Алюминиевые сплавы

К числу достоинств сплавов на основе алюминия относятся: малая плотность, высокие удельные механические свойства, высокая коррозионная стойкость, широкий температурный диапазон работы, начиная с температуры жидкого водорода, высокая вязкость разрушения, свариваемость, легкость обработки режущим инструментом.

В настоящее время алюминиевые сплавы являются важнейшим конструкционным материалом летательных аппаратов.

Алюминиевые сплавы классифицируют по технологии изготовления (деформируемые, литейные, порошковые), способности к упрочнению термической обработкой (упрочняемые и неупрочняемые) и свойствам (жаропрочные, ковочные, высокопрочные, сплавы для заклепок и др.). Основой для разделения сплавов по технологии изготовления и способности к термической обработке являются диаграммы состояния. На рисунке 1 представлена схема подобного разделения для двойных и тройных сплавов.

 

Рисунок 1 – Фрагмент диаграммы состояния алюминий – легирующий элемент

А – деформируемые сплавы; В – литейные сплавы;

I – сплавы неупрочняемые;

II –упрочняемые термической обработкой

 

 

Алюминиевые сплавы подразделяют на несколько групп:

1. Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой. Это сплавы систем Al-Mn и Al-Mg. Их маркируют соответственно АМц или АМг с цифрой в конце марки, означающей среднее содержание растворенного элемента, например, АМг2 (около 2%Mg).

Сплавы этой группы легко обрабатываются давлением, хорошо свариваются и обладают высокой коррозионной стойкостью. Применяют их для изготовления сварных и клепаных конструкций в судостроении, строительстве, для трубопроводов, емкостей для жидкостей и т.д. Для средненагруженных деталей и конструкций применяют сплавы АМг5 и АМг6 (в вагоностроении, судостроении и т.д.).

2. Дюралюминий (дуралюмин) и другие деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.

Дюралюминием называют сплав Al-Cu-Mg-Mn. Маркируют его буквой Д и номером (например, Д1, Д16).Термическая обработка дюралюминия состоит из закалки и старения. Старение может быть как естественным (несколько суток), так и искусственным (10-20 часов при 150-200°С). Микроструктура сплава Д16 после закалки и старения приведена на рисунке 2,а.

После закалки в воде дуралюмины имеют невысокую твердость и прочность, но повышенную пластичность, лишь несколько сниженную по сравнению с отожженным состоянием. Пересыщенный по отношению к равновесному (отожженному) состоянию сплав является метастабильным и при длительном пребывании в области нормальных температур (естественном старении) или при сравнительно непродолжительном нагреве (искусственном старении) изменяет свое состояние, приближаясь к равновесному. Превращения при старении приводят к значительным изменениям свойств сплава: возрастают прочность и твердость при заметном понижении пластичности. Это происходит за счёт образования зон с резко повышенной концентрацией растворенного компонента
(меди). Эти зоны носят название Гинье – Престона.

Дуралюмины получили широкое применение в авиационной промышленности. Например, Д1 – лопасти воздушных винтов, заклёпки, конструктивные элементы остова планеров; Д16 – обшивки клёпаных конструкций, длительно работающих при 80°С, ограниченное время при 150°С.

Рисунок 2 – Микроструктуры сплавов, x300:

а – дюралюмин Д16 после закалки и старения;

б – силумин АК12 до модифицирования;

в – силумин АК12 после модифицирования

 

3. Алюминиевые ковочные сплавы, применяемые для изготовления поковок и штамповок (иногда эти сплавы применяют и для изготовления отливок). Это сплавы многокомпонентной системы Al-Cu-Si-Mn-Mg. Маркируют их буквами АК и цифровым номером (например, АК6, АК8). Обычно эти сплавы подвергают закалке и естественному старению.

4. Литейные алюминиевые сплавы. В основном это сплавы систем Al-Si (силумины), Al-Cu, Al-Mg, иногда с дополнительными элементами. Алюминиевые литейные сплавы обозначаются буквой А в начале марки, затем приводятся обозначения основных элементов следующими буквами: К – кремний, Мг – магний, М – медь, Мц – марганец, Ц – цинк, Кд – кадмий, Н – никель. Цифры после букв указывают среднее содержание элемента в процентах. Буквы в конце марки обозначают: ч – чистый, пч – повышенной чистоты, оч – особой чистоты, л – литейные сплавы, с – селективный (например, АК12, АК7ч, АК9пч, АМг6л, АЦ4Мг и др.)

Силумины чаще всего являются эвтектическими и доэвтектическими сплавами (рисунок 3). Для измельчения микроструктуры и соответствующего повышения свойств силумины модифицируют (добавками титана, бора, солей натрия и др.). Модифицирование влияет на положение линий диаграммы (см. рисунок 3), и на характер микроструктуры (например, переводя эвтектический или даже заэвтектический силумин в доэвтектический) (рисунок 2, б, в).

 

Рисунок 3 – Часть диаграммы состояния сплавов Al–Si