Алюминий и сплавы на основе алюминия

Алюминий относится к легким металлам, он почти в 3 раза легче железа. Низкая плотность, невысокая стоимость, большой объем производства (второе место после железа) обусловили широкое применение его в авиационной промышленности. Высокая электропроводность (65% от меди) позволяет применять алюминий для электротехнических целей как проводниковый металл. Провод из алюминия равной электропроводности легче, чем из меди.

Алюминий – химически активный металл, но пленка окиси на поверхности алюминия надежно защищает металл от дальнейшей коррозии. Азотная и органические кислоты не действуют на алюминий. Отсюда широкое применение алюминия в химической промышленности и в быту для хранения и транспортировки продуктов питания.

Высокая пластичность позволяет изготавливать из алюминия различной формы изделия и профили, вплоть до тончайшей фольги, порошка, пудры.

Качество алюминия определяется степенью чистоты и по этому признаку он подразделяется на три группы по ГОСТ 11069-74:

1. Алюминий особой чистоты марки:

А999 содержит 99, 999% АI и 0,001% примесей

2. Алюминий высокой чистоты марок:

А995	содержит	99,995% Аl и 0,005%	примесей
А99	»	99,99% Аl и 0,01%	»
А97	»	99,97% Аl и 0,03%	»
А95	»	99,95% Аl и 0,05%	»

3. Алюминий технической чистоты марок: А85, А8, А7, А6, А5, А0 содержит от 0,15 до 1,0% примесей.

Применять чистый алюминий в качестве конструкционного материала в промышленности нецелесообразно, так как он имеет низкие прочностные свойства: s_в » 60 МПа, s_0,2 » 20 МПа. Существенно повысить свойства можно путем сплавления алюминия с кремнием, магнием, марганцем, медью, цинком, причем последние два элемента позволяют упрочнять сплавы закалкой до s_в » 700 МПа.

Технические алюминиевые сплавы подразделяются на литейные и деформируемые, при этом и те и другие могут использоваться без термического упрочнения или с применением закалки.

1. Сплавы деформируемые не упрочняемые термической обработкой легированы марганцем и магнием: АМц1 (1% Мn), АМг1, АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6, содержат магния от 1 до 6%, остальное алюминий.

2. Сплавы деформируемые упрочняемые термической обработкой обозначаются буквой Д (дюралюминий) или В (высокопрочный) и условным порядковым номером (таблица 17).

Таблица 17 - Состав и свойства деформируемых алюминиевых, упрочняемых термообработкой сплавов (ГОСТ 4784-74)

Марка сплава	Состав сплава, %	Механические свойства
Сu	Мg	Мn	Zn	Zr	sВ, МПа	s0,2, МПа	d, %
Д1	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,8	<0,3	-	410-490	240-320	14-20
Д16	3,8-4,9	1,2-1,8	0,3-0,9	<0,3	-	440-540	330-400	11-18
Д18	2,2-3,0	0,2-0,5	< 0,2	< 0,1	-	-	-	-
В95	1,4-2,0	1,8-2,8	0,2-0,6	5,0-7,0	-	500-600	450-550	8-12
В96	2,0-2,6	2,3-3,0	0,2-0,6	8,0-9,0	0,1-0,2

3. Алюминиевые сплавы для поковок и штамповок должны иметь кроме высоких механических свойств хорошую пластичность в горячем состоянии. В таких случаях применяют сплавы по составу близкие к дюралюминию. Обозначаются эти сплавы буквами АК и условным порядковым номером.

Более низкие свойства сплавов типа АК по сравнению с дюралюминием объясняются более грубой структурой этих сплавов. Из дюралей изготавливают более тонкие профили с большей степенью деформации; структура их более однородна, мелкозерниста, имеет более высокую прочность и пластичность. Полуфабрикаты из сплавов АК испытывают меньшую степень деформации. Улучшают структурное состояние и упрочняют сплавы АК модифицированием и применением различных видов термообработки. Модифицированные сплавы имеют индекс М после номера сплава, а вид термообработки указывается цифрой от 1 до 8 после буквы М: АК4М4, АК6М7, АК8М3, АК7М2 (таблица 18).

Таблица 18 - Состав и свойства сплавов АК (ГОСТ 4784-74)

Марка сплава	Состав сплава, %	Механические свойства
Сu	Мg	Мn	Si	Fe	sВ, МПа	d,%
АК1	3,8-4,8	0,4-0,8	0,4-0,8	до 0,7	до 0,7
АК4	1,9-2,5	1,4-1,8	0,15-0,35	0,5-1,2	1,1-1,6	-	-
АК6	1,8-2,6	0,4-0,8	0,4-0,8	0,7-1,2	до 0,06
АК8	3,9-4,8	0,4-1,0	0,4-1,0	0,6-1,2	до 1,0
Сплав АК4 содержит 1,0-1,5% Ni

4. Для фасонного литья разработаны 3 вида литейных алюминиевых сплавов. Самыми распространенными являются силумины – сплавы алюминия с кремнием. Нормальный силумин содержит 10-13% Si, другие силумины содержат пониженное (8-10%) и низкое (4-6%) количества кремния. Вторая группа литейных сплавов близка по составу к дюралям и содержит в своем составе Сu-Мg-Мn. Последние сплавы называются магналии, т.к. содержат 9,5-11,5% магния.

Литейные сплавы для отливок обозначаются буквами АЛ и цифрой: А – алюминиевый сплав, Л – литейный, цифра – порядковый номер в ГОСТе: АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5, АЛ6, АЛ7, АЛ8, АЛ11, АЛ12.

Таблица 19 - Марки и состав алюминиевых сплавов в чушках

Группа сплава	Марка сплава	Массовая доля основных компонентов, %
Магний	Кремний	Марганец	Медь	Цинк
I система Аl-Si	АК12 АК9 АК7	- 0,25-0,45 0,20-0,55	10-13 8-11 6,0-8,0	- 0,2-05 0,2-0,6	- - -	- - -
II система Аl-Si-Cu	АК5М АК5М7 АК8М3	0,4-0,65 0,3-0,6 -	4,5-5,5 4,5-6,5 7,5-10	- - -	1,0-1,5 6,0-8,0 2,0-4,5	- - -
III система Аl-Сu	АМ5 АМ4	- -	- -	0,6-1,0 0,35-0,8	4,5-5,3 4,5-5,1	- -
IV система Аl-Мg	АМг7 АМг11 АМг5К	6,0-8,0 10,5-13,0 4,5-5,5	0,5-1,0 0,8-1,2 0,8-1,3	0,25-0,6 - 0,1-0,4	- - -	- - -
V система Аl – прочие компоненты	АК7Ц9 АК9Ц6 АЦ4Мг	0,15-0,35 0,35-0,55 1,55-2,05	6,0-8,0 8-10 -	- 0,3-1,5 0,2-0,5	- 0,1-0,6	7,0-12,0 5,0-7,0 3,5-4,5

Механические свойства этих сплавов меняются в широких пределах, т.к. зависят от способа литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением. Кроме того, отливки могут подвергаться различным видам термообработки.

Помимо вышеперечисленных сплавов для фасонных отливок выплавляются сплавы, которые отливаются в чушках. Сплавы в чушках используют в качестве шихты при выплавке других сплавов. Обозначаются сплавы в чушках по ГОСТ 1583-89 с использованием буквенно-цифровой схемы, аналогичной для сталей. При этом вводимые в алюминий элементы обозначаются следующим образом: К – кремний, М – медь, Мг – магний, Ц – цинк (таблица 19).