-1 são utilizadas para limitar a propagação de fissuras, fixando-as em peças feitas de ligas de alumínio por meio de soldagem por difusão, soldagem por cola e colagem.

Introdução

PARTE TEÓRICA

1. Ligas. Classificação de ligas. Aço.

2. O conceito de “núcleo”. Hastes de aço e suas características

3. Rigidez e resistência da haste.

PARTE PRÁTICA

1. Varetas de aço utilizadas em engenharia mecânica.

2. Fatores que afetam a rigidez e resistência da haste.

Conclusão

Lista de literatura usada

INTRODUÇÃO

Relevância. Atualmente registrando grande número acidentes na indústria de engenharia, portanto há uma necessidade especial de criar materiais duráveis ​​utilizados em estruturas e equipamentos metálicos.

Alvo. Sugira maneiras de melhorar a resistência das barras de aço para a indústria de engenharia mecânica.

1. Considerar os conceitos de ligas e suas classificações e aprofundar-se nas características do aço;

2. Estude as hastes e sua estrutura, aprofunde-se nas características estruturais das hastes de aço;

3. Identificar as propriedades de resistência e rigidez de uma barra de aço;

4. Dê exemplos de barras de aço utilizadas na engenharia mecânica;

5. Investigar os fatores que influenciam a resistência e rigidez da haste;

6. Sugira maneiras de melhorar a rigidez e a resistência da haste.

Desenvolvimento do tema: G. Bessemer estudou este problema. Porém, não estabeleceram quais elementos químicos selecionar e em que quantidades desenvolver a receita ideal para a barra de aço-liga.

Métodos de pesquisa: para estudar o objetivo traçado é necessário sistematizar e analisar os dados coletados material teórico, utilizar equipamentos para trabalhos de pesquisa: máquina de ensaio de tração, instrumentos microscópicos, instrumentos de medição (paquímetros), sistemas laser, cálculos matemáticos.

Valores práticos: os resultados de nossa pesquisa podem ser aplicados às atividades de produção da NEFAZ OJSC e TARGIN MECHANOSERVICE OJSC. Estrutura do trabalho: o trabalho do curso contém dois capítulos_, tabelas_, figuras_, número total de páginas_

Parte teórica

Ligas. Classificação de ligas. Aço

Liga - um material metálico macroscopicamente homogêneo que consiste em uma mistura de dois ou mais elementos químicos com predominância de componentes metálicos.

As ligas são constituídas por uma base (um ou vários metais), pequenos aditivos, elementos de liga e modificadores especialmente introduzidos na liga, bem como impurezas não removidas (naturais, tecnológicas e acidentais).

As ligas são um dos principais materiais estruturais. Entre eles valor mais alto possuem ligas à base de ferro e alumínio. Mais de 5 mil ligas são utilizadas em tecnologia.

Tipos de ligas:

De acordo com o método de fabricação das ligas, as ligas fundidas e em pó são diferenciadas. As ligas fundidas são produzidas por cristalização por fusão de componentes mistos. Pó - por prensagem de uma mistura de pós seguida de sinterização em alta temperatura. Os componentes de uma liga em pó podem ser não apenas pós de substâncias simples, mas também pós compostos químicos. Por exemplo, os principais componentes das ligas duras são carbonetos de tungstênio ou titânio.

De acordo com o método de obtenção da peça (produto), é feita uma distinção entre fundição (por exemplo, ferro fundido, silumin), ligas forjadas (por exemplo, aço) e ligas em pó.

No estado agregado sólido, uma liga pode ser homogênea (homogênea, monofásica - consiste em cristalitos do mesmo tipo) e heterogênea (não homogênea, multifásica). A solução sólida é a base da liga (fase matriz). A composição de fases de uma liga heterogênea depende de sua composição química. A liga pode conter soluções sólidas intersticiais, soluções sólidas substitucionais, compostos químicos (incluindo carbonetos, nitretos, compostos intermetálicos) e cristalitos de substâncias simples.

Conclusão: Assim, tendo estudado o material, chegamos à conclusão de que as ligas são constituídas por uma base (um ou mais metais), pequenos aditivos, elementos de liga e modificadores especialmente introduzidos na liga, bem como impurezas não removidas (naturais, tecnológicas e acidentais) . De acordo com o método de fabricação das ligas, as ligas fundidas e em pó são diferenciadas. As ligas fundidas são produzidas por cristalização por fusão de componentes mistos.

Na próxima seção, nos deteremos detalhadamente nas características das hastes de aço.

2. O conceito de “núcleo”. Hastes de aço e suas características

Núcleo - um objeto de formato cilíndrico alongado, geralmente feito de ferro; usado como parte de suporte, axial ou principal de algo.

O reforço é um tipo de produto metálico laminado, que consiste em barras de aço amplamente utilizadas para reforçar estruturas de concreto armado. Malha, cordas, canais ou armações metálicas também podem ser utilizadas como reforço de construção. Graças ao uso de armadura de aço, os produtos de concreto armado são caracterizados por maior resistência e durabilidade. Resistência, resistência à corrosão, tecnologia de fabricação - todos esses são os critérios pelos quais o reforço de aço para construção é dividido em tipos. Os fabricantes aplicam informações sobre as características físicas e químicas dos produtos na forma de marcações diretamente na própria armadura de aço. Para determinar as principais características do produto, também é possível aplicar tinta nas pontas ou cauda das hastes.

A indústria moderna utiliza uma grande quantidade de materiais. Plástico e compósitos, grafite e outras substâncias... Mas o metal sempre permanece relevante. A partir dele são feitas estruturas de construção gigantescas e ele é usado para criar uma variedade de máquinas e outros equipamentos.

Portanto, a classificação do metal desempenha um papel importante na indústria e na ciência, pois, conhecendo-a, é possível selecionar o tipo de material mais adequado para uma determinada finalidade. Este artigo é dedicado a este tópico.

Definição geral

Os metais são chamados substâncias simples, que em condições normais se caracterizam pela presença de diversas características distintivas: alta condutividade térmica e elétrica, além de maleabilidade. Plástico. No estado sólido, caracterizam-se por uma estrutura cristalina em nível atômico e, portanto, apresentam elevados indicadores de resistência. Mas também existem ligas que são seus derivados. O que é?

Este é o nome dado aos materiais obtidos a partir de duas ou mais substâncias aquecendo-as acima do seu ponto de fusão. Observe que existem ligas metálicas e não metálicas. No primeiro caso, a composição deve conter pelo menos 50% de metal.

No entanto, não vamos nos desviar do tema do artigo. Então, qual é a classificação do metal? Em geral, dividir é bem simples:

1. Metais ferrosos.
2. Metais não ferrosos.

A primeira categoria inclui o ferro e todas as ligas baseadas nele. Todos os outros metais são não ferrosos, assim como seus compostos. É preciso considerar cada categoria com mais detalhes: apesar da classificação geral extremamente enfadonha, na realidade tudo é muito mais complicado. E se você lembrar que também existem metais preciosos... E eles também são diferentes. No entanto, a classificação dos metais preciosos é ainda mais simples. São oito no total: ouro e prata, platina, paládio, rutênio, ósmio, além de ródio e irídio. Os mais valiosos são os platinóides.

Na verdade, a classificação é ainda mais enfadonha. Este é o nome (em joias) da mesma prata, ouro e platina. No entanto, chega de “assuntos importantes”. É hora de falar sobre materiais mais comuns e populares.

Começaremos com uma revisão dos diferentes tipos de aço, que é precisamente um derivado do metal ferroso mais popular - o ferro.

O que é aço?

Ferro e alguns aditivos, que não contém mais que 2,14% de carbono atômico. A classificação destes materiais é extremamente extensa e leva em consideração: composição química e métodos de produção, presença ou ausência de impurezas nocivas, bem como estrutura. No entanto, a maioria sinal importanteé a composição química, pois afeta o tipo e o nome do aço.

Espécies de carbono

Esses materiais não contêm nenhum aditivo de liga, mas sua tecnologia de fabricação permite uma certa quantidade de outras impurezas (geralmente manganês). Como o conteúdo dessas substâncias varia de 0,8 a 1%, não há influência na resistência, mecânica e propriedades químicas eles não fornecem aço. Esta categoria é utilizada na construção e produção de diversas ferramentas. É claro que a classificação do metal está longe de estar completa.

Aços carbono estruturais

Na maioria das vezes são utilizados para a construção de diversas estruturas para fins industriais, militares ou domésticos, mas são frequentemente utilizados para produzir ferramentas e mecanismos. Neste caso, o teor de carbono não deve em caso algum exceder 0,5-0,6%. Devem ter uma resistência extremamente elevada, que é determinada por todo um conjunto de testes certificados por agências internacionais (σB, σ0,2, δ, ψ, KCU, HB, HRC). Existem dois tipos:

• Ordinário.
• Alta qualidade.

Como você pode imaginar, os primeiros são utilizados para a construção de diversas estruturas de engenharia. Os de alta qualidade são utilizados exclusivamente para a produção de ferramentas confiáveis ​​utilizadas na engenharia mecânica e outras indústrias.

Quanto a esses materiais, é permitida a corrosão do metal em sua superfície. A classificação de aços de outros tipos prevê a presença de requisitos muito mais rigorosos para os mesmos.

Aços carbono para ferramentas

Sua área é a engenharia de precisão, a fabricação de instrumentos para a área científica e médica, bem como outros setores industriais que exigem maior resistência e precisão. Seu teor de carbono pode variar de 0,7 a 1,5%. Tal material deve ter resistência muito elevada, ser resistente a fatores de desgaste e temperaturas extremamente altas.

Aços-liga

Este é o nome dado a materiais que, além de impurezas naturais, contêm uma quantidade significativa de aditivos de liga adicionados artificialmente. Estes incluem cromo, níquel, molibdênio. Além disso, os aços-liga também podem conter manganês e silício, cujo teor na maioria das vezes não excede 0,8-1,2%.

Neste caso, a classificação do metal implica a sua divisão em dois tipos:

• Aços com baixo teor de aditivos. No total não passam de 2,5%.
• Ligado. Eles contêm aditivos de 2,5 a 10%.
• Materiais com alto teor de aditivos (mais de 10%).

Esses tipos também são divididos em subtipos, como no caso anterior.

Liga de aço estrutural

Como todas as outras variedades, são ativamente utilizadas na engenharia mecânica, na construção de edifícios e outras estruturas, bem como na indústria. Se os compararmos com variedades de carbono, esses materiais vencem em termos de relação entre características de resistência, ductilidade e viscosidade. Além disso, são altamente resistentes a temperaturas extremamente baixas. Eles são usados ​​para fabricar pontes, aviões, foguetes e ferramentas para a indústria de alta precisão.

Aços para ferramentas de liga

Em princípio, as características são muito semelhantes às do tipo discutido acima. Pode ser usado para os seguintes fins:

• Produção de instrumentos e ferramentas de corte e medição de alta precisão. Em particular, as ferramentas de torneamento metálico são feitas a partir deste material, cuja classificação depende diretamente do aço: sua classe está necessariamente impressa no produto.
• Eles também são usados ​​para fazer matrizes para laminação a frio e a quente.

propósito especial

Como o nome sugere, esses materiais possuem algumas características específicas. Por exemplo, existem tipos resistentes ao calor e resistentes ao calor, bem como o conhecido aço inoxidável. Assim, o seu âmbito de aplicação inclui a produção de máquinas e ferramentas que funcionarão em condições particularmente difíceis: turbinas para motores, fornos para fundição de metais, etc.

Aços de construção

Aços com médio teor de carbono. Eles são usados ​​​​para produzir uma ampla gama de diversos materiais de construção. Em particular, são utilizados para fazer perfis (formados e chapas), tubos, cantoneiras, etc. Obviamente, ao escolher uma determinada categoria de metal, atenção especial é dada às características de resistência do aço.

Além disso, muito antes da construção, todas as características são calculadas repetidamente através de modelos matemáticos, de modo que na maioria dos casos este ou aquele tipo de produto laminado pode ser fabricado de acordo com as necessidades individuais do cliente.

Aços de reforço

Como você provavelmente já deve ter adivinhado, seu escopo é o reforço de blocos e estruturas acabadas de concreto armado. São produzidos na forma de varetas ou fios de grande diâmetro. O material é carbono ou aço com baixo teor de aditivos de liga. Existem dois tipos:

• Laminado a quente.
• Reforçado termicamente e mecanicamente.

Caldeiras em aço

São utilizados para a produção de caldeiras e cilindros, bem como outros vasos e acessórios que devem operar em condições de alta pressão e diversas condições de temperatura. A espessura das peças neste caso pode variar de 4 a 160 mm.

Aços automáticos

Este é o nome de materiais que podem ser bem processados ​​​​cortando-os. Eles também têm alta usinabilidade. Tudo isso faz desse aço um material ideal para linhas de produção automatizadas, que aumentam a cada ano.

Aços para rolamentos

Esses tipos, pelo seu tipo, pertencem às variedades estruturais, mas sua composição os torna semelhantes aos instrumentais. Distinguem-se por características de alta resistência e grande resistência ao desgaste (abrasão).

Examinamos as propriedades básicas e a classificação dos metais desta classe. O próximo da fila é o ferro fundido ainda mais comum e conhecido.

Ferros fundidos: classificação e propriedades

Esse é o nome do material, que é uma liga de ferro e carbono (além de alguns outros aditivos), e o teor de C varia de 2,14 a 6,67%. O ferro fundido, tal como o aço, distingue-se pela sua composição química, métodos de produção e volume quantitativo de carbono que contém, bem como pelas áreas de aplicação em vida cotidiana e indústria. Se o ferro fundido não tiver aditivos, é denominado sem liga. Caso contrário - dopado.

Classificação por finalidade

1. Existem alguns limitantes, que quase sempre são utilizados para posterior processamento em aço.
2. Variedades de fundição utilizadas para fundir produtos de diversas configurações e complexidades.
3. Especial, semelhante aos aços.

Classificação por tipo de aditivos químicos

• Ferro fundido branco. Caracteriza-se pelo fato do carbono em sua estrutura estar quase totalmente ligado, estando presente na composição de diversos carbonetos. É muito fácil de distinguir: quando quebrado é branco e brilhante, caracterizado pela maior dureza, mas ao mesmo tempo é extremamente frágil e pode ser usinado com grande dificuldade.
• Meio branqueado. Nas camadas superiores da peça fundida é indistinguível do ferro fundido branco, enquanto seu núcleo é cinza, contendo grande quantidade de grafite livre em sua estrutura. Em geral, combina as características dos dois tipos. É bastante durável, mas ao mesmo tempo é muito mais fácil de processar e as coisas ficam muito melhores com fragilidade.
• Cinza. Contém muito grafite. Durável, bastante resistente ao desgaste e fácil de processar.

Não é por acaso que nos concentramos no grafite. O fato é que a classificação de metais e ligas em um caso particular depende de seu conteúdo e estrutura espacial. Dependendo dessas características, são divididos em perlita, ferrita-perlita e ferrita.

O próprio grafite em cada um deles pode estar presente em quatro formas diferentes:

• Se for representado por placas e “pétalas”, então pertence à variedade lamelar.
• Se o material contiver inclusões que, à sua maneira, aparência se assemelham a vermes, então estamos falando de grafite vermicular.
• Conseqüentemente, várias inclusões planas e irregulares indicam que se trata de uma variedade floculenta.
• Elementos esféricos e hemisféricos caracterizam a forma esférica.

Mas mesmo neste caso, a classificação dos metais e ligas ainda está incompleta! O fato é que essas impurezas, por mais estranhas que pareçam, afetam diretamente a resistência do material. Assim, dependendo da forma e da posição espacial das inclusões, os ferros fundidos são divididos nas seguintes categorias:

• Se o material contiver inclusões de grafite lamelar, então é ferro fundido cinzento comum (SG).
• Por analogia com o nome “aditivos”, a presença de partículas vermiculares caracteriza o material vermicular (CVG).
• O ferro fundido maleável (DC) contém inclusões semelhantes a flocos.
• O “enchimento” esférico caracteriza o ferro fundido de alta resistência (DC).

Apresentamos a sua atenção uma breve classificação e propriedades dos metais que pertencem à categoria “preta”. Como você pode ver, apesar do equívoco generalizado, eles são muito diversos, diferindo muito em sua estrutura e propriedades físicas. Parece que o ferro fundido é um material comum e difundido, mas... Mesmo ele tem vários completamente tipos diferentes, e alguns deles são tão diferentes entre si quanto o próprio ferro fundido e a chapa de aço!

Desperdício se transforma em renda!

Existe alguma classificação? Afinal, todos os anos milhões de toneladas dos mais diversos materiais vão para aterros sanitários. Eles estão realmente sendo enviados em massa para serem derretidos sem passar por qualquer triagem ou triagem? Claro que não. São nove categorias no total:

• 3A. Resíduos padrão de metais ferrosos, incluindo peças grandes e especialmente grandes. O peso de cada fragmento é de pelo menos um quilograma. Via de regra, a espessura das peças não ultrapassa seis milímetros.
• 5A. Neste caso, a sucata é superdimensionada. A espessura das peças é superior a seis milímetros.
• 12A. Esta categoria implica uma mistura das duas variedades descritas acima.
• 17A. Sucata de ferro fundido, dimensional. O peso de cada peça é de pelo menos meio quilo, mas não superior a 20 kg.
• 19A. Semelhante à aula anterior, mas o desperdício é superdimensionado. Além disso, é permitido algum teor de fósforo no material.
• 20A. Sucata de ferro fundido, categoria mais superdimensionada. São permitidas peças com peso de cinco toneladas. Normalmente, isso inclui equipamentos industriais e militares desmontados e desativados. Como você pode ver, a classificação e as propriedades dos metais nesta categoria são bastante semelhantes.
• 22A. E novamente, sucata de ferro fundido superdimensionada. A diferença é que, neste caso, a categoria de resíduos inclui equipamentos hidráulicos usados ​​e descartados.
• Mistura. Sucata mista. Importante! Não são permitidos os seguintes tipos de conteúdo: arame metálico, bem como peças galvanizadas.
• Galvanização. Como o nome indica, isso inclui todas as sucatas que contenham fragmentos galvanizados.

Esta foi a classificação dos metais ferrosos. E agora discutiremos seus “colegas” de cor que desempenham um papel importante em toda a indústria e produção modernas.

Metais não ferrosos

Este é o nome dado a todos os outros elementos que possuem estrutura atômica metálica, mas não pertencem ao ferro e seus derivados. Na literatura de língua inglesa é possível encontrar o termo “metal não ferroso”, que é um conceito sinônimo. Qual é a classificação dos metais não ferrosos?

Existem os seguintes grupos, cuja divisão se baseia em vários critérios ao mesmo tempo: variedades leves e pesadas, nobres, dispersas e refratárias, radioativas e de terras raras. Muitos dos metais não ferrosos geralmente pertencem à categoria de raros, uma vez que a sua quantidade total no nosso planeta é relativamente pequena.

São utilizados para a produção de peças e dispositivos que devem operar em ambiente agressivo, de atrito ou, se necessário (sensores, por exemplo) possuir alto grau de condutividade térmica ou elétrica. Além disso, são procurados nas indústrias militar, espacial e de aviação, onde é necessária resistência máxima com um peso relativamente baixo.

Observe que a classificação dos metais pesados ​​se destaca. No entanto, não existe como tal, mas este grupo inclui cobre, níquel, cobalto, bem como zinco, cádmio, mercúrio e chumbo. Destes, apenas o Cu e o Zn são utilizados em escala industrial, o que mencionaremos mais adiante.

Alumínio e ligas baseadas nele

Alumínio, o “metal alado”. Existem três tipos (dependendo do grau de pureza química):

• Mais alto padrão (pureza especial) (99,999%).
• Alta pureza.
• Teste técnico.

Este último tipo está disponível no mercado na forma de chapas, perfis diversos e fios com diferentes seções transversais. Denotado no comércio como AD0 e AD1. Observe que mesmo o alumínio de alta qualidade geralmente contém inclusões de Fe, Si, Gu, Mn, Zn.

Ligas

Qual é a classificação dos metais não ferrosos neste caso? Em princípio, nada complicado. Há:

• Duralumínios.
• Aviali.

Duralumínio são ligas às quais são adicionados cobre e magnésio. Além disso, existem materiais onde o cobre e o magnésio são utilizados como aditivos. As ligas também são chamadas de ligas, mas contêm muito mais aditivos. Os principais são o magnésio e o silício, além do ferro, cobre e até titânio.

Em princípio, esta questão é considerada com muito mais detalhes pela ciência dos materiais. A classificação dos metais não se esgota no alumínio e seus tipos.

Cobre

Hoje eles distinguem (conteúdo de substância pura 97,97%) e especialmente puro, vácuo (99,99%). Ao contrário de outros metais não ferrosos, as qualidades mecânicas e químicas do cobre são fortemente influenciadas até mesmo pelas menores impurezas de alguns aditivos.

Ligas

Eles estão divididos em dois grandes grupos. A propósito, esses materiais são conhecidos pela humanidade há milhares de anos:

• Latão. Este é o nome do composto de cobre e zinco.
• Bronze. Uma liga de cobre que não contém mais zinco, mas estanho. Porém, também existem bronzes que contêm até dez aditivos.

Titânio

Este metal é raro e muito caro. É caracterizado por baixo peso, resistência incrível e baixa viscosidade. Observe que está dividido em vários tipos: VT1-00 (neste material a quantidade de impurezas é ≤ 0,10%), VT1-0 (a quantidade de aditivos ≤ 0,30%). Se a quantidade total de impurezas estranhas for ≤ 0,093%, então esse material é chamado de iodeto de titânio na produção.

Ligas de titânio

As ligas deste material são divididas em dois tipos: deformáveis ​​e lineares. Além disso, existem subtipos especiais: resistentes ao calor e com maior plasticidade. Existem também variedades endurecidas e não endurecidas (dependendo do tratamento térmico).

Na verdade, revisamos completamente a classificação de metais e ligas não ferrosos. Esperamos que o artigo tenha sido útil para você.