115 / 142
Актуальные проблемы в машиностроении
. Том 4. № 1. 2017
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
115
После тщательного анализа влияния кремния на тепловое расширение алюминия,
подробно изучались сплавы Al–Cu, чтобы определить оптимальное количество Cu в новых
композициях легких сплавов с низким ТКЛР. В таблице 2 приведено сравнение действия Cu
и Si на ТКЛР алюминия.
Таблица 2
Влияние легирования медью и кремнием на ТКЛР алюминия
Легирующий
элемент
Массовая
доля, %
Средний ТКЛР
×10
6
, град
-1
, при температурах
испытания,
о
С
50-100
150-250
300-350
400-450
А7 22,4
23,6
25,3
26,8
Si
5
20,6
23,8
29,0
25,1
Cu
22,1
24,2
27,5
25,8
Si
10
19,8
20,5
22,5
24,6
Cu
21,4
23,7
26,9
26,2
Si
15
18,2
18,8
19,5
18,3
Cu
21,7
22,5
25,6
23,2
Si
20
17,8
19,3
18,2
17,4
Cu
19,7
21,8
25,5
23,5
Si
25
15,9
16,6
18,2
18,8
Cu
19,2
21,4
24,8
23,4
Si
30
15,6
17,6
17,5
15,7
Cu
19,5
21,1
23,0
25,4
Из представленных данных видно, что до 15% Cu резко увеличивает ТКЛР при
температуре испытания
Т
исп.
= 300
о
С (первая аномалия). Здесь α алюминия увеличивается до
значений (27…28)·10
-6
, град
-1
. После первой аномалии появляется вторая при
Т
исп.
= 400
о
С,
которая проявляется в резком снижении ТКЛР.
Увеличение содержания Cu до 20…25% существенно снижает α алюминия при
Т
исп.
=
50…300
о
С с сохранением первой аномалии. Анализ таблицы показал, что Cu незначительно
отстает от Si по уменьшению ТКЛР алюминия А7. Так, значения α при
Т
исп.
= 50…100
о
С,
равные 19,7·10
-6
, град
-1
, что характерно для сплава Al–10% Si, могут быть получены лишь
при добавке к алюминию 20% Cu. Однако, сплавы, содержащие 5% Cu и 5% Si, при
Т
исп.
=
400…450
о
С имеют практически одинаковые значения ТКЛР.
Судя по большой разнице в ТКЛР меди и кремния при комнатной температуре (16,6 и
3,0·10
-6
, град
-1
), следовало бы ожидать большего различия в ТКЛР сплавов Al–Si и Al–Cu при
одинаковом содержании легирующих элементов.
Дальнейшим шагом нашей работы было изучение влияния комплексного легирования
на линейное расширение алюминиевых сплавов (рисунок 1).
ТКЛР при добавке 11% Si к сплаву Al–11%Cu плавно увеличивается с α = 18·10
-6
до
20·10
-6
град
-1
в интервале 50…250
о
С. Температура аномалии смещается до
Т
исп.
= 350
о
С с
последующим резким снижением до α = 10,3·10
-6
град
-1
при
Т
исп.
= 450
о
С. Сильнее эта
добавка Si снижает ТКЛР при увеличении содержания Cu до 15%. Для интервала
Т
исп.
=
50…100
о
С (приборная техника) добавка 11% Si уменьшает ТКЛР до α = 15,6…17,4·10
-6
град
-
1
, что соответствует ТКЛР двойного сплава Al–30…32%Si, который отличается от сплава Al–
15%Cu–11%Si очень высокой хрупкостью. Таким образом, тройные сплавы Al–Si–Cu имеют
более низкий ТКЛР, чем двойные сплавы Al–Si и Al–Cu сравнимых концентраций.
Еще меньшие значения ТКЛР, но с сохранением аномалии при
Т
исп.
= 300
о
С, можно
получить у многокомпонентного сплава [8]. Сплав Al–15%Cu–11%Si–11%Ge– 10%Sb–1,2%V
имеет такой же ТКЛР, как и сплав Al–40%Si. Можно считать, что комплексное легирование