Алюминий
хорошо свариваться плавлением. Конструкции из
таких сплавов хорошо работают в температурном интервале от абсолютного
нуля до +150...200°C.
В наше время некоторым техническим изделиям приходится попеременно
воспринимать то умеренный жар, то неумеренный холод. Не случайно из
подобных сплавов были изготовлены баки жидкого водорода и жидкого
кислорода на американских ракетах «Сатурн», доставивших на Луну экипажи
кораблей «Аполлон».
При решении земных проблем перевозки и хранения сжиженного газа с
трехкомпонентными сплавами Al – Сu – Мn довольно успешно конкурируют очень
легкие двухкомпонентные сплавы алюминия с магнием – магналии. Магналии не
упрочняются термической обработкой. В зависимости от технологии
изготовления и содержания магния их прочность меняется от 8 до 38 кг/мм2.
При температуре жидкого водорода они хрупки, но в среде жидкого кислорода
и сжиженных горючих газов работают вполне успешно. Области их применения
весьма обширны. В частности, они прекрасно зарекомендовали себя в
судостроении: из магналиев изготовлены корпуса судов на подводных крыльях
– «Ракет» и «Метеоров». Применяют их и в конструкциях некоторых ракет.
Особо следует отметить возможность использования малолегированных
магналиев для упаковки пищевых продуктов. Консервные банки, обертка для
сыров, фольга для тушения мяса, банки для пива, крышки для бутылок с
молочнокислыми продуктами – вот не полный перечень околопищевых применений
этих сплавов. Скоро в нашей стране алюминиевые консервные банки будут
выпускаться миллиардами штук, и тогда определение Александра Евгеньевича
Ферсмана – «металл консервной банки» – перейдет от олова к алюминию. Но
вернемся к фазам-упрочнителям.
В 1965 г. группой советских ученых был открыт эффект упрочнения при
старении в сплавах системы Al – Li – Mg. Эти сплавы, в частности сплав
01420, имеют такую же прочность, как дюралюмины, но при этом они на 12%
легче и имеют более высокий модуль упругости. В конструкциях летательных
аппаратов это позволяет получить 12...14%-ный выигрыш в весе. К тому же
сплав 01420 хорошо сваривается, обладает высокой коррозионной стойкостью.
К сплавам этой системы и сегодня во всем мире проявляют повышенный
интерес.
Быстрое охлаждение образующее кристаллы
Прежде чем получить слитки или фасонные отливки из алюминиевого сплава,
металл нужно очистить от газов и твердых неметаллических включений. Из
газов в жидком алюминии растворен главным образом водород. Чем выше
температура расплава, тем его больше. При остывании и кристаллизации он не
успевает выделиться и остается в металле в виде мельчайших, а иногда и
довольно крупных пор. Водород приносит много неприятностей: пустоты в
фасонном литье, пузыри в листах и профилях, поры при сварке плавлением. И
только в одном случае водород оказался весьма полезным – речь идет о так
называемом пеноалюминии, напоминающем хороший голландский сыр (только пор
в таком металле гораздо больше, и «слезу» он не пускает). Удельный вес
пеноалюминия может быть доведен до 0,3...0,5 г/см3. Поры в нем замкнутые,
и металл свободно плавает в воде. У него исключительно низкая тепло- и
звукопроводность, он режется и паяется. Чтобы получить рекордное
количество пустот, жидкий алюминий, по «рецепту» профессора М.Б. Альтмана,
перегревают и затем вводят в него гидрид циркония или титана, который
немедленно разлагается, выделяя водород. Тут же металл, вскипающий
огромным количеством пузырьков, быстро разливают в формы.
Но во всех других случаях от водорода стараются избавиться. Самый лучший
способ для этого – продувка расплава хлором. Пузырьки хлора, двигаясь
через жидкий алюминий, вбирают в себя атомы и мельчайшие пузырьки
водорода, захватывают взвешенные частицы шлака и окисных пленок. Большой
эффект дает вакуумирование жидкого алюминия, что убедительно показано
советским ученым К.Н. Михайловым.
Все неметаллические включения особенно вредны при медленной кристаллизации
металла, поэтому при литье всегда стремятся увеличить скорость
кристаллизации. Фасонные детали отливают не в земляные формы, а в
металлические кокили; при литье слитков чугунные изложницы заменяют
медными с водяным охлаждением. Но даже при самом быстром отводе тепла от
стенки изложницы или формы после кристаллизации первого тонкого слоя между
стенкой и этой корочкой появляется воздушный зазор. Воздух плохо проводит
тепло... Скорость отвода тепла от металла резко падает.
Долгое время все попытки радикально ускорить охлаждение стенок терпели
неудачу из-за этого воздушного зазора. В конце концов, верное решение было
найдено, как это нередко бывает в технике, совершение «с другой стороны»:
вместо борьбы с потерями тепла в воздушном зазоре ликвидировали сам зазор.
Охлаждающей водой стали орошать непосредственно кристаллизующийся металл.
Так родился метод непрерывного литья алюминиевых слитков.
В медный или алюминиевый кристаллизатор небольшой высоты заливается жидкий
металл. В кристаллизатор вдвинут поддон, заменяющий неподвижное дно. Как
только начинается затвердевание алюминия, поддон медленно опускают –
постепенно и с той же скоростью, с какой идет процесс кристаллизации. А
сверху непрерывно доливают жидкий металл.
Процесс регулируют так, чтобы лунка расплавленного алюминия находилась в
основном ниже кромки кристаллизатора, куда непосредственно на застывающий
слиток подается вода.
Освоение непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов происходило в
трудные годы войны. Но к 1945 г. на наших металлургических заводах не
осталось ни одной изложницы для алюминиевых слитков. Качество литого
металла радикально улучшилось. Большая роль в разработке непрерывного
литья алюминия принадлежит А.Ф. Белову, В.А. Ливанову, С.М. Воронову и
В.И. Добаткину. Кстати, метод непрерывной разливки стали в черной
металлургии, освоение которого началось в последующие годы, многим обязан
именно успешному освоению непрерывного литья алюминия.
Позже Ф.И. Квасов, 3.Н. Гецелев и Г.А. Балахонцев выдвинули оригинальную
идею, позволявшую кристаллизовать многотонные алюминиевые слитки вообще
без форм. В процессе кристаллизации жидкий металл удерживается в
подвешенном состоянии электромагнитным полем.
Не менее остроумным был разработанный в годы войны В.Г. Головкиным
непрерывный способ производства литой алюминиевой проволоки диаметром до
9 мм. Из горизонтального отверстия в печи непрерывно выливалась струя
жидкого металла. Прямо на выходе на металл подавалась охлаждающая вода, а
вскоре частично отверженная струйка подхватывалась роликами и вытягивалась
дальше. Поверхность такой проволоки получалась гладкой и блестящей, по
прочности она не уступала холоднотянутой. А потребность в ней была
громадной. Каждому, кто летал на самолете, приходилось видеть бесконечные
ряды заклепок на крыльях и фюзеляже. Но, видимо, далеко не все знают, что
число этих заклепок на истребителе военного времени доходило до
100...200 тыс. штук, а на бомбардировщике – даже до миллиона...
Рассказывая о фазах-упрочнителях, мы подчеркивали, что они – результат
растворения соответствующих металлов в алюминии и химического
взаимодействия с ним. Это в высшей степени полезные включения. С окисными
же включениями ведут упорнейшую борьбу на всех стадиях производства. Но
такова уж диалектика свойств вещества: нерастворимые в алюминии и
наносящие ему вред окисные включения совершенно изменили свое качество,
как только их превратили в наитончайшие пленки.
САП и САС
Если жидкий алюминий распылить, получатся более или менее округлые
частицы, сплошь покрытые тонкими пленками окиси. Эти частицы (они
называются пульверизатом) размалывают в шаровых мельницах. Получаются
тончайшие «лепешки» толщиной 0,1 мкм. Если такую пудру предварительно не
окислить, то при соприкосновении с воздухом она мгновенно взорвется –
произойдет бурное окисление. Поэтому в мельницах создают инертную
атмосферу с регулируемым содержанием кислорода, и процесс окисления пудры
идет постепенно.
На первой стадии размола насыпной вес пудры уменьшается до 0,2 г/см3,
содержание окиси алюминия постепенно увеличивается до 4...8%. Размол
продолжается, мелкие частицы укладываются более плотно, не слипаются между
собой, так как к пудре специально добавляют жир, и насыпной вес материала
повышается до 0,8 г/см3. Окисление происходит достаточно интенсивно, и
содержание окиси алюминия достигает 9...14%. Постепенно жир почти
полностью улетучивается, и мельчайшие окисленные частицы «склепываются»,
сращиваются в более крупные конгломераты.
Такая «тяжелая» пудра (в ней содержится до 20...25% окиси) уже не летит
как пух, ее можно спокойно ссыпать в стаканы. Затем порошок брикетируют в
прессах под давлением 30...60 кг/мм2 и при температуре 550...650єС. После
этого материал приобретает металлический блеск, он имеет сравнительно
высокую прочность электро- и теплопроводность. Из брикетов можно
прессовать, прокатывать, ковать трубы, листы, прутки и другие изделия. Все
эти полуфабрикаты именуются САП – по первым буквам слов «спеченный
алюминиевый порошок».
При содержании окиси алюминия 20...25% прочность САП дос
| |  скачать работу |
Алюминий |
