Продолжая
статью, где мы сделали короткий обзор всех основных материалов, из которых производят велосипедные рамы, теперь остановимся на каждом материале более подробно. В частности, в данной статье мы рассмотрим алюминий и сплавы на его основе. Поскольку в статье, упомянутой выше, мы касались таких понятий как плотность и рассматривали такие критерии как прочность, удельная прочность, ударная вязкость, подразумеваем, что читатель уже знаком с этими понятиями.
Итак, почему же сплавы алюминия, а не чистый алюминий? Пожалуй, единственным высоким качеством, которым обладает чистый алюминий, – это его высокая электропроводность. Поэтому в чистом виде этот металл прекрасно зарекомендовал себя в кабельно-проводниковой продукции, но в тоже время низкие прочностные характеристики не позволяют широко применять этих проводники для высоковольтных линий электропередач с большими расстояниями между опорными мачтами. Хотя учитывая то что электрический ток течет по сечению проводника не равномерно, а предпочитая поверхность и почти не перемещаясь по центру, существует технология, когда на стальную жилу, выполняющую роль каркаса, наносят слой чистого алюминия
(этот процесс называют плакированием), выполняющего функции проводника тока. И хотя мы несколько отклонились от велосипедной тематики, эти знания помогут нам глубже понять свойства этого интересного металла.
- 1.jpg (28.41Кіб)Переглянуто 5492 разів
Алюминий – очень активный химический элемент, прекрасно реагирующий с кислородом воздуха – научно этот процесс называться коррозией. Вы можете возразить мне: «А как же существует алюминиевая посуда, почему не коррозирует моя алюминиевая рама, неокрашенная изнутри?» В этом и заключается одно замечательное свойство алюминия – наличие защитной пленки. Как только алюминий соприкоснётся с кислородом, на его поверхности тут же образуется тончайшая, но в тоже время прочная пленка оксида алюминия Al2O3. Эта пленка толщиной в несколько молекул не пропустит кислород дальше в толщу металла, и процесс коррозии остановится, толком даже не начавшись. Почему, например, подобный механизм не работает со сталью? Все дело в том, что оксид железа Fe2O3 имеет объем, почти в два раза больше, чем объем вступившего в реакцию железа, и оксид, именуемый в народе ржавчиной, получается рыхлым, пористым и пропускающим кислород далее в толщу металла. Объем же оксида алюминия получается почти равным объему вступившего в реакцию алюминия. По этой причине тончайшая пленка оксида алюминия является прекрасным защитным покрытием, предотвращающим коррозию всего изделия. В тоже время эта пленка существенно усложняет жизнь и литейщикам и сварщикам, работающим с алюминием. Ведь пленка оксида, неизбежно существующая на поверхности твердого, а тем более жидкого, алюминия, попадая в тело отливки, или сварочный шов, существенно снизят его прочность. Из-за наличия оксидной пленки алюминиевые сплавы варят с применением флюсов, разрушающих эту пленку, и применением защитной среды из инертных газов (чаще всего аргона), предотвращающих её появление.
Кстати, высокая химическая активность алюминия объясняет его высокую стоимость, несмотря на его большое содержание в земной коре, до 8% по массе
(алюминий – самый распространенный в природе металл). Все дело в том, что привычными для металлургии методами прямого восстановления получать алюминий крайне нерентабельно. Алюминий получают, пропуская электрический ток огромной мощности через расплав алюминиевой руды (боксита). Такой энергоемкий процесс хоть и является дорогостоящим, на данный момент развития науки и техники является единственным рентабельным способом получения алюминия в промышленных масштабах.
Таким образом, мы уже знаем, почему у алюминия такая высокая коррозионная стойкость и такая относительно высокая, например, по отношению к стали, стоимость. Теперь рассмотрим, каким же образом удаётся получить из мягкого, пластичного алюминия сплавы, которые по прочности не уступают, а порой и превосходят конструкционные стали, при весе в три раза меньшем, чем вес стали. Высокие механические характеристики получают путем добавления, при выплавке других металлов именуемых легирующими элементами, а также специальными методами термической обработки
(далее термообработки).
- 2.jpg (91.37Кіб)Переглянуто 5492 разів
Рассмотрим механизм упрочнения широко распространённых деформируемых сплавов серии 6ХХХ. Основными легирующими элементами в этом сплаве являются медь и магний. Упрочнение алюминиевых сплавов происходит благодаря способности алюминия образовывать твердые растворы с легирующими элементами. То есть при затвердевании расплава алюминия с медью образующиеся кристаллы алюминия содержат в себе растворенные атомы меди – это и называется твердым раствором. Алюминий начинает кристаллизоваться при температуре 660 градусов, при температуре 550 градусов такой твердый раствор способен содержать в себе 5,5% меди, а при снижении температуры до 20 градусов твердый раствор способен содержать в себе всего 0,1% меди. Куда же деваться избыточной меди в этом растворе? Избыточная медь выделяется из твердого раствора и внедряется в кристаллическую решетку алюминия, многократно повышая его прочность.
При термообработке сплава алюминий-медь, именуемой закалка, металл нагревается до температуры полного растворения меди в кристаллах алюминия и быстро охлаждается, так чтобы избыточная медь не успела выделиться из твердого раствора и повысить прочность метала. В течение получаса после закалки алюминиевый сплав можно подвергать гибке, прокатке, гидроформингу, баттингу. Далее начинается второй этап термообработки – старение. Старение алюминиевых сплавов бывает естественное и искусственное. При естественном старении при температуре 20 градусов в течение 5-7 дней вся избыточная медь выделится из твердого раствора и сплав достигнет своей максимальной прочности. При искусственном старении при температуре около 150-200 градусов этот процесс займет несколько часов. Но при естественном старении достигается более высокая прочность, нежели при искусственном, для одного и того же сплава. И как вывод, если вам, по какой-либо причине, довелось отдать свою раму в жилистые руки сварщика, не торопитесь сесть и ехать сразу после ремонта. Дайте ей постоять недельку при комнатной температуре, таким образом, вы снизите вероятность поломки заваренных мест.
- 3.jpg (73.23Кіб)Переглянуто 5492 разів
Очень часто в велосипедных кругах приходиться слышать вопрос: «Что лучше – сплав 6061 или 7005?» Сплавы серии 7ХХХ в качестве легирующих компонентов кроме меди и магния содержат цинк, марганец, титан, хром. Прочность сплавов серии 7ХХХ и конкретно сплава 7005 выше прочности сплавов шеститысячной серии. Кроме того, сплавы серии 7ХХХ имею более высокие упругие свойства, то есть рама из сплава 7005 будет более "мягкой" для пятой точки наездника нежели из сплава 6061, хотя по "мягкости", конечно же, уступит стальным рамам (особенно хромолевым). По ряду причин сплавы серии 7ХХХ дороже сплавов серии 6ХХХ. Они содержат большее количество дорогих легирующих элементов, кроме того, сварочные технологи для семитысячных сплавов намного дороже, ведь сварочный шов должен иметь такой же, как и свариваемый материал химический и структурный состав, а у сплавов 7ХХХ этот состав намного сложнее. Кстати, аналоги сплавов 7ХХХ в отечественных гостах для сварных конструкций не предназначены вообще, хотя этот ГОСТ, принятый в 1997 году, не учитывает современных технологий. У сплавов серии 6ХХХ ударная вязкость несколько выше. Или, говоря простым языком, при равных условиях энергия, необходимая для того чтобы в раме возникла трещина, у сплава 7005 выше чем у сплава 6061. Но энергия, которую необходимо приложить для распространения трещины в металле у сплава 6061 выше, чем у сплава 7005. Поэтому на вопрос о том, какой же материал лучше, однозначного ответа быть не может, но можно предположить, что для спокойной езды без высоких динамических нагрузок больше подойдет сплав 6061: есть шанс обнаружить трещину при очередном ТО, до того как она разовьётся в излом. Для агрессивной езды предпочтительнее сплав 7005 или даже 7075 – самый прочный из семитысячной серии, у которого порог нагрузок, не приводящий к трещинообразованию, значительно выше.
Если согласны могу помочь в создании блога. Получится что-то типа 