Характеристика и классификация алюминиевых сплавов

Для повышения механических свойств (прочности, пластичности и др.), улучшения технологических свойств (жаропрочности, обрабатываемости резанием, коррозионной стойкости и др.) алюминий легируется Si, Cu, Mg, Zn и реже Li, Ni, Be, Zr. Большинство легирующих элементов образуют с алюминием твердые растворы ограниченной растворимости и промежуточные фазы с алюминием (CuAl , CuMgAl , и др.).

Алюминиевые сплавы по технологии изготовления делятся на три группы: деформируемые (ГОСТ4784-97), литейные (ГОСТ2583-93), спеченные.

По способности к термической обработке делятся на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой, что связано с наличием упрочняющих фаз, имеющих ограниченную растворимость в алюминии.

По свойствам сплавы делятся на сплавы с повышенной пластичностью, нормальной и высокой прочностью, коррозионно-стойкие и жаропрочные.

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

К этой группе сплавов относятся сплавы алюминия с марганцем АМц и магнием АМг. Сплавы отличаются невысокой прочностью (σ_b= 110 МПа), высокой пластичностью (δ =30 %), что обеспечивает хорошую обрабатываемость давлением, хорошую свариваемость и высокую коррозионную стойкость. Обработка резанием затруднена.

Сплавы АМц и АМг применяются для сварных и клепаных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки, но требующие высокого сопротивления коррозии.

Таблица 6.1

Применение деформируемых сплавов, не упрочняемых термообработкой.

. .

№п/п	Марка	Назначение
1.	АМц	Детали, изготавливаемые грубокой вытяжкой, сваркой: баки, заклепки, бензопроводы, маслопроводы, радиаторы машин, тракторов и т.д.
2.	АМц1	Сплав используется в электротехнической промышленности: датчики электрических тахомеров и т. д.
3.	АМг1 АМг 6	Малонагруженные детали: зеркала, трубопроводы, емкости для жидкостей (канистры, баки); детали, требующие глубокой вытяжки, гибки: корпуса морских и речных судов, вагоны метро, здания( оконные рамы, двери, змеевики теплообменников, радиаторы и т.д.)

Данные cплавы маркируются буквами и цифрами: А-алюминиевый сплав, Мц-марганец, Мг-магний. В сплаве АМц содержится 1,0-1,6 % Мn и около 1 % других примесей (Fe, Si, Cu,и др.). В сплаве АМц1содержится2- 4,6 Мп, остальное-алюминий. В сплавах АМг цифра означает среднее содержание марганца (АМг1 Mn=0,4—1,7 %, AMг6 Mn=5,8—6,8 %).

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой.

Эти сплавы подразделяются на сплавы нормальной прочности – дуралюмины (Д1, Д3, Д16), высокопрочные сплавы (В95, В96, ВАД23), жаропрочные (АК4, Д20, Д21), сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8).

Дуралюмины.

Дуралюминами называются сплавы системы Al-Cu-Mg-Mn. Типичным представителем дуралюминов является сплав Д1 (Cu=4 %, Mn=0.5 %, Mg= 0.5 %, остальное.Al).применяется после закалки (Т=500^о С, охлаждение в воде с Т=40^оС) и искусственного старения (Т=195^о С, выдержка-12 час.) или естественного (Т=20^оС, выдержка-96 час.), при этом Д1 имеет следующие свойства : σ_b=540 МПа, δ=11 %.

Дуралюмины обладают пониженной коррозионной стойкостью в речной и морской воде, а также во влажном воздухе, поэтому для защиты от коррозии их подвергают плакированию, то есть покрытию тонким слоем (5 % от толщины листа) алюминия высокой чистоты (А5—А7) или анодированию для создания окисной пленки. Дуралюмины выпускаются в виде листов, труб, прессованных и катаных профилей, проволоки для заклепок.

Таблица 6.2

Применение дуралюминов.

.

№п/п	Марка	Назначение
1.	Д 1	Детали средней прочности, штампованные узлы, крепления, заклепки, лопасти воздушных винтов и др.
2.	Д16	Несущие сильно нагруженные детали: шпангоуты, стрингеры, лонжероны самолетов, силовые каркасы, строительные конструкции, кузова грузовых автомобилей, балки, обшивка кабин и др.
3.	Д18 Д19П	Заклепки.

Высокопрочные сплавы.

Высокая прочность достигается введением Zn в системы Al-Cu-Mg-Mn. Предел прочности таких сплавов достигает 600-700 МПа при пластичности δ =8-12 %,(меньшей, чем у дуралюминов). Типичным представителем высокопрочных сплавов является В95 (Cu=1,8 %, Mg=2 %, Mn=0,4 %, Zn=6 %). Сплавы применяются после закалки (Т=470^оС, охлаждение –вода 20-30^о С) и искусственного старения ( Т=120^о С, выдержка 24 часа), при этом у В95 получаются следующие свойства: σ_b =600 МПа, δ =12 %. К недостаткам сплавов относится склонность к коррозии под напряжением и чувствительность к концентраторам напряжений. Сплавы обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии, легко деформируются в холодном состоянии после отжига, хорошо обрабатываются резанием. Применяются в виде листов, плит, панелей, штамповок, а также прессованных профилей. Эти сплавы имеют наивысшую прочность из всех известных алюминиевых сплавов. Таблица 6.3

Применение высокопрочных сплавов.

.

№п/п	Марка	Назначение
1.	В95	Высоконагруженные детали конструкций, работающие в условиях сжатия: обшивка самолетов, стрингеры, шпангоуты, лонжероны.
2.	В93П	Крупногабаритные и сложные штамповки ответственного назначения.

.

Жаропрочные сплавы.

Это сплавы, работающие при температурах до 300^о С. (АК 4, Д20, Д21). Они основаны на системе Al-Cu-Mg, имеют сложный состав и дополнительно легированы Fe, Ni и Cu, которые образуют упрочняющие фазы, мало склонные к коагуляции при повышенных температурах. Типичным жаропрочным сплавом является АК4: (Cu=2 %, Mg=1,5 %, Fe=1 %, Si=1 %). Жаропрочные сплавы применяются после закалки (Т=530 ^оС, охлаждение в кипящей воде) и искусственного старения (Т=170 ^оС, выдержка- 16 часов), при этом у сплава АК4 получаются следующие свойства: σ_b =440 МПа, δ =7 %. Сплавы хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой, имеют удовлетворительную коррозионную стойкость, низкий коэффициент трения, высокую износостойкость, поэтому широко применяются в самолето-, авто -, и тракторостроении в виде поковок, штамповок листов, плит, прессованных профилей.

Таблица 6.4

Применение жаропрочных сплавов

№ п/п	Сплав	Назначение
1.	АК4	Детали, работающие при повышенных температурах: поршни ДВС, детали реактивных двигателей (крыльчатки, колеса, диски, лопатки, заборники и т.д.), сепараторы, сварные емкости.
2.	Д20	Детали, подвергаемые сварке, работающие при повышенных температурах: диски осевых компрессоров, сварные емкости, элементы конструкций, нагревающиеся в процессе эксплуатации до Т=300 С.

.