64. Алюминий и его сплавы. Классификация. Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой.

Алюминий обладает низкой плотностью (2,7 г/см³), высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью. Температура плавления 658⁰С. Технический алюминий марок АД (98,8%Al) и АД1 (99,3%Al), обладающий низкой прочностью (σ_В=80-100 МПа) и высокой пластичностью (δ=35-40%) применяют для изготовления деталей и элементов конструкций, не несущих нагрузки, когда требуется высокая пластичность, хорошая свариваемость, сопротивление коррозии, высокие тепло- и электропроводность. Так например, из технического алюминия изготовляют различные трубопроводы, электропровода, шины, конденсаторы, посуду, проволоку для заклепок и др.

Для изготовления нагруженных деталей и элементов конструкций применяют алюминиевые сплавы. В качестве легирующих элементов используют Cu, Mg, Mn, Si, реже – Zn, Li, Ni, Ti.

По технологическому признаку сплавы алюминия разделяют на две большие группы: деформируемые и литейные. Существует еще одна небольшая и реже используемая группа сплавов – спеченные или получаемые методом порошковой металлургии.

Деформируемые сплавы подразделяют на не упрочняемые и упрочняемые термической обработкой. Среди последних можно выделить дуралюмины, высокопрочные, ковочные и жаропрочные сплавы.

Дуралюминами называют сплавы системы Cu – Al – Mg, в которые дополнительно вводят марганец. Типичными дуралюминами являются сплавы Д1 и Д16 (см.табл.). Упрочняющими фазами являются CuAl₂, Mg₂Si, Al₂CuMg. Марганец повышает стойкость против коррозии.

Дуралюмины хорошо деформируются в холодном (после отжига или сразу после закалки) и горячем состояниях, хорошо обрабатываются резанием после закалки и старения, но плохо – в отожженном состоянии, хорошо свариваются точечной сваркой и не свариваются сваркой плавлением.

Дуралюмины используются для изготовления обшивки, шпангоутов, стрингеров и лонжеронов самолетов, силовых каркасов, строительных конструкций и др.

Сплавы типа авиаль (АВ) уступают дуралюминам по прочности, но обладают лучшей пластичностью в холодном и горячем состояниях. Авиаль удовлетворительно обрабатывается резанием (после закалки и старения) и сваривается контактной и аргонодуговой сваркой. Сплав обладает высокой общей сопротивляемостью коррозии, но склонен к межкристаллитной коррозии. Упрочняющей фазой в авиале является соединение Mg₂Si. Из сплава АВ изготовляют различные полуфабрикаты (листы, трубы, профили, используемые для элементов конструкций, несущих умеренные нагрузки), кроме того, лопасти винтов вертолетов, детали двигателей, для изготовления которых требуется высокая пластичность в холодном и горячем состояниях.

Высокопрочные сплавы обладают прочностью 550-700 МПа, но пластичность их меньше, чем у дуралюминов. Представителями этой группы сплавов являются сплавы В95

и В96. Упрочняющими фазами в них являются CuAl₂, Mg₂Si, Al₂CuMg, Mg₂Zn. По сравнению с дуралюмином эти сплавы обладают большей чувствительностью к концентраторам напряжений. Они обладают хорошей пластичностью в горячем состоянии и сравнительно легко деформируются в холодном состоянии после отжига, хорошо обрабатываются резанием и свариваются точечной сваркой. Сплав В95 применяют в самолетостроении для нагруженных конструкций, работающих длительное время при t≤100-120^оС (об-шивка, стрингеры, шпангоуты, лонжероны и др., сплав В96 – для прессованных и кованых элементов сжатых зон конструкций без концентраторов напряжений.

Сплавы для ковки и штамповки (АК6, АК8) отличаются высокой пластичностью. Упрочняющими фазами их являются Mg₂Si, Al₂CuMg, CuAl₂. Сплавы хорошо обрабатываются резанием и удовлетворительно свариваются контактной и аргонодуговой сваркой. Сплав АК6 используют для деталей сложной формы и средней прочности, изготовление которых требует высокой пластичности в горячем состоянии (подмоторные рамы, фитинги, крыльчатки). Сплав АК8 рекомендуется для тяжелонагруженных штампованных деталей (пояса лонжеронов, лопасти винтов вертолета и др.).

Жаропрочные сплавы используют для деталей, работающих при температурах до 300^оС (поршни, головки цилиндров, крыльчатки, лопатки и диски осевых компрессоров турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и др.). Фазамиупрочнителями являются CuAl₂, Al₁₂ CuMn₂, Al₂CuMg, а также Al₉FeNi, Al₆Cu₃Ni. При распаде твердого раствора они выделяются в виде дисперсных частиц, устойчивых против коагуляции, что обеспечивает повышенную жаропрочность.