8. Сварка алюминия и некоторых его сплавов

8.1. Оценка алюминия и его сплавов как конструкционных материалов

Чистый алюминий в виду своей низкой прочности (9–12 кГс/мм²) используется в отдельных случаях пищевой, электротехнической промышленности, химическом машиностроение.

Алюминий высокой чистоты находит применение в ряде отраслей, например в производстве полупроводниковых устройств.

Основное назначение: полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы). Отличается малой плотностью, в зависимости от степени чистоты можно выделить следующие виды:

99,25% Al  = 2,727 г/см³,

99,75% Al  = 2,700 г/см³.

Эта плотность зависит и от температуры:

Т = 20 ⁰С 99,750%  = 2,700 г/см³,

Т = 659 ⁰С (твердое) 99,750%  = 2,550 г/см³,

Т = 659 ⁰С (жидкость) 99,750%  = 2,380 г/см³.

Этим объясняется сложность сварки из-за особенности усадки, также и при изготовление литых деталей.

Алюминий имеет разную температуру плавления:

Алюминий высокой чистоты – 660 ⁰С;

Алюминий технический – 658 ⁰С;

АМг6 – 628 ⁰С.

Теплопроводность чистого алюминия (твёрд.):

20 ⁰С → 0,503 Пуаз;

400 ⁰С → 0,546 Пуаз;

Вязкость (η):

600 ⁰С → 0,063 Пуаз;

900 ⁰С → 0,013 Пуаз.

Элементарная ячейка кристаллической решетки – гранецентрированный куб ГЦК (малая плотность, высокая прочность, хорошая обрабатываемость режущим инструментом, способность легко деформироваться).

Алюминиевые сплавы приобрели особо важное значение в авиа– и судостроение, производство химической аппаратуры и строительство. Высокая коррозионная стойкость и хорошая теплопроводность делают алюминий незаменимым материалом в химической машиностроении. Удельная прочность и удельный предел текучести Д12, Д20 уступают лишь титану и высоколегированным сталям повышенной прочности.

8 .2. Классификация и характеристика промышленных сплавов алюминия

Рис. 32. Классификация алюминиевых сплавов

(по бинарной системе)

1. Деформированные сплавы;

2. Литейные сплавы;

3. Деформированные, не упрочняемые термической обработкой сплавы;

4. Деформированные, упрочняемые термической обработкой сплавы.

Все алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы:

• Деформированные;

• Литейные.

Теоретической границей является предел растворимости элементов в твердом растворе. Деформированные сплавы имеют концентрацию легирующих элементов меньше предела растворимости и при нагреве могут быть приведены в однофазное состояние, которым обеспечивается высокая деформационная способность.

Концентрация легирующих элементов в литейных сплавах превышает их предельную растворимость в алюминии, поэтому эти сплавы имеют эвтектики, что сообщает сплавам хорошие литейные свойства: жидкотекучесть, хорошая заполняемость формы, но ухудшает их способность к деформации.

Большинство элементов входящих в состав алюминиевых сплавов обладают ограниченной растворимостью, зависят от температуры. Это позволяет сплавам упрочняться при термической обработке.

Принципиальная способность к упрочнению при термической обработке должны обладать все сплавы, имеющие концентрацию элементов сверх предела растворимости при комнатной температуре. тсюда можно предположить, что упрочнение при термической обработке должны обладать все литейные сплавы, так как они соединяют легирующие элементы в концентрации сверх предела растворимости, а также деформированные сплавы, концентрация легирующих компонентов, которых больше предела растворимости при комнатной температуре.

Все деформированные сплавы делят на:

• не упрочняемые термической обработкой (твердые растворы, имеющие концентрацию легирующих элементов ниже предела растворимости при комнатной температуре);

• термически упрочняемые деформированные (концентрация легирующих элементов свыше этого предела).

На практике среди этих сплавов встречаются сплавы не имеющие эффекта упрочнения.

Деформированные сплавы не упрочненные термической обработкой:

• технический алюминий (95,25%);

• АМц;

• сплавы типа магналий;

• АМг1, АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АМг61;

Деформированные термической обработкой сплавы делят на 6 групп:

1. Дуралюмины – сплавы типа Д1, Д16, ВАД1, ВАД17 (система Al–Cu–Mg);

2. Авиали –АВ, АД31, АД33, АК6, АК8 (система Al–Mg–Si; Al–Cu–Mg–Si);.

3. Сплавы на основе системы Al–Cu–Mg–Fe–Ni –– АК2, АК4.

4. Сплавы на основе системы Al–Cu–Mn –– Д20, Д21, ВАД23.

5. Сплавы на основе системы Al–Zn–Mg–Cu –– В93, В94, В95, В96.

6. Сплавы на основе системы Al–Mg–Zn –– АЦМ, В92Ц.

Так как алюминиевых сплавов очень много их классифицируются по ряду признаков.

Дополнительная классификация алюминиевых деформированных термически не упрочняемых сплавов:

1. Невысокой прочности < 30 кг/мм ²;

2. Средней прочности < 45 кг/мм ²;

3. Высокой прочностью > 45 кг/мм ².